CN105403996B - 闪烁定向反光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定向反光装置领域，特别是涉及一种闪烁定向反光装置。其特征是：装置包括透镜、腔体、遮光体、反光镜、所述腔体位于所述透镜和所述反光镜之间，所述遮光体位于所述腔体内并可以在所述腔体内运动，所述遮光体不断地运动遮蔽入射光线，使反射光线的光强发生变化而产生闪烁。有益效果是：提供一种闪烁定向反光装置，用于提供能见度的被动式反光系统，如车辆的被动式反光灯，包括但不限于，可以区分车辆的行驶状态或停车状态。

Description

闪烁定向反光装置

技术领域

本发明涉及定向反光装置领域，特别是涉及一种闪烁定向反光装置。

背景技术

现有的定向反光装置包括玻璃微珠结构制品和全反射内三角反射器结构装置，定向反光装置可以将入射光按原入射方向反射出去，广泛应用于交通路标、车辆无源警示灯。稳定的入射光线通常从定向反光装置产生稳定的返回光线，即无法使返回光线的光强发生明显地变化，如果使返回光线的光强发生周期性变化，光强周期性变化的闪烁将会起到更好的警示作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种闪烁定向反光装置，用于提供能见度的被动式反光系统，如车辆的被动式反光灯，包括但不限于，可以区分车辆的行驶状态或停车状态。

本发明采用的技术方案是：

一种闪烁定向反光装置，其特征是：装置包括透镜、腔体、遮光体、反光镜、所述腔体位于所述透镜和所述反光镜之间，所述遮光体位于所述腔体内并可以在所述腔体内运动，所述遮光体不断地运动遮蔽入射光线，使反射光线的光强发生变化而产生闪烁。

所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：透镜为球形透镜，反光镜为球形反光镜，所述球形透镜和所述球形反光镜圆心重合，所述球形透镜半径为r1，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。

所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：n=2，满足：r2= nr1/2(n-1)=r1，即烁定向反光装置为球形，其半球镀有反光膜。

所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：腔体中为空气或真空，遮光体可在所述腔体中自由运动。

进一步：腔体的高度为7.84mm~196mm。

或，所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：腔体中充满液体，遮光体可在所述腔体中做布朗运动。

或，所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：腔体中充满液体，遮光体可在所述腔体中做粘滞运动。

进一步，其特征是：所述遮光体为半径为r的球体，遮光体运动一个周期的时间T=h/v=h/((ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η))，η为液体的粘滞系数、g为重力加速度、ρ为遮光体的密度、ρ' 为液体的密度、r为遮光体球体的半径，腔体的高度为h，则选择η、ρ、ρ'、r、h的值使周期T为0.04秒~0.2秒。

或，所述一种闪烁定向反光装置，其特征是：遮光体上连接弹性件，由遮光体和弹性件组成弹簧振子。

进一步，其特征是：弹簧振子周期T=2π(m/k)^(1/2)，m为遮光体的质量，k为弹性件的弹性系数，通过选择m/k值实现振动周期为0.04秒~0.2秒。

作为透镜替换，所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为非尼尔透镜或非尼尔球形透镜。

本发明的有益效果是：提供一种闪烁定向反光装置，用于提供能见度的被动式反光系统，如车辆的被动式反光灯，包括但不限于，可以区分车辆的行驶状态或停车状态。

附图说明

图1为定向反光装置结构原理图。

图2为闪烁定向反光装置结构原理图。

图3为弹簧振子闪烁定向反光装置结构原理图。

图4为球形透镜闪烁定向反光装置的原理图。

图5为折射率n=2的球形透镜闪烁定向反光装置的原理图。

图6为本发明采用非尼尔透镜的方案，

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为定向反光装置结构原理图，101为透镜，102为反光镜，透镜101的焦点落在反光镜102的弧形立体面上，这样，当光源104的光线射向透镜101时，由透镜101聚焦在其焦点上，而处于焦点处的反光镜102将焦点处的光线反射至透镜101，由透镜101散射返回光线至观察者眼睛103，返回光线和入射方向相反，即原路返回。

图2为闪烁定向反光装置结构原理图，相对图1定向反光装置结构，反光镜102和透镜101之间设置腔体201，腔体靠近反光镜102，腔体201内设置遮光体202，遮光体202可以在腔体201中运动，如果光源104的入射光被遮光体202挡住，则返回光线消失，这样随着遮光体随机或周期性运动使返回光线的光强发生变化，实现闪烁效果。实现遮光体202运动的方式有3种：（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动；（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生粘滞运动；（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子。

对于（2）腔体201中充满液体的情况，当遮光体足够小，会产生布朗运动，这种情况下可以得到永不停止闪烁返回光线。

在一般光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器，对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失，刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)，在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。据此，闪烁频率选择5~20Hz，对应的周期为0.04秒~0.2秒。

（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动：根据自由落体计算可得物体从h高度落下的时间为T=(2h/g) ^(1/2)，h为腔体的高度、g为重力加速度。选择h值使周期T为0.04秒~0.2秒，对应h值为：7.84mm~196mm。

（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202（假设为半径r的球体）发生粘滞运动：在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度，半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为v=(ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η)，η为液体的粘滞系数、g为重力加速度、ρ为球体的密度、ρ' 为液体的密度、r为球体的半径，腔体的高度为h，则运动一个周期的时间T=h/v=h/((ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η))，选择η、ρ、ρ'、r、h的值使周期T为0.04秒~0.2秒。

（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子：根据弹簧振子公式可得T=2π(m/k)^(1/2)，m为遮光体的质量，k为弹性件的弹性系数，通过选择m/k值实现振动周期为0.04秒~0.2秒。

图4为球形透镜闪烁定向反光装置的原理图，图中，401为球形透镜，半径为r1，402为球形反光镜，半径为r2，球形透镜401由透明物质制成，如玻璃、有机玻璃等，在球形反光镜402上镀有反射膜403，具体制作时，可以将球形透镜401和球形反光镜402融为一体，即球形透镜401和球形反光镜402用相同的透明物质一体成型，这样反射膜403镀在402的球面上，腔体201位于球形反光镜402前。如果整体由玻璃制制成，即半径为r1和半径为r2的两个半球同心对合，球形透镜401等效于凸透镜，但不是通常的薄透镜，普通透镜公式不能直接套用，可以用折射定律与微积分解决求解，处理方法是：入射平行光的延长线与出射光的反向延长线交点的集合定义为主平面，会聚点与主平面的距离为等效焦距，微积分求解等效焦距为f=nr1/2(n-1) ，n为透明物质的折射率（相对于空气的相对折射率），一般玻璃的折射率在1.5～1.85之间，例如，假设n=1.5 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.5r1，n=1.85 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.85r1/1.7＝1.09r1 ，所以，一般玻璃球的焦点在距离球心1.09r1~1.5r1的范围内，如果n=2 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=r1 。球形透镜闪烁定向反光装置要求r2=f，即球形反光镜位置和等效焦距面重合，所以r2= nr1/2(n-1) ，这个位置反射光线的光强最大。

球形反光镜402和球形透镜401之间设置腔体201，腔体靠近球形反光镜402，腔体201内设置遮光体202，遮光体202可以在腔体201中运动，如果光源104的入射光被遮光体202挡住，则返回光线消失，这样随着遮光体随机或周期性运动使返回光线的光强发生变化，实现闪烁效果。实现遮光体202运动的方式有3种：（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动；（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生粘滞运动；（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子。对于（2）腔体201中充满液体的情况，当遮光体足够小，会产生布朗运动，这种情况下可以得到永不停止闪烁返回光线。

在一般光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器，对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失，刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)，在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。据此，闪烁频率选择5~20Hz，对应的周期为0.04秒~0.2秒。

（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动：根据自由落体计算可得物体从h高度落下的时间为T=(2h/g) ^(1/2)，h为腔体的高度、g为重力加速度。选择h值使周期T为0.04秒~0.2秒，对应h值为：7.84mm~196mm。

（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202（假设为半径r的球体）发生粘滞运动：在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度，半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为v=(ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η)，η为液体的粘滞系数、g为重力加速度、ρ为球体的密度、ρ' 为液体的密度、r为球体的半径，腔体的高度为h，则运动一个周期的时间T=h/v=h/((ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η))，选择η、ρ、ρ'、r、h的值使周期T为0.04秒~0.2秒。

（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子：根据弹簧振子公式可得T=2π(m/k)^(1/2)，m为遮光体的质量，k为弹性件的弹性系数，通过选择m/k值实现振动周期为0.04秒~0.2秒。

图5为折射率n=2的球形透镜闪烁定向反光装置的原理图，根据焦距 f=nr1/2(n-1)=r1，如果n=2 ，r2=r1 ，即球形反光镜和球形透镜位置重合时反射光线的光强最大，参照图5，具体制作时，用折射率为2的透明物质制成任意半径的球体，在球体的半球镀反光膜501，球体内设置腔体201，腔体201内设置遮光体202，遮光体202可以在腔体201中运动，如果光源104的入射光被遮光体202挡住，则返回光线消失，这样随着遮光体随机或周期性运动使返回光线的光强发生变化，实现闪烁效果。实现遮光体202运动的方式有3种：（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动；（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生粘滞运动；（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子。对于（2）腔体201中充满液体的情况，当遮光体足够小，会产生布朗运动，这种情况下可以得到永不停止闪烁返回光线。

在一般光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器，对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失，刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)，在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。据此，闪烁频率选择5~20Hz，对应的周期为0.04秒~0.2秒。

（1）腔体201中为空气或真空，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202发生自由落体振动：根据自由落体计算可得物体从h高度落下的时间为T=(2h/g) ^(1/2)，h为腔体的高度、g为重力加速度。选择h值使周期T为0.04秒~0.2秒，对应h值为：7.84mm~196mm。

（2）腔体201中充满液体，在外部振动的情况下（如车辆行驶）遮光体202（假设为半径r的球体）发生粘滞运动：在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度，半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为v=(ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η)，η为液体的粘滞系数、g为重力加速度、ρ为球体的密度、ρ' 为液体的密度、r为球体的半径，腔体的高度为h，则运动一个周期的时间T=h/v=h/((ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η))，选择η、ρ、ρ'、r、h的值使周期T为0.04秒~0.2秒。

（3）参照图3，遮光体202上连接弹性件301（如弹簧等），由遮光体202和弹性件301组成弹簧振子：根据弹簧振子公式可得T=2π(m/k)^(1/2)，m为遮光体的质量，k为弹性件的弹性系数，通过选择m/k值实现振动周期为0.04秒~0.2秒。

上述实施方案均可将数个所述装置按一定的排列组成阵列，制成反光牌等制品。

图6为本发明采用非尼尔透镜的方案，至少601为非尼尔透镜，包括非尼尔球形透镜，可选602为非尼尔反光镜，包括非尼尔球形反光镜，本发明所有方案均可用图6所示方案替代，采用非尼尔透镜的优势是结构比较薄，节约材料。

Claims (3)

1.一种闪烁定向反光装置，其特征是：装置包括透镜、腔体、遮光体、反光镜、所述腔体位于所述透镜和所述反光镜之间，所述遮光体位于所述腔体内并在所述腔体内运动，所述遮光体不断地运动遮蔽入射光线，使反射光线的光强发生变化而产生闪烁；

腔体中充满液体，遮光体在所述腔体中做粘滞运动，所述遮光体为半径为r的球体，遮光体运动一个周期的时间T =h/((ρ-ρ')* r^(2)*g/(3η))，η为液体的粘滞系数、g为重力加速度、ρ为遮光体的密度、ρ' 为液体的密度、r为遮光体球体的半径，腔体的高度为h，则选择η、ρ、ρ'、r、h的值使周期T为0.04秒~0.2秒；

透镜为球形透镜，反光镜为球形反光镜，所述球形透镜和所述球形反光镜圆心重合，所述球形透镜焦距为f，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2=f；或所述球形透镜半径为r1，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。

2.根据权利要求1所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：n=2，满足：r2= nr1/2(n-1)=r1，所述烁定向反光装置为球形，其半球镀有反光膜。

3.根据权利要求1或2所述的一种闪烁定向反光装置，其特征是：遮光体上连接弹性件，由遮光体和弹性件组成弹簧振子。