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DE69316033T2 - Linienförmige lichtquelle - Google Patents

Linienförmige lichtquelle

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DE69316033T2
DE69316033T2 DE69316033T DE69316033T DE69316033T2 DE 69316033 T2 DE69316033 T2 DE 69316033T2 DE 69316033 T DE69316033 T DE 69316033T DE 69316033 T DE69316033 T DE 69316033T DE 69316033 T2 DE69316033 T2 DE 69316033T2
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DE
Germany
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light
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absorber
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John Dreyer
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3M Co
Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Lichtquellen, die bei Verkehrs- und Navigationssteuerung bzw. -regelung verwendet werden, sind im allgemeinen Punkt- oder Nahpunktquellen. Bekannte Beispiele sind Verkehrssignalanlagen und Gefahrwarnlampen, die gewöhnlich um Straßenbaustellen herum angeordnet sind.
  • Neuerdings sind linienförmige Lichtquellen bzw. Linienquellen für Verkehrsregelungsanwendungen zweckmäßig. Eine dieser Linienquellen ist im US-Patent 5 043 850 (Dreyer, jr.) beschrieben, das gemeinsam mit dem vorliegenden Patent abgetreten worden ist. Gemäß der in diesem Patent beschriebenen Lichtquelle wird ein Lichtleitkabel, wie es im US-Patent 4 805 984 (Cobb, jr.) beschrieben ist, benutzt. Zwei Lampen, die sich mindestens in einer optischen Eigenschaft unterscheiden, sind so in Behältnissen, die als Leuchtkopf bzw. Lighthouse bezeichnet werden, positioniert, daß Licht in jedes Ende des Lichtleitkabels eingeführt wird. Das Licht wird vom Kabel in solchen Richtungen emittiert, daß es einer Person, die am Kabel entlangschaut, am hellsten erscheint. Wenn Farbe die optische Eigenschaft ist, die unterschiedlich ist, sieht eine Person, die in einer Richtung am Leitrohr entlangschaut, eine andere Farbe als eine Person, die in der anderen Richtung schaut.
  • Ein ähnliches Ergebnis entsteht, wenn nur eine einzelne Lampe verwendet wird. Wenn eine solche Struktur aufgebaut ist, ist die Linienquelle für eine Person, die in einer Richtung zur Lichtquelle hin am Lichtleitkabel entlangschaut, sichtbar, jedoch für eine Person, die von der Lichtquelle weg am Lichtleitkabel entlangschaut, nicht ohne weiteres sichtbar.
  • Ein Problem, das bei derartigen Linienquellen, sowohl bei unidirektionalen als auch bei bidirektionalen, entsteht, ergibt sich aus der Tatsache, daß die Lichtquellen, die Parabolspiegel verwenden, nicht vollkommen kollimiert sind. Der größte Teil des Lichts fällt in einen Richtkegel, der akzeptiert werden kann, jedoch wird ein Teil des Lichts in eine Richtung außerhalb dieses Kegels gelenkt. Das außerhalb des bevorzugten Kegels befindliche Licht, das als stark nichtkollimiertes Licht beschrieben werden kann, entweicht aus den Rohr sehr nahe am Einführungsende des Rohrs. Der Grund dafür ist, daß es merklich mehr Kollisionen mit den Wänden des Lichtleitkabels ausgesetzt ist. Bei jeder Kollision entweicht ein prozentualer Anteil aus dem Kabel, und der Rest wird reflektiert und im Rohr entlanggeführt. Außerdem trägt das im bevorzugten Richtkegel emittierte Licht mit einem Betrag zur Beleuchtungsstärke bei, der über die gesamte Länge des Kabels relativ konstant ist. Dies bewirkt, daß die Linienquelle am Einführungsende sehr hell ist und dann über den Rest des Rohrs eine relativ gleichmäßige Helligkeit hat. Eine gleichmäßigere Helligkeit wäre erwünscht.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist eine linienförmige Lichtquelle, wie in Anspruch 1 ausgeführt, ein lichtemittierendes Element auf, das Licht in ein Einführungsende eines röhrenförmigen Lichtleitkabels emittiert. Ein Lichtabsorber absorbiert Licht, das einen größeren als einen vorbestimmten Winkel mit der Achse des Lichtleitkabels bildet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 2 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
  • Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 3;
  • Fig. 5 ist ein Diagramm mit experimentell ermittelten Daten, die einen Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik darstellen.
    • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform Wie in Fig.1 dargestellt, weist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Linienlichtquelle ein Rohr 12 und einen oberflächenstrukturierten Lichtleiter 14 in dem Rohr 12 und einen Leuchtkopf (lighthouse) 16 auf. Das Rohr ist vorgesehen, um dem Lichtleiter 14 Festigkeit und Schutz zu verleihen, und kann aus jedem lichtdurchlässigen Material, normalerweise Polycarbonat oder ein Acrylharzderivat, bestehen. Ebenso kann der oberflächenstrukturierte Lichtleiter 14 aus jedem geeigneten lichtdurchlässigen Material, einschließlich Acrylharzderivate und Polycarbonate, bestehen. Vorzugsweise weist der Lichtleiter 14 eine Vielzahl von im wesentlichen rechtwinkligen Prismen auf seiner Oberfläche und eine glatte Innenfläche auf. Ein geeignetes Material zur Herstellung des oberflächenstrukturierten Lichtleitkabels 14 kann von der Minnesota Mining and Manufacturing Company unter dem Namen 3M (eingetragenes Warenzeichen) Optical Lighting Film bezogen werden und ist im US- Patent 4 906 070 beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Lichtleitkabel 14 einen Durchmesser von annähernd 10 cm (4 Zoll) und ist 30 m (100 Fuß) lang.
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Trägerrohrs 12 und des Lichtleitkabels 14, die zeigt, daß diese vorzugsweise kreisförmig und konzentrisch sind. Wie dargestellt, befindet sich zwischen dem Trägerrohr 12 und dem Lichtleitkabel 14 ein Spalt, obwohl ein solcher Spalt nicht erforderlich ist.
  • Der Leuchtkopf 16 weist ein Gehäuse 18 auf. Das Gehäuse 18 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, besteht aber vorzugsweise aus einem Metall, z. B. Aluminium. Im Gehäuse 18 befindet sich eine teilweise kollimierte Lichtquelle. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Lichtquelle eine Lampe 20 mit einem Parabolspiegel 22. Es können jedoch andere kollimierte Lichtquellen verwendet werden.
  • Das vom Kolben der Lampe 20 emittierte Licht wird durch drei Strahlen 26, 28 und 30 dargestellt. Die Lichtstrahlen 26 und 23 fallen in den im allgemeinen erwünschten Richtkegel und werden entlang dem Lichtleitkabel 14 befördert, bis sie entweichen. Wie lediglich als Beispiel dargestellt, entweicht der Lichtstrahl 26 bei seiner ersten Berührung mit dem Lichtleitkabel 14, während der Lichtstrahl 28 so dargestellt ist, daß er von dem Lichtleitkabel 14 reflektiert wird, um an einer bestimmten Stelle außerhalb Fig. 1 zu entweichen.
  • Der Lichtstrahl 30 weicht deutlich vom gewünschten Richtkegel ab. Es sind Lichtstrahlen wie etwa der Strahl 30, die bei den bekannten Linienquellen die unerwünschten hellen Bereiche in der Nähe der Lichtquelle bewirken. Um zu vermeiden, daß sich das Licht in einer solchen Richtung ausbreitet, ist ein Lichtabsorber 24 vorgesehen. Der Lichtabsorber 24 absorbiert stark nichtkollimiertes Licht wie etwa den Lichtstrahl 30, wobei nur das Licht übrigbleibt, das sich im Innern des gewünschten Richtkegels ausbreitet. Effektiv absorbiert der Lichtabsorber 24 das Licht, das sich in einer Richtung ausbreitet, die einen größeren als den vorbestimmten Winkel mit dem Lichtleitkabel bildet.
  • Der Absorber 24 kann irgendein Material und irgendeine Farbe aufweisen, die das vom Kolben 20 emittierte Licht absorbieren. Wenn der Kolben 20 weißes Licht emittiert, was häufig der Fall ist, sollte der Absorber 24 mattschwarz sein. In bestimmten Versuchen wurden Absorber aus schwarzem Papier erfolgreich verwendet. Metallische Absorber, die mattschwarz bemalt sind, können auch verwendet werden. Wenn der Kolben 20 jedoch farbiges Licht emittiert, kann der Absorber 24 irgendeine Farbe aufweisen, die das Licht der Farbe absorbiert, die vom Lampenkolben 20 emittiert wird. Es ist jedoch wichtig, daß der Lichtabsorber 24 auch wirklich aufnahmefähig ist. Wenn er Licht reflektiert, wird der helle Bereich lediglich weiter entlang dem Rohr verschoben.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich der Absorber 24 im Leuchtkopf 16. Als Alternative könnte der Leuchtkopf 16 kürzer ausgeführt und der Absorber 24 gemäß Fig. 3 im Lichtleitkabel 14 angeordnet sein. Diese Anordnung ist im Querschnitt in Fig. 4 dargestellt. Wenn die Anordnung gemäß Fig. 3 verwendet wird, muß sich der Lichtabsorber 24 im Lichtleitkabel 14 befinden, um zu verhindern, daß das Lichtleitkabel 14 das Licht reflektiert und entlang dem Rohr leitet. Wie in Fig. 4 dargestellt, bedeckt der Absorber 24 den gesamten Umfang des Lichtleitkabels 14. Dies bewirkt, daß der durch den Leuchtkopf 16 erzeugte Dunkelbereich geringfügig verlängert wird. Obwohl das normalerweise kein Problem ist, da die Länge des Absorbers 24, verglichen mit der Länge des Lichtleitkabels 14, sehr klein ist, könnte der Absorber 24 Schlitze darin aufweisen, damit ein Teil des Lichts entweichen kann, wodurch diese Verlängerung des Dunkelbereichs vermieden wird.
  • Fig. 5 ist ein Diagramm mit erfindungsgemäßen, experimentell ermittelten Daten. Darin ist die Lichtleistung einer Linienlichtquelle als Funktion der Entfernung vom Leuchtkopf entlang dem Lichtleiter grafisch dargestellt. Die Linie 40 in Fig. 5 stellt die Lichtleistung einer Linienquelle dar, die dem Stand der Technik entspricht. Wie zu sehen ist, ist die Lichtleistung bzw. das abgegebene Licht auf den ersten etwa fünf Metern des Lichtleitkabels deutlich heller als im Rest. Die Kurven 42, 44, 46 und 48 stellen Lichtleistungen bei Lichtabsorbern mit einer Länge von 2,5 cm (1 Zoll), 7,6 cm (3 Zoll), 25 cm (10 Zoll) bzw. 51 cm (20 Zoll) dar. Wie zu sehen ist, verringert schon der 2,5-cm-Absorber die Intensität des hellen Bandes in der Nähe des Leuchtkopfs. Ein Absorber, der nur 2,5 cm kurz ist, kann dazu beitragen, die Lichtleistung der Lichtquelle auf den ersten Metern zu linearisieren, da er das gesamte stark nichtkollimierte Licht, das auf ihn auftrifft, absorbiert. Andernfalls würde dieses Licht entlang dem Lichtleitkabel 14 geleitet und auf den ersten wenigen Metern nach und nach emittiert werden. Obwohl, wie man auch in Fig. 5 sehen kann, eine gewisse Verbesserung der Gleichmäßigkeit entlang der Länge des Lichtleitkabels eintritt, wenn die Länge des Absorbers weiter verlängert wird, tritt bei Absorbern, die länger als 7,6 cm sind, tatsächlich nur eine sehr geringe Verbesserung auf.

Claims (8)

1. Linienförmige Lichtquelle mit:
einem lichtemittierenden Element (20) mit der Fähigkeit, einen teilweise kollimierten Lichtstrahl bereitzustellen;
einem rohrförmigen Lichtleiter (14) mit einer Achse und einem Einführungsende, wobei das lichtemittierende Element (20) so positioniert ist, daß Licht in das Einführungsende emittiert wird, gekennzeichnet durch:
eine Lichtabsorptionseinrichtung (24) zum Absorbieren von Licht, das von dem lichtemittierenden Element (20) in einer Richtung emittiert wird, die einen größeren als einen vorbestimmten Winkel mit der Achse bildet.
2. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Lichtabsorptionseinrichtung (24) zylindrisch ist.
3. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 2, wobei der Zylinder zwischen 2,5 und 51 cm lang ist.
4. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 3, wobei der Zylinder kleiner als 25 cm ist.
5. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 41 wobei der Zylinder annähernd 7,6 cm lang ist.
6. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das lichtemittierende Element (20) in einem Gehäuse (16) angeordnet ist.
7. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei die Lichtabsorptionseinrichtung (24) in dem Gehäuse (16) ist.
8. Linienförmige Lichtquelle nach Anspruch 7, wobei die Lichtabsorptionseinrichtung (24) in dem Lichtleiter (14) ist.
DE69316033T 1992-06-04 1993-05-20 Linienförmige lichtquelle Expired - Fee Related DE69316033T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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US07/893,932 US5258896A (en) 1992-06-04 1992-06-04 Line light source
PCT/US1993/004825 WO1993024787A1 (en) 1992-06-04 1993-05-20 Line light source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69316033D1 DE69316033D1 (de) 1998-02-05
DE69316033T2 true DE69316033T2 (de) 1998-04-16

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