JP2005531893A - 照明器具及びダイナミック道路マーク付けユニット - Google Patents

Abstract

照明器具１は、光放射窓５を有する例えば反射器である光案内素子３を有する。この反射器は、電気光源７から発生する光を、光放射窓の前に位置付けられる光ファイバシステム９内に案内する形状を有する。光ファイバシステムは、光ファイバ１１の束を有する。この形状は、例えば、発光ダイオードである光源は容積が大きいことを考慮に入れるレイトレーシングアルゴリズムに従って計算される。反射器は、ｎ個のパラボリックセクタ１３の回転立体から構成される形状を有し、（隣接する）パラボリックセクタは、一体化される表面１５を形成する。本発明は更に、ダイナミック道路マーク付けユニット１９に関連する。

Description

本発明は、光放射窓を有する光案内素子を有し、その光案内素子は、光を光ファイバシステム内に案内する形状を有し、その光は、収容される電気光源から発生する照明器具に係る。

本発明は更に、ダイナミック道路マーク付けユニットに係る。

このような照明器具は、ＥＰ６１５０９４から公知である。公知の照明器具では、光案内素子は、凹型反射器の反射面であり、光源は、反射器の光学軸上に配置される。反射面の形状は、アルゴリズムで計算されるので、光ファイバシステムの光入口面内に光を結合させることに関して最適化される。アルゴリズムは更に、光ファイバシステムの光入口面全体に亘って光度は可能な限り一定でなければならないことも考慮に入れる。従って、システムの非常に効率のよい光出力が得られる。しかし、公知の照明器具は、用いるアルゴリズムが、収容されている光源に対し反射面の最適な形状をもたらさないという不利点を依然として有することが分かっている。その結果、公知の照明器具の効率及び均一性が、収容されている光源に対し最適ではない。

本発明は、上述の不利点が防止される冒頭段落に記載したような種類の照明器具を得ることを目的とする。

本発明の照明器具は、上述の目的のために、光案内素子の形状は、収容される光源は容積が大きいことを考慮に入れるレイトレーシングアルゴリズムに応じて計算されることを特徴とする。レイトレーシングは、ソフトウェアを用いてコンピュータ上に画像を作成する方法である。アルゴリズムに入力されるデータは、形状、位置、色、及びテクスチャについて特定される対象物と光源の特性と、光源の位置である。そのソフトウェアは、反射された及び／又は屈折された光線を数学的にモデリングする。データ入力の一部は、例えば、ＣＡＤソフトウェアパッケージといったインタラクティブモデリングシステムを用いて実現され得る。既知の照明器具の反射面の形状を決定するために用いるアルゴリズムでは、その形状は、無限に小さい光源、即ち、点として考えられ、光ファイバの特性を考慮に入れない光源に対して最適化される。しかし、実際には、光源は常に有限寸法を有し、即ち、容積が大きく、また、光ファイバ特性が、最適化の方法を変える。本発明では、容積が大きい光源からの光が、入口を介して、光ファイバシステム内に、比較的高い効率且つ比較的一定の光度で結合することができるよう反射面の形状を設計する及び得るために、計算における反復段階を介して、比較的単純に最適化が可能となるという利点を有する。光ファイバシステムの入口は、エレメンタリ表面の２次元マトリクスとして取られる。効率及び光度分布均一性は、各エレメンタリ表面に入射する光の計算及び比較によって決定される。容積の大きい光源は、容積のある光源の実際の測定からのデータ入力によってレイトレーシング方法において考慮され、続いて、その容積の大きい光源は、複数の発光点源として考えられる。これらの点源に対し妥協的な解決策が計算され、これは、第１に、効率について、第２に、光度分布均一性について十分である。本発明の照明器具の更なる利点は、高効率と光度分布の一様性を維持しながら光源に比べて小さい光案内素子の使用を可能にする点である。

反射面の形状の比較的単純で比較的容易な計算が、その形状が、ｎ個のパラボリックセクタの回転立体から構成されると得られる。この形状は更に、製造するのも比較的容易である。隣接するパラボリックセクタは、一体化した表面、即ち、滑らかで、中断がない表面を形成する。計算時間は低減され、また、計算は、パラボリックセクタが次々と計算され且つ最適化されると特に単純である。特に、各パラボリックセクタを決定するために以下の式の組が適当である。

ａ（ｉ）＝（ｚ（ｉ）−ｚ（ｉ＋１））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
ｂ（ｉ）＝ａ（ｉ）
ｃ（ｉ）＝（ｘ（ｉ）^２＊ｚ（ｉ＋１））−（（ｘ（ｉ＋１）^２＊ｚ（ｉ））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
ただし、
ａ（ｉ）、ｂ（ｉ）、及びｃ（ｉ）は、反射面の各点の座標が条件：ａ（ｉ）^＊ｘ^２＋ｂ（ｉ）^＊ｙ^２−ｚ＋ｃ（ｉ）＝０ を満たすようなパラボリックセクタの多項式係数であり、
ｘ、ｙ、ｚは、線形ｘ、ｙ、ｚ三座標系におけるパラボラの回転のｉ番目の表面の座標であり、
座標ｘ（ｉ）、ｚ（ｉ）、ｘ（ｉ＋１）、ｚ（ｉ＋１）は、ｘｚ平面におけるｉ番目のパラボリックセクタの限界であり、
ｉは、１乃至ｎのうちの整数である。

様々な係数及び座標、従って、様々に定義されるパラボリックセクタを用いる計算は、効率及び光分布の均一性に関して適切な光案内素子を決定することを可能にする。

このような計算は、光案内素子が反射器、屈折器、及びそれらの組合わせからなる群から選択される照明器具について使用可能である。各タイプの光案内素子は、特定の計算を必要とし、例えば、屈折器が関連する場合、屈折器が形成される材料の屈折率が考慮されなければならない。上述したように、光案内素子は、光源に対し比較的小さいことが可能なので、このような素子を比較的小さい照明器具に用いることが可能にされる。従って、そのような照明器具と比較的小さい光源の組合わせ、即ち、小さい発光素子を有する電気ランプが好適である。そのような小さい発光素子を有する光源は、例えば、発光ダイオード及び高輝度放電ランプ、即ち、例えば、３ｍｍである特定長の電極路を画成する一対の互いに対向する電極を有するランプである。発光ダイオードは、発光ダイオードを有する照明器具の動作時には比較的低い温度が得られるので、光ファイバシステムの入口に合成材料を用いることができるという点で高輝度放電ランプに対し更なる利点を有する。

本発明の照明器具では、光ファイバシステム内に結合される光度は、容積の大きい光源の表面全体に亘って比較的一定である。その結果、本発明の照明器具は、光ファイバシステムが光ファイバの束を有する場合に特に好適であり、というのは、そのような場合、各ファイバには、実質的に同じ光度又は光束を有する光が供給されるからである。従って、１つの光源からの光は、幾つかの場所で終端する光ファイバから実質的に同じ光度で出ることが可能である。この点について、計算、及び、従って、光案内素子の形状の更なる改良が、レイトレーシングアルゴリズムが式：
各光線の効率＝１／（１０^（ファイバの長さ／ｃｏｓ（ファイバの入口における入射角）^＊減衰（λ）／１０））
に従って各ファイバ内を通る各波の路長を考慮に入れると得られる。

ここでは、λ＝波長は、３８０−７８０ｎｍの範囲にある。

上述した更なる改良は、アルゴリズムが、光ファイバの曲率半径を考慮すると、即ち、式：
シータカーブ＝ａｒｃ−ｃｏｓｉｎｅ（内部曲率半径／（内部曲率半径＋モノファイバ直径））
に従って更に高められることが可能である。

従って、各光線の入射角の基準、光ファイバの束の各光ファイバについてのファイバ減衰、及び、光ファイバの曲率半径が考慮に入れられる。計算は更に、光ファイバ内を案内される波長範囲の屈折率の依存も考慮する段階を有する。ガラスロッドが、光ファイバの端に設けられると、更に改良された一様の光度分布が得られる。実質的に同じ光度を有する光を幾つかの場所に供給することは、ダイナミック道路マーク付けシステムに用いられる照明器具に適用可能である。この点について、照明器具が、そのユニットを収容するためのソーカット（ｓａｗ−ｃｕｔ）収容部に嵌るよう適応される成形筐体を有することが好適である。このような照明器具は、比較的単純な方法で道路面に設けることが可能である。端にガラスロッドを設けることは、光ファイバを、特に、ダイナミック道路マーク付けシステムにおいては特に重要である損傷／汚れから保護するという追加の利点を提供する。

本発明の上述及び他の面は、図面において以下に説明する実施例を参照しながら説明し且つ明らかとなろう。

図１は、光放射窓５を有し、図１では反射器である光案内素子３と、光案内素子とその放射窓により閉じられる空間６を有し、その空間の中に光源７が配置される照明器具１を示す。この反射器は、電気光源７から発生する光を、光放射窓の前に置かれる光ファイバシステム９内に案内する形状を有する。光ファイバシステムは、光ファイバ１１の束を有する。この形状は、光源は容積が大きいことを考慮に入れるレイトレーシングアルゴリズムにより計算される。図１中、電気光源は、発光ダイオードである。更に、反射器は、光源と比較して比較的小さいことも示す。

図２は、光放射窓５を有する本発明の照明器具の反射器３を示す斜視図である。反射器は、表面１５を画成する５つのパラボリックセクタ１３の回転立体から形成される形状を有する。表面１５は、滑らかであり、隣接するパラボリックセクタの境界１７には中断がない。パラボリックセクタは、以下の一組の式：
ａ（ｉ）＝（ｚ（ｉ）−ｚ（ｉ＋１））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
ｂ（ｉ）＝ａ（ｉ）
ｃ（ｉ）＝（ｘ（ｉ）^２＊ｚ（ｉ＋１））−（（ｘ（ｉ＋１）^２＊ｚ（ｉ））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
により決められるパラボラの一部であり、ただし、ａ（ｉ）、ｂ（ｉ）、及びｃ（ｉ）は、反射面の各点の座標が以下の条件：
ａ（ｉ）^＊ｘ^２＋ｂ（ｉ）^＊ｙ^２−ｚ＋ｃ（ｉ）＝０
を満たすようなパラボリックセクタの多項式係数であり、ｘ、ｙ、ｚは、線形ｘ、ｙ、ｚ三座標系におけるパラボラの回転のｉ番目の表面の座標であり、座標ｘ（ｉ）、ｚ（ｉ）、ｘ（ｉ＋１）、ｚ（ｉ＋１）は、ｘｚ平面におけるｉ番目のパラボリックセクタの限界であり、図２の場合では、ｉは、１乃至５のうちの整数である。

図３は、円形セグメントシリンダ２３と、放射面２７に垂直な円形シリンダ２５の組合わせである形状を有する筐体２１を有するダイナミック道路マーク付けユニット１９の１つの実施例を示す。このユニットの円形シリンダの一部が、図１の照明器具１と光ファイバシステム９を収容する。光ファイバシステムの光ファイバ１１は、照明器具の放射窓５の付近から、放射面にある開口２９まで延在する。各開口は、ガラスロッド３１によって閉じられ、従って、ガラスロッドは、各光ファイバの端に位置付けられる。ユニットの放射面は、道路面Ｒから上方に高さｈで突き出て、ｈは、２乃至５ｍｍの範囲にある。

本発明の照明器具と光ファイバハーネスの配置を示す図である。 本発明の照明器具の反射器体の構成を示す図である。 図１の照明器具を有するダイナミック道路マーク付けユニットを示す図である。

Claims (10)

1. 光放射窓を有する光案内素子を有し、
   前記光案内素子は、光を光ファイバシステム内に案内する形状を有し、
   前記光は、収納される電気光源から発生する照明器具であって、
   前記形状は、前記収容される光源は容積が大きいことを考慮に入れるレイトレーシングアルゴリズムに応じて計算されることを特徴とする照明器具。
2. 前記形状は、ｎ個のパラボリックセクタの回転立体から形成され、
   隣接するパラボリックセクタは、一体化した表面を形成することを特徴とする請求項１記載の照明器具。
3. 前記パラボリックセクタは、以下の一組の式：
   ａ（ｉ）＝（ｚ（ｉ）−ｚ（ｉ＋１））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
   ｂ（ｉ）＝ａ（ｉ）
   ｃ（ｉ）＝（ｘ（ｉ）^２＊ｚ（ｉ＋１））−（（ｘ（ｉ＋１）^２＊ｚ（ｉ））／（ｘ（ｉ）^２−ｘ（ｉ＋１）^２）
   により決められるパラボラの一部で有り、
   ただし、
   ａ（ｉ）、ｂ（ｉ）、及びｃ（ｉ）は、前記反射面の各点の座標が条件：ａ（ｉ）^＊ｘ^２＋ｂ（ｉ）^＊ｙ^２−ｚ＋ｃ（ｉ）＝０ を満たすような前記パラボリックセクタの多項式係数であり、
   ｘ、ｙ、ｚは、線形ｘ、ｙ、ｚ三座標系における前記パラボラの回転のｉ番目の表面の座標であり、
   座標ｘ（ｉ）、ｚ（ｉ）、ｘ（ｉ＋１）、ｚ（ｉ＋１）は、ｘｚ平面におけるｉ番目のパラボリックセクタの限界であり、
   ｉは、１乃至ｎのうちの整数であることを特徴とする請求項２記載の照明器具。
4. 前記光案内素子は、反射器、屈折器、及び反射器と屈折器の組合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の照明器具。
5. 前記光源は、電気ランプであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明器具。
6. 前記電気ランプは、発光ダイオードであることを特徴とする請求項５記載の照明器具。
7. 前記光ファイバシステムは、光ファイバの束を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の照明器具。
8. 前記光ファイバの端にガラスロッドが位置付けられることを特徴とする請求項７記載の照明器具。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の照明器具を有するダイナミック道路マーク付けユニット。
10. 前記照明器具は、前記ユニットを収容するためのソーカット収納部に嵌るよう適応される成型筐体を有することを特徴とする請求項９記載のダイナミック道路マーク付けユニット。

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