CN114495753B - 一种光纤标志灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤标志灯，包括光纤以及平面波导，平面波导的边缘设置有光纤接入口，光纤的端部安装在光纤接入口处，以将光线传输至平面波导内，平面波导上划分有多个标志发光区，标志发光区上设置有对光线进行非全反射的网点，平面波导内的光线在网点处进行反射以传导至平面波导外，本发明针对非标志发光区的照明被有效抑制，光能的浪费被有效抑制，减少了标志灯的能耗。

Description

一种光纤标志灯

技术领域

本发明涉及一种光纤标志灯，属于照明灯具领域。

背景技术

标志灯是一种发出特定图案光线的灯具，例如出入口指示灯具、逃生通道指示灯具等都是常见的标志灯。现有大部分标志灯一般采用LED灯珠阵列的形式进行照明，然后采用特定形状的掩膜进行遮挡，致使相当一部分光线被掩膜吸收，导致能量的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种光纤标志灯。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种光纤标志灯，包括光纤以及平面波导，平面波导的边缘设置有光纤接入口，光纤的端部安装在光纤接入口处，以将光线传输至平面波导内，平面波导上划分有多个标志发光区，标志发光区上设置有对光线进行非全反射的网点，平面波导内的光线在网点处进行反射以传导至平面波导外，第n个标志发光区的非全反射面积为S_n，第n个标志发光区的占空比为K_n，其中 其中C、μ、σ均为常数，m为平面波导的折射率，r_n为光纤接入口和第n个标志发光区中心之间的间距，x_n为第n个标志发光区中心到光纤接入口轴线的距离。

本发明的有益效果为：

以光纤作为标志灯的光源，避免了在标志灯内部设置电路，增加了标志灯的安全性。以激光打点或者油墨涂覆等方式在平面波导的背面制备出网点，光纤将光线传入平面波导，平面波导内的光线照射至网点处时会发生反射，但是该反射并非全反射，因此该光线能够在网点处反射至平面波导外侧进行照明，平面波导内部照射至非网点处的光线仅能进行全反射，因此被有效限制在平面波导内，故而针对非标志发光区的照明被有效抑制，光能的浪费被有效抑制，减少了标志灯的能耗。此外，标志发光区数量的增加可以提升单个标志发光区形状尺寸设计的自由度，从而更为匹配于标志灯需要照射出的形状，在此基础上通过对各个标志发光区的非全反射面积和占空比进行调节，可以控制各个标志发光区的光功率尽可能相同，从而使标志灯照射出的每一个图形都能够被充分注意避免被遗漏，从而有效防止标志灯的指示含义误解。

本发明所述标志发光区的形状为矩形。

本发明每个标志发光区内网点数量均有多个，第n个标志发光区的非全反射面积为第n个标志发光区内所有网点面积之和，网点与光纤接入口之间间距负相关于网点间距。

本发明部分网点位于标志发光区的边界处。

本发明同一个标志发光区内的网点依据贝塞尔函数进行分布。

本发明同一个标志发光区内，所有网点构成p个相互平行的线阵列，在垂直于线阵列的方向上所有线阵列依次排布，每个线阵列中均包含p个网点且网点间距为d，p为不小于2的正整数，d为常数。

本发明还包括灯壳和后盖，灯壳盖合在后盖上以与后盖围拢形成安装腔，平面波导位于安装腔内，灯壳上设置有与标志发光区数量相同的透明图案，标志发光区贴合于对应的透明图案。

本发明所述后盖内壁上设置有波导支架和光纤支架，平面波导通过波导支架定位在后盖上，后盖上开设有导线孔，光纤穿过导线孔进入安装腔内并通过光纤支架定位在后盖上。

本发明所述平面波导的边缘设置有对光纤支架进行避让的避让缺口。

本发明所述光纤的端部插接在光纤接入口处。

本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例的光纤标志灯的平面结构示意图；

图2为本发明实施例的光纤标志灯的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例的平面波导和光纤连接处的局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例的平面波导的主视结构示意图；

图5为本发明实施例的平面波导内光路图；

图6为光纤发出的光路参数示意图；

图7为本发明实施例的贝塞尔函数结果图；

图8为本发明实施例的网点分布图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

参见图1-8，本实施例提供了一种光纤标志灯，包括光引擎1、灯壳6、后盖3、光纤2以及平面波导4。

光引擎1设置在光纤2的一端，平面波导4的边缘设置有光纤接入口，光纤2的另一端安装在光纤接入口处，光引擎1通过光纤2将光线传输至平面波导4内，因此光引擎1能够对传入平面波导4内的光线的颜色、强度等参数进行控制调节。本实施例光纤2数值孔径为0.22±0.02cm，出光角度小于26°，平面波导4的材质可以选用PMMA、PLA或PC等。

灯壳6盖合在后盖3上以与后盖3围拢形成安装腔，平面波导4位于安装腔内。后盖3内壁上设置有两个支架7，具体的，两个支架7分别为波导支架和光纤支架，平面波导4通过波导支架定位在后盖3上，后盖3上开设有导线孔，光纤2穿过导线孔进入安装腔内并通过光纤支架定位在后盖3上，两个支架7分别将平面波导4和光纤2定位在后盖3上，以确保光纤2和平面波导4之间的连接稳定性。

光纤2由于平行于平面波导4而非垂直，因此光纤2和光纤支架位于平面波导4的侧向上。优选的，平面波导4的边缘设置有对光纤支架进行避让的避让缺口41，以避免增大灯壳6和后盖3体积，以减小光纤标志灯的体积，同时还能适当减少平面波导4的材质使用。

优选的，光纤2的端部插接在光纤接入口处，从而减少光线在进入平面波导4时的损耗，而后通过锁紧螺母将光纤2端部锁紧在光纤接入口处即可。

本实施例的光纤标志灯用于对逃生通道的方向进行指示，因此灯壳6上主要有三个透明图案，三个透明图案分别为两个箭头图案和位于两个箭头图案之间的逃生图案，三个透明图案一般采用透明塑料制作，故而可以透光，安装腔内部光线照射灯壳6内壁后，受到灯壳6内壁的遮挡作用，仅在三个透明图案处形成亮斑，从而对人员起到指示标志的作用。

平面波导4的外壁上划分有多个标志发光区5，标志发光区5的形状、尺寸、数量依据灯壳6上透明图案的形状、尺寸、数量进行调整。例如本实施例中标志发光区5的数量有三个，且标志发光区5的形状均为矩形，从而使安装腔内的三个标志发光区5分别正对于三个透明图案进行照射，一方面保证透明图案各个部分都能受到光照直射，确保透明图案处形成的亮斑形状能够充分反映透明图案形状，防止亮斑的指示作用发生偏差，以保证指示作用的准确性，另一方面减少了灯壳6内壁非透明图案部分受到的光照，从而减少不必要的光能浪费，以及延缓灯壳6因光照产生的老化作用。

正常情况下，平面波导4内的光线进行的是全反射，并不会向标志发光区5外侧射出光线，但是本实施例中标志发光区5内设置有网点51，网点51可以采用激光打点或者油墨涂覆等方式制作，且所有网点51均位于平面波导4的背面。平面波导4内的光线照射至非网点位置处时会进行全反射，故而照射至非网点位置的光线在全反射前后都被限制在平面波导4内，而网点51破坏了平面波导4的全反射功能，平面波导4内照射至网点51处的光线依然会进行反射，但是该反射并非全反射，因此照射至网点51的光线会反射至标志发光区5外侧射向透明图案，从而使标志发光区5对透明图案起到照射作用。平面波导4内部位于非网点处的光线仅能通过一次或者多次全反射照射至网点51，而后才能在标志发光区5正面射出对平面波导4外侧照明，位于非网点处的光线无法直接穿过平面波导4位于非标志发光区的侧壁对平面波导4外侧照明，因此照射至平面波导4外侧的光线被集中在标志发光区5位置，光能的浪费被有效抑制，减少了标志灯的能耗。

本实施例中灯壳6压在平面波导4上，从而使标志发光区5贴合于对应的透明图案，从而防止标志发光区5处射出的光线对灯壳6内壁非透明图案部分进行照射，从而减少标志发光区5和透明图案之间光能的浪费。

应当注意的是，灯壳6上所有透明图案处产生的光斑的光功率都应当尽可能相近，从而使所有的透明图案都能充分起到指示作用。例如本实施例箭头图案尺寸相较逃生图案尺寸而言较小的情况下，由于箭头图案处产生的光斑光功率和逃生图案处产生的光斑光功率相近，因此箭头图案处产生的光斑也不会因尺寸原因而被忽视。类似的，透明图案发生变化的情况下，由于每个透明图案都充分起到了指示作用，因此每个透明图案的指示信息都能被充分认知识别，减少光纤标志灯的指示含义被误解情况的发生。

光纤2发出的光线是以平面波的形式进行照射，光纤2外任一点A的光功率受到两个因素影响，第一个是A点与光纤2端部之间的距离，第二个是A点到光纤2轴线的垂直距离。光纤2端部为O点，OB为光纤2的轴线，且AB与OB垂直，其中OA长度为r，OA和OB的夹角为θ，AB的长度为x，因此x＝rsinθ，此时A点的占空比为K，A点的光功率反比于K，若以A点为中心扩展成一个光照平面C(光照平面C与光纤2轴线垂直)，则光照平面C的光功率不仅反比于K，还正比于光照平面C的面积S，因此光照平面C的光功率/>其中k、μ和σ是常数，可以根据实验测定某一特定光照平面C上各点光功率从而计算出。

考虑到光线在从光纤2进入平面波导4内的过程中会有一定程度衰减，结合上述结论，第n个标志发光区5的非全反射面积为S_n，第n个标志发光区5的占空比为K_n，m为平面波导4的折射率，r_n为光纤接入口和第n个标志发光区5中心之间的间距，x_n为第n个标志发光区5中心到光纤接入口轴线的距离，只要满足/>C为常数，即可使得各个标志发光区5的光功率都大体相等。

若要进一步提升本实施例的光纤标志灯的设计精度，可以进一步对箭头图案和逃生图案进行拆分，从而增加灯壳6上透明图案的数量，相应的标志发光区5的数量也可以增加，同时单个标志发光区5的尺寸也能有所降低，标志发光区5的形状也能进行更为细微的调整，从而灯壳6上的光斑形状和透明图案的整体形状匹配精度更高，从而提升光纤标志灯的指示精度。

由于故而当标志发光区5的中心位置确定后，其具有的非全反射面积也确定了。每个标志发光区5内的网点51数量可以为一个，也可以为多个，标志发光区5内非网点位置依然不会透光，因此第n个标志发光区5的非全反射面积为第n个标志发光区5内所有网点51面积之和。

当然，考虑到标志发光区5处发光的均匀性，每个标志发光区5内网点51数量均有多个，且部分网点51位于标志发光区5的边界处，从而使每个标志发光区5内所有网点51遍布于整个标志发光区5内，标志发光区5能够针对对应的透明图案进行较为全面的照射，同时也避免标志发光区5局部位置光功率密度过大。

虽然本实施例中三个标志发光区5处整体的光功率大致相同，但是其中各个网点51处的光功率并不相同，网点51与光纤接入口之间间距越大，则该网点51的光功率越小。也因此，为了使同一个标志发光区5内部各个位置的光功率密度相对均匀，需要使网点51与光纤接入口之间间距负相关于网点51间距，即越是远离光纤接入口的位置，网点51的排布越为致密，单位面积中具有较多的低发光功率的网点51，越是靠近光纤接入口的位置，网点51的排布越为稀疏，单位面积中具有较少的高发光功率的网点51，以此使得标志发光区5中各处单位面积中的光功率大体保持在一个较窄的范围内。

本实施例中网点51的排布设计是以标志发光区5为单位进行的，即每一次只针对同一个标志发光区5内的网点51进行排布，排布的依据则是贝塞尔函数。

设计过程中，保证任一标志发光区5内网点51数量均为p²个，且每个网点51的面积都相同，p为不小于2的正整数，将同一个标志发光区5内所有网点51分成p个相互平行的线阵列，且每个线阵列中均包含p个网点51，每个线阵列中相邻两个网点51之间间距均为d，d为常数，线阵列的长度应当小于对应标志发光区5的高度。

贝塞尔函数的具体定义如下：

选取一个矩形形状的标志发光区5，该标志发光区5的对角顶点分别为M₁和M₃，M₁为坐标原点，在标志发光区5中随机选取一个点M₂,将M₁和M₂进行连线，同时M₂和M₃进行连线，在M₁和M₂的连线上选取点M₄，在M₂和M₃的连线上选取点M₅，满足M₁M₄/M₁M₂＝M₂M₅/M₂M₃＝t，0≤t≤1，对于任意t，均满足相切于M₄M₅的曲线即为贝塞尔曲线，其函数式即贝塞尔函数。

求解贝塞尔函数在纵坐标为d、2d、......p*d时的横坐标，将每一个线阵列依次设置在求解得到的各个横坐标处，一方面满足线阵列之间相互平行，另一方面满足线阵列得排列方向于线阵列垂直，以此较为定量地满足标志发光区5中各处光功率密度相近。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种光纤标志灯，其特征在于，包括光纤以及平面波导，平面波导的边缘设置有光纤接入口，光纤的端部安装在光纤接入口处，以将光线传输至平面波导内，平面波导上划分有多个标志发光区，标志发光区上设置有对光线进行非全反射的网点，平面波导内的光线照射至非网点位置处时会进行全反射，平面波导内的光线在网点处进行反射以传导至平面波导外，第n个标志发光区的非全反射面积为S_n，第n个标志发光区的占空比为K_n，其中,，/>其中C、μ、σ均为常数，m为平面波导的折射率，r_n为光纤接入口和第n个标志发光区中心之间的间距，x_n为第n个标志发光区中心到光纤接入口轴线的距离。

2.根据权利要求1所述的光纤标志灯，其特征在于，所述标志发光区的形状为矩形。

3.根据权利要求1所述的光纤标志灯，其特征在于，每个标志发光区内网点数量均有多个，第n个标志发光区的非全反射面积为第n个标志发光区内所有网点面积之和，网点与光纤接入口之间间距负相关于网点间距。

4.根据权利要求3所述的光纤标志灯，其特征在于，部分网点位于标志发光区的边界处。

5.根据权利要求3所述的光纤标志灯，其特征在于，同一个标志发光区内的网点依据贝塞尔函数进行分布。

6.根据权利要求5所述的光纤标志灯，其特征在于，同一个标志发光区内，所有网点构成p个相互平行的线阵列，在垂直于线阵列的方向上所有线阵列依次排布，每个线阵列中均包含p个网点且网点间距为d，p为不小于2的正整数，d为常数。

7.根据权利要求1所述的光纤标志灯，其特征在于，还包括灯壳和后盖，灯壳盖合在后盖上以与后盖围拢形成安装腔，平面波导位于安装腔内，灯壳上设置有与标志发光区数量相同的透明图案，标志发光区贴合于对应的透明图案。

8.根据权利要求7所述的光纤标志灯，其特征在于，所述后盖内壁上设置有波导支架和光纤支架，平面波导通过波导支架定位在后盖上，后盖上开设有导线孔，光纤穿过导线孔进入安装腔内并通过光纤支架定位在后盖上。

9.根据权利要求8所述的光纤标志灯，其特征在于，所述平面波导的边缘设置有对光纤支架进行避让的避让缺口。

10.根据权利要求1所述的光纤标志灯，其特征在于，所述光纤的端部插接在光纤接入口处。