Методы расчета светораспределения фар с парабалойдным отражателем

Светораспределение оптического элемента является результатом совокупного действия лампы, отражателя и рассеивателя.
Совместная работа лампы с отражателем приводит к формированию светового пучка, превращение которого в заданное светораспределение должно выполняться рассеивателем. Очевидно, что для расчета рассеивателя необходимо знать исходное светораспределение, создаваемое источником света и отражателем при разных вариантах положения нити лампы относительно фокуса отражателя и его параметров.

Исследование светораспределения, получаемого от параболоидного отражателя и сфокусированных источников света различной формы, а также влияние на него продольных расфокусировок, соответствующих возможным продольным аберрациям, изложено в [1-1, 1-3 и 3-4]. Особая дугообразная форма нити накала дальнего света большинства автомобильных фарных ламп обычно не рассматривается, но такое исследование было проведено на кафедре светотехники и источников света МЭИ под руководством Н. А. Карякина [3-5]. В этом исследовании дуговая форма нити накала была заменена двумя цилиндрами, расположенными параллельно оси лампы.

Рассмотрено также светораспределение от нитевидного источника света, расположенного на оптической оси параболоидного отражателя, причем середина нити совпадает с фокусом. Это соответствует светораспределению автомобильных фар с новыми галогенными лампами на дальнем свете.
Исследование светораспределения заключается в определении формы, размеров и расположения элементарных отображений источника света. Выявление закономерности изменения параметров элементарных отображений с изменением положения отражающей точки на поверхности отражателя позволяет установить количество элементарных отображений, «накрывающих» каждую точку поверхности освещаемого экрана, т. е. ее освещенность.
При подобных исследованиях понятие элементарное отображение представляет собой элементарный световой поток, отраженный отдельной точкой отражателя. Он распространяется в телесном угле, равном телесному углу, под которым из точки, лежащей на поверхности отражателя, виден источник света.

Каждая точка отражателя создает свое элементарное отображение, которое характеризуется двумя плоскими углами — одним, представляющим собой сечение телесного угла меридиональной плоскостью, которая проходит через рассматриваемую точку и оптическую ось отражателя, другим — сечение плоскостью, перпендикулярной меридиональной плоскости,

Световой поток элементарного отображения пропорционален яркости элемента поверхности отражателя в направлении вершины этого элементарного отображения. За яркость поверхности отражателя в данном направлении принимается средневзвешенная габаритная яркость источника -света, умноженная на коэффициент отражения зеркальной поверхности отражателя. Сила света, отраженного в заданном направлении, зависит, следовательно, от яркости поверхности отражателя.
Поскольку зависимости, связывающие перечисленные параметры, являются, как правило, трансцендентными и интегрированию не поддаются, последнее производится графоаналитическим методом.
Фигура, вырезаемая в какой-либо плоскости, пересекающей телесный угол элементарного отображения, называется следом элементарного отображения. Размеры и положение следа элементарного отображения на экране принято определять угловой мерой. На освещаемый экран наносится прямоугольная система координат, по осям которой отложены угловые величины. За начало координат чаще всего выбирают точку пересечения с этим экраном оптической (геометрической) оси отражателя.

Положение точек на отражателе определяется либо их координатами в прямоугольной системе координат, начало которой совпадает с вершиной отражателя, ось х совпадает с его осью, оси у и г лежат в плоскости, ей перпендикулярной (рис. 3-2), либо в полярной системе координат с началом в фокусе отражателя и началом отсчета углов ср в меридиональных плоскостях от прямой, соединяющей фокус с вершиной отражателя, а положение меридиональных плоскостей углами р от какой-либо плоскости, принятой за исходную (обычно вертикальную).

Для автомобильных фар наиболее сложным и ответственным является расчет светораспределения на ближнем свете, получаемом от сильно расфокусированной нити. Детальный расчет светораспределения дальнего света от нити накала малых габаритов, помещенной в фокусе отражателя, не является такой острой проблемой, так как нормы дальнего света легче выполнить и в имеющейся литературе рассмотрены расчеты, которые с известным приближением могут быть распространены на автомобильные фары. Однако в литературе отсутствуют исследования светораспределения, создаваемого параболоидными отражателями с сильно расфокусированными источниками света; некоторые вопросы были рассмотрены в [3-6]. Далее будет рассмотрен расчет светораспределения на ближнем свете.

Применение резко расфокусированной нити накала явилось результатом необходимости создания двухсветных фар, совмещающих дальний и ближний свет.
Для получения ближнего света в Европе применяется прямолинейная нить накала, расположенная соосно и расфокусированная продольно; в США — прямолинейная нить накала ближнего света, расположенная перпендикулярно оптической оси и расфокусированная в поперечном направлении.

• < Конструирование рассеивателя для сфокусированной нити накала
• Выбор размеров отражателя фары >