RU2308060C1 - Light-dissipating lens for traffic lights - Google Patents
Light-dissipating lens for traffic lights Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308060C1 RU2308060C1 RU2006111812/11A RU2006111812A RU2308060C1 RU 2308060 C1 RU2308060 C1 RU 2308060C1 RU 2006111812/11 A RU2006111812/11 A RU 2006111812/11A RU 2006111812 A RU2006111812 A RU 2006111812A RU 2308060 C1 RU2308060 C1 RU 2308060C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cell
- light
- ellipse
- length
- shape
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Road Signs Or Road Markings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области световой сигнализации и может быть использовано для изготовления автодорожных светофоров.The invention relates to the field of light signaling and can be used for the manufacture of road traffic lights.
Исходя из требований, предъявляемых к автодорожному светофору, необходимо, чтобы создаваемый им световой пучок имел неравномерное угловое распределение световой энергии, при этом основная часть светового пучка должна рассеиваться в горизонтальной плоскости в пределах угла 30 градусов симметрично относительно оси оптического блока светофора, а в вертикальной плоскости в пределах угла 20 градусов вниз относительно оси оптического блока светофора. Сила света должна быть максимальна в горизонтальном направлении, совпадающем с осью оптического блока светофора, а значения силы света в направлениях, отличных от осевого, определяются исходя из требований действующих стандартов. Достижение требуемого углового распределения светового пучка обеспечивается в светофорах за счет применения в составе их оптических блоков различного вида светорассеивающих линз.Based on the requirements for a traffic light, it is necessary that the light beam created by it has an uneven angular distribution of light energy, while the bulk of the light beam must be scattered in the horizontal plane within an angle of 30 degrees symmetrically with respect to the axis of the optical block of the traffic light, and in the vertical plane within an angle of 20 degrees down relative to the axis of the optical block of the traffic light. The luminous intensity should be maximum in the horizontal direction, coinciding with the axis of the optical block of the traffic light, and the values of luminous intensity in directions other than axial are determined based on the requirements of current standards. Achieving the required angular distribution of the light beam is ensured at traffic lights due to the use of various types of light-scattering lenses as part of their optical blocks.
Так, известна описанная в патенте RU 2137978 (см. фиг.8, 9, 10 к RU 2137978) конструкция светорассеивающей линзы, обеспечивающей требуемое для светофора распределение светового пучка. Указанная светорассеивающая линза имеет внутреннюю и внешнюю поверхности, на каждой из которых сформированы элементарные линзовые ячейки, образующие соответственно первый и второй по ходу оптического луча растры. Сформированные на внешней поверхности светорассеивающей линзы элементарные ячейки выполнены цилиндрическими с вертикальным направлением осей цилиндрических поверхностей, а каждая сформированная на внутренней поверхности светорассеивающей линзы элементарная ячейка представляет собой комбинацию из двух линз Френеля разной площади с несовпадающими оптическими осями, причем оптическая ось линзы Френеля с меньшей площадью расположена ниже оптической оси линзы Френеля с большей площадью.Thus, the design of a light-scattering lens described in the patent RU 2137978 (see FIGS. 8, 9, 10 to RU 2137978) is known, which provides the light beam distribution required for a traffic light. The specified diffusing lens has an inner and outer surface, on each of which elementary lens cells are formed, forming respectively the first and second rasters along the optical beam. The unit cells formed on the outer surface of the diffuser lens are cylindrical with the vertical direction of the axes of the cylindrical surfaces, and each unit cell formed on the inner surface of the diffuser lens is a combination of two Fresnel lenses of different sizes with non-coincident optical axes, and the optical axis of the Fresnel lens with a smaller area is located below the optical axis of a Fresnel lens with a larger area.
В рассматриваемом устройстве достигается неравномерное угловое распределение светового пучка в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом обеспечивается распространение основной части излучения под углом 8-10 градусов вниз относительно горизонтальной плоскости. Благодаря выбранной форме преломляющей поверхности расположенные параллельными рядами на внешней поверхности светорассеивающей линзы элементарные линзовые ячейки примыкают плотно друг к другу как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, что обуславливает снижение в рассматриваемой линзе доли нерационально используемого оптического излучения. Однако данная светорассеивающая линза является сложной по конструкции и технологии изготовления из-за необходимости выполнения на обеих ее поверхностях элементарных линзовых ячеек, имеющих сложную форму.In the device under consideration, an uneven angular distribution of the light beam in the horizontal and vertical planes is achieved, while the main part of the radiation is propagated at an angle of 8-10 degrees downward relative to the horizontal plane. Owing to the chosen shape of the refracting surface, the elementary lens cells adjacent in parallel rows on the outer surface of the light-scattering lens adjoin tightly to each other both in horizontal and vertical directions, which causes a decrease in the fraction of irrationally used optical radiation in the lens under consideration. However, this light-scattering lens is complex in design and manufacturing technology due to the need to perform elementary lens cells having a complex shape on both of its surfaces.
Известна светорассеивающая линза для светофора [RU 2029323], которая выбрана авторами в качестве ближайшего аналога.Known diffuser lens for traffic lights [RU 2029323], which is selected by the authors as the closest analogue.
Рассматриваемая светорассеивающая линза используется для преобразования падающего на нее параллельного светового пучка в световой пучок с требуемым для светофора угловым распределением силы света. Линза выполнена в виде изготовленного из прозрачного материала защитного колпака, наружная поверхность которого выпуклая, а на внутренней поверхности выполнены расположенные параллельными рядами элементарные линзовые ячейки, каждая из которых образована выемкой в материале защитного колпака, имеющей в плоскости вертикального сечения ячейки, проходящей через ее оптическую ось, форму кривой, углубляющейся в направлении снизу вверх. Наружная (фронтальная) поверхность каждой элементарной ячейки имеет форму обращенного вниз колокола, при этом ячейка состоит по меньшей мере из двух поверхностных частей, а именно чашеобразной части поверхности, симметричной относительно оси, параллельной оптической оси светорассеивающей линзы, и части поверхности, которая образует ступенчатую или постепенно расходящуюся вбок и в материал линзы расширяющуюся колоколообразную полость.The light-scattering lens under consideration is used to convert a parallel light beam incident on it into a light beam with the angular distribution of light intensity required for a traffic light. The lens is made in the form of a protective cap made of transparent material, the outer surface of which is convex, and on the inner surface there are elementary lens cells arranged in parallel rows, each of which is formed by a recess in the material of the protective cap having in the vertical plane section of the cell passing through its optical axis , the shape of a curve deepening in the direction from bottom to top. The outer (front) surface of each unit cell has the shape of a bell facing downward, wherein the cell consists of at least two surface parts, namely a cup-shaped part of the surface that is symmetrical about an axis parallel to the optical axis of the diffuser lens, and a part of the surface that forms a stepped or an expanding bell-shaped cavity gradually diverging to the side and into the lens material.
Первая чашеобразная часть поверхности линзовой ячейки обеспечивает рассеяние большей части светового пучка в горизонтальной плоскости под углом 30 градусов в обоих направлениях относительно оптической оси и под углом 20 градусов вниз. Вторая часть поверхности линзовой ячейки производит рассеяние света в боковые стороны, благодаря чему свет рассеивается в сторону нижних углов между горизонтальной и вертикальной линиями на схеме изображения углов преломления и рассеяния светового пучка светофором (см. фиг.1 к RU 2029323).The first cup-shaped part of the surface of the lens cell provides the scattering of most of the light beam in the horizontal plane at an angle of 30 degrees in both directions relative to the optical axis and at an angle of 20 degrees down. The second part of the surface of the lens cell produces light scattering to the sides, so that light is scattered towards the lower angles between the horizontal and vertical lines in the image of the refraction and scattering angles of the light beam by a traffic light (see figure 1 to RU 2029323).
Рассматриваемая светорассеивающая линза обеспечивает требуемое для светофора неравномерное рассеяние света в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При этом образующие элементарные линзовые ячейки выемки выполнены только на ее внутренней поверхности, что упрощает конструкцию линзы и технологию ее изготовления. Однако форма преломляющей поверхности элементарных ячеек является сложной. Кроме того, расположенные параллельными рядами на внутренней поверхности светорассеивающей линзы элементарные линзовые ячейки не плотно примыкают друг к другу, а соприкасаются лишь в нескольких точках по периметру, что приводит к снижению доли полезно используемого оптического излучения.The light scattering lens under consideration provides the non-uniform light scattering required for a traffic light in horizontal and vertical planes. At the same time, the recesses forming the elementary lens cells are made only on its inner surface, which simplifies the lens design and its manufacturing technology. However, the shape of the refracting surface of the unit cells is complex. In addition, the elementary lens cells located in parallel rows on the inner surface of the light-scattering lens do not adjoin tightly to each other, but only touch at a few points along the perimeter, which leads to a decrease in the fraction of useful optical radiation.
Задачей заявляемого изобретения является повышение доли полезно используемого излучения при обеспечении требуемого для светофора углового распределения света в горизонтальной и вертикальной плоскостях.The task of the invention is to increase the proportion of useful radiation when providing the angular distribution of light required for a traffic light in horizontal and vertical planes.
Сущность изобретения заключается в том, что в светорассеивающей линзе, используемой в светофорах для преобразования падающего на нее параллельного светового пучка в световой пучок с заданным угловым распределением света, выполненной в виде изготовленного из прозрачного материала защитного колпака, наружная поверхность которого выпуклая, а на внутренней поверхности выполнены расположенные параллельными рядами элементарные линзовые ячейки, каждая из которых образована выемкой в материале защитного колпака, имеющей в плоскости вертикального сечения ячейки, проходящей через ее оптическую ось, форму кривой, углубляющейся в направлении снизу вверх, согласно изобретению фронтальная поверхность каждой ячейки имеет форму прямоугольника, а выемка образована вогнутой поверхностью, которая в вертикальной плоскости сечения ячейки, проходящей через ее оптическую ось, образует первую кривую, имеющую форму четверти эллипса, в горизонтальной плоскости сечения ячейки, расположенной в верхней ее части, образует вторую кривую, имеющую форму половины эллипса, и выходит на фронтальную поверхность ячейки, примыкая к ее боковым и нижней сторонам, длины малых полуосей первого и второго эллипсов, форму частей которых соответственно имеют первая и вторая кривые, равны и по величине соответствуют наибольшей глубине выемки, длина боковых сторон прямоугольной фронтальной поверхности ячейки составляет величину не менее длины большой полуоси первого эллипса, а длина нижней и верхней сторон прямоугольной фронтальной поверхности ячейки соответствует длине большой оси второго эллипса.The essence of the invention lies in the fact that in a light-scattering lens used in traffic lights to convert a parallel light beam incident on it into a light beam with a given angular distribution of light, made in the form of a protective cap made of transparent material, the outer surface of which is convex, and on the inner surface made in parallel rows of elementary lens cells, each of which is formed by a recess in the material of the protective cap, having vertically in the plane according to the invention, the frontal surface of each cell has the shape of a rectangle, and the recess is formed by a concave surface, which in the vertical plane of the section of the cell passing through its optical axis forms the first a curve having the shape of a quarter of an ellipse in the horizontal plane of the cell section located in its upper part forms a second curve having the shape of a half of an ellipse and goes to the frontal the cell’s surface, adjacent to its lateral and lower sides, the lengths of the small semiaxes of the first and second ellipses, the shape of the parts of which have the first and second curves, respectively, are equal and correspond to the largest depth of the notch, the length of the lateral sides of the rectangular frontal surface of the cell is not less than the length of the semimajor axis of the first ellipse, and the length of the lower and upper sides of the rectangular frontal surface of the cell corresponds to the length of the major axis of the second ellipse.
В частном случае выполнения изобретения вогнутая поверхность выемки примыкает к боковым и к нижней сторонам фронтальной поверхности таким образом, что нормали к указанной вогнутой поверхности, проведенные из вершин нижних углов фронтальной поверхности, перпендикулярны к указанной фронтальной поверхности.In the particular case of the invention, the concave surface of the recess is adjacent to the side and lower sides of the front surface in such a way that the normals to the specified concave surface drawn from the vertices of the lower corners of the front surface are perpendicular to the specified front surface.
В частном случае выполнения изобретения длина боковых сторон фронтальной поверхности ячейки превышает длину полуоси первого эллипса на 8-10%.In the particular case of the invention, the length of the lateral sides of the front surface of the cell exceeds the length of the semiaxis of the first ellipse by 8-10%.
Благодаря тому, что элементарная линзовая ячейка образована вогнутой поверхностью, которая примыкает к боковым и нижней сторонам прямоугольной фронтальной поверхности ячейки и при этом в вертикальной плоскости сечения, проходящей через ее оптическую ось, образует первую кривую, имеющую форму четверти эллипса (первого), а в горизонтальной плоскости сечения, расположенной в верхней части ячейки, образует вторую кривую, имеющую форму половины эллипса (второго), причем длины малых полуосей первого и второго эллипсов равны и по величине соответствуют наибольшей глубине выемки, длина боковых сторон прямоугольной фронтальной поверхности ячейки составляет величину не менее длины большой полуоси первого эллипса, а длина нижней и верхней сторон прямоугольной фронтальной поверхности ячейки соответствует длине большой оси второго эллипса, ячейка имеет рассеивающую поверхность, которая обеспечивает соответствующее требованиям, предъявляемым к светофорам, неравномерное угловое рассеивание падающего на нее параллельного светового пучка как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.Due to the fact that the elementary lens cell is formed by a concave surface that is adjacent to the sides and the lower sides of the rectangular frontal surface of the cell, and in the vertical section plane passing through its optical axis, it forms the first curve, having the shape of a quarter of an ellipse (first), and in the horizontal section plane located in the upper part of the cell forms a second curve having the shape of a half ellipse (second), and the lengths of the small semiaxes of the first and second ellipses are equal in magnitude and correspond to the greatest depth of the recess, the length of the sides of the rectangular frontal surface of the cell is not less than the length of the semi-major axis of the first ellipse, and the length of the lower and upper sides of the rectangular frontal surface of the cell corresponds to the length of the major axis of the second ellipse, the cell has a scattering surface that meets the requirements of to traffic lights, uneven angular dispersion of a parallel light beam incident on it, both in the vertical and horizontal second planes.
Преломляющая рабочая поверхность элементарной ячейки, основу формообразования которой составляют четверть первого эллипса в вертикальной плоскости сечения и половина второго эллипса в горизонтальной плоскости сечения, является гладкой и неделимой на какие-либо поверхностные части, что способствует формированию однородного светораспределения. За счет выбранной формы преломляющей поверхности ячейка в горизонтальной плоскости сечения обеспечивает создание симметричного относительно оптической оси неравномерного углового распределения света, а в вертикальной плоскости обеспечивает направление основной части светового пучка под углом вниз относительно горизонтальной плоскости. При этом в указанных плоскостях происходит уменьшение величины силы света, коррелирующее с изменением кривизны профиля сечения ячейки в данных плоскостях. В результате формируемое ячейкой световое поле во фронтальной плоскости проекции имеет форму, подобную форме равнобедренного треугольника со сглаженными углами, ориентированного вершиной вниз, что в наибольшей степени соответствует требуемому для светофора характеру светораспределения.The refracting working surface of the unit cell, the basis of the shaping of which is a quarter of the first ellipse in the vertical plane of the section and half of the second ellipse in the horizontal plane of the section, is smooth and indivisible into any surface parts, which contributes to the formation of a uniform light distribution. Due to the selected shape of the refracting surface, the cell in the horizontal plane of the cross section ensures the creation of an uneven angular distribution of light symmetrical with respect to the optical axis, and in the vertical plane ensures the direction of the main part of the light beam at an angle downward relative to the horizontal plane. Moreover, in these planes there is a decrease in the magnitude of the light intensity, which correlates with a change in the curvature of the sectional profile of the cell in these planes. As a result, the light field formed by the cell in the frontal plane of the projection has a shape similar to the shape of an isosceles triangle with smooth angles oriented downward, which most closely corresponds to the character of the light distribution required for the traffic light.
Поскольку фронтальная поверхность каждой ячейки имеет прямоугольную форму, расположенные параллельными рядами на поверхности светорассеивающей линзы элементарные линзовые ячейки плотно прилегают друг к другу в вертикальном и в горизонтальном направлениях, за счет чего в рассматриваемой светорассеивающей линзе практически отсутствуют зоны, в которых световой пучок не претерпевает полезного рассеяния, а следовательно, практически весь падающий на светорассеивающую линзу свет полезно используется.Since the frontal surface of each cell has a rectangular shape, the elementary lens cells are closely adjacent to each other in vertical and horizontal directions located in parallel rows on the surface of the diffusing lens, due to which there are practically no zones in the considered diffusing lens in which the light beam does not undergo useful scattering and, therefore, almost all the light incident on a diffuser lens is useful.
Наружная поверхность светорассеивающей линзы по конструктивным соображениям является выпуклой, а ее внутренняя поверхность, на которой сформированы элементарные линзовые ячейки, соответственно, является вогнутой, при этом кривизна обеих поверхностей столь мала, что различие светораспределения от двух ячеек, расположенных в разных точках поверхности линзы, невелико и им можно пренебречь. То есть светорассеивающая линза в целом формирует такое же пространственное распределение светового пучка, что и элементарная линзовая ячейка.For structural reasons, the outer surface of the light-scattering lens is convex, and its inner surface, on which elementary lens cells are formed, is accordingly concave, and the curvature of both surfaces is so small that the light distribution from two cells located at different points on the lens surface is small and it can be neglected. That is, the light-scattering lens as a whole forms the same spatial distribution of the light beam as the elementary lens cell.
Таким образом, за счет выбранной формы ячеек светорассеивающая линза обеспечивает требуемое для светофора угловое распределение силы света в выходном световом пучке в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом достигается высокая степень полезного использования падающего на линзу светового излучения.Thus, due to the selected cell shape, the light-scattering lens provides the angular distribution of the light intensity required for the traffic light in the output light beam in horizontal and vertical planes, while achieving a high degree of useful use of the light radiation incident on the lens.
Описанные выше формы первой и второй кривых, соответствующих формам профилей сечения ячейки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в которых нормируется светораспределение, были получены авторами расчетно-экспериментальным путем.The above-described shapes of the first and second curves corresponding to the shapes of the cell cross-section profiles in the vertical and horizontal planes in which the light distribution is normalized were obtained by the authors by calculation and experimental methods.
Форма профиля ячейки в рассматриваемых плоскостях сечения определялась путем нахождения совокупности его точек методом графического построения с использованием законов геометрической оптики. Указанный метод основан на том, что в каждом из сечений рассеивающая поверхность ячейки преобразует падающий на нее квазипараллельный входной световой пучок в выходной световой пучок с заданным для рассматриваемого сечения угловым распределением силы света. Метод нахождения точек профиля является итерационным и одинаков для каждого из сечений.The shape of the cell profile in the considered section planes was determined by finding the totality of its points by the method of graphical construction using the laws of geometric optics. The indicated method is based on the fact that in each of the sections the scattering surface of the cell converts the quasi-parallel input light beam incident on it into the output light beam with the angular distribution of the light intensity set for the considered section. The method for finding profile points is iterative and the same for each section.
Координаты точек профиля определялись в прямоугольной системе координат, в которой ось ординат совпадает с направлением распространения начального светового луча, проходящего через ячейку без преломления. По оси абсцисс откладывается линейная координата, соответствующая расстоянию между начальным световым лучом и n-ым световым лучом. В качестве начальной точки профиля задавалась точка, расположенная на оси ординат и отстоящая от точки начала координат на расстоянии, равном заданной наибольшей глубине ячейки. Исходными данными для определения точек профиля являлись: известная для конкретной оптической системы светофора первая зависимость распределения силы света от линейной координаты для входного светового пучка, которая для квазипараллельного пучка имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс; вторая зависимость распределения силы света от угла излучения для выходного светового пучка, соответствующая конкретным заданным требованиям, предъявляемым к светофору; а также третья и четвертая зависимости распределения светового потока для входного и выходного пучков, которые получали путем интегрирования первой и второй зависимостей по соответствующей координате. Координаты точек профиля находились исходя из условия, что для каждого проходящего через преломляющую поверхность ячейки n-го светового луча световой поток, заключенный между ним и начальным лучом во входном квазипараллельном пучке, и световой поток, заключенный между указанным n-ым лучом, излучаемым после прохождения через ячейку под некоторым углом αn, и начальным лучом, прошедшим через ячейку без преломления, в выходном пучке равны. Нахождение координат каждой n-ой точки профиля сводилось к определению угла наклона к оси абсцисс преломляющей поверхности ячейки в точке n (угла наклона к оси абсцисс касательной к указанной поверхности в данной точке), при котором обеспечивается поворот падающего на преломляющую поверхность в n-ой точке светового луча на угол αn. При этом учитывалось, что световой луч преломляется не только на внутренней поверхности защитного колпака, но и на его внешней поверхности, для чего вводилась поправка, определяемая с использованием закона Снеллиуса, связывающего значения угла падения, угла преломления светового луча и показателя преломления материала, из которого изготовлена светорассеивающая линза. Каждая последующая точка (n+1) профиля в выбранной координатной системе отстоит от предыдущей точки n по оси абсцисс на величину шага итерации, а по оси ординат - на величину, пропорциональную тангенсу угла наклона к оси абсцисс преломляющей поверхности в точке n.The coordinates of the profile points were determined in a rectangular coordinate system in which the ordinate axis coincides with the direction of propagation of the initial light ray passing through the cell without refraction. The linear coordinate corresponding to the distance between the initial light beam and the nth light beam is plotted along the abscissa. A point located on the ordinate axis and spaced from the origin at a distance equal to the specified maximum cell depth was set as the starting point of the profile. The initial data for determining the profile points were: the first dependence of the light intensity distribution on the linear coordinate for the input light beam, which is known for a particular optical system, which for a quasi-parallel beam has the form of a straight line parallel to the abscissa axis; the second dependence of the distribution of light intensity on the radiation angle for the output light beam, corresponding to specific specified requirements for traffic lights; as well as the third and fourth dependences of the distribution of the light flux for the input and output beams, which were obtained by integrating the first and second dependences along the corresponding coordinate. The coordinates of the profile points were found based on the condition that for each nth light beam passing through the refracting surface of the cell, the light flux enclosed between it and the initial beam in the input quasiparallel beam and the light flux enclosed between the specified n-th ray emitted after passing through through the cell at a certain angle α n , and the initial beam passing through the cell without refraction are equal in the output beam. Finding the coordinates of each n-th point of the profile was reduced to determining the angle of inclination to the abscissa axis of the refractive surface of the cell at point n (the angle of inclination to the abscissa axis tangent to the specified surface at this point), which ensures rotation of the incident on the refractive surface at the n-th point light beam at an angle α n . In this case, it was taken into account that the light beam is refracted not only on the inner surface of the protective cap, but also on its outer surface, for which a correction was introduced that was determined using Snell's law, which relates the values of the angle of incidence, the angle of refraction of the light beam, and the refractive index of the material from which made diffusing lens. Each subsequent point (n + 1) of the profile in the selected coordinate system is separated from the previous point n along the abscissa by the value of the iteration step, and along the ordinate by an amount proportional to the tangent of the angle of inclination to the abscissa of the refracting surface at point n.
Указанным выше образом определяли точки профилей сечения ячейки для ряда случаев, задавая конкретные зависимости распределения силы света от угла излучения для выходного светового пучка, различные показатели преломления материала защитного колпака, а также изменяя количество светодиодов, создающих входной световой пучок, и их мощность. При этом каждый раз совокупности найденных точек образовывали профили сечений ячейки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, которые с большой степенью точности можно было аппроксимировать кривыми второго порядка, имеющими форму четверти первого эллипса и половину второго эллипса соответственно.In the aforementioned manner, the points of the cell section profiles were determined for a number of cases, setting specific dependences of the light intensity distribution on the radiation angle for the output light beam, various refractive indices of the material of the protective cap, and also changing the number of LEDs that create the input light beam and their power. In this case, each time, the totality of the found points formed cell section profiles in the vertical and horizontal planes, which could be approximated with a high degree of accuracy by second-order curves having the shape of a quarter of the first ellipse and half of the second ellipse, respectively.
При этом в зависимости от заданного конкретного характера светораспределения выходного светового пучка получали различные значения соотношений длин осей первого и второго эллипсов.In this case, depending on the specific nature of the light distribution of the output light beam, various values of the ratio of the lengths of the axes of the first and second ellipses were obtained.
Так, например, при задании отвечающей современным требованиям для оптических систем светофоров зависимости распределения силы света от угла излучения в выходном световом пучке, при которой в горизонтальной плоскости сечения ячейка обеспечивает симметричное относительно оптической оси рассеяние основной части светового пучка в угле 30 градусов, при этом сила света в указанной плоскости для направления 0 градусов имеет максимальную величину, для направления 10 градусов имеет величину, в два раза меньшую, для направления 30 градусов имеет величину, в 100 раз меньшую, а в вертикальной плоскости сечения ячейка обеспечивает рассеяние основной части светового пучка под углом до 20 градусов вниз, при этом сила света для направления 5 градусов имеет величину, в 1,7 раза меньшую, чем сила света для направления 0 градусов, а для направлений 10 и 20 градусов соответственно в 3,3 и 50 раз меньшую, соотношение длин осей первого эллипса лежит в пределах от 3,0 до 3,2, а соотношение длин осей второго эллипса лежит в пределах от 1,7 до 1,8.So, for example, when defining the dependence of the light intensity distribution on the radiation angle in the output light beam that meets modern requirements for optical systems of traffic lights, in which the cell provides a scattering of the main part of the light beam symmetric with respect to the optical axis in an angle of 30 degrees in the horizontal plane, the force light in the indicated plane for the direction of 0 degrees has a maximum value, for the direction of 10 degrees it has a value half as small, for the direction of 30 degrees it has a value 100 times smaller, and in the vertical plane of the cross section, the cell scatters the main part of the light beam at an angle of up to 20 degrees down, while the light intensity for the 5 degree direction has a value 1.7 times less than the light intensity for direction 0 degrees, and for directions of 10 and 20 degrees, respectively, 3.3 and 50 times smaller, the ratio of the lengths of the axes of the first ellipse lies in the range from 3.0 to 3.2, and the ratio of the lengths of the axes of the second ellipse lies in the range from 1.7 to 1.8.
Абсолютные значения размеров ячейки определяют исходя из заданной наибольшей глубины ячейки, выбранных в соответствии с заданным характером светораспределения выходного светового пучка соотношений длин осей первого и второго эллипсов, технологических возможностей изготовления на поверхности светорассеивающей линзы множества элементарных линзовых ячеек. При этом при увеличении количества линзовых ячеек возрастает равномерность рассеиваемого линзой светового пучка.The absolute values of the cell size are determined based on the given maximum cell depth, selected in accordance with the specified pattern of light distribution of the output light beam, the ratio of the axle lengths of the first and second ellipses, technological capabilities for manufacturing a plurality of elementary lens cells on the surface of the light scattering lens. Moreover, with an increase in the number of lens cells, the uniformity of the light beam scattered by the lens increases.
Для конкретной светорассеивающей линзы форму ее элементарной ячейки формируют следующим образом. Задают наибольшую глубину ячейки, которая соответствует длине малых полуосей первого и второго эллипсов, определяют длину большой полуоси первого эллипса и длину большой оси второго эллипса через величины соотношения осей указанных эллипсов, тем самым определяют ширину фронтальной поверхности ячейки, равную длине большой оси второго эллипса, а длину боковых сторон фронтальной поверхности выбирают не менее длины большой полуоси первого эллипса (как правило, длину указанной стороны берут равную или чуть большую, чем длина указанной полуоси). Далее моделируют форму элементарной ячейки, соответствующую выбранным характеристикам, любым известным способом, например путем изготовления модели ячейки из пластичного материала или путем программного моделирования формы ячейки с помощью ЭВМ.For a specific light-scattering lens, the shape of its unit cell is formed as follows. The largest cell depth is set, which corresponds to the length of the minor axes of the first and second ellipses, the length of the major axis of the first ellipse and the length of the major axis of the second ellipse are determined through the ratio of the axes of these ellipses, thereby determining the width of the front surface of the cell equal to the length of the major axis of the second ellipse, and the length of the sides of the front surface is chosen not less than the length of the major axis of the first ellipse (as a rule, the length of the specified side is equal to or slightly larger than the length of the specified floor axis). Next, a unit cell shape corresponding to the selected characteristics is simulated by any known method, for example, by manufacturing a cell model from a plastic material or by computer simulation of the cell shape.
При этом в случае моделирования формы ячейки с помощью ЭВМ целесообразно ввести дополнительное условие, согласно которому вогнутая поверхность ячейки примыкает к боковым и к нижней сторонам ее фронтальной поверхности таким образом, что нормали к указанной вогнутой поверхности, проведенные из вершин нижних углов фронтальной поверхности, перпендикулярны к указанной фронтальной поверхности. В таком случае преломляющая поверхность ячейки имеет оптимальную, с точки зрения повышения доли полезно используемого излучения, форму, позволяющую в максимальной степени осуществить преобразование входного квазипараллельного светового пучка в выходной пучок с заданным угловым распределением силы света.In this case, in the case of modeling the shape of the cell using a computer, it is advisable to introduce an additional condition according to which the concave surface of the cell is adjacent to the lateral and lower sides of its front surface in such a way that the normals to the specified concave surface drawn from the vertices of the lower corners of the front surface are perpendicular to specified front surface. In this case, the refracting surface of the cell has an optimal shape, from the point of view of increasing the fraction of useful radiation, which allows the maximum conversion of the input quasi-parallel light beam to the output beam with a given angular distribution of light intensity.
Для изготовления светорассеивающей линзы может быть использован различного вида светопрозрачный материал. Совокупность элементарных линзовых ячеек на внутренней поверхности изготовленного из указанного материала защитного колпака может быть сформирована различными способами, например путем фрезерования с помощью специального инструмента в материале защитного колпака выемок, имеющих форму элементарных линзовых ячеек, или путем отливки материала защитного колпака в отливочную форму, в которой выполнены полости, форма которых соответствует форме элементарных ячеек. При этом формирование таких полостей не представляет сложностей при использовании современного оборудования.For the manufacture of diffuser lenses can be used in various types of translucent material. The set of elementary lens cells on the inner surface of the protective cap made of the specified material can be formed in various ways, for example, by milling with the help of a special tool in the material of the protective cap recesses having the form of elementary lens cells, or by casting the material of the protective cap into a casting mold in which cavities are made, the shape of which corresponds to the shape of the unit cells. Moreover, the formation of such cavities is not difficult when using modern equipment.
Как показали экспериментальные исследования, целесообразным является, чтобы длина боковых сторон фронтальной поверхности ячейки превышала длину большой полуоси первого эллипса на 8-10%, что обеспечивает припуск на обработку при формировании элементарных линзовых ячеек на поверхности защитного колпака.As experimental studies have shown, it is advisable that the length of the sides of the frontal surface of the cell exceed the length of the semimajor axis of the first ellipse by 8-10%, which provides an allowance for processing when forming elementary lens cells on the surface of the protective cap.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4, где на фиг.1 представлен общий вид заявляемой светорассеивающей линзы, на фиг.2 представлены фронтальное, вертикальное и горизонтальное сечения ячейки, на фиг.3 схематично показан ход лучей через линзу (сечение в вертикальной плоскости), на фиг.4 схематично показан ход лучей через линзу (сечение в горизонтальной плоскости).The invention is illustrated by the drawings presented in figures 1-4, where figure 1 shows a General view of the inventive light-scattering lens, figure 2 shows the front, vertical and horizontal sections of the cell, figure 3 schematically shows the path of the rays through the lens (section in the vertical plane), figure 4 schematically shows the path of the rays through the lens (section in the horizontal plane).
Светорассеивающая линза (фиг.1) выполнена в виде изготовленного из светопрозрачного материала защитного колпака, наружная поверхность 1 которого выпуклая, а внутренняя поверхность 2 соответственно вогнутая. На внутренней поверхности 2 линзы сформирована совокупность элементарных линзовых ячеек 3, каждая из которых образована выемкой в материале защитного колпака.The light-scattering lens (Fig. 1) is made in the form of a protective cap made of translucent material, the outer surface 1 of which is convex, and the
Ячейка 3 (фиг.2) имеет прямоугольную фронтальную поверхность, образующую во фронтальном сечении ячейки прямоугольник 4, и примыкающую к боковым и нижней сторонам фронтальной поверхности вогнутую поверхность, которая в вертикальной плоскости сечения ячейки, проходящей через ее оптическую ось, образует кривую 5, имеющую форму четверти первого эллипса, а в горизонтальной плоскости сечения, расположенной в верхней части ячейки, образует кривую 6, имеющую форму половины второго эллипса. Длины малых полуосей 7 и 8 первого и второго эллипсов, форму которых имеют кривые 5 и 6 соответственно, равны наибольшей глубине ячейки 3. Длина боковых сторон прямоугольника 4 на 8-10% превышает длину большой полуоси 9 первого эллипса. Длина нижней и верхней сторон прямоугольника 4 равна длине большой оси 10 второго эллипса.Cell 3 (FIG. 2) has a rectangular frontal surface, forming a rectangle 4 in the frontal section of the cell, and a concave surface adjacent to the side and lower sides of the frontal surface, which in the vertical plane of the cell’s section passing through its optical
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Устанавливаемая в светофор светорассеивающая линза входит в состав оптической системы светофора (фиг.3, 4), которая также включает источник излучения, в частности светодиод 11, и преобразователь 12 (в частности, линзу Френеля), который формирует падающий на поверхность 2 светорассеивающей линзы входной квазипараллельный световой пучок. Указанный входной световой пучок с помощью совокупности сформированных на поверхности 2 линзы элементарных линзовых ячеек преобразуется в выходной световой пучок, который имеет заданное требованиями, предъявляемыми к светофору, угловое рассеяние света в вертикальной (фиг.3) и в горизонтальной (фиг.4) плоскостях сечения линзы.The light-scattering lens installed in a traffic light is included in the optical system of a traffic light (Figs. 3, 4), which also includes a radiation source, in
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111812/11A RU2308060C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Light-dissipating lens for traffic lights |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111812/11A RU2308060C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Light-dissipating lens for traffic lights |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308060C1 true RU2308060C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38953020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006111812/11A RU2308060C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Light-dissipating lens for traffic lights |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308060C1 (en) |
-
2006
- 2006-04-12 RU RU2006111812/11A patent/RU2308060C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5209586B2 (en) | Light control film | |
| JP6424418B2 (en) | Optical element, projection device, measurement device, and manufacturing method | |
| RU2297020C1 (en) | Micro-lens array, based on effect of full internal reflection, for wide-angle lighting systems | |
| US20090168414A1 (en) | Multi-primary led collimation optic assemblies | |
| JP2014143213A (en) | Light incoupling structure for lighting application | |
| US9400394B2 (en) | Illumination system | |
| CN104566217A (en) | Two-free-curved-surface optical lens used for ultrathin direct-lit type LED backlight system | |
| JP2000147216A (en) | Optically transparent film | |
| JP2020504846A (en) | Turning film for improving visual field in horizontal plane and light control film having lenticular diffuser | |
| JP2022168217A (en) | Diffraction optical element | |
| GB2474921A (en) | Lens element with facets at different angles relative to one another | |
| JP7196406B2 (en) | Diffractive optical element | |
| EP3063464B1 (en) | Lighting unit | |
| US10942297B2 (en) | Optical output device and design method | |
| CN102721004B (en) | Integral micro-optical brightness enhancement film and backlight module thereof | |
| RU2308060C1 (en) | Light-dissipating lens for traffic lights | |
| KR20110039199A (en) | Led lighting unit having a structured scattering sheet | |
| WO2014159970A1 (en) | Photometrically adjustable diffuser | |
| US11892154B2 (en) | Illumination device | |
| Xu et al. | Optical design of rectangular illumination with freeform lenses for the application of LED road lighting | |
| CN114607963A (en) | Lighting device for indoor blue-sky illumination simulation | |
| CN107448781A (en) | A kind of LED collimation Uniform Illumination structure and its implementation for rectangle vehicle light shape | |
| EP3961089A1 (en) | Bimaterial optical device with tir effect | |
| US9546771B2 (en) | Packed pillow optic array | |
| RU2561191C2 (en) | Optical element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080413 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180413 |