本发明涉及一种光照射系统，它对于如飞机、汽车或其它车辆所使用的道路标志、终点标志以及光照显示等尤其有用。本发明申请是1988年10月7日提交的序号为255，062的“多色光照射系统”申请的部分继续申请。 标志和显示的清晰度，如用于公用机动车辆、汽车及火车的道路及终点指示或用于飞机的仪表盘的清晰度受白天及黑夜不同情况的影响，如强光和外来光线。由于反差越大，清晰度越高，因此可以通过增加反差来改善清晰度。光照射系统已经被用于改善清晰度，但现有的光照射系统尚不能提供均匀的光分布。根据用于光照射的光源的不同布置，在标志或显示边缘上可能出现亮点和暗区，沿标志或显示底部可能出现一个光环。
已研制出一种用于将点光源转换为均匀散射光的光学薄膜，其商业名称为3M牌反射灯（Scotch lamp）薄膜，如美国专利第4，260，220号所示。薄膜由透明塑料制成薄片，它一侧光滑，另一侧上有沟槽，其厚度约为20密耳（0.02英寸），薄膜沟槽实际上是微小的光学棱镜，其棱脆弱，表面易损。薄膜很柔软，可以任意卷绕或弯曲，可称之为透射反射（transreflective）材料。
该薄膜用作棱镜光导地一部分，它可将从日光跟踪系统采集来的太阳光，均匀地照射于室内空间。在一本商业杂志《建筑采光》（Architectural Lighting）1987年2月期中刊登了一篇关于这项应用的文章，它提出了用这种棱镜光导照射装饰性的，引人注目的显示板的建议。该文章建议安装带有彩色平行灯泡的光源来提供彩色灯光。该灯光可以通过三种方式控制：电子调光器和一个小的微处理器;旋转带有不同颜色胶体的滤光轮;或电磁操纵的置于白炽光源前的分光滤色器。
此外，还知道有一种半透明多色管，其中一光源被直接安装在管内并且彩色管部分被罩住从而彩色管的所需彩色部分被光源照亮。这种管的一个例子已在美国第2，374，640号专利中公开。
本发明的一个目的是用可选择颜色的均匀分布的光照射标志和仪表盘来改善它们的清晰度。
本发明的另一个目的是提供一个改善了的拉长光源，它可以选择颜色。
按照这一目的和将从下面所述变得更明显的其它特点。本发明的一个方面在于一个照明布置，它包括一个向带有一透明部分的管子内发光的光源。该光源可装在管子外侧从而可通过一个开口端向管内发光。一种高反射率或透射反射的薄膜复盖于内管内表面的一个部分并将光沿着管的长度方向分布，管具有一可透射光的纵向区域。该薄膜最好用光学棱镜构成以在管内多次反射光。
一个漫射介质布置在管子中，与光透射纵向区域正好直径方向相反，从而在光撞到漫射介质后，光通过纵向区域向外散射或漫射。一个反射镜被放于内管与光源相对的一端以将光反射返回到管内。
另一个目的是提供可选择的彩色照射，它通过提供具有多个透明或半透明有色部份的外管来实现，每个不同颜色部份同心地围绕着这个管子。该外管由一个电机驱动转动到预定位置以选择照射所需的颜色。外管的形式使得当处在一个预定位置时，只有一个颜色部份暴露于通过内管的光透射纵向区域透射的光。
还有一个目的是在光透射纵向区域中使用一个透镜来改进照射。
再有一个目的是提供改进的彩色照射，它在外管上使用一个或多个适于接受彩色插入件的延伸部分或者在外管上使用彩色丝幕。
再有一个目的是提供一个改进的拉长光源，它具有沿其长度方向基本均匀的照射，
为了更好地理解本发明，将涉及下列描述及附图，而本发明的范围将在所附权利要求书中指出。
图1是根据现有技术的，从光源发出的光通过管子传播的光导管纵向侧视图;
图2是图1所示光导管的立体示意图;
图3是图2所示的横截面示意图，其中示出了光线在棱镜面的内全反射，并带有放大的画圈部分;
图4表示根据本发明的，用于照射一个标记的多色照射装置的示意透视图;
图5是图4装置的部份分解示意透视图;
图6是图4装置的示意侧视图，其中光线用箭头表示;
图7是图6的光导管本身的横剖面图;
图8是图7的管子一部分的放大的局部图;
图9是根据本发明的第二个实施例的光导管的横截面图;
图10是用于汽车或类似车辆的指路标记，它采用和图1-9所示类似的三种可选择颜色光导管;
图11是图10的光导管之一的横截面图;
图12是在前面实施例中有用的多色外管的透视图;
图13是在前面实施例中有用的多色拉长光源的一部分截面的纵向图;
图14是采用本发明原理的拉长光源的部分纵向截面图;
图15是沿图14的线14-14截取的横截面图;
图16是部分去掉的图14装置的改型的纵向图;
图17是图16装置沿17-17截取的横截面图;
参考图4-6，标记1由一个多色照射装置发出的均匀分布彩色光照射，这个装置包括一个带有反射镜的光源4，一个内管2，一个外管3，反射镜6、11，一个漫射介质12，一个高反射率光分布膜13以及一个电动机装置7。
反射镜6所置角度使之能将从光源4发出的光发射到内管2中，反射器6最好由3M SILVERLUX材料构成。然后，光通过高反射率薄膜或片13反射以在内管内传播，该薄膜最好是3M Scotchlamp薄膜，其特征将在下面描述。反射镜11放在离光源4最远的那端以将透射的光反射回内管2。
可为纯白色的带或涂层以使碰到其上的光发生漫射或散射的漫射介质12沿底附近的内管长度延射，如图3所示。漫射介质12基本上与在内管2的壁上的纵长延伸的光透射部分或开口14径向相对，当光碰到漫射介质12时会发生漫射或散射，有一部分光则穿过光透射部分14，剩下的由薄膜13多次反射，最后碰到漫射介质12以通过光透射部分14。漫射介质可以是铺在或涂在薄膜13内表面的纯白带。另一方面，薄膜13也可以具有一放置漫射介质的纵向槽。
高反射率薄膜13是一种薄而柔软并且清晰透明的材料，如聚丙烯或聚碳酸脂聚合物，其一侧表面平滑，另一侧为棱形槽，它在内管2的内表面形成一个沿管2纵向延伸的微小光学棱镜。这种薄膜的特性如图1所示，它示意地示出了带有反射镜的光导管35和一个外光源33。光导管35由Scotchlamp材料制成，它具有带有槽的外表面形成棱形面的透明壁，该透明壁是有效的内全反射表面，并能防止向下透射到导管的光从薄膜13漏失。每一个小棱形面具有两个向外倾斜的相对棱镜面并且相互接触以形成V形。图2和图3将有更清楚的显示。
再参考图1，光线31从外光源33发出，碰到导管35的透明壁内侧，通过该透明壁光根据斯耐尔（Snell′Law）定律折射而通过透明壁。
如果光线以小于内全反射临界角的任一角度碰到一个棱镜面，它将进行内全反射并且进入同一棱形面的另一棱镜面，如果再被内反射它将回到管的内部以进一步传输。光线在与管轴成的角度小于27度时将会被反射。角度的精确值取决于透明材料的折射率。
薄膜13的作用是反射光并将吸收减到最小及进行传输。已经发现对于每一典型光线的每次反射的吸收为0.12%而对于典型的入射角净透射损耗大约为1.2%，因此，反射率为98.7%。
当光到达管35的离光源33最远的端时，光线由反射镜37反射回到导管中。
为了避免更大的净透射损耗，可在内管2和高反射率薄膜13之间加一个白色的表面，如图7所示。因此，可能通过薄膜13而成为净透射损耗的光将由白色的表面15漫射或反射回管内，并因光被留住而增加了效率。
再参考图4-7，外管3同轴地围绕内管2，一个马达组件7用来以任一常规的方式使外管3相对内管2转动定位。外管3是由多个纵向光透射（透明或半透明）滤色段构成（如图6所示），任何一个段都可定位到与光透射部分14相对的那侧。外管3的滤色段可以是适当固定于外管，如利用凸缘的透明有色插入件，或是在管3的不同段上的透明有色丝幕的形式。外管3最好分为4个各占四分之一圆周的颜色段。每个颜色段具有不同的颜色，例如绿G，红R，黄Y，及蓝或黑B，每种颜色沿着基本上是外管3的全长延伸。以这种方式，光从标记1的整个长度向外投射使标记1以一种单色光被照射。
当用于汽车标记时，例如，由滤光段R、Y、G、B透射的彩色光在日光下可见度可能不高，并且这种彩色光透射过滤段通常反射能力很差，导致在日光下可见性很差。这可以通过使彩色透射段对光透射和光反射均部分有效来克服。例如，图12所示，每段R、Y、G或B是由滤色材料的交替带41和色反射材料的插入带43构成。在每一四分之一段中，滤色和反射色材料的选择最好是在日光或夜晚观察时具有接近的颜色。
如果需要，可用一个控制器或一台计算机来控制外管3的定位从而将一种期望的颜色段R、Y、G或B暴露，以过滤通过内管2光透射部分的光或反射周围的光。
光源4的放置并不一定要垂直于内管2的轴。如果同时有一个反射镜6处于适当位置使光几乎轴向地反射到内管2中，则任何角度定位均可采用。如果光源4和内管2基本上是共线排列，则不需要反射镜6。一个反射镜可用在光源或灯泡周围以将光线集中到基本上和管同轴或沿管稍稍会聚的方向，如图6所示意的。然而，光源的轴垂直定位更好，因为更换时更容易接近光源灯泡，并且可以减小系统的轴向尺寸。当发光标记是在汽车上时更具有优点，因为在标记侧没有足够大的空间用来接近，以及当需要时有效的拆掉或更换灯泡。
图7是一个单独的内管的截面示意图，表示出了某些光线的路径。仅有的向外部发射的光是从漫射介质12产生并通过光透射部分14发出的，在漫射介质12和光透射部分14之间的管2内表面上的薄膜13主要地用来将光沿管2长度均匀分布而不是让其直接穿过光透射部分14。在多次反射之后，光最终碰到漫射介质12。那些没有从光透射部分14出去的来自漫射介质的光线在内部反射并且几乎不带损耗地多次地再次碰到漫射介质12，因此，最后几乎所有光能几乎不带损耗地从光透射部分14发射。
图9显示了一个与图7类似的第二实施例，在图9中，一个不透明管2A，它可以是铝挤压成型的，用于与内管2相同的方式。该不透明管2A也有一部分衬有一层高反射率薄膜13，只是它还有一纵向槽形式的不加衬里的部分或在其中可放置一个沿管2A长度纵向延伸的透镜8。为了避免通过薄膜13的净透射损耗，管2A的内表面制成白色或反射式，以使通过薄膜透射的光漫射或反射回管2A内从而被留住。
透镜8可用已知方式设计，以提供对标记1（见图6）的从底部到顶部的更均匀的照射并对碰到标记1的下部分上的光线的较短路径长度调节。透镜8可以是线性、棱柱形、透明且例如是由聚碳酸脂材料组成。
一种漫射介质5也与透镜8径向相对地设置，并且为了改善沿着管长度分布的光的均匀性，该漫射介质的宽度可以变化。该漫射介质5当在图5中实施例中纵向离开光源4延伸时变宽。作为一个例子，漫射介质可以为离光源最近的0.43英寸的宽度5A，大约在内管2长度中间的宽度0.58英寸5B，以及离光源4最远或离反射镜6最近的宽度0.88英寸5C。这种变化的宽度可以通过隆起漫射材料沿管2A长度形成一个变化的曲面宽度，这可以由例如通过在管2A上形成一个均匀宽度的槽或缝，其缘可固定逐渐变宽的漫射介材料带，从而提供一个沿其长度的逐渐变化隆起的带。这种变化宽度的目的是通过校正穿过光透射部分的光的量在离光源较近端比在管2A远端大的趋势来提供沿管2长度的均匀照射。
而且，最好为单式片结构的透镜8可以有两个或多个横向部分8A和8B，这两部分对于将漫射光线投射到图9中心线16的两侧上以在整个标记，例如标记1上进行更均匀照射是有用的。每一个透镜部分8A、8B对于中心线16具有一个斜面从而使从漫射介质5的曲面发出的光折射以在标记1上更均匀地分布光。
另外，由于光还必须进一步传输到达将被照射的目标或标记的顶部，然后到达底部，所以，离开各个透镜部分的光的折射角也会不同。用相同透镜材料获得不同的折射角的方法是通过使一部分比另一部分厚，如图9所示。另一种获得不同折射角的方法是采用不同材料的透镜部分，因此，每一个透镜部分实际上是与其它透镜部分折射率不同的分离的透镜。
光源4最好是比荧光灯更优越的白炽卤灯。例如当需要较低的功率时，一个20W的卤素白炽灯（incandescent halogen lamp）可以代替二个20W的荧光灯，同时发光效果得到了改善。这种卤素灯具有高强度，更细的光束，更均匀的亮度（标记的顶部到底部），容易地从后面更换灯而不用打开后盖，低的费用和少的组件（一个灯座和一个灯，相对于两个灯两个灯座，一个镇流器和线路通道），并且需要少的输入功率（即20W相对于43W）。另外，这种灯产生紫外光，可以与照射表面和荧光材料相互作用以增强亮度或产生特殊效果。
另外，在标记的每端出现的暗字母或沿标记的底部的光环可以采用带有卤素灯的本发明加以防止。这里电子标记采用黄点或圆盘来表示字母，这种点或盘在从卤素灯来的光下看上去是保持黄色，而不是象通常的从荧光灯来的光下看上去是黄绿色的。卤素灯的这些优点压倒了它的一个缺点，即卤素灯的寿命小于荧光灯的寿命。
为了便于接近，管2或2A可以为纵向和在漫射介质5处切开的，因此形成二个近似半圆筒形部分，这两个半圆筒和透镜8和漫射介质一起可由一个端环或圆筒连接，其上可以带有例如一个可由马达驱动装置驱动的齿轮。
除照射一个基本垂直的表面，如图4所示外，本发明的照射装置可以为面向前的可选择颜色的发光棒。本发明的多个多色彩照射装置也可是端对端布置，如图10所示。该图表示了本发明应用于汽车终点显示中，其中具有一个部分51显示汽车线路号，一个部分53显示汽车终点，还有三个部分54，55，56，其每个部分都具有上面所述结构，它显示具有可选择颜色R、Y、G、B的一个加长柱。因此，数目达到64的三种颜色码可以被显示，这些码可以在比字母或数字能被辨认的更远距离上仍是清晰的。很显然，可使用任意多个象54、55、56那样的部分以加大码的变化范围。用这种布置，希望内管在其相邻端相联接，此时这些管保持打开，在管的一端有一个光源或每端各有一个光源。然后，设置用于这种布置的马达驱动装置以作用于各自的外管，而不干扰内管间光的传输。另一方面，每一段可以是独立的，带有各自光源和马达驱动装置。
正如在这个图所示，从光导发出的光通过采用图象增强板得到增加，并且光分布得到改善，该图象增强板当然可以和本发明的任何形式的光导一起使用。在图11中，图象增强板9位于缝14A的两侧，从外壳装置1向内倾斜，朝着外管3。这些板9是反射光的，并且增加色管3的色段的视在尺寸。这些图象增强板9最好是沿外管3的整个长度纵向伸延并且可以进一步在外管端部横向延伸从而沿着外管的，暴露于来自内管2或2A的光的颜色段的整个圆周上向外倾斜。
在另外一个实施例中，图象增强板9可从临近的内管2或2A的光透射部分的边缘向外倾斜。这样的装置还可用于在不使用产生彩色的外管时，增强通过光透射部分的光。
图象增强板9通过反射光将有助于均匀分布并增强穿过光透射部分的光的照射效果，上述被反射光本来不是对着要被照亮的标志或显示的，因而易被损失掉。因此该增强板能捕捉到这种将被损失的光。
一个迎面观看外管的彩色部分及增强板9（在图6中从左看）的人将看到一个完整的彩色矩形，其尺寸为增强板的外周长。当图象增强板基本上为抛物线曲面时，上述看到的图象将最为显著，尽管平板具有明显的优点。很容易理解，这种增强板可以做成所需的曲面，从而均匀完整地照射标志或物体。因此，在图4或6的运用中，其表面的制作可以使更多的光反射到最远离管2、3的标志1的区域上，从而整个标志看上去象是被同样强度的光照射一样。
图14-15表示一个改进的装置，其中不需要改变色彩15。这里外壳61包括一个静止光导装置63，其结构可以如同图7或图9中的结构，但没有外管或其驱动装置，每一端有一个光源装置65，它包括一个灯泡67和用于沿光导63引导光的反射镜69。装置65被枢轴地固定在71上，从而它可以，如图15中虚线所示，通过开口73向外壳61外延伸，以便轻易地在需要时更换灯泡67。常规的锁紧装置（未示）可以将每一个光源65固定在其工作状态下，如图14所示。外壳61沿一侧75打开。因此，由光导装置63的长度决定，可以提供任意所需长度的延伸的基本上均匀的照射。
图16和17表示了一个图14和15所示装置的修改装置。外壳161由一种具有光透射面162清晰透明的塑料以及由不透明涂层，如黑漆164，覆盖在清晰透明塑料上的后部163制成。在清晰透明的外壳表面162的内侧并列放置的是一个平板或薄片164，它们是用图3所述的光导装置所用的同样的透射反射材料制成。同样，外壳161的不透明部分163内侧的衬里基本上是一个由同样透射反射光导材料制成的弯曲薄片166。平板164和弯曲薄片166共同构成如上的筒形光导装置，但是其截面非圆形。
在外壳163的每一端有一个发光装置165。每一个发光装置165均通过轴168固定在外壳163上，从而，如图16左半部分所示，发光装置165可以绕轴转动90°以便更换灯泡167。发光装置165由支撑一个可以为抛物面形的曲面反射镜172的支架170构成。在反射镜172的中央是一个灯泡插座（一般用174表示），灯泡167可以插入该插座。灯泡插座174具有用于连接灯泡167的端点并与端点165电连接至适当电源的触点（未表示出）。通过这种装置，当装置处于图16右边所示的工作状态时，灯泡167连同其后的反射镜172一般沿外壳163轴向延伸。因此，灯泡167可纵向地由164，166构成的筒形光导装置将光投射到壳的内部。
光导的特性如上所述，因此光线以小角度照射在光导的内部时被向内反射。然后，这些穿过外壳163的光线将被在另一端的反射镜172反射。因此，光线在光导内来回传播。某些照射在薄片164、166上的光线可能被光导材料折射并传出光导。为保证功效，围绕曲面光导薄片166的外壳163的内部均被涂成或漆成白色，从而任何可能传出光导的光反过来又被反射或绕射回光导。另一方面，透明外壳也可在其外部，在任何黑色或不透明的外涂层下涂成白色。
在以前图中的实施例中，曲面光导薄片166的中央部分可以（但并不一定需要）有一个漫射带176沿其长度方向延伸与外壳161的清晰透明面162径向相反。
同样，如图16中所示，平片164的长度最好比曲面薄片166长，从而曲面光导薄片166仅仅覆盖壳161长度的中间部分。因此，曲面薄片166仅仅支撑平片164的一部分，而没有支撑其端部162A，该端部由外壳161内部的白色表面178支撑。结果是，在外壳的各端点的白色部分178作为漫射区域，光线从该区域几乎被垂直地或以其它角度引向平片164。这些光线可以穿过平片164并提供照射。
此外，如图16中所示，外壳的平面或前表面可以延伸至与前表面形成一个角度的外壳顶边缘区域181。因此，特别是在曲面光导薄片166未延伸到的区域内，光线可以直接通过壳161的清晰透明区域181发射出去，以进一步调整由本装置发射的光的分配。
壳161可以具有一个压平的角177，它构成一个用于在一个架子或遮光板内安装外壳的表面。因此，清晰透明的区域181一般向前照射而前表面162则向下照射，并且提供一个基本上无刺眼光的漫射光源。这对于飞机上在一个强光遮光板下安装本装置来照射仪表盘是非常有益的。可以理解，如果需要，平片164及区域178，亦可适当着色。
可以理解，在本发明的任何前面所述形式中当不需要色彩变化时，可以使用一个固定的单色外管来代替可旋转外管，或者完成免去外管。在后一种情况下，如果需要提供一种非白光照射时，例如用于照相暗室或仪表盘的夜间照射，漫射带12可以适当着色。
如果需要，通过将适当的红外或紫线过滤器置于光源4或65与光导管之间，或者通过向光导管仅仅输入红外或紫外线光，本装置可以提供一种加长的红外或紫外线光源。
以上叙述及附图尽管代表了本发明的最佳实施例，但是还可以有许多变化和修改而不背离本发明的精神和范围。