سيستم‌هاي اپتيكي چراغ جلو

[Asghar2000]

الف- پروژكتورها و رفلكتورها
هدف از سيستماپتيكي خودرو، دستيابي به بازدهي هر چه بيشتر نور خروجي از چشمه نور، شكل‌دهي مناسبپرتوي نور و هدايت و متمركز كردن آن در مناطقي است كه براي راننده وسيله نقليهضروري مي‌باشد. البته همه اين شرايط با رعايت مقررات قانوني و استانداردها انجاممي‌شود.
در طراحي سيستم اپتيكي مناسب، معمولاً از نرم‌افزارهاي بسيار پيشرفتهرايانه‌اي مانندASAP به انضمام ماجول ELTM و رفلكتور CAD استفاده مي‌شود. بخشي كهدر تمام سيستم‌هاي اپتيكي فعلي مشترك است رفلكتور مي‌باشد. وظيفه رفلكتور، گردآوردن نور توليد شده توسط لامپ و جهت‌دهي مناسب به آن است به‌گونه‌اي كه پس از عبوراز لنز، الگوي استانداردي ايجاد شود. رفلكتورها معمولاً از فلز و گاهي باموادترموست با تكنولوژي توليد قالب توده‌اي(BMC) ساخته مي‌شوند و سطح آنها با لايه‌ايبازتابنده (آلومينيم) پوشانده مي‌شود. لنز چراغ جلو يا بدون گذاشتن هيچ اثري اجازهمي‌دهد كه نور مستقيماً از آن بگذرد (رفلكتورهايMR). و يا در توزيع نور نقشي برعهدهدارد. موادي كه براي افزايش بازتاب نور، روي سطح رفلكتورها نشانده مي‌شوند معمولاًبه روش لايه نشاني در خلاء، با لايه‌اي از آلومينيم پوشانده مي‌شود و براي پيشگيرياز اكسيد يا خورده شدن با لايه‌اي محافظ نظير SiO2 پوشانده مي‌شود.
ب- رفلكتور سهموي
در اين سيستم، رفلكتور تككاسه به صورت يك سهموي است. چشمه نور در نزديكي نقطه كانوني آن قرار مي‌گيرد. لذاپرتوي توليد شده به ميزان زياد موازي است. سپس نور توسط عناصر اپتيكي ديگر كه درجلوي سيستم قرار مي‌گيرند (لنز و نقش‌هاي برجسته روي آن...) به صورت مناسبي توزيعمي‌شود. شكل 1، طرحي از عمل رفلكتور را نشان مي‌دهد.

شكل 1: چگونگي عمل رفلكتور
در اين آرايش، شعاع‌هاي نور موازي هم مي‌شوند و الگويي متقارن ايجادمي‌شود كه مي‌توان آن را به صورت يك پرتوي فشرده در آورد. اگر چشمه نور به رفلكتورنزديك شود پرتو، پهن‌تر و گسترده‌تر مي‌شود، در حالي كه اگر چشمه نور از رفلكتوردور شود شعاع‌هاي نور همگرا مي‌شوند. اگرچ رفلكتور سهموي بيشترين كارايي را دركاربردهايي دارد كه نياز به خط قطع تيز ندارند (نظير الگوهاي نور پرتوي پايين)، اماخوبي آن در اين است كه محدوديتي براي اندازه رفلكتور و لنز در اين آرايش وجودندارد. رفلكتورهاي سهموي بزرگ‌تر، نور را بهتر كانوني مي‌كنند و اين امر آنها رابراي كاربردهايي كه محدوديت فضاي نصب در جلوي خودرو وجود نداشته باشد، ايده‌آلمي‌كند.
بيشتر لامپ‌هاي هالوژني كه در سيستم‌هاي چراغ جلو به‌كار مي‌روند دارايدو رشته (فيلامان) هستند، همچنين اين سيستم‌ها داراي سپري سرخود براي ممانعت ازگسيل نور در جهت‌هاي نامناسب مي‌باشند يعني نوار فلزي با طول و عرض مناسبي بر رويشيشه لامپ نشانده مي‌شود. فيلامان مربوط به پرتوي پايين (نور پايين) چند ميلي‌مترجلوتر و بالاتر از نقطه كانون رفلكتور قرار دارد به‌گونه‌اي كه نور پرتوي پايين بهسوي جلو و پايين بازتابيده مي‌شود. رشته مربوط به نور پرتوي بالا دقيقاً در نقطهكانون رفلكتور قرار دارد و در نتيجه در اين وضعيت نور مستقيماً به جلو بازتابيدهمي‌شود.
سيستم‌هاي سهموي از 1910 ميلادي استفاده شده‌اند. در اين سيستم‌ها، سطحرفلكتور يك سهموي است (يك سهمي كه حول محور خود دوران داده شده است). اگر ازروبه‌رو به رفلكتور نگاه كنيم، بخش بالايي آن در نور پايين به‌كار مي‌رود كه در شكل 2 مشخص شده است. در شكل 3 نمايي جانبي از رفتار رفلكتور سهموي در توليد پرتوي پايينرا مي‌بينيد.

شكل 2: سطح مؤثر رفلكتور (نماي جلو(


شكل 3: بازتاب نور بر روي سطح جاده (نماي جانبي(

چشمه نور به گونه‌اي مستقر مي‌شود كه نوري كه از آن به سوي بالاتابيده مي‌شود توسط رفلكتور به سوي پايين بازتابيده شده، از محور اپتيكي گذشته وروي جاده مي‌افتد. و لنز شيشه‌اي يا پلي‌كربناتي پلاستيكي شياردار نقش تعيين كنندهدر زمينه توزيع مناسب نور بر روي جاده را دارد (چراغ‌هاي جلو پژو و 405و پرايد دراين گروه قرار دارد(
پ- رفلكتور شكل- آزاد (FF)
در اين سيستم هر بخشاز سطح رفلكتور به روشن نمودن ناحيه معيني از جاده اختصاص داده مي‌شود. براي طراحيسطح اين نوع رفلكتورها از نرم‌افزارهاي متعددي استفاده مي‌شود. اين سيستم از بقيهلحاظ، شبيه سيستم رفلكتور سهموي است. شكل3، تصويري از يك رفلكتور شكل- آزاد را نشانمي‌دهد.
در فناوري FF )شكل آزاد يا سطح آزاد) با شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي، سطحرفلكتور و همچنين محل استقرار لامپ بهينه مي‌شود. فناوري FF اجازه مي‌دهد كه سطحرفلكتور به صورت نقطه به نقطه محاسبه شود. چراغ‌هاي جلوي اين گونه با لنز شفافكاملاً قابل تشخيص هستند. فناوري FF اين امكان را فراهم مي‌كند كه سطح رفلكتور بهگونه‌اي طراحي شود كه پرتو ايجاد شده شكل دلخواه و مناسب را دارا بوده و نيازي بهايفاي نقش لنز در شكل‌دهي پرتو نباشد و تنها وظيفه لنز محافظت از بخش‌هاي حساس درونكاسه رفلكتور است.

شكل 4: رفلكتور FF
ت- سيستم‌هاي پروژكتوري بيضوي
در اين سيستم‌ها،براي رفلكتور از الگوي FF به جاي هندسه معمول استفاده مي‌شود. سطح رفلكتور، سطحيبيضوي (يا تقريباً بيضوي) است. اين رفلكتور نور توليد شده توسط چشمه نور را جمعمي‌كند. چشمه نور در نزديكي كانون اصلي يا نقطه معادل آن قرار دارد. سپس نور توسطرفلكتور به صفحه كانوني ثانوي كه يك سپر فلزي در آن قرار دارد تابيده مي‌شود. اينسپر فلزي، الگوي اوليه‌اي به توزيع نور بر سطح جاده را مي‌دهد. در اين سيستم، لنزكاملاً شفاف است. شكل سپر، محل قرارگيري عمودي آن و فاصله آن تا چشمه از پارامترهايمؤثر در چگونگي توزيع نور بر سطح ميدان ديد راننده مي‌باشد.
مثالي از اين وضعيترا در شكل 5 مي‌بينيد. رفلكتور، پرتوهاي نور يك چشمه نور را بر روي تصوير متمركزمي‌كند. تصوير مي‌تواند اسلايد عكس باشد. يك عدسي محدب – تخت ، تصوير را بزرگ كردهو در فاصله‌اي مناسب به‌طور واضح بر پرده‌اي مي‌اندازد. نام‌هاي ديگر «لنز بيضوي» يا «لنز جمع‌كننده» نيز مي‌باشد. در سيستم پروژكتور خودرويي رفلكتوري كه پشت چشمهنور قرار گرفته، مقدار هر چه بيشتري از نور را جمع‌آوري مي‌كند و از بالاي سپرقطع‌كننده عبور مي‌دهد. سپس اين نور توسط عدسي محدب - تخت به‌طور مناسبي توزيعمي‌شود. اين سيستم از بخش‌هاي زير تشكيل شده است:
1. چشمه نور
2. رفلكتور
3. سپر قطع‌كننده(كات آف)
4. عدسي محدب - تخت

شكل 5: چگونگي عمل سيستم پروژكتوري بيضوي
سازندگان چراغ جلوي خودرو معمولاً علاقه‌مندند كه از يك سيستمپروژكتور واحد در چراغ جلوي وسايل نقليه متفاوت استفاده كنند. اين كار در بسياريمواقع ممكن شده است، اما نكته مهم اين است كه بيشتر پروژكتورهاي خودرويي، ظاهريتقريباً مشابه دارند. تنها تفاوت آنها در قطر و عمق است كه هميشه متناسب است. هر چهعدسي محدب – تخت، بزرگ‌تر باشد پروژكتور داراي عمق بيشتري است.
چراغ‌هاي جلوخودرو سمند از اين تكنولوژي براي نور پايين استفاده مي‌كنند و نوربالا از نوعرفلكتورهاي شكل آزاد- قطعه قطعه (MR) ميباشد.
عدسي‌هاي محدب - تخت از نظر شكلظاهر به سه گروه تقسيم مي‌شوند:
1. شفاف: بهترين روشنايي براي نورپايين را مطابقبا استانداردهاي ECE ، EEC )استانداردهاي اروپا) فراهم مي‌كند.
2. شياردار: بهنام Fresnel نيز شناختهمي‌شوند. كمترين روشنايي سوي پايين را دارد. نور كمي بشتراز بالاي سپر قطع‌كننده عبور مي‌كند و عموماً نور را به‌گونه‌اي بهتر مي‌گستراند. معمولاً در پروژكتورهاي DOT )استاندارد امريكاي شمالي) استفاده مي‌شود.
3. نرم: مانند مورد بالا است، اما مقداري از نور را به سمت عقب به سوي رفلكتور بازمي‌تاباند كه به معناي بازدهي است. بر روي پروژكتورهاي(DOT)اAcura Integra بهكار مي‌رود.
شكل 6، تصوير سه نوع عدسي محدب - تخت را نشان مي‌دهد.
نكاتي كهدر بالا گفته شد به اين معنا نيست كه يكي از اين طرح‌ها بهتر از ديگري است. يكپروژكتور به صورت واحدي كامل طراحي مي‌شود و كيفيت كلي و سطح خروجي نور از آن بهعوامل ديگري نيز بستگي دارد.
براي هر نوع رفلكتور، انتخاب نوع لامپ اهميت زياديدارد و بستگي به نوع لامپ، ميزان نور توليد شده متفاوت است. در ضمن شكل هندسي لامپو فيلامان در طراحي بسيار اهميت دارد.

شكل6: تصويري از 3 نوع عدسي محدب - تخت
از راست به چپ: نوع نرم، نوع شياردار يا فرنل و نوعشفاف
ث- رفلكتورهاي شكل آزاد-قطعه قطعهMR
درسال‌هاي اخير براي چراغ‌هاي جلو پرتوي پايين با لامپ‌هاي هالوژني از رفلكتورهاي باشكل آزاد (قطعه قطعه) يا MR استفاده شده است. پيشرفت‌هاي حاصل شده در ساخت سطوحاپتيكي با شكل آزاد در كنار توسعه رايانه‌هاي قدرتمند لازم براي شبيه‌سازي‌هايرايانه‌اي نورسنجي مورد نياز، امكان طراحي‌هاي بهينه را فراهم كرده است. اينطراحي‌ها به‌گونه‌اي است كه شكل بهينه هر قطعه از رفلكتورها محاسبه مي‌شود. سپس اينقطعات در كنار هم قرار گرفته و رفلكتور كامل را تشكيل مي‌دهند. اين تكنولوژي درچراغ‌هاي جلو تك كاسه با لامپ H4 براي خودرو لوگان و همچنين در چراغ‌هاي جلو دوكاسه خودرو پژو پارس استفاده شده است. در چراغ‌هاي جلو دو كاسه براي نورپايين ازلامپ هالوژني H7 و براي نور بال از لامپ هالوژني H1 و H7 استفاده مي‌شود. تكنيكيجديد كه توسط OEC AG براي طراحي اين سطوح آزاد توسعه داده شده است هر گونه نياز بهتكه‌تكه كردن سطح را حذف كرده و اجازه مي‌دهد كه هر توزيع، روشنايي دلخواهي را باسطحي آزاد، يكپارچه و هموار به‌دست آورد.
در اين روش روشنايي در يك ناحيه ويژهاز منطقه هدف، با انحناي سطح اپتيكي رفلكتور مربوط مي‌شود. سپس از حل معادله‌هايديفرانسيل با مشتقات جزيي حاصله، شكل سطح محاسبه مي‌شود. اين روش طراحي اين امكانرا پديد مي‌آورد كه توزيع‌هاي نوري بي‌تلف توليد شود كه به‌طور شگفت‌آوري دقيقهستند. (شكل 7(

شكل 7: رفلكتور قطعه‌قطعه
ج- سيستم تطبيقي پيشرفته (AFS)
سيستم تطبيقپيشرفته چراغ جلو ساخت شركت Visteon، شامل بخش كنترلي الكترونيك است كه الگوي نورچراغ جلو را در جهتي كه شرايط رانندگي نياز دارد مانند سرعت و در جهت وسيله نقليهتنظيم مي‌كند. در هر يك از شرايط رانندگي، توزيع الگوي نور در جهت بهينه كه بستگيبه شرايط رانندگي دارد تنظيم مي‌شود تا راننده بهترين ديد را داشته باشد. ان برتريديد در شب، ايمني رانندگي را بيشتر و احتمال تصادفات را كاهش مي‌دهد. در شكل 8،نمونه الگوي نور چراغ تطبيقي نشان داده شده است. گردش چند درجه‌اي الگوي نور لامپبه سمت پيچ جاده توسط سيستم گردنده براي افزايش ديد راننده در شكل 8 و چراغ جانبيدر هنگام پيچيدن ناگهاني نشان داده شده است.

شكل 8: الف) سيستم گردنده الگوي چراغ

ب) الگوي چراغ جانبي

منبع : http://www.aminsystem1990.blogfa.com/cat-120.aspx