СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛЬНОГО ОГНЯ
METHOD OF GENERATING SIGNALLING LIGHT

Изобретение относится к технике световой сигнализации и может быть использовано в сигнальных источниках света.
Известен способ формирования сигнального огня, включающий создание цвета излучения секции светофора путем установки перед излучателем светофильтра [Системы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие для вузов / Ю.А.Кравцов, В.Л.Нестеров, Г.Ф.Лекута и др.; под ред. Ю.А.Кравцова. - М.: Транспорт, 1996. - С.68, рис.4.1].
Недостатками этого способа являются:
- сложность опознавания цвета сигнала на большом удалении от источника света. Это объясняется тем, что только красный огонь, различаемый хотя бы в виде едва заметной точки, сразу воспринимается как красный сигнал. Все остальные огни и в особенности зеленый воспринимаются сначала в виде бесцветного (белесоватого) огня и лишь при уменьшении расстояния между глазом и сигналом огонь приобретает ярко выраженную окраску (см. Белов К.П. Световые сигналы на железных дорогах. М.: Гострансжелдориздат, 1952 - С.59);
- большой расход энергии, связанный с необходимостью иметь достаточный запас силы света для формирования чистоты цвета сигнального огня, поскольку с увеличением коэффициента общего пропускания одновременно растет значение коэффициентов спектрального пропускания, т.е. увеличивается доля тех цветных лучей, которые уменьшают чистоту цвета. Отсюда следует - для получения высокой чистоты цвета светофильтр должен иметь малый коэффициент спектрального пропускания и, следовательно, обладать мощным источником излучения.
Прототипом является способ формирования сигнального огня, включающий создание сигналов разного цвета посредством попеременного включения светодиодов красного и зеленого цветов и использование особенности зрительного аппарата для вырабатывания впечатления огня желтого цвета при их восприятии [патент РФ 2239575, МПК G08G, 1/095, 2004].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции, реализующей способ, обусловленная наличием большого числа элементов конструкции, а именно необходимостью питания устройства разными источниками. Кроме того, следует заметить, что подача обратного напряжения на светодиоды не рекомендуется. Если такая ситуация имеет место, то рекомендуется последовательно со светодиодом включать обычный выпрямительный диод, что усложняет конструкцию и увеличивает потребление;
- сложность опознавания цвета сигнала на большом удалении от источника света, например издалека зеленый сигнал, включаемый попеременно с красным (для получения желтого цвета), будет восприниматься белесоватым и в сочетании с красным формировать оранжевый цвет, который можно спутать с красным;
- снижение безопасности, обусловленное тем, что в случае отказа одной из электрических цепей цвет сигнального огня будет сильно искажен, например при обрыве электрической цепи, питающей красные светодиоды, вместо желтого сигнала будет гореть зеленый. Опасность такой путаницы очевидна.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности правильного опознавания цвета сигнального огня на большом расстоянии, снижение энергопотребления и упрощение конструкции.
Задача решается тем, что в способе формирования сигнального огня, включающем создание сигналов разного цвета и использование особенности зрительного аппарата для вырабатывания впечатления огня нужного цвета при их восприятии, один сигнал создают требуемого цвета, а второй - цвета, который в сочетании с искаженным на дальнем расстоянии цветом первого сигнала производит впечатление огня нужного цвета, при этом на близком расстоянии у этого огня делают цветность, исключающую возможность смешения его со всеми другими сигнальными огнями. Чистоту цвета сигнала приближают к чистоте искаженного цвета. Чистоту цвета сигналов формируют путем изменения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтр, путем изменения цветовой температуры источника света, путем изменения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтр и цветовой температурой источника света. Источник света выполняют из излучателей, имеющих спектры излучения, равные длинам волн цвета первого и второго сигналов.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Создание одного сигнала требуемого цвета, а второго - цвета, который в сочетании с искаженным на дальнем расстоянии цветом первого сигнала производит впечатление огня нужного цвета, позволяет уже издалека правильно распознать цвет сигнального огня.
Выполнение на близком расстоянии цветности огня, которая исключает возможность смешения его со всеми другими сигнальными огнями, дает возможность правильно распознавать цвет сигнального огня на любом требуемом расстоянии, используя при этом простую конструкцию сигнального прибора.
Приближение чистоты цвета сигнала к чистоте искаженного цвета способствует меньшему изменению цвета сигнального огня в зависимости от расстояния, что повышает надежность его правильного восприятия.
Формирование чистоты цвета сигналов путем изменения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтр позволяет упростить конструкцию сигнального прибора. Кроме того, увеличение этого коэффициента дает возможность снизить силу света источника излучения и его энергопотребление.
Формирование чистоты цвета сигналов путем изменения цветовой температуры источника света позволят получить нужный цвет сигнального огня за счет перераспределения состава лучей источника света, например свет источника с меньшей цветовой температурой содержит больше красных и желтых лучей, а с большей - голубых и синих. Это позволяет использовать светофильтры малой плотности. Кроме того, снижение цветовой температуры электрической лампы можно добиться путем уменьшением напряжения на ней. Использование такой лампы с пониженным напряжением для красного сигнального огня повышает надежность светосигнального прибора, поскольку пониженное напряжение увеличивает срок службы лампы или уменьшает вероятность ее перегорания в течение этого срока, что очень важно для красного, наиболее ответственного сигнального огня. Все это снижает энергопотребление и повышает надежность.
Формирование чистоты цвета сигналов путем изменения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтр и цветовой температурой источника света дает возможность снизить мощность источника излучения.
Выполнение источника света из излучателей, имеющих спектры излучения, равные длинам волн цвета первого и второго сигналов, дает возможность в некоторых случаях, например при применении светодиодов, обойтись без светофильтров, что повышает надежность устройства и упрощает его конструкцию.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен вариант линзы для создания зеленого сигнального огня. На фиг.2 изображен вариант линзы для создания желтого сигнального огня.
Линза содержит светофильтры 1 и 2 для создания соответственно сигналов требуемого и дополняющего цветов.
Способ реализуют следующим образом.
Для формирования зеленого сигнального огня линзу выполняют из светофильтров 1 зеленого (З) цвета, посредством которых создают сигнал требуемого зеленого цвета, и из светофильтров 2 синего (С) цвета, с помощью которых создают сигнал дополняющего цвета (фиг.1).
Как было уже сказано, издалека зеленый воспринимается сначала в виде белесоватого (белесовато-желтого) огня, т.е. искажается. Второй сигнал синего цвета при наблюдении его в сочетании с искаженным первым сигналом (желтоватым) будет производить впечатление огня нужного зеленого цвета.
При приближении наблюдателя к линзе первый сигнал будет приобретать зеленую окраску, в результате чего цветность сигнального огня будет изменяться. Вместо зеленого огня он будет восприниматься как синевато-зеленый, т.е. приобретет синеватый оттенок. Однако такой цвет сигнального огня исключает возможность смешения его со всеми другими сигнальными огнями, например с красным или желтым. Кроме того, на близком расстоянии правильному распознаванию цвета сигнального огня способствует и его определенное положение на объекте, например светофоре.
Следует заметить, что, как известно, восприятие человеческим глазом трех основных цветов - красного, зеленого и синего различно. Кривая чувствительности для зеленого цвета полностью совпадает с функцией относительной световой эффективности, которая имеет максимум (единицу) при длине волны 0,55 мкм (при дневном свете). Несколько больше зеленого восприятие красного цвета, и значительно больше (в 1,7 раза) глаз воспринимает синий цвет. Поэтому даже небольшой процент синих лучей, выходящих из светофильтров 2, будет способствовать правильному распознаванию зеленого огня издалека. Поскольку цветной пучок делают, как правило, с узкой диаграммой направленности, то на близком расстоянии от линзы процент синих лучей, попадающих в глаз, будет снижаться, и изменение зеленого цвета сигнального огня будет незначительным.
Для снижения мощности источника излучения или увеличения дальности действия сигнального огня (при неизменной мощности) чистоту цвета сигнала приближают к чистоте искаженного цвета, в данном случае уменьшают чистоту зеленого цвета, делая его желтовато-зеленым. Этот цвет формируют путем увеличения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтры 1. При этом увеличивается доля желтых лучей, которые уменьшают чистоту зеленого цвета. Однако благодаря наличию синих лучей, проходящих через светофильтры 2, сигнальный огонь издалека и вблизи будет восприниматься как зеленый.
Снизить мощность источника излучения можно также путем изменения спектрального состава источника излучения. Для этого формируют чистоту цвета сигналов, снижая цветовую температуру источника света (фиг.2). При этом увеличивается доля красных, оранжевых и желтых лучей, проходящих через светофильтры желтого (Ж) и красного (К) цветов. С большого расстояния восприятие белесоватого желтого и красного сигналов будет восприниматься как оранжево-желтый огонь. По мере приближения к линзе доля красного сигнала (вследствие его узкой направленности) будет снижаться. В результате этого сигнальный огонь будет восприниматься как желтый с оранжевым оттенком, т.е. цвет огня будет восприниматься почти одинаково на всем требуемом расстоянии.
Чистоту цвета сигналов формируют путем изменения коэффициента общего пропускания лучей через светофильтр и цветовой температурой источника света. При этом (см., например фиг.2) уменьшается чистота светофильтров, и красный цвет издалека будет казаться оранжевым, а желтый - белесоватым. В результате сигнальный огонь будет восприниматься как желтый. С близкого расстояния цвет сигнального огня значительно не изменится.
Источник света выполняют из излучателей, имеющих спектры излучения, равные длинам волн цвета первого и второго сигналов. Например, желтый сигнальный огонь формируют светодиодами желтого и красного цветов, а зеленый огонь создают с помощью светодиодов зеленого и синего цветов.
Внедрение изобретения позволит простыми по конструкции световыми приборами обеспечить формирование сигнальных огней, которые могут быть правильно опознаны уже с большого расстояния, что является важным для повышения безопасности движения скоростных поездов.