CN101365909A - 光源 - Google Patents

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CN101365909A CNA2006800471751A CN200680047175A CN101365909A CN 101365909 A CN101365909 A CN 101365909A CN A2006800471751 A CNA2006800471751 A CN A2006800471751A CN 200680047175 A CN200680047175 A CN 200680047175A CN 101365909 A CN101365909 A CN 101365909A
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雅耶·阿瓦尼克德·加拉查
格雷戈里·亚瑟·罗纳德·巴克尔
斯科特·考克斯
马克·克莱门特·阿姆斯特朗
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Abstract

本发明涉及一种具有主体的透镜，成形为从近似于点光源的单一紧凑光源投射光。所述光源投射光到标志面板的内部面对表面上，并且所述光源安装在邻近所述标志面板的边缘。透镜体具有主轴和垂直于主轴的横向光轴，因而透镜体意图被安装使所述主轴在标志组件的第一方向上通过所述标志组件的中心平面，并且横向光轴意图在标志组件的第二方向上通过所述标志组件的中心平面。

Description

光源
相关申请的交叉引用
本申请要求在2005年12月14日提交的澳大利亚临时专利申请NO2005907027的优先权，其内容并入在这里作为参考。
技术领域
本发明一般地涉及紧急照明领域，具体地，本发明提供一种新型紧急照明标志设计和用于所述标志的光源类型。
背景技术
诸如出口标志的照明紧急标志，传统的被例如荧光灯的光源照亮，其可以根据应用而单独或者成对使用。尤其是当与例如白炽灯等其它类型日常使用的灯相比时，荧光灯有着好的使用年限，但是其使用年限要远小于LED。
一些制造商在紧急照明标志中已采用LED代替气体放电灯，使用多个低瓦特数的LED，通常沿着标志的边缘分布。在分布位置多个LED的使用有助于在允许使用一般可得和便宜的低功率LED时提供均匀化的标志照明。但是，使用多个LED增加了制作的复杂性和使得LED损坏时的维护更困难。
在标志主体形成为光管的边缘照明标志的情况下，使用全内反射来均匀分配光使其通过标志的显示表面，使用单个LED被提出作为照明光源，但是这样对于背后照明的传统标志面板考虑不是可行的，其中光投射到标志的背面表面上并且直接透过标志。同样，在过去，LED在其寿命中经受重要的输出降低问题，因此被认为不适合本申请。一些更新能源LED没有降低到相同程度，并且被认为适合于本申请。
发明内容
根据第一方面，透镜被设置具有形状，其被设置为从近似于点光源的单一紧凑光源投射光到标志面板的内部面对表面上，其中光源安装在邻近所述标志面板的边缘，透镜体具有主轴和垂直于主轴的横向光轴，因而透镜体意图使所述主轴在标志组件的第一方向上通过所述标志组件的中心平面，并且所述横向光轴意图在标志组件的第二方向上通过所述标志组件的中心平面，透镜包括光束形成部分，所述光束形成部分具有与透镜体的主轴一致的光轴，偏转部分，所述偏转部分用来将来自光束形成部分的光轴方向的光偏转到大致横向方向，和散射部分，所述散射部分相对于所述光束形成部分的轴朝所述偏转部分的外部侧向地延伸。
在一个实施例中，所述透镜是一个凹面反射镜，其中的光束形成部分是抛物线形反射器，偏转部分是楔形反射器，所述偏转部分位于所述抛物线反射器的轴线上，其顶点指向抛物线反射器，和所述散射部分包括从偏转装置的两侧延伸的多对翼，所述多对翼的每个具有关于横向轴彼此面对的反射性向内面向散射表面。
优选地，散射表面同样包括从邻近于各自翼的内部末端的点或者多点延伸的横向台阶。透镜的这个实施例优选地在两个的相同的壳半体由塑料材料模制，其关于由主轴和横向的轴线确定的平面咬合在一起。所述壳半体优选地可由ABS塑料制成并真空镀金属。
在另一实施例中，透镜包括固体透镜体，在主体外部表面处依靠全内反射，在主体中光线形成部分是固体抛物面元件，从光源发射的光经过放置光源的光源孔的壁部投射到其中，偏转部分是在透镜的较低部分的楔形切口，在抛物面反射器的轴上形成楔形内部反射面，楔形的顶点指向抛物面反射器，和散射部分包括从切口两边侧向延伸的翼，每个翼具有关于横向轴彼此面对的内部反射面和用来散射向内反射的光和穿过散射表面的光的散射端面。
优选地，所述面对表面包括从邻近相应的翼的内部末端延伸的横向台阶。进一步，散射表面优选地设置在邻近并与第一轴成角度的横向平面上，从而其远离光束形成部分聚合。所述透镜优选地是由塑料材料一体成型模制。本实施例的透镜也优选地是由丙烯酸或聚碳酸酯塑料材料制作。
根据第二个方面，设置用于标志的光源包括发光二极管(LED)，和具有将光从LED射向透明面板的表面的形状的透镜元件，而由LED照明的表面的光强度可使光从所述半透明的面板的相对表面发射，以至少2cd/m2和优选8cd/m2的水平发射在至少0.02m2和典型在0.05m2或更大的量级的所述相对表面的区域上。从面板的相对表面发出的光通常在半透明面板的背景区域和具有透明图形的图形(前景)区域之间展示至少4:1的亮度比例。优选的亮度比率是5:1或以上。优选地，光从透明面板的外表面发出以至少40cd/m2水平发射在面板的前景区域上。
所述透镜设置有孔，从而所述透镜装上LED，并且实质上LED全部光输出被发射进透镜并被透镜分配。
通过在紧急标志上使用单个的LED，可减少能源消耗，延长在换灯之间所需要的时间周期。通过使用LED能够延长光源的平均使用年限到接近装置的预期运行寿命周期。
根据第三个方面，设置的标志组件包括标志体，所述标志体具有实质上中空的灯箱，至少有一个透明标志面板安装在灯箱开口上，和光源安装在灯箱内，和布置将光发射到标志面板的内部面对表面，以通过将光投射透过标志面板来均匀照亮在标志面板上的标志图像。光源包括发光二极管(LED)，具有集中从LED来的光射向标志面板的内部面对表面的形状的透镜元件，因此LED提供的在标志面板的内部表面的光照强度，使光从标志面板外表面以至少2cd/m2的水平发射发射在有效标志表面上。
灯箱的内部表面是光泽的白色并且和透镜配合以设置均匀的标志面板的表面的照明。灯箱的壁部反射由透镜散射到侧边的光，其进一步使标志面板表面的照明均匀。
从标志表面发出的光通常在标志面板的背景区域和(前景)区域之间表现出亮度的比例至少在4:1，优选地的比例为5:1或以上。优选地的，从标志面板的外表面发出光以至少8cd/m2的水平发射在标志的背景区域(通常是绿色)中的有效标志区域上，并且在标志的前景(通常是白色)区域达到至少所述水平4倍。透镜在一侧设置开口，从而，所述透镜安装在LED之上，和实质上LED的全部光输出都进入并通过所述透镜。在具体的优选实施例中，两个标志面板设置在灯箱相对侧的开口上，并且两个面板都被光源照明。
LED也表现出重要的能源的优势，因为通常使用单个的LED功率消耗节约可达10倍之大(1W的LED光源相对于10W的气体放电光源)。如果所述装置在5到10年的寿命的每年，每年365天，每天24小时都在照明，这种节省是有意义的。LED装置可以被大于1W驱动，在一个实施例中，额定3瓦特的LED可以在紧急模式下以2.5瓦被驱动。
附图说明
通过例子的形式，参考附图，现在来描述本发明的实施例，其中：
图1是适合本光源类型的标志装置的立体图；
图2是图1的标志装置的分解图；
图3是图1和图2示出的类型的标志装置的示意性前视图，结合示出显示光分布的本LED光源；
图4是图3的照明标志装置的示意侧视图；
图5是图3的照明标志装置的示意顶视图；
图6是图1至图4的照明光源的透镜的第一实施例的立体图；
图7是图5中透镜的顶视图；
图8是图5中透镜的前视图；
图9是图5中透镜的底部视图；
图10是图5中透镜的端视图；
图11是图5中透镜从高视点观察的立体图；
图12是图5中透镜从低视点观察的立体图；
图13是图1至图4的照明光源的透镜的第二实施例立体图；
图14是图13中透镜的顶视图；
图15是图13中透镜的前视图；
图16是图13中透镜的底部视图；
图17是图13中透镜的端视图；
图18是图13中透镜从低视点观察的立体图；
图19是图13中透镜从高视点观察的立体图；
图20(a)至(d)分别是为提供的紧急照明作用而设计装入附图1至4中的标志装置底部的透镜的透视，顶视，侧视，端部视图；
图21是从用于标志组件实施例中的LED组件和可能有的散热器的底部的立体图；
图22是从图21的散热器和LED组件的上面的立体图；
图23是当从相对侧观察时，从图21的散热器和LED组件的底部的立体图；和
图24是当倾斜观察时，从图21的散热器和LED组件底部的立体图；
具体实施方式
根据附图1，说明了用于建筑物出口标志及适合使用LED光源类型的紧急标志组件10。本装置是公知的如Slide Connet ExitTM，这个设计的前任是要使用1或2个10瓦特的线性荧光灯。
紧急标志组件10包括安装基座11，和标志体12，电子板13，1个或2个透明标志面板14(取决于标志是否需要在两侧读取或者一侧读取)以及1个或2个透明保护盖15。内部照明光源安装在标志体内，并且所述照明光源通过电子板13驱动。设置电池形式的备用能量光源，安装在标志体12的上面部分，当在主光源供给中断时(例如可能在火灾中发生)向照明光源提供能量。电子板13也具有电池充电电路，用来在当主能源可用时保持电池的充电状态，为监视电子装置和光源正常工作的自我测试电路，及与建筑物中央监控组件沟通的通讯电路。
所述安装基座设计为不用依附在标志体上而安装在天花板上，所有电源和通讯线路被传送到安装基座，并终止于安装在安装基座上的连接器16(部分可见)。在所述基座11安装在天花板之后，由从安装基座侧伸出的轨17和在标志体12顶端内部形成的插槽18相接合，使得标志体12滑接在安装基座11上。当标志体12接合在安装基座11上，在标志体上的电连接器19接合到在安装设备上的连接器16上，使能源接到电子板上。通信线路通过另一个连接器(未显示)单独连接。
图2通过提供标志组件10的分解图而提供标志体12结构的理解，示出了电池22，所述电池通常安装在标志框架12的上部分，和照明光源24，所述光源安装在散热器71上(在图1，2中没有显示，但在图21，22，23，24中有显示)。带有光源的散热器71夹在标志体12上并处于电路板13下方，当光源坏掉时可以替换。标志体12由两个半框21和23组成，所述两个半框通过在一个半框上的边缘夹25和与之对应的在另一半框上的凹部26夹而结合在一起。标志面板14处于突出的箱形结构27中，所述箱形结构处于半框21和23中突出的角安装支架28之上并与之接合。
紧急下部发光透镜31位于组件的底部，其收集从不同方向照射其上的光并在标志组件下将其偏转成分散模式，从而提供紧急下部发光功能。
附图3，4和5设置的光线示图显示了从光源经过透镜并发射到标志组件的标志表面的光线分布。请注意，标志体12的内部表面是光泽的白色，并且通过透镜进一步反射标志箱的灯箱部分内散开到侧边的光而提高光学性能，从而进一步使标志面板14的照明均匀。
照明光源24包括依次安装在散热器71上的子基座72(图21，22，23，24)上的LED发射器41(见图3，4，5，21，22，23和24)。子基座72由图21，23，24中的螺钉73固定，但也可以由热带或类似的粘接剂粘合固定。LED和散热器组件是可替换的，位于电路板13的下方，并且咬接于标志组件中。到LED发射器41的电连接是通过跨越导线和销连接器(也未显示)连接垫子(未显示)的方式，通过在从电子板13穿过散热片71中的孔75以后连接。
透镜42将在下面更详细的描述，所述透镜装上LED发射器41，并且通过夹持固定在标志体12上。透镜42将从LED41发出的光散射以均匀地照亮标志面板14(见图1和图2)的后表面，并通过安装在标志组件下部的菲涅耳透镜31提供紧急下部发光功能。虽然如果其它的LED可以物理兼容并起到相同的效果，也可以使用替换，但优选的LED是Lumileds公司(飞利浦和安捷伦科技的合资企业(惠普))生产的Luxeon StarTM三瓦特LED。
透镜42的第一实施例在附图6到12中被更详细的描述，从中可以看出，透镜是空心反射透镜，并包括具有孔46的上部抛物面部分45，所述孔使得LED41可以突出进入到透镜内部，设置在抛物面部分下面的偏转挡板47，和两对翼48，所述两对翼散射穿过标志组件的光。偏转挡板47设置用来偏转来自抛物面反射器45的同轴光线，侧向朝向翼48并防止在标志面板14的中心处产生热点。在翼48的内部面对表面上设置散射表面49来发散标志组件周围的光上，所述翼具有横向台阶51以朝着标志组件底部散射和“抛出”光，因而以增加照射在透明标志面板14的较低部分的光量。
在翼48的内部端面的垂直台阶52在水平方向提供了散射作用，而前方和后方的开口53通过透镜的上部分将光泄漏，以发射光来照亮标志体14的否则将被透镜42造成的阴影的部分。
两个壳半体是通过抛物面反射器45和楔形反射器47连接在一起，也通过横向连接棒61在它们的接触点通过插接连接。带有紧固件孔63的装配突出部62从抛物面反射器45延伸出来，用来将透镜方便的紧固在电路板或者其它支撑结构上。
透镜42的第二实施例在附图13到19中被更详细的描述，从中可以看出，透镜是实心透镜，其依赖于全内反射来设置若干内部反射面。所述透镜包括上部抛物面部分145，其具有孔146使得LED41突起穿过孔壁进入到透镜内部，在抛物面部分的下面设置偏转缺口147，和散射光越过标志组件的两个翼148。偏转缺口147设置用来偏转来自抛物面反射器145的同轴光线，侧向朝向翼148并防止在标志组件的中心处产生热点。在翼148的外表面上设置散射表面149来发散标志组件周围的光，所述翼在每边上具有至少一个横向台阶151来朝着标志组件底部散射和“抛出”光，以因而增加照射在透明标志面板14的较低部分的光量。
在抛物面部分145侧设置的大凹槽154，156用来反射和散射否则会在通过抛物表面时会丢失的光。
在翼148的内部端面处的水平台阶153在垂直方向提供了散射作用，同时也造成通过透镜的上部分的光的泄漏以用来照亮标志体14的否则将被透镜42造成的阴影的部分。
从抛物面部分侧边伸出的，位于凹槽156和翼148之间的较小的副翼155用来连接透镜42到LED支撑体上。
本领域技术人员将理解，对如具体实施例所示的本发明所做的多种变化和/或修改，没有背离作为一般地描述的本发明的精神或者范围。因此，本实施例，在各个方面被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (28)

1.一种具有主体的透镜，成形为从近似于点光源的单一紧凑光源投射光到标志面板的内部面对表面上，其中：光源安装成邻近所述标志面板的一个边缘，透镜体具有主轴和垂直于主轴的横向轴，因而透镜体意图安装成使所述主轴在标志组件的第一方向上通过所述标志组件的中心平面，并且所述横向轴意图在标志组件的第二方向上通过所述标志组件的中心平面。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中透镜体包括：
a)光束形成部分，所述光束形成部分具有与透镜体的主轴一致的轴，偏转部分，所述偏转部分用来将光束形成部分的轴方向上的光偏转向大致横向方向，和
b)散射部分，所述散射部分相对于所述光束形成部分的轴朝所述偏转部分的外部侧向地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的透镜，其中：透镜体是中空反射元件，其中光束形成部分是抛物面反射器，所述偏转部分是楔形反射器，所述偏转部分位于抛物面反射器的轴上，所述偏转部分的顶点对准抛物面反射器，并且散射部分包括从偏转装置的两边侧向延伸的多对翼，多对翼的每个具有关于横向轴彼此面对的反射性向内面对散射面。
4.根据权利要求2或3所述的透镜，其中：所述散射表面包括从邻近于各自翼的内部末端的点或者多点延伸的横向台阶。
5.根据权利要求3或4所述的透镜，其中：透镜体以两个相同的壳半体的形式由塑料材料模制，所述两个相同的壳半体关于由主轴和横向轴确定的平面咬合在一起。
6.根据权利要求5所述的透镜，其中：所述壳半体由ABS塑料制成并且真空镀金属。
7.根据权利要求2所述的透镜，其中：透镜体是实心的，并且在透镜体外部表面处依赖全内反射，其中光束形成部分是实心的抛物面元件，光从光源发射，经过光源中的光源孔的壁，投射进抛物面元件中，所述偏转部分是在透镜的较低部分的楔形切口，形成楔形内部反射面，楔形内部反射面定位在抛物面反射器的轴上，楔形的顶点指向抛物线反射器，并且所述散射部分包括从切口两侧侧向延伸的翼，每个翼具有关于横向轴彼此面向的内部反射面，和散射内在地反射光和穿过散射表面的光的散射端面。
8.根据权利要求7所述的透镜，其中：面对表面包括从邻近相应翼的内部端的点或者多点延伸的横向台阶。
9.根据权利要求7或8所述的透镜，其中：散射表面设置在横向平面中，所述横向平面邻近并与第一轴成角度，从而其可以远离光束形成会聚。
10.根据权利要求3到9中的任意一项所述的透镜，其中：透镜体由塑料材料一体成型模制。
11.根据权利要求10所述的透镜，其中：透镜体是由丙烯酸或聚碳酸酯塑料材料制成，
12.一种用于标志的光源，包括：
i、发光二极管(LED)；和
ii、具有透镜体的透镜元件，成形为将光从LED投射在透明面板表面上。
13.根据权利要求12所述的光源，其中：通过LED产生的表面照明强度，能够使光从所述透明的面板的相对表面以至少2cd/m2的水平发射在至少0.02m2量级的所述相对表面的区域上。
14.根据权利要求13所述的光源，其中：从透明面板的相对的表面发射的光的水平为至少8cd/m2。
15.根据权利要求13或14所述的光源，其中：光发射在至少0.05m2量级的相对表面的区域上。
16.根据权利要求1，2或3中所述的光源，其中：从面板的相对表面发射的光在透明面板的背景区域和带有透明图形的图形(前景)区域之间的亮度比至少在4:1。
17.根据权利要求16所述的光源，其中亮度比是5：1的比率或更大。
18.根据权利要求12，13，14，15，16或17中所述的光源，其中光从透明面板的外表面以至少40cd/m2的水平发射在面板前景区域上。
19.根据权利要求12，13，14，15，16，17或者18中所述的光源，其中：所述透镜具有孔，所述孔装上LED，从而实质上LED全部的光输出都投射入透镜并被透镜分配。
20.一种标志组件，包括标志体，所述标志体具有大致中空的灯箱，至少一个透明标志面板安装在灯箱开口上，和安装在灯箱内部的光源，所述光源被安装以发射光到标志面板的内部面对表面上，通过将光投射透过标志面板来均匀照亮在标志面板上的标志图像，所述光源包括：
i)发光二极管(LED)，和
ii)透镜元件，所述透镜元件具有主体，所述主体成形成把从LED来的光集中在标志面板的内部面对表面上，
因而通过LED提供的在标志面板的内表面上的照明强度，能够使光从标志面板外表面以至少2cd/m2的水平发射在有效标志表面上。
21.根据权利要求20所述的标志组件，其中：灯箱具有的内部表面是光泽的白色以及和透镜配合以设置标志面板的表面的均匀照明。
22.根据权利要求20或21所述的标志组件，其中：灯箱的壁反射由透镜分散到侧边的光，使其进一步散射落在标志面板表面上的照明光。
23.根据权利要求20，21或22所述的标志组件，其中：从标志表面发出的光在标志面板的图形(前景)区域和背景区域之间通常会表现出至少4:1的亮度比。
24.根据权利要求23所述的标志组件，其中：从标志表面发出的光在标志面板的图形(前景)区域和背景区域之间通常会表现出至少5:1或更大的亮度比。
25.根据权利要求20，21，22，23或24所述的标志组件，其中：从标志表面发射的光以至少8cd/m2的水平发射在标志的背景区域(通常是绿色)中的有效标志区域上，和以至少4倍这个水平发射在标志的前景(通常是白色)区域上。
26.根据权利要求20，21，22，23，24或25所述的标志组件，其中：透镜在一侧设置一个开口，这样所述透镜装上LED，并且实质上全部光输出都进入并通过所述透镜。
27.根据权利要求20，21，22，23，24，25或26所述的标志组件，其中：两个标志面板设置在灯箱相对侧的开口上，并且所述两个标志面板的每一个都被所述光源照明。
28.根据权利要求20，21，22，23，24，25，26或27所述的标志组件，其中：LED额定为3瓦特，并且在紧急模式下以2.5瓦特被驱动。
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