專利名稱：照明器和動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明器，包括具有光發(fā)射窗的導(dǎo)光元件，所述導(dǎo)光元件具有用于將光引導(dǎo)至光纖系統(tǒng)中的形狀，所述光是所容納的電光源發(fā)出的。
本發(fā)明還涉及一種動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元。
這種照明器可以從EP-615094中獲知。在已知的照明器中，導(dǎo)光元件是凹形反射器的反射面，光源設(shè)置在該反射器的光軸上。該反射面的形狀是利用一種算法計(jì)算得到的，并且因此對(duì)于將光耦合到光纖系統(tǒng)的光入射面中而言進(jìn)行了優(yōu)化。該算法還考慮到在穿過(guò)光纖系統(tǒng)的光入射面時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度必須盡可能地保持恒定。因此可獲得該系統(tǒng)的高效光輸出。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)已知的照明器仍然具有一個(gè)缺點(diǎn)，即對(duì)于所容納的光源來(lái)說(shuō)，所用的算法不能獲得反射面的最佳形狀。因此，已知照明器的效率和均勻度對(duì)于所容納的光源來(lái)說(shuō)不是最佳的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是獲得如開(kāi)篇段落中描述的類型的照明器，該照明器中已經(jīng)消除了上述缺點(diǎn)。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的照明器的特征在于所述形狀是依照光線跟蹤算法計(jì)算得到的，該算法考慮到了所容納的所述光源是大體積的。光線跟蹤是利用軟件在計(jì)算機(jī)上生成圖像的方法。該算法的輸入數(shù)據(jù)是物體和光源的特性，具體是關(guān)于形狀、位置、顏色以及光源的紋理和位置的數(shù)據(jù)。該軟件對(duì)反射的和/或折射的光線進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入可以通過(guò)利用諸如交互建模系統(tǒng)(如CAD軟件包)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在用于確定已知照明器的反射面形狀的算法中，為光源優(yōu)化所述形狀，該光源是無(wú)限小的，即被認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)不用考慮光纖特性。但是，實(shí)際上光源總是具有有限的尺寸，即是大體積的，并且光纖特性改變了優(yōu)化的方式。本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)，即可以通過(guò)計(jì)算中的迭代步驟以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式設(shè)計(jì)和獲得反射面的形狀，從而使大體積光源發(fā)出的光以較高的效率和相對(duì)恒定的發(fā)光強(qiáng)度通過(guò)入口耦合到光纖系統(tǒng)中。光纖系統(tǒng)的入口采用二維矩陣的基本表面(elementary surface)。效率和強(qiáng)度分布的均勻度是通過(guò)計(jì)算和比較入射到各個(gè)基本表面上的光來(lái)確定的。在光線跟蹤方法中通過(guò)來(lái)自大體積光源實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)輸入來(lái)計(jì)算大體積光源，隨后所述大體積光源被認(rèn)為是多個(gè)發(fā)光的點(diǎn)光源。為所述點(diǎn)光源計(jì)算一種折衷的解決方案，該解決方案首先關(guān)于效率其次關(guān)于強(qiáng)度分布均勻度都是令人滿意的。本發(fā)明的照明器的其它優(yōu)點(diǎn)是該照明器允許使用與該光源相比較小的導(dǎo)光元件，同時(shí)保持高效率和光強(qiáng)度分布的均勻性。
如果上述反射面的形狀由n個(gè)拋物扇形的旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成，那么可以獲得相對(duì)簡(jiǎn)單且相對(duì)容易計(jì)算的反射面形狀，該形狀同樣相對(duì)易于制造，其中鄰接的拋物扇形形成一個(gè)整個(gè)的表面，即平滑且沒(méi)有中斷的表面。如果一個(gè)接一個(gè)地計(jì)算并優(yōu)化這些拋物扇形，那么可減少計(jì)算時(shí)間并且使計(jì)算特別簡(jiǎn)單。特別是，以下用于定義每個(gè)拋物扇形的方程組是適當(dāng)?shù)腶(i)＝(z(i)-z(i+1))/(x(i)2-x(i+1)2)b(i)＝a(i)c(i)＝(x(i)2*z(i+1))-((x(i+1)2*z(i))/(x(i)2-x(i+1)2)其中a(i)，b(i)和c(i)是拋物扇形的多項(xiàng)式系數(shù)，因此反射面的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都滿足條件a(i)*x2+b(i)*y2-z+c(i)＝0；x，y，z是在線性x，y，z三維坐標(biāo)系中的第i個(gè)拋物旋轉(zhuǎn)面的坐標(biāo)；坐標(biāo)x(i)，z(i)，x(i+1)，z(i+1)是平面xz中的第i個(gè)拋物扇形的極限；i是從1到n的整數(shù)。
利用多個(gè)系數(shù)和坐標(biāo)，并由此利用各種限定的拋物扇形進(jìn)行計(jì)算，使得可以相對(duì)于效率和光強(qiáng)分布的均勻性來(lái)確定適當(dāng)?shù)膶?dǎo)光元件。
所述計(jì)算可用于這樣一種照明器，其中導(dǎo)光元件是從包括反射器、折射器及其組合的組中選擇的。每種類型的導(dǎo)光元件都需要特殊的計(jì)算，例如如果包含折射器，那么必須計(jì)算制成該折射器的材料的折射率。當(dāng)所述導(dǎo)光元件相對(duì)于光源較小時(shí)，可以在較小的照明器中使用所述元件。因此，優(yōu)選的是所述照明器與較小的光源，即具有小發(fā)光元件的電燈的組合。具有所述小發(fā)光元件的光源是例如發(fā)光二極管和高強(qiáng)度放電燈，即具有一對(duì)規(guī)定了一定長(zhǎng)度(例如3mm)的電極路徑(electrode path)的彼此相反的電極的燈。發(fā)光二極管具有勝過(guò)高強(qiáng)度放電燈的其它優(yōu)點(diǎn)，即合成材料可用于光纖系統(tǒng)的入口，原因在于在具有發(fā)光二極管的照明器的工作過(guò)程中獲得相對(duì)較低的溫度。
在本發(fā)明的照明器中，耦合到光纖系統(tǒng)中的發(fā)光強(qiáng)度在大體積光源的表面上相對(duì)恒定。因此，本發(fā)明的照明器特別適合于光纖系統(tǒng)包括光纖束的情況，這是因?yàn)樵谒銮闆r下各個(gè)光纖都具有實(shí)際上強(qiáng)度或光通量相同的光。因此來(lái)自一個(gè)光源的光可以從光纖末端的幾個(gè)位置中發(fā)出，并具有實(shí)際上相同的強(qiáng)度。在這方面，當(dāng)光線跟蹤算法考慮到每個(gè)波通過(guò)各個(gè)光纖的路徑長(zhǎng)度時(shí)，根據(jù)下面的公式得到計(jì)算的進(jìn)一步改進(jìn)，以及因此得到導(dǎo)光元件的形狀各個(gè)光線的效率＝1/(10^(光纖長(zhǎng)度/cos(光纖入口處的入射角)*衰減(λ)/10))其中λ＝380-780nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
如果算法考慮到光纖的曲率半徑，即根據(jù)下面的公式，那么甚至可以進(jìn)一步增強(qiáng)所述的進(jìn)一步改進(jìn)θ曲率＝arc-cosine(內(nèi)曲率半徑/(內(nèi)曲率半徑+單光纖直徑))因此，考慮到了各個(gè)光線的入射角的標(biāo)準(zhǔn)，光纖束中各根光纖的光纖衰減，以及光纖的曲率半徑。該計(jì)算還包括考慮對(duì)于將要通過(guò)光纖引導(dǎo)的波長(zhǎng)范圍的折射率的相關(guān)性的步驟。當(dāng)將玻璃棒設(shè)置在光纖末端時(shí)，可達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)的光分布的均勻強(qiáng)度?？梢韵騽?dòng)態(tài)路標(biāo)系統(tǒng)中使用的照明器中的幾個(gè)位置提供實(shí)際上強(qiáng)度相同的光。在這方面，當(dāng)該照明器具有包含用于容納該單元的鋸齒狀凹進(jìn)部分(saw-cutrecess)的成形外殼時(shí)是有利的。這種照明器能夠以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式設(shè)置在路面上。在所述末端設(shè)置所述玻璃棒，這提供了保護(hù)光纖免受損壞/污染的額外好處，這在動(dòng)態(tài)路標(biāo)系統(tǒng)中具有特殊的重要性。
本發(fā)明的這些和其他方面將從在下文根據(jù)附圖描述的實(shí)施方式中顯而易見(jiàn)并參考這些實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的照明器的示意性布置和一個(gè)光纖線束；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的照明器的反射器主體的示意性結(jié)構(gòu)；以及圖3示出包括圖1的照明器的動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元。
圖1表示了照明器1，其包括導(dǎo)光元件3，即圖中的反射器，其具有光發(fā)射窗5，并具有由該導(dǎo)光元件及其光發(fā)射窗圍起的空間6，在該空間中放置光源7。所述反射器具有用于將電光源7發(fā)出的光引導(dǎo)至位于光發(fā)射窗前的光纖系統(tǒng)9中的形狀。光纖系統(tǒng)包括光纖束11。所述形狀是依照光線跟蹤算法計(jì)算得到的，該算法考慮到了所述光源是大體積的。在圖中，電光源是發(fā)光二極管。該圖進(jìn)一步示出反射器相對(duì)于光源來(lái)說(shuō)較小。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的照明器反射器3的透視圖，該反射器具有光發(fā)射窗5。該反射器具有由定義了表面15的五個(gè)拋物扇形旋轉(zhuǎn)體13構(gòu)成的形狀。該表面15是平滑的，并且在相鄰拋物扇形的邊界17處沒(méi)有中斷。拋物扇形是由下面的方程組定義的部分拋物面a(i)＝(z(i)-z(i+1))/(x(i)2-x(i+1)2)b(i)＝a(i)c(i)＝(x(i)2*z(i+1))-((x(i+1)2*z(i))/(x(i)2-x(i+1)2)其中a(i)，b(i)和c(i)是拋物面扇形的多項(xiàng)式系數(shù)，因此反射面的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都滿足條件a(i)*x2+b(i)*y2-z+c(i)＝0；x，y，z是在線性x，y，z三維坐標(biāo)系中的第i個(gè)拋物旋轉(zhuǎn)面的坐標(biāo)；坐標(biāo)x(i)，z(i)，x(i+1)，z(i+1)是平面xz中第i個(gè)拋物扇形的極限；在圖2的情況下，i是從1到5的整數(shù)。
圖3表示了具有外殼21的動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元19的實(shí)施方式，該外殼的形狀是圓弓形圓柱體23和垂直于發(fā)射面27的圓柱體25的組合。該單元的圓柱體部分容納圖1的照明器1和光纖系統(tǒng)9。光纖系統(tǒng)的光纖11從與光源的發(fā)射窗5相鄰的位置延伸到發(fā)射面中的開(kāi)口29。每個(gè)開(kāi)口都由玻璃棒31封閉，因此玻璃棒置于各個(gè)光纖的端部。該單元的發(fā)射面在路面R上方突出高度h，h在2至5mm的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種照明器，包括具有光發(fā)射窗的導(dǎo)光元件，所述導(dǎo)光元件具有用于將所容納的電光源發(fā)出的光引導(dǎo)至光纖系統(tǒng)中的形狀，特征在于根據(jù)光線跟蹤算法來(lái)計(jì)算所述形狀，該算法考慮到了所容納的所述光源是大體積的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明器，其特征在于所述形狀由n個(gè)拋物扇形旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成，其中鄰接的拋物扇形形成一個(gè)整個(gè)的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器，其特征在于拋物扇形是由下面方程組限定的拋物面的幾個(gè)部分a(i)＝(z(i)-z(i+1))/(x(i)2-x(i+1)2)b(i)＝a(i)c(i)＝(x(i)2*z(i+1))-((x(i+1)2*z(i))/(x(i)2-x(i+1)2)其中a(i)，b(i)和c(i)是拋物扇形的多項(xiàng)式系數(shù)，因此反射面的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都滿足條件a(i)*x2+b(i)*y2-z+c(i)＝0；x，y，z是在線性x，y，z三維坐標(biāo)系中的第i個(gè)拋物旋轉(zhuǎn)面的坐標(biāo)；坐標(biāo)x(i)，z(i)，x(i+1)，z(i+1)是平面xz中第j個(gè)拋物扇形的極限；i是從1到n的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的照明器，其特征在于該導(dǎo)光元件是從包括反射器、折射器及其組合的組中選出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的照明器，其特征在于該光源是電燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明器，其特征在于該電燈是發(fā)光二極管。
7.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明器，其特征在于該光纖系統(tǒng)包括光纖束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明器，其特征在于將玻璃棒置于光纖的端部。
9.一種動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元，包括根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元，其特征在于該照明器的成形外殼適于具有鋸齒狀凹進(jìn)部分，用于容納該動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元。
全文摘要
照明器1包括導(dǎo)光元件3，例如反射器，其具有光發(fā)射窗5。所述反射器具有用于將電光源7發(fā)出的光引導(dǎo)至位于光發(fā)射窗前面的光纖系統(tǒng)9中的形狀。光纖系統(tǒng)包括光纖束11。所述形狀是根據(jù)光線跟蹤算法計(jì)算得到的，該算法考慮到了所述光源，例如發(fā)光二極管是大體積的。反射器具有由n個(gè)拋物扇形旋轉(zhuǎn)體13組成的形狀，其中所述(鄰接的)拋物扇形形成了一個(gè)整個(gè)的表面15。本發(fā)明還涉及一種動(dòng)態(tài)路標(biāo)單元19。
文檔編號(hào)F21S2/00GK1666125SQ03815131
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者L·蒙塔格內(nèi) 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司