светорассеивающая линза и способ изготовления пуансона для прессования светорассеивающей линзы

Формула изобретения

СВЕТОРАССЕИВАЮЩАЯ ЛИНЗА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПУАНСОНА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ.

1. Светорассеивающая линза, используемая в светофорах для преобразования падающего на нее параллельного светового потока в световой поток с заданными углами расходимости, выполненная из бесцветного или цветного прозрачного материала и содержащая две поверхности, первая из который выпуклая, а на второй выполнены N элементарных линз, расположенных параллельными рядами, отличающаяся тем, что каждая элементарная линза выполнена симметричной относительно плоскости, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы и состоит по крайней мере из двух взаимосвязанных частей, первая из которых выполнена в виде части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, а вторая часть выполнена колоколообразной и имеет вогнутую форму в плоскостях, перпендикулярных к плоскости симметрии элементарной линзы и параллельных оси симметрии первой части, а в плоскости симметрии элементарной линзы имеет форму колоколообразной кривой, постепенно или ступенчато углубляющейся в материал светорассеивающей линзы до пересечения с плоской торцевой поверхностью, параллельной оси симметрии первой части, причем плоскости симметрии всех элементарных линз параллельны между собой.

2. Линза по п.1, отличающаяся тем, что наиболее удаленные от плоскости симметрии каждой элементарной линзы точки колоколообразных частей смежных элементарных линз совпадают между собой, а линии пересечения наружной поверхности светорассеивающей линзы с вогнутой поверхностью первой части элементарной линзы и с торцевой поверхностью расположенной в следующем параллельном ряду элементарной линзы касаются одна другой.

3. Линза по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждая элементарная линза содержит дополнительную вогнутую цилиндрическую поверхность, расположенную между поверхностями первой и второй частей.

4. Линза по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что у каждой элементарной линзы точки соединения между собой линий пересечения поверхностей смежных частей элементарной линзы с плоскостями, перпендикулярными и/или параллельными плоскости симметрии элементарной линзы, выполнены в виде точек перегиба.

5. Способ изготовления пуансона для прессования светорассеивающей линзы, содержащей на одной из поверхностей полости, образующие N элементарных линз, включающий изготовление электрода для электроэрозионной обработкии и изготовление пуансона электроэрозионной обработкой совместно с полученным электродом, отличающийся тем, что электрод изготавливают в виде двух отдельных графитовых пластин, причем на первой графитовой пластине фрезеруют параллельные канавки, число которых равно половине числа параллельных рядов элементарных линз, а ширина канавок и графитовых полос, полученных между ними, равна максимальному размеру полости элементарных линз, расположенных в соответствующем ряду, в направлении, перпендикулярном к направлению канавок, и фрезеруют полости элементарных линз в полосах графитового материала, а на второй графитовой пластине фрезеруют параллельные канавки, ширина и расположение которых соответствуют полосам графитового материала на первой графитовой пластине, и фрезеруют полости элементарных линз в полосах графитового материала, полученных между канавками на второй графитовой пластине, а затем изготавливают пуансон электроэрозионной обработкой последовательно совместно с первой, а затем с второй графитовыми пластинами.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что фрезерование полостей элементарных линз осуществляют шаровой фрезой.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что фрезерование полостей элементарных линз осуществляют осесимметричной фасонной фрезой, контур которой в плоскости сечения, параллельной оси симметрии фрезы, содержит по крайней мере одну точку перегиба.

8. Способ по пп.5 - 7, отличающийся тем, что фрезерование полостей элементарных линз, симметричных относительно плоскости, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, и состоящих по крайней мере из двух взаимосвязанных частей, первая из которых выполнена в виде части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, вторая часть выполнена колоколообразной и имеет вогнутую форму в плоскостях, перпендикулярных к плоскости симметрии элементарной линзы и параллельных оси симметрии первой части, а в плоскости симметрии элементарной линзы имеет форму колоколообразной кривой, начинают прямолинейным перемещением шаровой или фасонной фрезы в материал линзы в направлении, параллельном оси симметрии первой части, на глубину первой части и перемещением фрезы перпендикулярно к плоскости симметрии элементарной линзы в одном или двух направлениях формируют поверхность первой части элементарной линзы, а затем перемещением фрезы в материал линзы и параллельно, и перпендикулярно плоскости симметрии элементарной линзы формируют колоколообразную вторую часть.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается светорассеивающих линз, предназначенных для использования в светофорах, в которых проецируется почти параллельный световой пучок на неокрашенную или окрашенную (красную, желтую, зеленую) линзу, чтобы рассеивать свет в границах определенных заданных пределов.

Обычно желательно обеспечить рассеивание по крайней мере основной части света, проходящего через линзу, под углом в направлении вниз от горизонтальной плоскости около 20^о и под углом в сторону от вертикальной оптической оси около 30^о в обоих направлениях. Наоборот, нежелательно иметь рассеяние света в направлении вверх, как показано на фиг. 1.

Известна светорассеивающая линза, используемая для светофоров, выполненная из бесцветного или цветного прозрачного материала и содержащая две поверхности, одна из которых выпуклая, а на другой выполнены N элементарных линз, расположенных параллельными рядами [1].

Оба названных типа линз образованы на своих внутренних поверхностях со светопреломляющими элементами в виде обращенных внутрь в сторону светового источника выпуклостей разной формы и размера и предназначенных придавать требуемое преломление света.

Производство такой линзы может быть трудным и дорогим, и обычно такие линзы обеспечивают преломление или рассеивание света, отличающееся от оптимального, указанного на фиг. 1, т.е., например, могут создавать слишком сильное или слишком слабое преломление света либо по бокам, либо в направлении вниз, или они могут создавать нежелательное преломление света в направлении вверх.

Известен способ изготовления пуансона для прессования светорассеивающей линзы, включающий изготовление электрода для электроэрозионной обработки и изготовление пуансона электроэрозионной обработкой по этому электроду [2].

Целью изобретения является создание светорассеивающей линзы, которая образует оптимальное преломление света, а также создание оптимального способа изготовления пуансона для ее изготовления.

Первая из указанных задач решается благодаря тому, что в светорассеивающей линзе, используемой в светофорах для преобразования падающего на нее параллельного светового потока в световой поток с заданными углами расходимости, выполненной из бесцветного или цветного прозрачного материала и содержащей две поверхности, первая из которых выпуклая, а на второй выполнены N элементарных линз, расположенных параллельными рядами, каждая элементарная линза выполнена симметрично относительно плоскости, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, и состоит по крайней мере из двух взаимосвязанных частей, первая из которых выполнена в виде части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, а вторая часть выполнена колоколообразной и имеет вогнутую форму в плоскостях, перпендикулярных плоскости симметрии элементарной линзы и параллельных оси симметрии первой части, а в плоскости симметрии элементарной линзы имеет форму колоколообразной кривой, постепенно или ступенчато углубляющейся в материал светорассеивающей линзы до пересечения с плоской торцовой поверхностью, параллельной оси симметрии первой части, причем плоскости симметрии всех элементарных линз параллельны между собой.

Кроме того, наиболее удаленные от плоскости симметрии каждой элементарной линзы точки колоколообразных частей смежных элементарных линз могут совпадать между собой, а линии пересечения наружной поверхности светорассеивающей линзы с вогнутой поверхностью первой части элементарной линзы и с торцовой поверхностью, расположенной в следующем параллельном ряду элементарной линзы, могут касаться друг друга, а каждая злементарная линза может содержать дополнительную вогнутую цилиндрическую поверхность, расположенную между поверхностями первой и второй частей.

При этом у каждой элементарной линзы точки соединения между собой линий пересечения поверхностей смежных частей элементарной линзы с плоскостями, перпендикулярными и/или параллельными плоскости симметрии элементарной линзы, могут быть выполнены в виде точек перегиба.

Кроме того, вторая задача решается благодаря тому, что в способе изготовления пуансона для прессования светорассеивающей линзы, содержащей на одной из поверхностей полости, образующие N элементарных линз, включающем изготовление электрода для электроэрозионной обработки и изготовление пуансона электроэрозионной обработкой совместно с полученным электродом, электрод изготавливают в виде двух отдельных графитовых пластин, причем на первой графитовой пластине фрезеруют параллельные канавки, число которых равно половине числа параллельных рядов элементарных линз, а ширина канавок и графитовых полос, полученных между ними, равна максимальному размеру полости элементарных линз, расположенных в соответствующем ряду, в направлении, перпендикулярном направлению канавок, и фрезеруют полости элементарных линз в полосах графитового материала, а на второй графитовой пластине фрезеруют параллельные канавки, ширина и расположение которых соответствует полосам графитового материала на первой графитовой пластине, и фрезеруют полости элементарных линз в полостях графитового материала, полученных между канавками на второй графитовой пластине, а затем изготавливают пуансон электроэрозионной обработкой совместно с первой, а затем с второй графитовыми пластинами.

При этом фрезерование полостей элементарных линз можно осуществлять шаровой фрезой или осесимметричной фасонной фрезой, контур которой в плоскости сечения, параллельной оси симметрии фрезы, содержит по крайней мере одну точку перегиба.

Кроме того, фрезерование полостей элементарных линз, симметричных относительно плоскости, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, и состоящих по крайней мере из двух взаимосвязанных частей, первая из которых выполнена в виде части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, а вторая часть выполнена колоколообразной и имеет вогнутую форму в плоскостях, перпендикулярных плоскости симметрии элементарной линзы и параллельных оси симметрии первой части, а в плоскости симметрии элементарной линзы имеет форму колоколообразной кривой, можно начинать прямолинейным перемещением шаровой или фасонной фрезы в материал линзы в направлении, параллельном оси симметрии первой части на глубину первой части, а перемещением фрезы перпендикулярно плоскости симметрии элементарной линзы в одном или двух направлениях формировать поверхность первой части элементарной линзы, а затем перемещением фрезы в материал линзы и параллельно и перпендикулярно плоскости симметрии элементарной линзы формирователь колоколообразную вторую часть.

На фиг. 1 дано схематичное изображение оптимальных углов преломления или рассеяния светового потока линзами светофоров; на фиг. 2 - линза при установке в светофор, вид спереди; на фиг. 3 - форма элементарной линзы светорассеивающей линзы; на фиг. 4, 5 - поперечные сечения соответственно А-А и Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - сечение элементарной линзы с двумя дополнительными цилиндрическими поверхностями; на фиг. 7, 8 - изготовление графитовых электродов; на фиг. 9 - изготовление светорассеивающей линзы.

Фиг. 1 представляет схематичное изображение требуемых углов рассеяния светового потока линзой для светофора или аналогичного средства, в котором свет от нити накала попадает на линзу параллельным пучком света, обычно отраженным параболическим зеркалом (отражателем). Видно, что свет может преломляться или рассеиваться по прямоугольной поверхности, например поверхности между +/-30^о в горизонтальном направлении h-h и между горизонтальной плоскостью и 20^о ниже горизонтальной плоскости в вертикальном направлении V-V.

Наиболее необходимо получить чрезвычайно сильный свет в горизонтальной плоскости и небольшом угле вниз, например, до угла 8-10^о (помечено "широким" ХХХХ на фиг. 1), а также необходимо, чтобы свет заполнял оптимально большую часть указанной прямоугольной поверхности как можно однороднее.

На фиг. 2 показана линза чашеобразной формы, имеющая слегка выпуклую переднюю поверхность с ободком 1, посредством которого линза может монтироваться в корпусе светофора. Линза образована из большого числа элементарных линз 2, которые расположены параллельными рядами 3, в которых элементарные линзы 2 расположены близко друг к другу как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, так что поверхность линзы целиком заполнена элементарными линзами. Число элементарных линз может изменяться по желанию. Линза, имеющая большое число элементарных линз, дает более равномерный световой поток, чем линза, имеющая небольшое число элементарных линз, а глубина каждой элементарной линзы меньше в линзе, имеющей большое число элементарных линз, чем в линзе, имеющей небольшое число элементарных линз, а это позволяет использовать линзы из более тонкого материала. Передняя поверхность светорассеивающей линзы слегка выпуклая для устранения появления отсветов.

На фиг. 3-5 показано, что каждая элементарная линза имеет наружную ограничивающую поверхность, которая похожа на обращенный вниз колокол и которая имеет в простом поперечном сечении ограничивающую кромку или торцовую поверхность 4. Каждая элементарная линза состоит по крайней мере из двух частей, а на чертеже показана элементарная линза из трех разных поверхностных частей линзы, а именно чашеобразной первой части 5 линзы, которая имеет форму части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, и части 6 линзы, которая образует ступенчатую или постепенно расходящуюся вбок и в материале линзы расширяющуюся колоколообразную полость. Между первой чашеобразной частью 5 линзы и второй колоколообразной частью 6 линзы может быть обычная цилиндрическая часть 7 линзы переменной длины.

Также можно образовать первую часть линзы как эллиптическую или аналогичной формы.

При установке светорассеивающей линзы в светофор, согласно фиг. 2, первая частично сферическая полость 5 линзы производит рассеивание света в горизонтальном направлении и под углом вниз, как показано с пометками ( /// ) на фиг. 1. Эта линзовая часть производит преломление линзой основного света. Часть света, проходящего ниже линии 20^о и преломляющегося больше, чем обычно требуется, может быть полезна, когда светофор монтируется высоко в воздухе, например на перекрестке улиц и т.д. В таких случаях может быть трудно иначе наблюдать свет.

Промежуточная цилиндрическая часть 7 линзы диффундирует или рассеивает свет главным образом в горизонтальном направлении, как помечено (широким ХХХ) на фиг. 1, так что главным образом горизонтально направленный свет усиливается и получает лучшую видимость на большом расстоянии.

Вторая часть 6 линзы производит рассеивание света в боковые стороны, как помечено (узкими ххх) на фиг. 1, благодаря чему свет становится рассеянным специально в сторону нижних углов между горизонтальной и вертикальной линиями.

Элементарные линзы 2 расположены так близко относительно друг друга, что кромочные точки 8 колоколообразных частей 6 линзы смежных в одном ряду элементарных линз совпадают друг с другом, а линия 9 пересечения наружной поверхности светорассеивающей линзы с вогнутой поверхностью первой части 5 и торцовая поверхность 4 элементарной линзы 2 следующего ряда 3 касаются друг друга.

Для увеличения числа блестящих точек линзы в горизонтальном направлении можно разделить цилиндрическую часть 7 элементарной линзы, например, как показано на фиг. 6, где элементарная линза имеет две цилиндрические части 8 и 9, и поэтому также поделенные надвое расширенные раструбообразные части 10 и 11.

Линза вышеописанного типа может изготавливаться прессованием с помощью пуансона, способ изготовления которого поясняется ниже с помощью фиг. 7, 8.

Прорезаются параллельные канавки 12 в первой пластине электродного материала, например графитовой пластине 13, благодаря чему ширина и взаимные расстояния между канавками соответствуют заданной ширине каждого ряда элементарных линз 2. Между канавками 12 последовательно оставлены полосы 14 графита, в которых образованы полости 15 посредством шаровой или фасонной фрезы, придавая полостям форму, соответствующую элементарным линзам. При этом шаровая (или фасонная) фреза движется справа налево. Фреза выходит из графитовой полосы 14 в канавку 12, образуя тем самым срезанную торцовую поверхность 4 готовой элементарной линзы.

Обычно фасонная фреза движется вначале прямолинейно вниз в материале линзы, тем самым образуя первую часть 5 линзы, и после этого фреза движется перпендикулярно плоскости симметрии элементарной линзы в одном или двух направлениях, а затем перемещением фрезы в материал линзы и параллельно и перпендикулярно плоскости симметрии элементарной линзы формируют колоколообразную вторую часть.

Аналогичным образом фрезеруются канавки 16 во второй графитовой пластине 17, но в этом случае в местах, соответствующих графитовым полосам 14 первой графитовой пластины 13, и аналогичные полости 18 фрезеруются в графитовых полостях 19 посредством фрезы. Две графитовые пластины 13 и 17 образуют вместе так называемый разрядный электрод для обработки стальной заготовки пуансона. Заготовка пуансона подвергается электроэрозионной обработке в две стадии посредством графитовых пластин 13 и 17, в результате чего образуется пуансон 20, который образуется с повышенными участками, соответствующими полостям 15 и 18 графитовых пластин 13 и 17.

Пуансон 20 после этого используется, как показано на фиг. 9, вместе с сопряженной матрицей 21 для прессования материала 22 в светорассеивающую линзу.

Для линз может использоваться любой материал, который является бесцветным или прозрачным, должен иметь хорошую прочность, легко формоваться и принимать заданные цвета, быть стойким к свету, чтобы цвета, например зеленый, желтый и красный, не ослабевали и не изменялись со временем; быть стабилизированным ультрафиолетом и т.д. Для этой цели предпочтительно используются пластики, в частности акриловые, или, более предпочтительно, поликарбонаты.