CN106838814A - 阳光反射灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灯光显示领域，特别是涉及一种阳光反射灯。其特征是：至少包括旋转体、反光镜，所述反光镜设置在所述旋转体上，旋转体带动反光镜使阳光反射至目标区。有益效果是：利用阳光（或灯光）实现反射灯的灯光效果，可以在白天实现灯光效果，并通过逻辑控制实现至少两个反射灯的同步闪烁、或流水显示、或反射灯单独闪烁显示，进一步实现图案闪烁显示。利用风车实现反射灯闪烁。具体可应用于公路警示灯、建筑物轮廓灯、地标显示灯。

Description

阳光反射灯

技术领域

本发明涉及灯光显示领域，特别是涉及一种阳光反射灯。

背景技术

光线反射是一种自然现象，遵循反射定律，即反射角等于入射角。太阳光是一种自然光，其光线射角根据地理位置遵循万年历规律，要控制反射光的方向使反射光指向设定的方向必需依靠万年历进行实时跟踪调整，本发明采用尽可能的反射角并通过旋转解决跟踪问题。

发明内容

本发明采用尽可能的反射角并通过旋转解决反光角度跟踪问题，即不需要具体跟踪。

本发明的目的是利用阳光（应用于公路警示灯时可以是车灯灯光）实现反射灯的灯光效果，并通过逻辑控制实现至少两个反射灯的同步闪烁、或流水显示、或反射灯单独闪烁显示，进一步实现图案闪烁显示。

本发明采用的技术方案是：

一种阳光反射灯，其特征是：至少包括旋转体、反光镜，所述反光镜设置在所述旋转体上，旋转体带动反光镜使阳光反射至目标区。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：旋转体为旋转轴，反光镜的质心位于旋转轴的轴线上。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：有多个不同α角的反光镜在旋转轴的轴线方向沿旋转轴的旋转方向360度范围内进行空间排布。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：所述反光镜为双面反光镜。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括风车，所述旋转体由风车驱动。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括电机，所述旋转体由电机驱动。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还设置有定向反光面，由定向反光面对车辆灯光进行回光定向反射。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括方向传感器，方向传感器用于获取反光镜的方向角。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括通信模块、定位单元。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：反光镜包括不同的颜色，以便形成颜色变化或同步色彩。

所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括服务器，服务器包括反射灯id数据库、同步控制单元、逻辑控制单元。

进一步，一种优化，所述的一种阳光反射灯，其特征是：α=n*90/(m-1),n为反光镜序号，m为反光镜总数，α为反光镜平面和垂直方向的夹角。

进一步，一种优化，所述的一种阳光反射灯，其特征是：δ=n*360/m，n为反光镜序号，m为反光镜总数，δ为反光镜在空间排布时沿旋转轴方向的投影在旋转方向相对于排布起始位置的角度。

一种阳光反射灯的显示方法，其特征是，包括步骤：至少两个反光镜排布相同的反射灯确定统一的方向做为起始位置，由同步脉冲驱动反光灯的电机旋转形成同步反光闪烁，或由逻辑脉冲驱动反光灯的电机旋转形成时序反光闪烁。

或，

一种阳光反射灯的显示方法，其特征是，包括步骤：

（1）在服务器中建立反射灯id数据库；

（2）客户端通过服务器对反射灯的闪光模式进行设置；

（3）反射灯执行同步指令实现同步闪烁，或反射灯执行逻辑指令实现流水灯闪烁。

或，

一种阳光反射灯的显示方法，其特征是，包括步骤：

（1）反射灯获取定位信息并上报服务器；

（2）在服务器中建立反射灯id数据库；

（3）客户端通过服务器对反射灯的闪光模式进行设置；

（4）反射灯执行同步指令实现同步闪烁，或反射灯执行逻辑指令实现流水灯闪烁。

本发明的有益效果是：利用阳光（或灯光）实现反射灯的灯光效果，可以在白天实现灯光效果，并通过逻辑控制实现至少两个反射灯的同步闪烁、或流水显示、或反射灯单独闪烁显示，进一步实现图案闪烁显示。利用风车实现反射灯闪烁。具体可应用于公路警示灯、建筑物轮廓灯、地标显示灯。

附图说明

图1为阳光反射灯原理图。

图2为阳光反射灯的反光镜和垂直方向角度配置图。

图3为阳光反射灯由风车驱动示意图。

图4为阳光反射灯由电机驱动示意图。

图5为阳光反射灯有多个不同α角反光镜在旋转体的径向垂直带排布的实施方案。

图6为阳光反射灯同步驱动示意图。

图7为阳光反射灯逻辑驱动示意图。

图8为阳光反射灯应用于建筑物轮廓灯示意图。

图9为阳光反射灯组成“十”字图案的示意图。

图10为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的硬件配置图。

图11为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的流程图。

图12为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的流程图（反射灯上报地理位置信息）。

图13为图1中旋转体的俯视图。

图14为图5中旋转体的俯视图。

图15为本发明利用无人机阵列进行显示的实施方案。

图16为反射灯的旋转体为旋转轴的实施方案。

图17为图16所示实施方案中反光镜空间排布的一种方案。

图18为图16所示反射灯加装定向反光面的实施方案（可应用于公路警示灯）。

图19为本发明反光灯步进电机控制的一种方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为阳光反射灯原理图，101为太阳，102为反光镜，103为旋转体，104为底座，105为目标区，106为目标区1,107为目标区n，反光镜102设置在旋转体103上，旋转体103带动反光镜102使阳光反射至目标区。由于反光镜会有一定的散射，所以目标区有一定的面积范围。目标区可能的方向是不确定的，也就是说某个区域可能看不到反射灯的反射光，理论上，如果将反光镜制成球形就能将阳光反射至任意方向，但球形是发散反光，不是平行光，这样就不能产生强光，也不能产生闪烁，所以本发明研究的是选择尽可能多的反光角并通过旋转实现大多目标区的覆盖照射，同时也实现了闪烁效果，选择尽可能多的反光角就意味着选择尽可能多的反光镜，由于旋转体安装反光镜的面积是一定的，选择反光镜数量越多则单个反光镜的面积越小，反光强度也越小，所以在选择反光镜的数量上要根据具体应用进行设定，如远距离照射时反光镜面积要大，并设置优化反射角，优化反射角由某地理位置的太阳角计算获得（如万年历，是已知技术方法）。参照图2为阳光反射灯的反光镜和垂直方向角度配置图，考虑太阳的最高角度为垂直直射，最低角度为水平直射，根据反射定律，反射角应该等于入射角，所以理论上要获得大部分水平方向照射的反光镜角度为0~45度，图2中反光镜平面和垂直方向夹角为α，α角理论上的范围是0~360度，具体实施可以分为α角度为-90度~+90度，α角度为0~45度时适用于水平方向照射，考虑到空中照射（如应用于空中导航灯），则α角度为45~90度。参照图13为图1中旋转体的俯视图，除反光镜102外，有多个不同α角反光镜1301、1032、1303、1304、1305、1306在旋转体103的侧面沿旋转体切向排布，图中以八个不同角度反光镜为例，根据公式α=n*90/（m-1）,n为反光镜序号，m为反光镜总数，可以设置为（以m=8为例说明）：102角度=0*90/（8-1）=0度，1301角度=1*90/（8-1）=12.86度,1302角度=2*90/（8-1）=25.71度, 1303角度=3*90/（8-1）=38.57度, 1304角度=4*90/（8-1）=51.43度, 1305角度=5*90/（8-1）=64.29度, 1306角度=6*90/（8-1）=71.14度, 1307角度=7*90/（8-1）=90度。或者只考虑水平线以下的照射，则α=n*45/（m-1）（度）；如果只考虑空中照射，则α=45+n*45/（m-1）（度）。上述反光镜角度是按照求平均值获得，具体实施时也可以根据反射要求获得系列优化角度数据。m数量不限定本发明。

进一步，考虑到同步闪烁要求，反射灯的底座或旋转体上设置指南针或方向传感器（磁性元件），以指南针或方向传感器确定同步的起始位置，或指南针或方向传感器标定反射灯的初始位置，即初始化位置。

心里学研究表明，人眼对同步闪烁的物体视为一体，更能引起主观上的注意，对于流水闪烁可以在主观上形成指示注意。

考虑到人眼的视觉残留时间，旋转体的旋转速度可以控制在24转/秒之内。另外，人眼对光强的感觉除了光强的大小外还有光的时间积累，所以旋转太快，照射时间短于人的视觉残留时间时最大光强就会被平均，所以为了保证最大光强不被平均，实现白天的能见度，旋转体的旋转速度也应控制在24转/秒之内。

进一步，在一般光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器，对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失，刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)，在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。据此，闪烁频率选择5~20Hz，对应的周期为0.04秒~0.2秒，所以旋转体转速可以控制在5~20转/秒。

太阳高度角（太阳垂直方向角）指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角，太阳方向角指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角，所以太阳光角可以分解为水平方向角γ和垂直方向角β:太阳方向角γ=FL（地理位置，时间），FL为水平移动函数，假设方向角统一选择正南方向为基准，太阳垂直方向角（高度角）β=FH（地理位置，时间），FH为垂直移动函数，相对于水平线为基准。

根据反射定律，光线在反光镜上的反射满足反光角等于入射角，由此可以计算出反射至目标区的反光的角度，表达为：

目标水平反光角γr=FLr（反射灯地理位置，目标地理位置，时间），FLr为水平反光移动函数。进一步换算为反光镜（法线）的水平方向角γrs（相对于正南方向）=FLrs（反射灯地理位置，目标地理位置，时间），FLrs为反光镜水平反光移动函数。

目标垂直反光角βr=FHr（反射灯地理位置，目标地理位置，时间），FHr为垂直反光移动函数。进一步换算为反光镜（法线）的垂直方向角βrs（相对于水平线）=FHrs（反射灯地理位置，目标地理位置，时间），FHrs为反光镜垂直反光移动函数。

考虑到垂直高度，反射灯地理位置和目标地理位置还包括海拔高度信息。

所述函数可以用于优化反光镜角度计算，使反射光的角度和位置达到需要的效果。

图3为阳光反射灯由风车驱动示意图，301为风车，旋转体103由风车301驱动，风车可以选择垂直轴风车。

图4为阳光反射灯由电机驱动示意图，401为电机，旋转体103由电机401驱动，电机可以选择步进电机，步进电机可以在步进脉冲控制下实现同步转动或在时间上逻辑控制转动。

图5为阳光反射灯有多个不同α角反光镜在旋转体的径向垂直带排布的实施方案，进一步参照图14为图5中旋转体的俯视图，有多个不同α角反光镜500、501、502、503、504在旋转体505的径向垂直带1401排布，垂直带在旋转体的侧面有多个，如垂直带1402、1403等，根据公式α=n*90/(m-1),n为反光镜序号，m为垂直带中反光镜总数，如图中m为5,500的角度为α=0度，501的角度为α=22.5度，502的角度为α=45度，503的角度为α=67.5度，504的角度为α=90度。上述反光镜角度是按照求平均值获得，具体实施时也可以根据反射要求获得系列优化角度数据。m数量不限定本发明。另外垂直带中的反光镜数量可以不等，反光镜的形状可以是任意形状，如1403为正六边形，为了进一步利用旋转体侧面的面积，采用三角形组合可以充分利用旋转体侧面的面积，任何多边形均可分解为三角形。

图6为阳光反射灯同步驱动示意图，图中601由同步脉冲t1驱动步进电机，602由相同的同步脉冲t1驱动步进电机，这样601和602获得同步反射阳光的效果。

图7为阳光反射灯逻辑驱动示意图，图中601由同步脉冲t1驱动步进电机，602由同步脉冲t2驱动步进电机，这样601和602获得逻辑性反射阳光的效果，如流水灯、轮流闪烁、分片闪烁灯。

图8为阳光反射灯应用于建筑物轮廓灯示意图，801为反射灯，802为另一反射灯，803为建筑物，如果801和802的闪烁方式可以是同步闪烁、轮流闪烁，不同建筑小区的建筑物可以设置为分片闪烁。

图9为阳光反射灯组成“十”字图案的示意图，901为反射灯组成“十”字图案，所有反射灯保持同步闪烁，即同步驱动。

图10为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的硬件配置图，反射灯进一步还可以设置传感器单元，如方向传感器（磁性元件）、水平传感器、通信模块、GPS、LBS定位单元，服务器包括反射灯id数据库、同步控制单元、逻辑控制单元。通信模块包括无线通信模块或有线通信模块，无线模块包括点对点、zigbee、WIFI、手机网络3G\4G等现有技术及未来无线通信技术，有线通信模块包括载波、脉冲等。

图11为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的流程图，其特征是，包括步骤：

（1）在服务器中建立反射灯id数据库；

（2）客户端通过服务器对反射灯的闪光模式进行设置，如同步模式或流水模式；

（3）反射灯执行同步指令实现同步闪烁，或反射灯执行逻辑指令（t1、t2、t3指令）实现流水灯闪烁。

图12为阳光反射灯采用客户端及服务器模式实施方案的流程图（反射灯上报地理位置信息），其特征是，包括步骤：

（1）反射灯获取定位信息并上报服务器，如地理位置信息；

（2）在服务器中建立反射灯id数据库；

（3）客户端通过服务器对反射灯的闪光模式进行设置，如同步模式或流水模式；

（4）反射灯执行同步指令实现同步闪烁，或反射灯执行逻辑指令（t1、t2、t3指令）实现流水灯闪烁。

定位信息包括地理位置信息或反射灯的相对位置信息。

图15为本发明利用无人机阵列进行显示的实施方案，包括无人机，所述反光灯安装在无人机上，由安装反光灯的无人机阵列形成显示面，目前无人机一般采用COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术及MPEG2/MPEG4图像格式，可以和本发明通信模块无缝连接。其实施方法为：无人机安装反光灯，由无人机组成阵列，由控制中心向反光灯发送对应的同步指令或逻辑指令，通过同步反射或逻辑反射获得显示效果。无人机阵列控制采用外环生成内环控制指令，通过扩展卡尔曼（EKF）滤波实现GPS/INS 捷联组合导航，导航算法消除震动和其他干扰，软件使用VxWorks 或uCOS 操作系统。当然也可以由无人机直接组成图案进行显示。由方向传感器（磁性元件）统一确定反射灯的反光镜的同步初始化位置，这样即使无人机处于运动状态，但反射灯在某方向的照射是同步照射的。

图16为反射灯的旋转体为旋转轴的实施方案，旋转体是1605旋转轴，以5个不同α角的反光镜为例，分别是反光镜1600（α=0度）、反光镜1601（α=22.5度）、反光镜1602（α=45度）、反光镜1603（α=67.5度）、反光镜1604（α=90度），反光镜的形状不做限制，可以使矩形或圆形，考虑到转动惯量的平衡，所有反光镜的质心均在转动轴1605的轴线上，考虑到各反光镜对阳光的遮蔽干涉，参照图17，以z方向为转轴，在转动方向360度范围内对反光镜进行空间布置，假设取1600、1601反光镜为例说明，1701是反光镜1601在xy平面的z轴方向的投影，以x方向为起始点的角度是δ，1600反光镜设置为和1601反光镜平面垂直，所以1600的投影在y轴上，即和x方向成90度角。所以反光镜在转动方向360度范围布置时的z轴投影角δ=n*360/m，n为反光镜序号，m为反光镜总数，δ为反光镜在空间排布时沿旋转轴方向的投影(在xy面的投影)在旋转方向相对于排布起始位置x轴的角度。

考虑到反光空间的充分利用，在所有反光镜的背面同样设置反光镜，即双面反光镜，这样，反面的反光镜的角度为-α度。

阳光角度函数可以用于优化反光镜角度计算，使反射光的角度和位置达到需要的效果。

考虑绝大部分方向反射要求，α=n*90/(m-1),n为反光镜序号，m反光镜总数。

当然，图16为反射灯的旋转体为旋转轴的实施方案中的电机可以被风车所替代。

图18为图16所示反射灯加装定向反光面的实施方案（可应用于公路警示灯），1801为定向反光面，现有的定向反光面包括玻璃微珠结构制品和全反射内三角反射器结构制品，定向反光面可以将入射光按原入射方向反射出去（具体CN88106181.6全方位定向反光贴片，披露了定向反射制品的原理及工艺），1802为行驶车辆，在白天可以利用阳光反射形成闪烁，夜晚由定向反光面1801旋转形成闪烁，进一步定向反光面1801为双面定向反射面，而且涂以不同的颜色，如红、蓝，这样可以形成红、蓝交替警示显示，本发明中，尽管反光镜是用于反射阳光，但在夜间也不排除反射车灯灯光，所以本发明应用于交通警示是有益的。

图19为本发明反光灯步进电机控制的一种方案，由步进电机、控制器、方向传感器、时钟组成。

考虑到时间同步，还包括授时模块，满足触发时间同步，授时方法采用网络时间协议（Network Time Protocol,NTP）（采用IEEE1588协议，LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒，只要小于1/24(帧)即0.04秒就可以满足视频播放要求），或卫星授时（卫星授时<1μs），或手机基站授时（<1μs），同步时间的目的是保证所有反射灯的时钟保持一致。

上述应用模式及规则均不限定本发明的方法及系统的基本特征，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阳光反射灯，其特征是：至少包括旋转体、反光镜，所述反光镜设置在所述旋转体上，旋转体带动反光镜使阳光反射至目标区。

2.根据权利要求1所述的一种阳光反射灯，其特征是：旋转体为旋转轴，反光镜的质心位于旋转轴的轴线上。

3.根据权利要求2所述的一种阳光反射灯，其特征是：有多个不同α角的反光镜在旋转轴的轴线方向沿旋转轴的旋转方向360度范围内进行空间排布，α为反光镜平面和垂直方向的夹角。

4.根据权利要求3所述的一种阳光反射灯，其特征是：所述反光镜为双面反光镜。

5.根据权利要求1~4所述的任一种阳光反射灯，其特征是：还包括风车，所述旋转体由风车驱动。

6.根据权利要求1~4所述的任一种阳光反射灯，其特征是：还设置有定向反光面，由定向反光面对车辆灯光进行回光定向反射。

7.根据权利要求1~4所述的任一种阳光反射灯，其特征是：还包括电机，所述旋转体由电机驱动。

8.根据权利要求7所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括方向传感器，方向传感器用于获取反光镜的方向角。

9.根据权利要求8所述的一种阳光反射灯，其特征是：还包括服务器，服务器包括反射灯id数据库、同步控制单元、逻辑控制单元。

10.根据权利要求8或9一种阳光反射灯的显示方法，其特征是，包括步骤：至少两个反光镜排布相同的反射灯确定统一的方向做为起始位置，由同步脉冲驱动反光灯的电机旋转形成同步反光闪烁，或由逻辑脉冲驱动反光灯的电机旋转形成时序反光闪烁。