TRAFFIC LIGHT
СВЕТОФОР

Изобретение относится к светофору, в частности для рельсовых транспортных путей, с источником света и оптической системой для визуализации показания сигнала, в частности, на дальнем расстоянии и на находящемся под углом к нему ближнем расстоянии.
Принципиально светофоры служат генераторами сигнала или индикатором символа, передающими цвето- и/или формообразованием светящейся поверхности, т.е. характеристикой излучения, определенную информацию. При этом часто речь идет о влияющей на безопасность информации, которую ни в коем случае не должен оптически искажать или микшировать посторонний источник света. Нежелательное вспыхивание или искажение светового пятна от попадания света окружающей среды, например солнечного света или луча прожектора, называют фантомным эффектом. Фантомный эффект в экстренных случаях может вызвать неправильную индикацию из-за несвоевременного вспыхивания светового пятна или смещения цветовой гаммы. Особенно часто такой эффект возникает при использования в качестве источника света системы светодиодов, так как появляющийся свет вызывает отсвет светодиодов или в светодиодном источнике света часто возникает обратное отражение.
Наряду с известными источниками фантомных эффектов, которые можно учесть при проектировании, например низкостоящее солнце для сигналов в направлении Восток-Запад, такими единичными или непредусмотренными источниками фантомных эффектов могут быть, например, автомобильные фары или прожекторы на строительной площадке, отражающие поверхности, например остекленные фасады или снежный покров. Таким образом светофор, у которого из-за его местоположения должно быть исключено возникновение фантомного эффекта, становится подвержен таковому. Нижеследующее описание относится главным образом к светофорам для отображения сигнала светофора на рельсовых транспортных путях, не ограничивая заявленный объект этим применением.
В случае железнодорожных сигналов необходимо, чтобы машинист локомотива при приближении к соответствующему светофору мог однозначно распознать сигнал светофора. При этом необходимо учитывать различную геометрию участков пути, т.е. прямые отрезки, повороты и/или перепады высот. Наряду с индикацией сигнала для дальнего расстояния необходима также индикация сигнала для близкого расстояния, чтобы машинист локомотива мог распознать светофор при нахождении непосредственно перед светофором. При этом, в частности, на поверхностях выхода света из оптических систем возникает сильный эффект отражения, который может привести к возникновению фантомного эффекта и, в конечном счете, к опасному искажению сигнала.
Эффект отражения из-за воздействия постороннего источника света, в первую очередь солнечного света, интенсивно возникает на поверхностях входа и на поверхностях выхода света из защитного стекла и оптической системы, например френелевской линзы, а также на окружающих источник света конструктивных деталях. Для уменьшения эффекта отражения на поверхностях защитного стекла его обычно устанавливают под углом примерно 15° относительно направления взгляда машиниста локомотива.
Попытки минимизирования фантомного эффекта состоят главным образом в установке козырьков, бленд, в избегании ориентации Восток-Запад или в повторении особо важных сигналов.
На Фиг. 1 показаны возможности снижения эффекта отражения посредством внутрикорпусного устройства 1 и линзы 2 светофора. Очевидно, что падающий под углом сверху на линзу 2 солнечный свет 3 отражается от ее наружной и внутренней поверхности 4 и 5 частично в направлении 6 и 7 под углом вниз. Проникающий через линзу 2 солнечный свет 3 также отражается от устройства 1 внутри корпуса 8 светофора под неблагоприятным углом в качестве фантомного эффекта в направлении 9 под углом вниз. Отраженный фантомный свет 6, 7 и 9 накладывается на визуализируемую источником света 10 информацию. Заключающий в себе все детали корпус 8 предназначен также для того, чтобы по меньшей мере частично экранировать как с внутренней стороны, так и с наружной стороны солнечный свет 3. Как правило, другую часть солнечного света 3 экранирует козырек, установленный сверху над линзой 2.
Из DE 10107256 A1, DE 2620962 С2 и DE 102010024381 А1 известно применение для борьбы с фантомными эффектами специальных козырьков и бленд, максимально закрывающих падающему фантомному свету пути падения или углы падения. Для визуализации сигнала светофора на близком расстоянии часто используют рассеивающие стекла или окрашенные в серый цвет защитные стекла с рассеивающим сегментом для высвечивания ближнего расстояния или светопроводящие сегменты для перенаправления части светового фантомного эффекта. Такое устранение фантомного эффекта заставляет смириться с большой светопотерей, что делает необходимым источник света с соответствующей интенсивностью света. Это повышает теплоотдачу и в конечном итоге снижает срок службы источника света. В частности, в многоцветных светофорах возможна недостаточность интенсивности света. Это, в свою очередь, повышает расходы, так как для соответствия различным требованиям, в частности касающимся интенсивности света, требуются различные варианты оптической системы и возможно также соответствующие источники света.
Особенно ощутимые светопотери возникают при использовании широко распространенных нависающих козырьков и специальных защитных стекол. Недостатком козырьков является также высокая ветровая нагрузка, которую необходимо компенсировать соответственно устойчивой конструкцией мачты светофора. Скопившийся на козырьке снег перекрывает другие сигналы. Кроме этого козырьки, часто очень значительно выступающие над поверхностью, из которой выходит свет, затрудняют применение самоочищающихся покрытий на поверхности выхода света, для которых (покрытий) требуется воздействие солнечного света и дождя.
Задачей настоящего изобретения является проектирование светофора согласно родовому понятию с возможностью значительного предотвращения снижения безопасности и светопотерь, вызванных фантомным эффектом, причем задачей изобретения является отказ от козырьков и защитных стекол.
Согласно настоящему изобретению эту задачу решают путем включения в оптическую систему френелевской линзы с френелевскими структурами на поверхности входа света и путем выполнения поверхности выхода света таким образом, что все касательные к поверхности выхода света наклонены под углом > 105° к оптической оси оптической системы.
Таким образом, почти весь свет, обусловленный фантомным эффектом, отраженный стороной входа света и стороной выхода света френелевской линзы, отклоняется в зону вне поля зрения машиниста локомотива. Так, френелевские структуры размещены на поверхности входа света, т.е. на внутренней поверхности, а не, как обычно, на наружной поверхности френелевской линзы, а поверхность выхода света выполнена гладкой, т.е. фактически полностью без рифления. Эта гладкая и, тем самым, менее подверженная загрязнению наружная поверхность делает ненужным защитное стекло. Кроме того, формообразование согласно изобретению френелевской линзы достаточно для исключения необходимости в установке козырька в качестве дополнительной защиты от фантомного эффекта. Это дает преимущества в стоимости. Это снижает также ветровую нагрузку и обеспечивает снижение стоимости мачты светофора. Препятствия для других сигналов, например, из-за снега или птичьих гнезд на козырьке отсутствуют. При отсутствии козырька специальное покрытие гладкой наружной поверхности френелевской линзы обеспечивает также возможность самоочищения. Козырек более не препятствует необходимому для этого омыванию дождем в сочетании с солнечным облучением наружной поверхности оптики.
Согласно п. 2 формулы изобретения между источником света и оптической системой расположена воронкообразная бленда. Эта дополнительная мера повышает защиту от фантомного эффекта в случае возникновения светового фантомного эффекта на внутрикорпусных деталях или рядом с источником света. При этом узкое отверстие воронкообразной бленды выполняют в соответствии с поверхностью выхода света, а широкое отверстие воронкообразной бленды соответствует апертуре оптической системы.
Изобретение рассмотрено далее на основе чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - упрощенное изображение помех от отраженного фантомного эффекта,
Фиг. 2 - снижение фантомного светоотражения внутри светофора,
Фиг. 3 - снижение фантомного светоотражения посредством формообразования френелевской линзы по настоящему изобретению,
Фиг. 4 - боковая проекция френелевской линзы по Фиг. 3 и
Фиг. 5 - аксонометрия френелевской линзы по Фиг. 3.
Проблема фантомного эффекта солнечного света 3 уже была рассмотрена выше на основе Фиг. 1.
Преломление света внутри линзы 2 в целях упрощения изложения не было учтено на Фиг. 1 и 2.
Фиг. 2 иллюстрирует возможность снижения эффекта фантомного света 9 из-за отражения от внутрикорпусных устройств 1. Для этого установлена воронкообразная бленда 11. Воронкообразная бленда 11 охватывает своим узким отверстием источник света 10 и расширяется до краевых зон внутренней поверхности 5 линзы 2. За счет этого внутрикорпусные устройства 1 больше не производят эффект фантомного света 9. Солнечный свет 3 попадает на внутреннюю поверхность воронкообразной бленды 11, которая его частично поглощает и многократно отражает, за счет чего отраженный наружу свет 12 обладает малой интенсивностью и создает только частичный фантомный световой эффект, а его основная доля отражается в не имеющие значения внутренние углы.
На Фиг. 3 показана еще одна возможность эффективного ослабления фантомного света. Показано поперечное сечение тонкого стекла френелевской линзы 13 в зоне оптической оси 14. Френелевская линза 13 выполнена на поверхности входа света с френелевскими структурами 15 и с гладкой поверхностью 16 выхода света. При этом для всех точек поверхности 16 выхода света угол между касательной 17 в соответствующей точке и оптической осью 14 составляет 90°+α, причем α=15°. Это обеспечивает значительное снижение фантомного эффекта, так как основная доля света 6 и 7, отраженного внутри и снаружи линзы 2, направлена теперь не в сторону поля зрения машиниста локомотива, а в не имеющие значения внутренние углы.
На Фиг. 4 показана боковая проекция, а на фиг. 5 - аксонометрия френелевской линзы 13. Возможность очень значительного снижения фантомного эффекта за счет такого специфического формообразования френелевской линзы 13 обеспечивает, в частности с одновременным применением воронкообразной бленды 11, отказ от обычного козырькового перекрытия френелевской линзы 13. Благодаря гладкой наружной поверхности 16 френелевской линзы 13 отпадает также необходимость в установке защитного стекла. Наружная поверхность 16 выполнена за счет специального покрытия фактически самоочищающейся, так как козырек больше не перекрывает наружную поверхность, что необходимо для очищающего эффекта благодаря воздействию дождя.