通用交通灯发光设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种交通灯发光设备，包括：至少一个光源；校准设备，所述校准设备 用于校准由所述至少一个光源发出的光；配光设备，所述配光设备用于以特定发光强度分 布在特定立体角内分布经校准的光。
【背景技术】
[0002] 在特定照明应用中，尤其在交通信令中，光是根据与其中使用者需要看见信号的 位置相对应的模式来发出的。为了这个目的，几十年来使用的经典架构包括由光学系统 (其可以是单个透镜或者在一些应用中是菲涅耳透镜）校准的单光源（通常是灯泡）。然 后，将与输出束的尺寸相匹配的光漫射分布器插入输出区域中，以便在所需方向上分布光。
[0003] 如果模式平滑并且简单，此分布器可以由一些发散透镜来实现，或者-在需要精 细的成形时-借助几个折射元件或者扩散表面来实现。分布器分为不同的区，每一个区域 在特定方向上偏转光。借助在漫射器区之间的表面再分配来获得在每一个有角扇区之间的 功率平衡。
[0004] 此配置的缺点是需要针对每一个情形（右弯、左弯、狭窄部分…）设计并且使用特 定的分布器。这导致要预期并且管理大量配置。而且，如果需要不同信号直径，则必须重新 计算每一个分布器，并且使其重新适应于新的束直径。上述配置的进一步缺点是由于折射 分布器的区划分并且取决于观看者的角度位置，分布器的表面中只有一部分看起来像是发 光的，其导致在信号表面上不均匀，并且有时是非圆形的光分布。在接近信号时，即在使用 者足够接近以至于能够辨别出分布器的不同区时，此效应是特别明显。而且，灯泡的寿命和 功率效率极差，并且导致了高维护成本。
[0005] 最近，为了克服基于灯泡的设备的维护限制，已经使用了使用基于LED(发光二极 管）的多源的发光设备。然而安全是必要的（其是对于铁路应用的情况），每一个源必须 促成整个分布模式，即，每一个源的光必须分散到相同的相对光强度分布，使得一个源故障 不会引起相对光分布中的变化。这意指为了在不同方向上分布光，必须为每一个经校准的 源配备提供期望的光分布的单独的分布器（THALES，"FieldTrac6365LELD-Signal"。通过 使用此结构，即使要适应于信号的尺寸也不必重新设计光分布器：可以通过增加或去除经 校准的（并且分布的）光源来补偿表面变化。然而，通过这样做，信号的电气设计会显著变 化，其也影响发光设备的光学输出通量，二者都限制了此架构的可缩放性。
[0006] 与灯泡相比，LED有效表面相当大，意指对每一个LED的单独校准将导致更为发 散的束，即，LED受到低亮度的影响，需要使用几十个LED，从而引起更为复杂并且昂贵的架 构。另外，由于分布器的小尺寸，更难以成形尖角分布。
[0007] 由于所述限制，此种信号的光分布比借助单光源可实现的光分布效率差得多。这 意指在这里又必须针对每一个特定情形（右弯、左弯、狭窄部分…）对光分布进行优化，意 指要设计并且使用特定分布器，以便节省发光设备的可用光学输出通量。
[0008] 发明目的
[0009] 本发明的目的是提供一种低维护费用的交通灯发光设备，所述交通灯发光设备生 成针对各种车尾装置（右弯、左弯、直线）的均匀的光分布，而与观看者的距离无关。
【发明内容】
[0010] 此目的由根据权利要求1所述的交通灯发光设备来解决。
[0011] 根据本发明，所述光源是高亮度光源，以及所述配光设备是具有微结构表面的微 结构分布器，从而所述微结构表面的任何任意宏观区域在整个特定立体角中促成发光强度 分布。
[0012] 从显示器（IXD)和漫射照明应用（US7, 033, 736B2)获知了结构化的分布器。这 种微结构分布器包括基板和分布在所述基板的表面之上的多个微结构。所述微结构分布器 是基于折射的漫射器，在宽带照明（借助在整个可见范围内的光的照明）下，所述基于折射 的漫射器在漫射角度与能量分散方面容许准任意的束成形操作。优选地在表面上以阵列来 组织所述微结构。微结构分布器的表面外观可以看起来随意；然而，跨所述表面的所述微结 构的相对分布（尺寸、形状和相对位置）包括具有一些参数化随机分布的特征的特定形状， 以便避免由周期性阵列引起的视觉伪影。所使用的微结构可以包括曲面微透镜部分和直边 活塞部分。所述微结构的形状用于控制光散射轮廓的形状（发光强度分布）。通过使用傅 立叶光学衍射定律，可以计算在分布器表面上所需的微结构形状和分布，以便实现特定发 光强度分布（期望的散射模式）。对于可见光范围应用，已知具有达到几百微米的表面皱折 结构尺寸和10Um的典型深度并且具有几微米乃至亚微米级的数量级的精度的微结构分 布器。
[0013] 所述微结构分布器的所述表面上的微元件（微结构）共同作用以便生成如在US7, 033, 736B2中所描述的期望的散射。与经分区的分布器（其中，每一个区只促成所指定 的立体角中的一部分（局部立体角）中的发光强度分布）相反，微结构分布器的整个表面 (即，每一个宏观部分）在整个立体角中促成所述发光强度分布。即，可以将分布器划分为 任意宏观部分，每一个宏观部分在整个特定立体角内分散光，更准确地说，微结构分布器的 (具有相同尺寸的）全部宏观部分在所述整个的所指定的立体角内以相同的方式促成所述 发光强度分布。没有将所述分布器分为不同的区。从而，通过使用结构化分布器，即使在近 场中（即，小于IOm的距离），从色度和强度角度来讲，观看者也见到具有均匀外观的发光分 布器表面。
[0014] 根据本发明的高亮度光源是具有至少为0.lcd/mm2的亮度的光源。对于白天的铁 路应用，根据德国通用分布模式，至少〇.8cd/mm2的亮度是优选的。对于其它应用（例如对 于夜间操作）优选亮度可以是不同的。高度优选的是至少lOcd/mm2的亮度。选择较高亮 度容许更容易的收集、成形和混合（参见下文）。无需为了增大源的亮度的无源组件。对于 光源的亮度的选择，应考虑由于不同光学元件引起的劣化，以便与应用的要求保持适应。
[0015] 高亮度光源容许使用小光源，由此确保了所发出的光的发散是低的。应很好地校 准所述光源，以便在实施分布器的表面实现所发射光子的高光产出。从而，最大数量的光子 到达所述分布器，并且促成期望的发光强度分布。
[0016] 通过使用高亮度光源，束以类似的入射角入射到所述分布器上，由此容许了改进 的光控制。微结构分布器与高亮度光源的组合导致尖角的发光强度分布。即，可以实现显示 出小角度扇区内的高强度变化的发光强度分布。这能够实现具有高强度（例如在~l(T2sr的立体角中为500cd)的所指定的立体角的小角度扇区的照明，同时确保了调度发光分布 器表面的均匀外观。
[0017] 调度光源的所需亮度的准确值取决于所指定的发光强度分布的期望的强度和分 辨率（期望的分辨率越高，光源的所需亮度越高）。光源的通量（下文中标明为"源通量"） 应与所指定的发光强度分布的期望的总强度相适应。
[0018] 通过在分布器的表面上提供不同形状的微结构，可以在不同方向上分散光，由此 在不同特定方向（立体角）上或者在高达〇.7sr的放大的立体角中（与由经分区的分布器 实现的立体角相比）产生了发光强度分布。从而，只需要一个单个分布器，以用于使信号在 右弯、左弯和直线部分中可视化。即，相同分布器可以用于以尖角分布在几个方向上（在放 大的立体角中）分散光，以便覆盖标准铁路应用的全部范围。
[0019] 借助创造性的发光设备，可以更有效地分布光，并且因此可以在较宽的立体角上 使用相同的光学输出通量。
[0020] 将分布器设计为与发光设备的直径相匹配，并且在特定角度的发光强度分布中 (即以特定强度在特定立体角内）分散光。可以在不重新设计分布器的情况下调节发光设 备的输出束的尺寸。调整分布器的校准光学元件和尺寸是足够的。不必对所述分布器的所 述结构进行修改，因为在毫米级上，漫射器的每一个部分促成整个发光强度分布。
[0021] 在优选的实施例中，光源是半导体光源，尤其是激光二极管或者高亮度LED。商品 化的高亮度LED的亮度的典型值在10与40cd/mm2之间，对于固态激光源为~10 8cd/mm2,其 容许针对束传输和成形的较高的光学效率。其它源的使用也是可能的，例如，二极管泵浦固 体激光器（DPSS)、垂直腔面发射激光器（VCSEL)、垂直外腔面发射激光器（VECSEL)、有机发 光二极管（OLED)、聚合物发光二极管（PLED)、量子点LED(QDLED)。
[0022] 光源的尺寸优选地等于或小于2f tan S，其中，f?是校准设备的焦距，以及2 S是 所指定的发光强度分布的强度在其内部恒定（=分布图分辨率）的最小角度扇区。即，为 了使得创造性的发光设备的效率最大化，束发散符合在分布图中要分辨的最小特征（强度 vs.角度），由此，分布图中的"特征"意指在所指定的立体角内的强度的变化。"光源的尺 寸"是