CN106062474B - 灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灯，包括主光导管(2)和光源(1)。所述主光导管可具有：光导管入口侧(3)，该光导管入口侧(3)被构造并布置为接收来自所述光源的光并允许其进入所述主光导管；后侧(6b)，该后侧(6b)被提供有包括用于反射来自所述光源的光的反射表面(10)的锯齿状结构(5)；和前侧(6a)，该前侧(6a)被构造并布置为将从所述光源接收的光内反射到所述主光导管的所述后侧，并传输从所述反射表面接收的光。

Description

灯
技术领域
本发明涉及一种灯(例如，光信号发送装置)，包括：
主光导管；和
光源(例如，发光二极管(LED))。
背景技术
灯例如可被用于交通灯，其存在于道路连接处、交叉路口、人行横道、车辆(例如，具有橡胶轮胎的车辆、履带式车辆和轨道车辆)的各表面和需要控制交通的其它位置。灯可通过通用色码传递信号以调节交通。
在LED技术开发前，利用白炽灯和/或卤素灯技术制造交通灯。在利用白炽灯和卤素灯的交通灯中，使用明亮的反射表面，其根据任何所需的角度引导光。况且，为了在灯的前表面上得到均匀强度，光源需要位于距离透镜一定距离处。为此，制得具有更大深度(depth)和更大尺寸的灯。此外，由于使用该反射表面，太阳光线可背向反射并减小对比度。
随着半导体技术的发展而被引入使用的LED，已经开始利用更少的能量提供如传统光源所给出的相同光强度。并且，与传统灯相比，它们的小尺寸、较长的使用寿命和低廉的价格使它们能够更有效地使用。
通过使用被直接布置在灯前表面上的大量低功率LED可形成较薄结构，以便以交通灯显示信息。然而，为了使LED更少地受到环境条件影响并得到所需角度、颜色、强度和对比值(contrast value)，更适宜的是将LED与具有保护和光学特征的一个透镜或一系列透镜一起使用。
在大功率LED的应用中，将减少数量的LED置于菲涅耳透镜的焦平面上。以此方式，可以以来自每个单独LED的平行光束的形式聚集来自焦平面的强度，光的总量在与菲涅耳透镜的光轴所成的锐角内。另一方面，就利用卤素灯和白炽灯的情况而言，也形成具有更大深度和更大尺寸的灯。在菲涅耳透镜前面可使用外透镜，其通过适当的角度分布平行光束。通过两个不同透镜表面的光线因在每个表面上的反射而在一定程度上失去其效率。
所使用的菲涅耳透镜不能以足够的效率聚集光，并且不能以所需方式实现平行光束。为此，例如在专利No.US2005/0286145A1中，形成用于每个照射角度的适当几何结构。
在直接在阳光下操作的交通灯中，可能需要减少阳光的背向反射以便增加对比值。
使用彩色透镜以增加对比度可能也是有用的。透镜可以与照射颜色相同的颜色制造，从而使太阳色谱中的其它颜色能够被透镜吸收。非单色的照射源具有特定波长范围。很难制得在光源的波长范围内没有光学吸收的彩色透镜。为此，大部分的光源能量可能因暴露于彩色透镜应用中的吸收而被损失。
况且，彩色透镜当暴露于强太阳光时可能以其自己的颜色发光，这可能误导司机。
也可将抗反射涂层用于透镜表面上。即使通过此方法在计算的波长范围中得到充分的结果，但是对于具有宽光谱范围和宽范围的入射角的太阳光而言，可能得到无效的结果。必须制得用于较宽波长范围的多层涂层，但是此方法非常昂贵。该涂层还受气候条件影响，并且可能迟早开始从透镜表面剥离并失去其有效性。
在美国专利No.US 8,152,339B2中，光导管结构被应用于圆形表面上，照射源位于光导管中心且辅助透镜在光导管前面使用。此外，在同一专利中，圆形表面被单个照射源从侧表面照射。然而，在此方法中，光导管的前面需要辅助透镜以便提供照射的均匀性，并且可能不能通过从单个源发出的光得到表面的足够均匀的照明。
此外，在美国专利No.US 5,303,322和No.US 5,050,946中，光导管结构应用于不同的四边形表面。
具有更大深度和更大尺寸的交通灯被制造以便得到均匀的强度。为灯提供透镜和光源的较薄组合而同时得到均匀强度可能是有利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改良灯。
因此，提供一种灯，包括：
主光导管(2)；以及
光源(1)；
其中所述主光导管包括：
光导管入口侧(3)，该光导管入口侧(3)被构造并布置为接收来自所述光源的光并允许其进入所述主光导管；
后侧(6b)，该后侧(6b)被提供有包括用于反射来自所述光源的光的反射表面(10)的锯齿状结构(5)；和
前侧(6a)，该前侧(6a)被构造并布置为将从所述光源接收的光内反射(internally reflect)到所述主光导管的所述后侧，并传输从所述反射表面接收的光。
通过向所述光导管的后侧提供锯齿状结构，可制得非常紧凑的灯。
根据一个实施例，所述锯齿状结构可具有第一表面和第二表面，并且所述第一表面被提供有用于将来自所述光源的光朝向所述前侧反射的所述反射表面(10)。反射是一种用于将来自光源的光朝向前侧重新引导的非常高效的方法。
根据另一个实施例，所述锯齿状结构可具有第一表面和第二表面，并且所述第二表面被提供有光吸收表面(11)。通过向锯齿状表面提供光吸收表面，可能落在灯上的任何太阳光可被光吸收表面吸收。
根据一个实施例，所述第二表面可大体上垂直于所述后侧(6b)。以此方式，所述第一表面将利用反射表面覆盖后侧的更多部分，以便后侧没有区域被没有光反射区域地留下。
根据另一个实施例，所述主光导管的所述前侧和后侧可具有大体上圆形的形状。所述光源可沿该圆形灯的外周提供。
根据又一个实施例，所述主光导管的后侧可具有大体上圆锥形的形状。通过在灯的中部具有圆锥体的顶部，可确保来自灯的光强度可被均匀地分布在灯上。
根据另一个实施例，光吸收表面(4)可被围绕所述光源提供。可以此方式减少太阳光的背向反射。
根据一个实施例，辅助光导管(12)可被提供在所述光源与所述光导管入口侧(3)之间。辅助光导管可被用于均匀地重新分布光。
根据一个实施例，在所述辅助光导管中的光传播方向大体上垂直于在所述主光导管中的光传播方向。辅助光导管可在第一方向上分布光，而辅助光导管可在第二方向上分布光。
根据一个实施例，聚光透镜(13)被置于所述光源与所述辅助光导管之间以会聚所述光源的光。利用聚光透镜，可会聚来自光源的所有光。
根据一个实施例，分离器(15)被置于所述光源与所述辅助光导管之间以将所述光束分成两个单独的光束。以此方式，光可被分布在两个光导管上。
根据一个实施例，引导几何结构(14)可被提供在所述辅助光导管中，以将来自所述辅助光导管的光引导到所述主光导管中。这可能是必要的，因为在辅助光导管中的光的传播方向可垂直于在主光导管中光的传播方向。
根据一个实施例，具有反射壁的通道(18)可被提供在所述主光导管与辅助光导管之间，以将来自所述辅助光导管的光反射到所述主光导管中。所述反射壁可被安装在壁座(19)上，该壁座(19)可在所述主光导管的入口附近被提供有吸收表面(20)。吸收表面可最大程度地减少在前侧进入的太阳光的背向反射。
根据另一个实施例，所述主光导管被提供有用于将所述光导管的所述表面分成隔室的机械吸收表面(22)，每个隔室具有单独的颜色。这在例如多个颜色是必要的车尾灯的应用中可能是有用的。
附图说明
本发明的实施例将仅通过示例参照所附示意图来加以描述，图中相应的附图标记表示相应部件，并且图中：
图1描绘利用光导管形成的圆形灯的正视图以及LED的位置；
图2描绘具有平坦的前表面的圆形灯的水平截面；
图3描绘具有球形前表面的圆形信号灯的水平截面；
图4描绘光在引导表面之间的反射以及太阳光线在位于透镜底表面上的表面上的吸收；
图5描绘太阳光线在位于LED后面的表面上的吸收；
图6描绘根据一个实施例的提供有辅助光导管的灯的后视图；
图7描绘图6的细节；
图8描绘根据另一个实施例的细节；
图9描绘根据一个实施例的灯如何通过将透镜附接到前面板而形成；
图10描绘根据一个实施例的具有被分成多个隔室的表面的灯；以及
图11描绘根据一个实施例的被分成多个隔室的四边形灯。
具体实施方式
所述灯包括光源(例如LED)(1)和主光导管(2)，其使光源的光能够实现所需强度。光导管(2)的几何结构特别设计为会聚并引导从光源发出的光。
主光导管包括被构造并布置为接收来自光源的光并允许其进入主光导管(2)的光导管入口侧(3)。从而，光从光导管的侧面而不是从光导管的后侧进入光导管(图1)。以此方式，可形成具有较薄和较轻结构的灯。
主光导管可具有被提供以锯齿状结构(5)的后侧(6b)(见图2)，该锯齿状结构(5)包括第一表面，其为用于反射来自光源的光的反射表面(10)；和第二表面，其为用于吸收从前面接收的光的光吸收表面(11)。光吸收表面可垂直于后侧(6b)。由于锯齿状结构(5)可用在光导管中，所以从前面看到的后表面可能看起来好像其被吸收表面(11)覆盖(见图4)，从而明显地增加对比值。在光导管(2)与锯齿状结构(5)之间存在有空间，该空间可为具有窄顶部和较宽底部的楔形。具有光导管(2)的该空间的表面形成内反射表面(10)。
主光导管(2)的前侧(6a)可被构造并布置为将从光源接收的光内反射到主光导管的后侧并传输从后侧(6b)的反射表面(10)接收的光。
主光导管(2)可以圆形或其它形式形成以便得到所需形状的灯。主光导管的后侧可为圆锥形。
光导管内光线的导引根据全反射定律进行。根据此定律，当光线从具有较大折射率的介质传向具有较小折射率的介质时，如果入射角超出某个值，则光线进行全反射并保留在具有较大折射率的介质中。该光导管的所有几何结构被设计为具有一定角度以使来自光源(例如LED)(1)的光可在主光导管(2)内进行全反射。在光到达第一反射表面(10)后，光几乎垂直于前侧(6a)反射以使光穿过前侧。
理想的是，在全反射(镜面反射)情况下，所有光预期以等于入射角的角度反射；但是，在光从表面反射期间，光不是以单个角度而是以不同角度以减小的强度反射(漫反射)。在没有全反射的情况下，一部分光进入第二表面，而一部分光背向反射。
如图2和图4中所见，通过入口侧(3)进入的LED(1)光线从主光导管(2)的前侧(6a)以对于每个光线(7)不同的角度分布。
靠近光源(1)的入口侧(3)使尽可能多的光能够进入主光导管(2)并被引导到光导管中。光导管的顶侧(6a)使光能够在光导管内进行全反射并到达光导管内所有的点。为了得到均匀的强度，光导管厚度通常从靠近光源(1)的区域朝向远离光源(1)的区域逐渐减小。锯齿状结构(5)使光(7)能够以适当的角度反射到光导管(2)的外侧。为了提供所需的光值，通过在光学设计程序中进行的优化将三个侧面设定为适当的尺寸。光源(1)相对于光导管(2)的入口侧(3)的位置决定光线进入光导管(2)的角度和程度。
反射表面(10)的数量越大并且光导管后侧上的反射表面(10)的尺寸越小，则强度的均匀性越大。
根据所设计的反射表面(10)的几何结构，光导管入口侧(3)可具有不同形状。从而，可使光能够以平行、聚集或分散光束在光导管(2)内部前进。所有这些特性会根据光导管(2)的长度和照射源(1)的光学角度变化。
可通过将不同几何结构应用于透镜的前侧(6a)上而增加光学性能；但是，由于所述前侧形成灯的外表面，所以将利用具有光滑表面的平坦或弯曲的几何结构最大程度减少灰尘和水聚集。顶侧几何结构的球面(图3)与平坦表面相比将减小背向反射的程度。
光导管(2)可由如SiO2玻璃或者诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)之类塑料具有高光学透射率和抗紫外线的材料制造。
已经开发了一种方法，其减少太阳光线(8、9)的背向反射(见图4和图5)，换句话讲，通过对光导管进行改进来增加对比度而不改变所需的照射强度和角度值。如图4和图5所示，锯齿状结构(5)可被提供以引导太阳光线(8、9)的吸收表面(11)，并且LED(1)的后表面也可被提供以引导太阳光线(9b)的吸收表面(4)。锯齿状结构(5)形式的几何结构的使用，如图4和图5中所示可阻止太阳光线在光导管(2)内的前进并明显地增加对比度。
由于在光导管后侧上的反射表面(10)，来自光源(1)的光线(7)以适当角度被引导通过前侧，而由于相同几何结构，太阳光线(8、9)到达吸收表面(4、11)。以此方式，太阳光线被阻止到达反射表面并因此其背向反射在很大程度上被减少。
如图4中所示，在以不同角度在锯齿状结构(5)上入射的太阳光线(8a、8b、8c)以全反射角入射的情况下，其将进行全反射，被引导到吸收表面(11)并被吸收。直接入射在吸收表面(11)上的太阳光线(8d)也被吸收。
如图5中所示，在锯齿状结构的峰值点进行全反射并朝向光导管的内部区域前进的太阳光线(9a)，被LED后面的吸收表面(4)在很大程度上吸收。同样，没有从锯齿状结构(5)的峰值点到达LED后面的吸收表面(4)并从主光导管的前侧反射的光线(9b)，在吸收表面(11)上被吸收。
向光导管的后侧提供的锯齿状结构(5)可具有不同的几何轮廓。该锯齿状结构可由深色的不同材料制造，并且也可被提供以不同的表面形状以增加吸收效果。
当形成圆形主光导管(图1)时，可使用大量低功率LED，但也可利用辅助光导管(12)提供解决方案，该辅助光导管(12)利用若干大功率LED在圆形主光导管(2)的周围均匀地分布光，如图6所示。
如图7中所见，由光源发出的光线可借助于聚光透镜(13)和分离器(15)被分成两束并被引导到辅助光导管(12)中。由于辅助光导管(12)内侧上的引导几何结构(14)，来自光源(例如LED)(1)的光线(16)被均匀地引导到圆形主光导管(2)中以模拟具有多个LED的结构。来自另一个光源的光线(17)从引导几何结构(14)的另一表面反射，并被以相同方式引导到主光导管(2)中。
如图8中所示，可以使光能够通过辅助光导管(12)与主光导管(2)之间的开放通道(18)被有效地引导。由于通道之间的壁座(19)，从LED发出的光线(16、17)在壁座(19)的反射壁上进行全反射并被引导到圆形主光导管(2)中。通道(18)可被设计为具有不同几何结构以改善光学性能。
此外，由于在壁座(19)的面向主光导管(2)的表面上形成的吸收表面(20)，实现太阳光线(9a)的吸收并明显地减少其向前侧的返回(背向反射)。
主光导管(2)和锯齿状结构(5)以及LED(1)以图9中所示的方式被安装到灯的前面板(21)。因此，得到一种解决方案，其具有比当前使用的灯的结构更薄的结构。
利用光导管(图1)形成的灯可以圆形制造，但是也可采用对于不同应用具有不同几何形状的相同方法。例如，可将灯制成用于汽车外部照明的具有不同几何结构和高对比值的信号灯或前灯。用在后侧上的锯齿状结构(5)可在以高对比值为目标的不同设计中使用。
如果此灯用作汽车灯，可利用不同颜色的LED，例如用于信号灯的橙色，用于刹车灯或尾灯的红色以及用于倒车灯的白色，其并列布置以便利用单个灯形成多色信号灯。
如图10和图11中所见，除了圆形表面，光导管结构必要时可具有不同的四边形形状或任意其它形式。对于汽车或交通信号，可将这些几何结构分成单独隔室，以此方式，除了来自所有隔室的相同颜色的信号，具有不同颜色的信号可从必要时通过机械吸收器(22)分隔的不同隔室得到。以此方式，包括不同颜色的信号的具有高对比值的薄的产品可利用单个结构得到。
用于此解决方案的另一个可能领域，基于当吸收表面的颜色变化时交通信号灯的被动可视颜色的变化。虽然在许多应用中通过将漆黑用作吸收表面的颜色而得到最大对比度，但是在吸收表面的颜色改变的情况下，在LED关闭期间，当从外部观看时，信号灯将呈现底吸收表面的颜色。以此方式，可形成呈现底吸收表面的所需颜色但提供不同颜色的信号的灯。由于此特征，可形成呈现车主体颜色的前灯和信号灯，并且当所述灯被启动时提供所需的信号颜色。
图中的参考数字
图中的部件被赋予具有以下含义的参考数字：
1：光源LED
2：主光导管
3：光导管入口侧
4：位于LED后面的吸收表面
5：锯齿状结构
6a：主光导管的前侧
6b：主光导管的后侧(锯齿状结构)
7：LED光线
8、9：太阳光线
10：反射表面
11：锯齿状结构的吸收表面
12：辅助光导管
13：聚光透镜
14：引导几何结构
15：分离器
16、17：光线
18：通道
19：壁座
20：壁座上的吸收表面
21：前面板
22：机械吸收器
虽然以上描述了本发明的特定实施例，但是应认识到，本发明可以与所描述的不同的方式实施。本发明旨在例示而不是限制。因此，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在不脱离所陈述的权利要求的范围的前提下对所描述的发明做出修改。

Claims (15)

1.一种灯，用于交通灯，所述交通灯存在于道路连接处、交叉路口、人行横道、车辆的各个表面和需要控制交通的其它位置，所述车辆包括具有橡胶轮胎的车辆、履带式车辆和轨道车辆，所述灯包括：
主光导管(2)；以及
光源(1)；
其中所述主光导管包括：
光导管入口侧(3)，该光导管入口侧(3)被构造并布置为接收来自所述光源的光并允许其进入所述主光导管；
后侧(6b)，该后侧(6b)被提供有锯齿，其中每个锯齿具有第一表面和第二表面，并且所述第一表面被提供有用于反射来自所述光源的光的反射表面(10)；和
前侧(6a)，该前侧(6a)被构造并布置为将从所述光源接收的光内反射到所述主光导管的所述后侧，并传输从所述反射表面接收的光，
其特征在于，所述第二表面被提供有第一光吸收表面(11)，并且所述第二表面大体上垂直于所述后侧(6b)。
2.根据权利要求1所述的灯，其中所述主光导管的所述前侧和后侧具有大体上圆形的形状。
3.根据以上权利要求中任一项所述的灯，其中所述主光导管的所述后侧具有大体上圆锥形的形状。
4.根据权利要求1所述的灯，其中第二光吸收表面(4)被围绕所述光源提供。
5.根据权利要求1所述的灯，其中辅助光导管(12)被提供在所述光源与所述光导管入口侧(3)之间。
6.根据权利要求5所述的灯，其中在所述辅助光导管中的光传播方向大体上垂直于在所述主光导管中的光传播方向。
7.根据权利要求5所述的灯，其中聚光透镜(13)被置于所述光源与所述辅助光导管之间以会聚所述光源的光。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的灯，其中分离器(15)被置于所述光源与所述辅助光导管之间以将来自所述光源的光束分成两个单独的光束。
9.根据权利要求6至7中任一项所述的灯，其中引导几何结构(14)被提供在所述辅助光导管中，以将来自所述辅助光导管的光朝向所述主光导管引导。
10.根据权利要求8所述的灯，其中引导几何结构(14)被提供在所述辅助光导管中，以将来自所述辅助光导管的光朝向所述主光导管引导。
11.根据权利要求6至7中任一项所述的灯，其中具有反射壁的通道(18)被提供在所述主光导管与辅助光导管之间，以将来自所述辅助光导管的光朝向所述主光导管反射。
12.根据权利要求8所述的灯，其中具有反射壁的通道(18)被提供在所述主光导管与辅助光导管之间，以将来自所述辅助光导管的光朝向所述主光导管反射。
13.根据权利要求9所述的灯，其中具有反射壁的通道(18)被提供在所述主光导管与辅助光导管之间，以将来自所述辅助光导管的光朝向所述主光导管反射。
14.根据权利要求11所述的灯，其中所述反射壁被安装在壁座(19)上，该壁座(19)在所述主光导管的入口附近被提供有吸收表面(20)。
15.根据权利要求1所述的灯，其中所述主光导管被提供有用于将所述光导管分成隔室的机械吸收表面(22)，每个隔室具有单独的颜色。
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