Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7210
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
B 60Q 1/30
F 21S 8/10
F 21V 5/00
(54) УСТРОЙСТВО СВЕТОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО
СРЕДСТВА МОДУЛЬНОЕ С НЕСМЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
СВЕТА
(21) Номер заявки: u 20100729
(22) 2010.08.18
(71) Заявители: Зуйков Игорь Евгенье-
вич; Сернов Сергей Павлович (BY)
(72) Авторы: Балохонов Дмитрий Валенти-
нович; Журавок Александр Алексан-
дрович; Зуйков Игорь Евгеньевич;
Колонтаева Татьяна Владимировна;
Савчиц Андрей Геннадьевич; Сернов
Сергей Павлович (BY)
(73) Патентообладатели: Зуйков Игорь Ев-
геньевич; Сернов Сергей Павлович (BY)
(57)
1. Устройство световой сигнализации транспортного средства модульное с несменны-
ми источниками света, включающее корпус, светоиспускающие поверхности рассеивателя
и оптической системы для функционирования комбинированных, сгруппированных и/или
совмещенных габаритных, стоп-огня и противотуманных огней, отличающееся тем, что
оно собрано в виде отдельных унифицированных оптических модулей с несменными ис-
точниками света на основе мощных светодиодов, размещенных на единой печатной плате,
а требуемое световое распределение и визуализация каждого независимого/совмещенного
огня выполнено в виде унифицированного элемента неизображающей вторичной оптики в
форме асферической коллиматорной линзы, внешняя светоиспускающая поверхность ко-
торой образована совокупностью поверхностей второго порядка с линейными размерами,
соизмеримыми с линейными размерами оптического модуля.
Фиг. 1
BY7210U2011.04.30

2. BY 7210 U 2011.04.30
2
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внутренней светоиспускающей по-
верхности рассеивателя выполнены дополнительные оптические элементы в виде сово-
купности поверхностей второго порядка для обеспечения требуемых пространственных
световых распределений отдельных категорий огней.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что имеет встроенную секцию со световоз-
вращающим элементом, размещенную в корпусе под общим прозрачным рассеивателем.
4. Устройство по любому из пп. 1, 3, отличающееся тем, что на боковой поверхности
корпуса выполнен встроенный боковой габаритный фонарь с несменным источником све-
та и дополнительным световозвращающим устройством.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что несменный источник света оптического
модуля состоит из нескольких светодиодов, в том числе с различными световыми распре-
делениями.
6. Устройство по любому из пп. 1, 5, отличающееся тем, что несменный источник
света содержит несколько светодиодов с различными цветовыми характеристиками для
обеспечения различных колориметрических спецификаций оптического модуля.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рассеиватель в модуле габаритного фо-
наря совмещен со световозвращающим устройством класса IA или IIIA.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что габаритный и стоп огни совмещены в
одном модуле с использованием одного несменного источника с различными режимами
работы.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что печатная плата выполнена на металли-
ческом основании, покрытом диэлектриком.
(56)
1. Фонарь задний многосекционный 7303.3716. ТУ РБ 600124805.026-2002.
2. Фонарь задний 2502.3776010 производства ОАО Автосвет, РФ.
3. KR 20030005456, 23.01.2003, МПК B 60Q 1/30; B 60Q 1/30, Rear combination lamp
for vehicle. Oh Se Uk (KR).
4. KR 20030016948, 03.01.2003, МПК F 21S 8/10; F 21S 8/10, Indirect illuminating type
car lamp, Oh Se Uk (KR).
5. JP 2002216510, 02.08.2002, МПК F 21S 8/10, Vehicle signal lamp, Kondo Toshiyuki;
Takemura Jun.
6. US5791757, 11.08.1998, МПК B 60Q 1/00; F 21S 8/10; F 21V 5/00; F 21V 8/00,Vehicle
lighting system utilizing a uniform thickness thin sheet optical element, O'Neil David Allen;
Fohl Timothy; Marinelli Michael Anthony; Remillard Jeffrey Thomas.
7. KR 20010067043,12.07.2001, МПК H 01L 33/00; B 60Q 1/44; F 21S 8/10, Lamp unit for
vehicle using led light source, Murahashi Katsuhiro; Ookoto Masaya; Tsunoda Koji.
8. DE 10343470, 04.05.2005, МПК B 60Q 1/26; F 21K 7/00; F 21S 8/10; F 21V 19/00, Mo-
tor vehicle light has adapter module with lamp base for insertion in to holder, contact(s) for con-
tacting holder, carrying body for LED(s), electronic unit for controlling LED(s), scattering
optical arrangement for shaping emitted light., Stadler Manfred, Berlitz Stephan.
9. Правила ЕЭК ООН № 6. Единообразные предписания, касающиеся официального
утверждения указателей поворота механических транспортных средств и их прицепов.
10. Правила ЕЭК ООН № 7. Единообразные предписания, касающиеся официального
утверждения подфарников, задних габаритных (боковых) огней, стоп-сигналов и контур-
ных огней механических транспортных средств (за исключением мотоциклов) и их при-
цепов.
11. Патент РБ 568. Несменный источник света / И.Е. Зуйков, Т.В. Колонтаева, С.П. Пет-
ров. МПК F 21S 8/10, заявл. 05.12.2001, опубл. 30.06.2002.
12. Патент РБ 1701. Несменный источник света / А.Н. Бусел, И.Е. Зуйков, Т.В. Колон-
таева. МПК F 21S 8/10, заявл. 03.10.2004, опубл. 30.12.2004.

3. BY 7210 U 2011.04.30
3
13. Visible LED Devices and Eye Safety With Respect to MPE Values as Defined in the Eu-
ropean Standard IEC 825-1, Hewlett Packard, Application Brief I-009.
14. EP 1033526, 06.09.2000, МПК F 21S 8/10; F 21V 8/00, Lamp, in particular for motor
vehicles, Hering Oliver (DE); Lendle Reiner (DE).
15. EP 1167870. 02.01.2002, МПК F 21S 8/10; F 21V 8/00; F 21V 9/08, Vehicle light,
Goedecker Reiner (DE); Lachmayer Roland Dr (DE).
16. US 2003035299, 20.02.2003, МПК F 21S 8/12; B 60Q 1/26; F 21S 8/10; F 21V 13/00;
F 21V 13/04, Led-type vehicular lamp having improved light distribution, Amano Yasuyuki (JP).
17. JP 2004193026, 08.07.2004, МПК F 21S 8/10; F 21V 5/00, Inner lens for automobile
lamp and automobile lamp equipped with the same, Takahashi Jun.
18. JP 2004322954, 18.11.2004, МПК B 60Q 1/00; B 60Q 1/44; B 60Q 11/00; H 05B 33/08;
B 60Q 1/00; B 60Q 1/44, Vehicular lamp, Ito Masayasu; Takeda Hitoshi.
19. AN 1149-1. Using Super Flux LEDs In Automotive Signal Lamps. www.lumiled.com.
20. MX2004PA08487 19.04.2005, МПК B 60Q 1/30; F 21S 8/10; F 21V 5/00; Single light-
emitting diode vehicle lamp, Christopher A Ross (US).
21. US 2004120157. 24.06.2004, МПК B 60Q 1/00; F 21S 8/10; B 60Q 1/00; F 21S 8/10
Vehicle lamp, Bottesch Rainer (DE); Muller Otto Rolf (DE).
22. US 7111969, 26.09.2006, МПК F 21V 5/00; F 21V 7/00, Vehicle lamp, Bottesch Rainer
(DE); Muller Otto Rolf (DE).
23. US 2004012976, 22.01.2004, МПК F 21S 8/10; F 21V 7/00; F 21V 13/04, Vehicular
lamp, Amano Yasuyuki (JP).
24. JP 2004134357, 30.04.2004, МПК F 21S 8/10; F 21S 8/10, Indication lamp comprising
optical piece for performing indicating function, Aynie Jean Pierre; Fleury Benoist; Brun Norb-
ert.
25. US 2004207993, 21.10.2004, МПК F 21S 8/10; F 21S 8/10, Indicator light comprising
an optical piece fulfilling an indicating function in a self-contained manner, Aynie Jean-Pierre
(FR); Fluery Benoist (FR); Brun Norbert (FR).
26. KR 20040004109, 13.01.2004, МПК F 21S 8/10; F 21V 7/00; F 21V 8/00; F 21V 13/04,
Vehicular lamp, Amano Yasuyuki; Teranishi Yasuo.
Полезная модель относится к устройствам освещения или световой сигнализации
транспортных средств, размещаемых снаружи, и предназначена для установки в качестве
передних и/или задних многосекционных фонарей, обеспечивающих функции габаритных
(контурных) огней, указателей поворота, стоп-огня, задних противотуманных огней и зад-
ней фары автотранспортных средств и/или их прицепов.
Известны конструкции внешних сигнальных многосекционных фонарей транспортно-
го средства, состоящие из цельнолитого пластмассового корпуса, ламподержателя с лам-
пами накаливания различной мощности и внешнего рассеивателя, представляющего собой
либо сварную конструкцию из отдельных частей различного цвета, либо отдельные рассе-
иватели, закрепляемые с помощью саморезных винтов в приливах корпуса. Для обеспече-
ния пыле- и влагозащиты между корпусом и рассеивателем предусмотрено резиновое или
полимерное уплотнение [1, 2]. Обязательным элементом задних фонарей является свето-
возвращающее устройство, которое должно быть герметично.
Основным недостатком таких устройств является использование в качестве источника
излучения ламп накаливания, функционирующих в условиях постоянных ударных, вибра-
ционных и электрических нагрузок, что и определяет низкую надежность изделия в це-
лом. Поскольку световая отдача ламп накаливания не превышает 10-15 лм/Вт, то
существует необходимость использования ламп накаливания мощностью 5-21 Вт, что
предопределяет как требования эффективного теплоотвода, так и внешние габариты

4. BY 7210 U 2011.04.30
4
устройства [3, 4]. Это ограничивает запросы дизайнеров и требует применения теплостой-
ких материалов. Поэтому эволюция многосекционных комбинированных фонарей разви-
валась как в направлении уменьшения потребляемой мощности и повышения надежности,
так и в обеспечении дизайна [5].
Известны устройства освещения, в которых наряду с традиционными лампами нака-
ливания используются волоконно-оптические системы [6], в том числе с использованием
твердотельных источников света [7], или светодиодные кластеры в ламповом цоколе [8].
Наиболее перспективными являются несменные источники света [11, 12], в которых
излучателями являются светодиоды. Использование несменных источников света с ин-
жекционными светодиодами и вторичной оптики позволило не только обеспечить вибро-
и ударостойкость светотехнического оборудования, но и исключить необходимость сер-
висного обслуживания. Однако увеличение светоотдачи светодиодов обеспечило не толь-
ко уменьшение их количества, а следовательно и увеличение надежности изделий, но и
обусловило проблемы визуального восприятия совокупности сверхъярких точечных ис-
точников света [9, 10, 13].
Для обеспечения приемлемой визуализации сигнальных огней и равномерности рас-
пределения света в пределах рассеивателя были разработаны сложные катадиоптрические
системы, в которых каждый источник света снабжался дополнительным элементом вто-
ричной оптики, формирующей предварительное световое распределение, собираемое
внешним рассеивателем для получения двухмерного распределения, удовлетворяющего
фотометрическим требованиям нормативной документации [14-18].
Прогресс светодиодных технологий обеспечил эффективность светодиодов до значе-
ний 100-140 лм/Вт, что позволило получать световые потоки, излучаемые одним кристал-
лом, до 100-200 лм. В то же время, согласно априорным оценкам, минимальные значения
интегрального светового потока, рассчитанные по методу зональной интеграции для сиг-
нальных огней, не превышают 25 лм [19].
Поскольку светодиоды такого типа обычно имеют широкоугольное распределение
света со значением угла излучения на половине интенсивности Θ1/2, равным 60-70 граду-
сов, то возникает задача эффективного использования светового потока в пределах боль-
ших углов распределения и формирования требуемого пространственного распределения
для обеспечения фотометрических спецификаций, безопасного уровня яркости излучения
и эстетического зрительного восприятия сигнальных огней.
Известна конструкция, состоящая из корпуса, металлической многослойной платы с
размещенной на ней электронной схемой, управляющей мощным светодиодом, и внешне-
го рассеивателя, позволяющая обеспечить одну из функций габаритного, стоп-огня и ука-
зателя поворота [20]. Недостатком такого устройства является его низкая
функциональность, требующая одновременного размещения нескольких таких фонарей на
транспортном средстве для обеспечения минимального набора сигнальных функций,
например заднего многосекционного фонаря. Однако основным недостатком данной кон-
струкции, взятой за прототип, является малая "оптическая" эффективность преобразова-
ния светового потока, испускаемого светодиодом, поскольку излучение в пределах малых
углов (0-30°) практически не используется.
Для минимизации оптических потерь и повышения эффективности таких устройств
необходима эффективная вторичная оптика, в качестве которой используются либо ме-
таллизированные полимерные рефлекторы [21, 22], либо коллимирующие насадки, с по-
мощью которых свет, испускаемый в пределах малых углов светового распределения, в
результате полного внутреннего отражения направляется параллельно оптической оси
устройства [23-26]. Однако применение металлизированных рефлекторов экономически
нецелесообразно, а сложная геометрия коллимирующих линз не обеспечивает необходи-
мую эффективность в силу многократного отражения от фронтальной и тыльной поверх-
ностей.

5. BY 7210 U 2011.04.30
5
Прототипом являются устройства, состоящие из несменного источника света на осно-
ве мощного светодиода и драйвера, размещенных на алюминиевой плате, и вторичной оп-
тики, объединенных в единую конструкцию, называемую оптическим элементом или
оптическим модулем, обладающую определенной унификацией по функциональному
назначению с возможностью последующей установки в различные варианты корпуса из-
делий [20].
В основу полезной модели поставлена задача разработки конструкции технологичного
в изготовлении устройства освещения транспортного средства повышенной надежности,
обеспечивающего высокую степень защиты от проникновения воды и пыли, не менее
IP67, с малым энергопотреблением и современным оптическим дизайном, обеспечиваю-
щим равномерное световое распределение внешнего рассеивателя, комфортное для зри-
тельного восприятия.
Технический результат проявляется в унификации конструкции оптического модуля,
обладающего высокой эффективностью и надежностью, обеспечивающего возможность
реализации светотехнических характеристик сигнальных огней различного функциональ-
ного назначения, и низкой себестоимостью устройства в целом, поскольку модульная кон-
струкция позволяет изготавливать различные типы устройств с несколькими вариантами
комбинации огней.
Поставленная задача достигается тем, что каждый огонь в устройстве освещения явля-
ется независимым/комбинированным, выполненным на основе отдельного унифициро-
ванного оптического модуля с несменным источником света на основе мощного
светодиода, размещенного для обеспечения эффективного теплоотвода на общей печатной
плате, помещенной в герметичный пластмассовый корпус с прозрачным внешним рассеи-
вателем, а требуемое световое распределение для огня соответствующей категории и его
визуализация обеспечиваются унифицированным элементом неизображающей вторичной
оптики в виде коллиматорной линзы, внешняя светоиспускающая поверхность которой
образована совокупностью поверхностей второго порядка, а в случае необходимости оп-
тическими элементами на внутренней поверхности внешнего рассеивателя.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет на
внутренней поверхности рассеивателя дополнительные корректирующие оптические эле-
менты в виде совокупности поверхностей второго порядка для обеспечения требуемых
пространственных световых распределений отдельных категорий огней.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет встро-
енную секцию со световозвращающим элементом, размещенную в корпусе под общим
прозрачным рассеивателем.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет на бо-
ковой поверхности корпуса встроенный боковой габаритный фонарь с несменным источ-
ником света и дополнительным световозвращающим устройством.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет опти-
ческие модули с несменными источниками света со светодиодами, отличающиеся углами
излучения Θ1/2 и колориметрическими спецификациями для реализации различных функ-
ций сигнальных огней.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности в оптиче-
ском модуле несменного источника света содержит несколько светодиодов с одинаковы-
ми или различными колориметрическими спецификациями.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет сек-
цию световозвращающего устройства класса IA или IIIA.
Устройство освещения транспортного средства повышенной надежности имеет опти-
ческий модуль, в котором реализованы функции габаритного и стоп-огня с использовани-
ем различных режимов работы одного несменного источника.

6. BY 7210 U 2011.04.30
6
Предлагаемое устройство освещения обладает высокой степенью защиты IP67, что
позволяет исключить негативное влияние факторов внешней среды и обеспечить не толь-
ко высокую надежность и временную стабильность фотометрических характеристик в ре-
зультате применения несменных источников света, но и низкую себестоимость вследствие
использования модульной конструкции, что дает возможность изготовления изделий с
различным дизайном и функциональным назначением.
Для лучшего понимания полезная модель поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - общий вид устройства освещения с несменными источниками света;
фиг. 2 - общий вид оптического модуля с несменным источником света в сборе.
Устройство освещения (фиг. 1) представляет собой сварную полимерную конструк-
цию, состоящую из монолитного корпуса 1, разделенного поперечными вставками 2 на
отдельные секции, в которых размещены оптические модули (фиг. 2) с несменными ис-
точниками света, состоящими из электронной схемы управления с мощным светодиодом
3, установленными на общей для всех модулей унифицированной печатной плате 4, кол-
лиматорной линзы 5 соответствующего модуля и общего рассеивателя 6. Площадь печат-
ной платы 4 обеспечивает одновременное функционирование всех оптических модулей,
однако поскольку отдельные сигнальные огни имеют малые значения коэффициентов
дневного использования, то избыточная площадь неиспользуемых модулей позволяет эф-
фективно охлаждать мощные светодиоды 3 в условиях предельных рабочих температур.
Плата 4 крепится к внутренней стороне корпуса 1 с помощью саморезных винтов или си-
стемы пластмассовых защелок (условно не показаны). Непрозрачные вставки 2 функцио-
нально разделяют световые потоки отдельных модулей и крепятся в пазах корпуса 1.
Внешняя поверхность общего рассеивателя 6 гладкая, а на его внутренней поверхности
могут быть выполнены дополнительные корригирующие оптические элементы 9 в виде
совокупности поверхностей второго порядка для обеспечения специальных световых рас-
пределений отдельных категорий огней. Коллиматорная линза 5 плоской нижней поверх-
ностью устанавливается на поверхность платы 4 так, чтобы фасонное коаксиальное
установочное самоцентрирующееся углубление сопрягалась со светоиспускающей по-
верхностью светодиода 3. Для фиксации коллиматорной линзы 5 в корпусе 1 устройства
выполнены приливы 7. Герметичный штекерный разъем 8 (фиг. 2) соединяет устройства
освещения с бортовой сетью автомобиля. В качестве обязательной опции в конструкции
заднего устройства освещения предусмотрена секция световозвращающего устройства 10
нетреугольной формы класса IA для автомобилей или треугольной формы 11 класса IIIA
для прицепов.
В качестве факультативной опции устройство освещения имеет боковой габаритный
фонарь 12 категории SM1, совмещенный со световозвращающим устройством класса IA.
Устройство освещения или световой сигнализации транспортного средства может
иметь различную конфигурацию размещения модулей несменных источников света на пе-
чатной плате и выполнено в виде многогранника, овальной или круглой формы для обес-
печения разнообразия дизайна устройства.
Устройство освещения функционирует следующим образом.
При подаче напряжения питания от бортовой сети транспортного средства через гер-
метичный штекерный разъем 8 на электронную схему управления устройства освещения и
сигнала управления требуемого огня включается светодиод 3 несменного источника света
соответствующего оптического модуля, что приводит к излучению света в направлении
сферической поверхности коаксиального углубления на нижней поверхности коллима-
торной линзы 5. Свет, проходя через коллиматорную линзу 5 в результате эффектов пол-
ного внутреннего отражения и преломления совокупностью поверхностей второго
порядка, расположенных на светоиспускающей поверхности линзы, образует интеграль-
ное двумерное пространственное распределение в соответствии с фотометрическими
предписаниями огня в плоскости внешнего рассеивателя, расположенной нормально к оси

7. BY 7210 U 2011.04.30
7
оптического модуля. Пространственные распределения габаритного, стоп огней и указа-
телей поворота, согласно предписаниям ТНПА, совпадают, что позволяет унифицировать
вторичную оптику в оптическом модуле, а различие в значениях осевой силы света для
огней разных категорий обеспечивается выбором токов инжекции светодиодов. Выбор
колориметрических характеристик светодиодов определяется требованиями ТНПА. Для
огней других категорий, например задних противотуманных, имеющих иные простран-
ственные распределения силы света, используется корригирующая оптика 9 на внутрен-
ней светоиспускающей поверхности рассеивателя 6 или используется специальная
коллиматорная линза с другой конфигурацией поверхностей второго порядка на свето-
испускающей поверхности. Использование общей платы 4 позволяет обеспечить тепловой
режим размещенных на ней светодиодов 3 во всем диапазоне рабочих температур. Уни-
фикация вторичной оптики существенно уменьшает себестоимость изделия, а его герме-
тичность определяет высокую долговечность.
Предлагаемое конструктивное решение согласно полезной модели по сравнению с
прототипом упрощает задачу по обеспечению устройством освещения основных функций
заднего (переднего) комбинированного фонаря и высокую конкурентоспособность.
Как показали испытания опытных образцов, устройство освещения предлагаемой кон-
струкции обеспечивает требуемые фотометрические характеристики и имеет высокую
надежность и энергоэффективность.
Промышленное использование предложенного варианта конструкции устройства
освещения ожидается в 2011 г.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.