CN1671990A - 照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在交通应用中形成短焦距光的道路照明系统，其包括光源以及由围绕中心光轴排列的多个反射器部分形成的反射面。根据本发明，光源在背对中心光轴与反射面交点的方向上发出覆盖至多180°角的光，且反射器部分是抛物面形的，且具有与中心光轴平行的部分光轴，同时反射器部分设置为使部分光轴基本上与光源的边缘交叉。优选的是，该照明系统设置在邻近车道1的电杆(5、5’……)或者防撞护栏上。可选择的是，该照明系统是车前灯。优选的是，该光源(13)是(白色)发光二极管。

Description

照明系统
本发明涉及一种用于在交通应用中形成短焦距光(low beam)的照明系统，其包括光源以及由围绕中心光轴排列的多个反射器部分形成的反射面。
另外，本发明还涉及置于交通道路旁边包括该照明系统的道路照明系统。
本发明进一步涉及包括该照明系统的车前灯。
在照明领域，已经以多种方法实现了对反射能量的控制，这些方法利用了与各种形状的(抛物面形)反射面相结合的各种类型的光源。在汽车设计中，为了满足高速与高效燃料消耗相结合的要求，存在使车辆成流线形的趋势。这种趋势致使汽车的前面朝向水平面倾斜，从而需要相应地调整车前灯的形状和高度。作为另一种趋势，小型金属卤化物灯作为这种车前灯的光源已经引起了人们的注意。
对于车前灯中灯的应用而言，已经制定了对汽车近光图案的要求(例如，本领域普通技术人员公知的E/ECE/324和E/ECE/TRANS505)。这些法律要求特别规定：在车辆的一定距离处测得，由车前灯发出的光束的照明区域和眩光区域之间生成相对明显的分界。实际上，这些要求规定了正好在所述分界之上和之下的点/区域。为了有效地减少眩光，光源和反射器必须结合配置。
在开篇段落中提及的那种照明系统在本领域中是已知的。包括这种照明系统的车前灯可从美国专利5361193中得知。这种已知的车前灯包括作为光源的放电灯，该放电灯产生沿光轴排列的弧，还包括反射面，该反射面包括围绕光轴设置的三个反射部分。该反射部分包括两个回转抛物面部分和一个附加的特别形状的部分，该特别形状的部分作为通过切割假想的回转抛物面获得的相交线的集合而形成。
已知照明系统的缺点在于光束瓣的照明区域和眩光区域之间的分界不像希望的那样明显。
本发明的目的是全部或者部分地消除上述缺点。根据本发明，为此在开篇段落中提及的照明系统的特征在于：
光源在工作中在背对中心光轴与反射面交点的方向上发出覆盖至多180°角的光，以及
每个反射器部分是抛物面形的并且具有平行于中心光轴的部分光轴，同时每个反射器部分设置为使该部分光轴基本上与光源的边缘相交。
通过使用发射覆盖至多180°角的光的光源，使来自该光源的光仅沿向前的方向发射。为了使光源发射光的方式形象化，设计了与照明系统中心光轴正交的假想平面。在反射器部分的光轴与中心光轴重合的情况下，该假想平面与中心光轴相交在抛物面形反射器部分形成的假想反射器的焦点位置。在所描述的情况中，光源的出射窗位于该假想平面内，光仅仅在假想平面的一侧从出射窗射出。在假想平面的后部，没有光源发射的光。根据本发明，来自光源的光仅在向前的方向上发出并由抛物面形反射器部分反射，该反射器部分设置为使部分光轴基本上与光源的边缘相交。没有光被引导到向后的方向并且由抛物面形反射器部分上更靠近中心的部分进行反射。本发明人已经发现，通过将仅发出半个半球形光的光源与每个反射器部分的定位相结合，该定位使部分光轴基本上与光源的边缘相交，这样就在由该照明系统发出的光束的照明区域和眩光区域之间获得了明显的分界。
在本发明的说明书和权利要求书中，词语“抛物面形”反射器部分也包括多面体反射器部分。
根据本发明的照明系统的优选实施方案的特征在于，光源基本上置于包括中心光轴的水平面之下。根据本发明实施方案的光源发出的光可以在经过反射器部分的反射之后产生平行于中心光轴的光束(这是一部分光源与中心光轴重合的情况)，或者产生最终与水平面相交的光束(光向下引导至道路表面)，但是不能产生在分界之上的眩光区域中的光。
根据本发明的照明系统的另一个优选实施方案的特征在于，光源的一个边缘基本上与中心光轴重合。在本实施方案中，光源置于包括中心光轴的水平面以下，而光源的一个边缘位于水平面内。根据本发明实施方案的光源发出的光可以在经过反射器部分的反射之后产生平行于中心光轴的光束，或者产生最终与水平面相交(光向下引导)的光束，但是不会产生在分界之上的眩光区域中的光。
根据本发明的照明系统的优选实施方案的特征在于，相对的反射器部分设置为反射器部分的光轴彼此重合。
根据本发明的照明系统的另一个优选实施方案的特征在于反射器部分的数量可以被四整数。优选的是，反射器部分的数量是四个、八个或者十二个。
根据本发明的照明系统的优选实施方案的特征在于，反射器部分根据全内反射来反射光。根据全内反射(TIR)原理工作的反射器的反射率更加有效，这是因为与通过依靠基底上的反射金属或者类似反射金属层的反射而向周围广泛反射的反射器相比，该反射器在反射时没有光损失。
优选地，光源是发光二极管(LED)或者是光纤或者光纤束的出射窗。从这种光源发射的光一般覆盖至多180°的角，举例来说，强度分布可以是围绕反射面中心轴的朗伯分布(Lambertian)。LED和光纤发射的光仅在半个半球内，而具有圆圈或者弧形的其它光源的光分布通常是类似环形形状的。
现在将参考一些实施例和附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出具有根据本发明的照明系统的实施方案的部分交通道路的透视图；
图2A示出置于抛物面形反射面内的光源在xz平面内的横截面；
图2B示出置于图2A的抛物面形反射面内的光源在yz平面内的横截面；
图3A示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括两个抛物面形的反射器部分；
图3B示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括另外两个抛物面形的反射器部分；
图3C示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括四个抛物面形的反射器部分；以及
图4示出根据本发明的照明系统的可选实施方案，其中反射面包括八个抛物面形的反射器部分。
这些附图完全是示意性的，没有根据比例来绘制。出于清楚的原因，特别强烈地放大了一些尺寸。在图中相同部件尽可能用相同的附图标记表示。
图1用图解法示出具有根据本发明的照明系统实施方案的部分交通道路的透视图。在图1的实施例中，道路划分为两个车道1、1’，其各具有相邻(草地)的边缘3、3’，并向地平线2会合。车辆在一个车道1上的行进方向由大箭头表示。图1中的情况涉及右侧车道系统；在左侧车道系统中，情况是相似的，但是是镜像的。该照明系统设置在交通道路两侧的电杆5、5’、......上，在实施例中该电杆在邻接交通车道1、1’的边缘3、3’中。电杆5、5’、......仅在一个边缘3中示出。在照明系统的可选实施方案中，设置电杆用于照明对面的车道。在另一个可选实施方案中，该照明系统设置在防撞护栏上。
电杆5、5’、......具有适当的高度(通常与车前灯的高度相同)。使用时，该照明系统向行车方向发光。通常，电杆5、5’、......将光引导到与车前灯相同的方向上(光的方向以从每个电杆5、5’、......引出的小箭头表示)。根据本发明的照明系统的目的是增加道路上小物体的可见度。该照明系统配置为很大程度上避免将光投射到对面车道上，因为那将减少反差，在车道上具有反差的小物体才是可见的。原则上，不允许来自照明系统的光到达对面车道上司机的眼睛。这就要求光束在车道1、1’的中心线附近具有明显的分界，而且为了避免不必要的光损失或者光污染，还要在地平线2附近具有明显的分界。
图2A示出置于抛物面形反射面11内的光源在xz平面内的横截面。图2B示出在相应的yz平面内的横截面。xy平面形成水平平面；z方向是垂直方向；x方向形成照明系统的中心光轴18，其与照明系统的发光方向一致。参考yz平面，该光源13置于反射面11的焦点(聚光点)F。在图2A和图2B的情况下，光源13的上边缘与包括中心光轴18的水平xy平面接触。光源发出并由反射面反射的光线用图2A中的箭头表示。在优选的情况下，光源13发出的光经过反射面11的反射后可以产生平行于中心光轴18或者最终与中心光轴18和/或水平xy平面相交的光束。在这种情况下，光源13发出并且由反射面11反射的光不能在分界以上提供眩光区域。
反射面未形成连续的抛物面形反射器表面而是分成许多反射器部分。图3A非常概括性地示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括两个抛物面形反射器部分21N和21S。为了清楚起见，仅示出反射器部分的几个部分。将附图标记21N表示的反射器部分放置在正向z轴前面，也指“北”反射器部分21N。将附图标记21S表示的反射器部分放置在负向z轴前面，也指“南”反射器部分21S。该北和南抛物面形反射器部分21N、21S设置为使该部分光轴与光源13的上边缘相交。由于光源13的所述上边缘位于y轴上，因此该北和南反射器部分的部分光轴与反射面的中心光轴重合。通过沿光源13的上边缘放置北和南反射器部分21N、21S，就实现了光束的照明区域和眩光区域之间所需的明显分界。
图3B示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括另外两个抛物面形反射器部分21E和21W。为了清楚起见，仅示出一部分反射器部分。将附图标记21E表示的反射器部分放置在正向y轴前面，也指“东”反射器部分21E。将附图标记21W表示的反射器部分放置在负向y轴前面，也指“西”反射器部分21W。该东和西抛物面形反射器部分21E、21W设置为使部分光轴与光源13的下边缘相交。通过沿光源13的下边缘放置东和西反射器部分21E、21W，就实现了光束的照明区域和眩光区域之间所需的明显分界。
图3C示出根据本发明的照明系统的前视图，其中反射面包括四个抛物面形反射器部分21N、21E、21S和21W。为了清楚起见，仅示出反射器部分的几个部分。在图3C中，将图3A和3B的情况叠加起来。该北和南抛物面形反射器部分21N、21S设置为使部分光轴与光源13的上边缘相交。该东和西抛物面形反射器部分21E、21W设置为使部分光轴与光源13的下边缘相交。通过沿光源13的上边缘放置北和南反射器部分21N、21S，并且沿光源13的下边缘放置东和西反射器部分21E、21W，就实现了光束的照明区域和眩光区域之间所需的明显分界。参考图3C注意，在各个反射器部分之间存在部分重叠，并且在各个反射器部分之间存在开口。
图4示出根据本发明的照明系统的可选实施方案的前视图，其中反射面包括8个抛物面形的反射器部分31N、31S、31E、31W、31NE、31SW、31NW、31SE。也给出了光源13和反射面的焦点(参见图2A)。为了清楚起见，仅示出反射器部分的几个部分。作为一般的经验法则，该北和南反射器部分优选位于光源13的上边缘的中心，该东和西反射器部分优选位于光源13的下边缘的中心。其余的反射器部分沿光源13的垂直边缘放置，优选相隔一定距离放置。通过如上所述的放置方案，在照明区域和眩光区域之间获得了明显的分界点。如果采用经过修改的放置方案，那么以照明和非照明部分之间的过渡不那么急剧为代价，在分界之上(在眩光区域中)获得了具有少量光的分界。
在照明系统的可选实施方案中，照明系统包括车前灯。
优选地，反射器部分根据全内反射来反射光。根据全内反射(TIR)原理工作的反射器的反射率非常有效，这是因为与通过依靠基底上的反射金属或者类似反射金属层的反射而向周围广泛反射的反射器相比，该反射器在反射时没有光损失。
照明系统的优选光源是发光二极管(LED)。优选地，该LED在使用中基本上发射白光。在可选实施方案中，照明系统中的光源是光纤或者光纤束的出射窗。优选地，一根或者多根光纤由所谓的光引擎来驱动。
本发明的范围不限于这些实施方案。本发明由各个新特征和这些特征的各种组合而具体体现。任何附图标记都不限制权利要求的范围。词语“包括”并不排除与权利要求所列出的不同的其它元件或者步骤的存在。在元件前使用词语“一种”或者“一个”并不排除存在多个这样的元件。

Claims (14)

1.一种用于在交通应用中形成短焦距光的照明系统，其包括光源以及由围绕中心光轴排列的多个反射器部分形成的反射面，
其特征在于
光源在工作中在背对中心光轴与反射面交点的方向上发出覆盖至多180°角的光，以及
每个反射器部分是抛物面形的并且具有平行于中心光轴的部分光轴，同时每个反射器部分设置为使该部分光轴基本上与光源的边缘相交。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于光源基本上置于包括中心光轴的水平面以下。
3.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于光源的一个边缘基本上与中心光轴重合。
4.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于相对的反射器部分设置为反射器部分的光轴彼此重合。
5.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于反射器部分的数量可以被四整除。
6.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于反射器部分的数量是4个、8个或者12个。
7.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于反射器部分根据全内反射来反射光。
8.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于光源是发光二极管。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于发光二极管在工作时基本上发出白光。
10.根据权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于光源是光纤或者光纤束的出射窗。
11.根据权利要求10所述的照明系统，其特征在于一根或者多根光纤由光引擎来驱动。
12.一种位于交通道路边上的道路照明系统，包括如权利要求1或2中要求的照明系统。
13.如权利要求12所述的道路照明系统，其特征在于该道路照明系统设置在交通道路边上的电杆或者防撞护栏上。
14.一种车前灯，包括如权利要求1或2中所述的照明系统。
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