Световой пучок фары может быть сформирован прожекторным или проекторным методом. Наиболее распространенный прожекторный метод обеспечивает концентрацию светового потока источника тока отражателем и его перераспределение в соответствии с заданным режимом освещения рассеивателем. Для концентрации светового пучка при таком методе его формирования используется параболоидный отражатель с круглым или прямоугольным (усеченным) отверстием.
В качестве преломляющих элементов используются цилиндрические, сферические и эллипсоидные линзы, призмы и линзы-призмы. В зависимости от преломляющей структуры рассеивателя добиваются изменения как формы светового пучка, так и силы света в различных направлениях светораспределения. На формирование необходимой структуры светового пучка также влияет положение тела накала относительно фокальной точки отражателя.
Отраженные от параболоида лучи идут узким пучком параллельно оптической оси, если в фокусе F (рис. 1) отражателя помещен точечный источник света. Нить накала лампы имеет конечные размеры. Технологически невозможно обеспечить точную геометрическую форму параболоида отражателя. Вместо фокуса у него есть фокальная область. Поэтому в фарах отраженные лучи представляют собой слабо расходящийся пучок света.
Рис. 1. Схема параболоидного отражателя: а - распределение светового потока при расположении тела накала в фокусе; б - мелкая фара; в - глубокая фара
Световой поток источника света распространяется в пределах телесного угла 4π. На отражатель падает световой поток, расходящийся в телесном угле ω1, которому соответствует плоский угол охвата 2φ. После отражения этот поток собирается в малом телесном угле ω2, при сечении которого меридиональной плоскостью получают плоский угол излучения 2γ. Даже при некотором уменьшении отраженного светового потока из-за потерь на поглощение света, концентрация пучка отраженных лучей в малом телесном угле ω2 позволяет во много раз увеличить силу света в нем по сравнению с силой света нити накала лампы.
Параболоидные отражатели автомобильных фар увеличивают силу света лампы в нужном направлении в 200—400 раз и тем самым обеспечивают необходимую освещенность дороги на значительно больших расстояниях. Так, лампа силой света 50 кд без отражателя дает освещенность E, равную 1 лк, на расстоянии около 7 м. При наличии отражателя сила света J в центре светового отверстия фары возрастает до 10000—40000 кд и освещенность в 1 лк достигается на расстоянии l, равном 100—200 м. При расчете освещенности дальних участков дороги принимают во внимание только пучок отраженных лучей. Часть светового потока источника, которая проходит мимо отражателя через световое отверстие в пределах телесного угла 4π—ω1 сильно расходящимся пучком, освещает лишь ближние участки дороги в пределах 5—10 м. Эта часть светового потока называется непреобразованной и обычно экранируется (дополнительный экран в фаре или чернение вершины колбы лампы Н4), так как из-за большого угла рассеяния она ухудшает видимость при движении в тумане или в дождливую погоду.
Полезная часть светового потока будет больше при увеличении угла 2φ. Угол охвата можно увеличить за счет уменьшения фокусного расстояния f при неизменном диаметре светового отверстия, или, оставляя неизменным фокусное расстояние, увеличением диаметра светового отверстия. Глубокий параболоид с малым фокусным расстоянием сложнее изготавливать. При небольшом фокусном расстоянии сильнее нарушается требуемое распределение света в отраженном световом потоке вследствие меньшей точности геометрической формы штампованного отражателя. Возможности увеличения диаметра светового отверстия ограничены условиями размещения фары на автомобиле. Обычно угол охвата отражателей автомобильных фар не превышает 240°. Мелкие отражатели с большим фокусным расстоянием применяют в прожекторах, так как они создают точно направленный световой пучок с незначительным рассеиванием.
Поверхность отражателей, штампуемых из стали, покрывают слоем лака (для создания более гладкой поверхности) и алюминируют. Коэффициент отражения алюминиевого покрытия достигает 0,9. Качество отражающего слоя, так же как и точность геометрической формы отражателя, существенно влияет на характеристики светораспределения фары.
Отражатели в оптических элементах автомобильных фар и прожекторов предохраняют от воздействия окружающей среды защитными стеклами. В фарах головного освещения защитные стекла — рассеиватели осуществляют вторичное распределение светового потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивая требуемый уровень освещенности на различных участках дорожного полотна. При изготовлении в пресс-формах на внутренней поверхности рассеивателя формируют линзы и призмы. Вертикальные цилиндрические линзы рассеивают световой пучок в стороны. Сила света, максимальная вдоль оптической оси фары, постепенно уменьшается при отклонении от оптической оси в горизонтальной плоскости и резко падает при отклонении луча вверх или вниз. Двойной угол рассеивания, в котором сила света снижается до 8—10% максимального значения (световой пучок максимальной концентрации), составляет 18—24° в горизонтальной и 5—9° в вертикальной плоскостях. Сферические линзы позволяют получить световой пучок, одинаково рассеянный в обеих плоскостях. При эллипсоидных линзах получают различные углы рассеяния светового пучка во взаимно перпендикулярных плоскостях. В случае использования призм добиваются изменения распространения части светового потока в результате соответствующей ориентации ее преломляющей грани.