通用交通燈發(fā)光設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交通燈發(fā)光設(shè)備，包括：至少一個光源；校準設(shè)備，所述校準設(shè)備 用于校準由所述至少一個光源發(fā)出的光；配光設(shè)備，所述配光設(shè)備用于以特定發(fā)光強度分 布在特定立體角內(nèi)分布經(jīng)校準的光。
【背景技術(shù)】
[0002] 在特定照明應用中，尤其在交通信令中，光是根據(jù)與其中使用者需要看見信號的 位置相對應的模式來發(fā)出的。為了這個目的，幾十年來使用的經(jīng)典架構(gòu)包括由光學系統(tǒng) (其可以是單個透鏡或者在一些應用中是菲涅耳透鏡）校準的單光源（通常是燈泡）。然 后，將與輸出束的尺寸相匹配的光漫射分布器插入輸出區(qū)域中，以便在所需方向上分布光。
[0003] 如果模式平滑并且簡單，此分布器可以由一些發(fā)散透鏡來實現(xiàn)，或者-在需要精 細的成形時-借助幾個折射元件或者擴散表面來實現(xiàn)。分布器分為不同的區(qū)，每一個區(qū)域 在特定方向上偏轉(zhuǎn)光。借助在漫射器區(qū)之間的表面再分配來獲得在每一個有角扇區(qū)之間的 功率平衡。
[0004] 此配置的缺點是需要針對每一個情形（右彎、左彎、狹窄部分…）設(shè)計并且使用特 定的分布器。這導致要預期并且管理大量配置。而且，如果需要不同信號直徑，則必須重新 計算每一個分布器，并且使其重新適應于新的束直徑。上述配置的進一步缺點是由于折射 分布器的區(qū)劃分并且取決于觀看者的角度位置，分布器的表面中只有一部分看起來像是發(fā) 光的，其導致在信號表面上不均勻，并且有時是非圓形的光分布。在接近信號時，即在使用 者足夠接近以至于能夠辨別出分布器的不同區(qū)時，此效應是特別明顯。而且，燈泡的壽命和 功率效率極差，并且導致了高維護成本。
[0005] 最近，為了克服基于燈泡的設(shè)備的維護限制，已經(jīng)使用了使用基于LED(發(fā)光二極 管）的多源的發(fā)光設(shè)備。然而安全是必要的（其是對于鐵路應用的情況），每一個源必須 促成整個分布模式，即，每一個源的光必須分散到相同的相對光強度分布，使得一個源故障 不會引起相對光分布中的變化。這意指為了在不同方向上分布光，必須為每一個經(jīng)校準的 源配備提供期望的光分布的單獨的分布器（THALES，"FieldTrac6365LELD-Signal"。通過 使用此結(jié)構(gòu)，即使要適應于信號的尺寸也不必重新設(shè)計光分布器：可以通過增加或去除經(jīng) 校準的（并且分布的）光源來補償表面變化。然而，通過這樣做，信號的電氣設(shè)計會顯著變 化，其也影響發(fā)光設(shè)備的光學輸出通量，二者都限制了此架構(gòu)的可縮放性。
[0006] 與燈泡相比，LED有效表面相當大，意指對每一個LED的單獨校準將導致更為發(fā) 散的束，即，LED受到低亮度的影響，需要使用幾十個LED，從而引起更為復雜并且昂貴的架 構(gòu)。另外，由于分布器的小尺寸，更難以成形尖角分布。
[0007] 由于所述限制，此種信號的光分布比借助單光源可實現(xiàn)的光分布效率差得多。這 意指在這里又必須針對每一個特定情形（右彎、左彎、狹窄部分…）對光分布進行優(yōu)化，意 指要設(shè)計并且使用特定分布器，以便節(jié)省發(fā)光設(shè)備的可用光學輸出通量。
[0008] 發(fā)明目的
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種低維護費用的交通燈發(fā)光設(shè)備，所述交通燈發(fā)光設(shè)備生 成針對各種車尾裝置（右彎、左彎、直線）的均勻的光分布，而與觀看者的距離無關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 此目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通燈發(fā)光設(shè)備來解決。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，所述光源是高亮度光源，以及所述配光設(shè)備是具有微結(jié)構(gòu)表面的微 結(jié)構(gòu)分布器，從而所述微結(jié)構(gòu)表面的任何任意宏觀區(qū)域在整個特定立體角中促成發(fā)光強度 分布。
[0012] 從顯示器（IXD)和漫射照明應用（US7, 033, 736B2)獲知了結(jié)構(gòu)化的分布器。這 種微結(jié)構(gòu)分布器包括基板和分布在所述基板的表面之上的多個微結(jié)構(gòu)。所述微結(jié)構(gòu)分布器 是基于折射的漫射器，在寬帶照明（借助在整個可見范圍內(nèi)的光的照明）下，所述基于折射 的漫射器在漫射角度與能量分散方面容許準任意的束成形操作。優(yōu)選地在表面上以陣列來 組織所述微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)分布器的表面外觀可以看起來隨意；然而，跨所述表面的所述微結(jié) 構(gòu)的相對分布（尺寸、形狀和相對位置）包括具有一些參數(shù)化隨機分布的特征的特定形狀， 以便避免由周期性陣列引起的視覺偽影。所使用的微結(jié)構(gòu)可以包括曲面微透鏡部分和直邊 活塞部分。所述微結(jié)構(gòu)的形狀用于控制光散射輪廓的形狀（發(fā)光強度分布）。通過使用傅 立葉光學衍射定律，可以計算在分布器表面上所需的微結(jié)構(gòu)形狀和分布，以便實現(xiàn)特定發(fā) 光強度分布（期望的散射模式）。對于可見光范圍應用，已知具有達到幾百微米的表面皺折 結(jié)構(gòu)尺寸和10Um的典型深度并且具有幾微米乃至亞微米級的數(shù)量級的精度的微結(jié)構(gòu)分 布器。
[0013] 所述微結(jié)構(gòu)分布器的所述表面上的微元件（微結(jié)構(gòu)）共同作用以便生成如在US7, 033, 736B2中所描述的期望的散射。與經(jīng)分區(qū)的分布器（其中，每一個區(qū)只促成所指定 的立體角中的一部分（局部立體角）中的發(fā)光強度分布）相反，微結(jié)構(gòu)分布器的整個表面 (即，每一個宏觀部分）在整個立體角中促成所述發(fā)光強度分布。即，可以將分布器劃分為 任意宏觀部分，每一個宏觀部分在整個特定立體角內(nèi)分散光，更準確地說，微結(jié)構(gòu)分布器的 (具有相同尺寸的）全部宏觀部分在所述整個的所指定的立體角內(nèi)以相同的方式促成所述 發(fā)光強度分布。沒有將所述分布器分為不同的區(qū)。從而，通過使用結(jié)構(gòu)化分布器，即使在近 場中（即，小于IOm的距離），從色度和強度角度來講，觀看者也見到具有均勻外觀的發(fā)光分 布器表面。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的高亮度光源是具有至少為0.lcd/mm2的亮度的光源。對于白天的鐵 路應用，根據(jù)德國通用分布模式，至少〇.8cd/mm2的亮度是優(yōu)選的。對于其它應用（例如對 于夜間操作）優(yōu)選亮度可以是不同的。高度優(yōu)選的是至少lOcd/mm2的亮度。選擇較高亮 度容許更容易的收集、成形和混合（參見下文）。無需為了增大源的亮度的無源組件。對于 光源的亮度的選擇，應考慮由于不同光學元件引起的劣化，以便與應用的要求保持適應。
[0015] 高亮度光源容許使用小光源，由此確保了所發(fā)出的光的發(fā)散是低的。應很好地校 準所述光源，以便在實施分布器的表面實現(xiàn)所發(fā)射光子的高光產(chǎn)出。從而，最大數(shù)量的光子 到達所述分布器，并且促成期望的發(fā)光強度分布。
[0016] 通過使用高亮度光源，束以類似的入射角入射到所述分布器上，由此容許了改進 的光控制。微結(jié)構(gòu)分布器與高亮度光源的組合導致尖角的發(fā)光強度分布。即，可以實現(xiàn)顯示 出小角度扇區(qū)內(nèi)的高強度變化的發(fā)光強度分布。這能夠?qū)崿F(xiàn)具有高強度（例如在~l(T2sr的立體角中為500cd)的所指定的立體角的小角度扇區(qū)的照明，同時確保了調(diào)度發(fā)光分布 器表面的均勻外觀。
[0017] 調(diào)度光源的所需亮度的準確值取決于所指定的發(fā)光強度分布的期望的強度和分 辨率（期望的分辨率越高，光源的所需亮度越高）。光源的通量（下文中標明為"源通量"） 應與所指定的發(fā)光強度分布的期望的總強度相適應。
[0018] 通過在分布器的表面上提供不同形狀的微結(jié)構(gòu)，可以在不同方向上分散光，由此 在不同特定方向（立體角）上或者在高達〇.7sr的放大的立體角中（與由經(jīng)分區(qū)的分布器 實現(xiàn)的立體角相比）產(chǎn)生了發(fā)光強度分布。從而，只需要一個單個分布器，以用于使信號在 右彎、左彎和直線部分中可視化。即，相同分布器可以用于以尖角分布在幾個方向上（在放 大的立體角中）分散光，以便覆蓋標準鐵路應用的全部范圍。
[0019] 借助創(chuàng)造性的發(fā)光設(shè)備，可以更有效地分布光，并且因此可以在較寬的立體角上 使用相同的光學輸出通量。
[0020] 將分布器設(shè)計為與發(fā)光設(shè)備的直徑相匹配，并且在特定角度的發(fā)光強度分布中 (即以特定強度在特定立體角內(nèi)）分散光?？梢栽诓恢匦略O(shè)計分布器的情況下調(diào)節(jié)發(fā)光設(shè) 備的輸出束的尺寸。調(diào)整分布器的校準光學元件和尺寸是足夠的。不必對所述分布器的所 述結(jié)構(gòu)進行修改，因為在毫米級上，漫射器的每一個部分促成整個發(fā)光強度分布。
[0021] 在優(yōu)選的實施例中，光源是半導體光源，尤其是激光二極管或者高亮度LED。商品 化的高亮度LED的亮度的典型值在10與40cd/mm2之間，對于固態(tài)激光源為~10 8cd/mm2,其 容許針對束傳輸和成形的較高的光學效率。其它源的使用也是可能的，例如，二極管泵浦固 體激光器（DPSS)、垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)、垂直外腔面發(fā)射激光器（VECSEL)、有機發(fā) 光二極管（OLED)、聚合物發(fā)光二極管（PLED)、量子點LED(QDLED)。
[0022] 光源的尺寸優(yōu)選地等于或小于2f tan S，其中，f?是校準設(shè)備的焦距，以及2 S是 所指定的發(fā)光強度分布的強度在其內(nèi)部恒定（=分布圖分辨率）的最小角度扇區(qū)。即，為 了使得創(chuàng)造性的發(fā)光設(shè)備的效率最大化，束發(fā)散符合在分布圖中要分辨的最小特征（強度 vs.角度），由此，分布圖中的"特征"意指在所指定的立體角內(nèi)的強度的變化。"光源的尺 寸"是