ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ОТОБРАЖЕНИЯ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ
OPTICAL DISPLAY ELEMENT AND DISPLAY DEVICE

Изобретение касается оптического элемента отображения, который, в частности, предназначен для светящихся дорожных знаков со сменным изображением или табло отображения. Он имеет по существу трубчатый корпус, прохождение которого в смонтированном состоянии ориентировано по меньшей мере по существу горизонтально. Под прохождением корпуса следует понимать направление, задаваемое продольной протяженностью трубчатого корпуса. На входном конце корпус снабжен гнездом для источника света, в которое, в частности, может встраиваться светодиод (СИД). На выходном конце находится область выхода света, испускаемого источником света. Таким образом, область выхода позволяет отбираемому от источника света свету выходить из корпуса. Это может обеспечиваться, например, с помощью отверстия в корпусе, которое предпочтительно выполнено в виде прозрачной части стенки корпуса. Эта часть стенки, которая также может быть выполнена в виде линзы, должна быть прозрачна для света, испускаемого источником света, постольку, поскольку речь идет при этом о полезном свете, который должен заставить светиться оптический элемент отображения. По ходу лучей между областью гнезда и выхода, кроме того, расположен по меньшей мере один оптический элемент. Оптическими элементами в самом широком смысле будут называться все элементы, которые влияют на оптические свойства элемента отображения. В частности, это может осуществляться посредством линз или диафрагм, при этом диафрагмы предпочтительно имеют отверстие, чтобы пропускать лучи света.
Оптический элемент отображения вышеназванного рода известен, например из ЕР 1593109 В1 и ЕР 930600 А1. Эти оптические элементы отображения, которые могут встраиваться в устройство отображения, такое как дорожный знак со сменным изображением, состоят из трубчатых корпусов, в которые в качестве источника света посредством зажима может устанавливаться светодиод. По ходу лучей светодиода находится сначала собирающая линза, которая фокусирует излучаемый светодиодом свет, при этом в фокусе находится диафрагма, которая может быть выполнена в виде неотъемлемой составной части корпуса. На выходном конце корпуса находится линза, формирующая луч. Под ней следует понимать, например, собирающую линзу, посредством которой определяется характеристика излучения испускаемого светодиодом света, то есть которая, так сказать, формирует исходящие от элемента отображения лучи. При этом следует учитывать действующие предписания для дорожных знаков со сменным изображением, которые, например, указаны в норме DIN EN 12966-1, в отношении цвета света, яркости, отношения яркости, ширины излучения и равномерности.
Из WO 02/17628 А2 известно, что так называемые наружные светодиодные видеопанели, которые также могут использоваться в качестве дорожных знаков со сменным изображением, содержат несколько трубчатых корпусов, расположенных таким образом, что все центральные оси этих корпусов ориентированы наклонно вниз. Таким образом, наклонно падающий солнечный свет лишь незначительно попадает на расположенные в корпусах светодиоды, которые затеняются по краю корпуса.
Из ЕР 1696171 А1 известно, что внутри корпусов светодиодных устройств отображения используются диафрагмы. Они могут смещаться наверх относительно их отверстия в диафрагме, так что оптическая ось корпуса располагается не в центральной точке. За счет этого падающий солнечный свет затеняется на нижнем краю диафрагмы, в результате чего не падает на светодиоды. Трубчатые корпуса выполнены водонепроницаемо и встраиваются, располагаясь необходимым для изображения дорожных знаков образом, в устройство отображения. Оно состоит, например, из панели, которая имеет надлежащие гнездовые отверстия для элементов отображения. В них вставляются элементы отображения и фиксируются надлежащим образом.
Светодиоды общеизвестны в качестве источников света. В частности, существуют светодиоды, выполненные в виде SMD (surface mounted device, прибор для поверхностного монтажа), которые, например, могут монтироваться на гибких держателях схемы. Такие светодиоды, которые уже предварительно смонтированы на полосе гибкого держателя схемы, предлагает, например, фирма LM-Electronic е.К., как, например, указано в таблице параметров продукта «Power3» в версии 10.01.
Эти требования должны выполняться, чтобы можно было надежно считывать дорожные знаки со сменным изображением. Дополнительно возникает феномен, который называется фантомным светом. Фантомный свет возникает, когда, в частности, при низко стоящем солнце солнечный свет через излучающую оптику элемента отображения падает внутрь него и за счет отражения предпочтительно на источнике света в достаточной доле снова излучается линзой элемента отображения, формирующей луч, так что у смотрящего ошибочно возникает впечатление, что соответствующий элемент отображения в этот момент светится. Это может приводить к тому, что дорожный знак со сменным изображением интерпретируется неправильно или считать его больше невозможно, и поэтому этого необходимо избегать. Поэтому необходимо препятствовать возникновению феномена фантомного света или по меньшей мере заботиться о том, чтобы интенсивность фантомного света не превышала интенсивность, которая приводит к неправильной интерпретации смотрящим дорожного знака со сменным изображением.
Мерами, которые уменьшают или подавляют возникновение фантомного света, являются, например, наружное экранирование над светоизлучающей оптикой, диафрагма внутри корпуса элемента отображения, а также абсорбирующее свет покрытие внутренней области корпуса.
Задача изобретения заключается в том, чтобы указать оптимальный оптический элемент отображения или, соответственно, устройство отображения для монтажа этого элемента отображения, который может изготавливаться с оптимальными затратами и с помощью которого сравнительно эффективно может предотвращаться феномен фантомного света.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью вышеназванного элемента отображения за счет того, что предусмотренное для источника света гнездо и оптический элемент или оптические элементы (если предусмотрено несколько) расположены друг относительно друга таким образом, что между ними получается смещение по высоте. Смещение по высоте может определяться относительно горизонтальной ориентации корпуса. Можно, например, представить себе центральную ось корпуса, причем смещение h по высоте может определяться перпендикулярно этой горизонтальной оси, при этом соответственно определяется центральная точка оптического элемента, например центр тяжести, и определяется его положение относительно воображаемой оси корпуса. У центрально-симметричных оптических элементов этот центр тяжести лежит на оптической оси оптического элемента.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения оптические оси источника света, который должен встраиваться в гнездо, и по меньшей мере одного оптического элемента проходят горизонтально друг к другу. Смещение по высоте получается при этом из расстояния между соответствующими оптическими осями. При этом предпочтительным является ступенчатое расположение источника света, который должен встраиваться в гнездо, и по меньшей мере одного оптического элемента, предпочтительно нескольких оптических элементов. Оптическая ось источника света, который должен встраиваться в гнездо, находится в самом верху, при этом оптическая ось излучаемого по ходу лучей света очередного оптического элемента находится несколько ниже, а оптическая ось следующего оптического элемента снова несколько ниже, пока свет не выйдет из корпуса. При этом отдельные оптические элементы, однако, также независимо от этого, например, своими оптическими осями могут быть расположены точно по центральной оси корпуса. Расположение предназначенного для встраивания источника света определяется конфигурацией предусмотренного для него гнезда. Также для других оптических элементов могут быть предусмотрены надлежащие гнезда, которые обеспечивают возможность надежной фиксации в желаемом положении встраивания. Также, в частности, диафрагмы могут выполняться в виде неотъемлемых составных частей корпуса, так что для диафрагмы нет необходимости встраивания дополнительного оптического элемента.
Предпочтительно, если соответствующее смещение по высоте между соседними оптическими элементами и/или источником света, который должен встраиваться в гнездо (в этом случае имеются в виду источник света и оптический элемент, соседний с источником света), составляет от 0,5 до 2% длины корпуса. Под длиной корпуса в этом случае следует понимать ту длину, которая получается при измерении между встроенным в гнездо источником света и находящимся по ходу лучей источника света последней оптикой. Эта длина по существу при обычных конструкциях корпуса будет соответствовать самой длине корпуса, которая может быть измерена снаружи. Если указанным образом соотнести отношение длины корпуса и смещения по высоте, то это дает то преимущество, что смещение, с одной стороны, еще так мало, что может создаваться ненарушенный ход лучей от источника света к находящемуся по ходу лучей последнему оптическому элементу. С другой стороны, смещение приводит к тому, что источник света расположен достаточно высоко по отношению к оптической оси корпуса, чтобы падающий наискосок сверху солнечный свет, который мог бы вызывать фантомный свет, не мог попадать на светодиод или источник света или мог попадать в незначительной степени.
В качестве оптических элементов применяются предпочтительно по меньшей мере одна собирающая линза в области излучения гнезда, т.е. в той области, где смонтированный в гнезде источник света освещал бы собирающую линзу, и диафрагма. Диафрагма предусмотрена в фокусе собирающей линзы, расположенном по другую сторону, чем гнездо, т.е. напротив смонтированного источника света. Благодаря тому что диафрагма находится в фокусе собирающей линзы, отверстие может быть выполнено сравнительно небольшим, при этом излучаемый источником света свет, поскольку он фокусируется собирающей линзой, может полностью проходить через диафрагму. Впрочем, поступающий снаружи свет, в частности, солнечный свет низко стоящего солнца, может проходить через диафрагму только в области отверстия в диафрагме, и поэтому только небольшая часть этого света может проникать к источнику света. Возникновение фантомного света, таким образом, предпочтительно сокращается до минимума.
Кроме того, предпочтительно, если в области выхода расположена линза, формирующая луч. Эта линза может тоже иметь смещение по высоте относительно центральной оси корпуса или быть наклонена. Впрочем, можно также предусмотреть линзу, формирующую луч, по центру в корпусе и ориентировать ее оптическую ось горизонтально. Благодаря этому посредством линзы, формирующей луч, может быть получено предпочтительно надежное окончание корпуса в области выхода. Конструкция линзы, формирующей луч, может влиять на требуемую характеристику излучения. В частности, предпочтительно выполнять линзу, формирующую луч, астигматической, так чтобы ее конструкция не была вращательно-симметричной. Благодаря этому могут, например, создаваться разные апертурные углы в горизонтальном и вертикальном направлении. Световой сигнал, который должен посылаться, может таким образом адаптироваться к требованиям для дорожного знака со сменным изображением.
Один из особых вариантов осуществления изобретения получается, когда на корпусе предусмотрено крепежное устройство, которое обеспечивает возможность встраивания только в одном угловом положении, измеренном в плоскости, к которой корпус проходит перпендикулярно. При этом предпочтительным образом возможен, так сказать, защищенный от прокручивания и фиксированный по положению монтаж элемента отображения, например, в дорожном знаке со сменным изображением. Это становится необходимым, так как эффект, который возникает вследствие смещения по высоте или, соответственно, наклоненной оптической оси, проявляется только при правильном положении встраивания корпуса. Для этого, например, в табло отображения, которое должно представлять собой дорожный знак со сменным изображением, должно быть предусмотрено надлежащее гнездо, в которое может вставляться элемент отображения, снабженный крепежным устройством в определенном положении. Для астигматической линзы также предпочтителен защищенный от прокручивания монтаж, чтобы она обеспечивала желаемую характеристику отображения. Для монтажа астигматической линзы также может быть предусмотрено крепежное устройство для крепления в определенном угловом положении.
Предпочтительно также, если светодиод, который представляет собой источник света, выполнен в виде SMD и для контактирования смонтирован на гибкой печатной плате. Таким образом легко может осуществляться монтаж даже большого количества светодиодов, так как они уже смонтированы на гибкой печатной плате и посредством возможной деформации печатной платы могут вставляться в отдельные гнезда в корпусах при небольшой трудоемкости монтажа. В частности, гибкая печатная плата выполнена в виде узкой полосы, на которой расположены в ряд светодиоды.
Вышеназванная задача решается, кроме того, с помощью устройства отображения, такого как, например, светящийся дорожный знак со сменным изображением или табло отображения, в котором смонтированы с защитой от прокручивания несколько элементов отображения, такие как было более подробно описано выше. Таким образом предлагаемые изобретением элементы отображения могут предпочтительно группироваться с получением устройства отображения, при этом, например, могут учитываться требования к дорожному знаку со сменным изображением, который должен отображаться.
Другие подробности изобретения описываются ниже с помощью чертежа. Одинаковые или соответствующие друг другу элементы чертежа соответственно снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями и поясняются повторно только тогда, когда имеются различия между отдельными фигурами. Показано:
фиг. 1 - один из примеров осуществления предлагаемого изобретением элемента отображения со ступенчатой оптической осью, встроенный в один из примеров осуществления предлагаемого изобретением устройства отображения, в схематичном сечении,
фиг. 2 - сечение II-II в соответствии с фиг. 1, при этом различимо устройство для монтажа элемента отображения в правильном положении,
фиг. 3 и 4 - альтернативные элементы, которые обеспечивают монтаж в правильном положении, на виде сверху.
Элемент 11 отображения имеет корпус 12, который имеет по существу цилиндрическую конструкцию. Выходным концом 13 корпус 12 вставлен в устройство 14 отображения в виде табло отображения. Для этого устройство 14 отображения имеет надлежащее отверстие. Корпус 12 снабжен фланцем 15, который обеспечивает определенное положение корпуса 12 в осевом направлении. Кроме того, снаружи на корпусе выполнено ребро 16, которое отвечает соответствующему, не изображенному подробно пазу в отверстии устройства отображения. Тем самым также точно определяется угловое положение корпуса 12 в устройстве 14 отображения, как можно видеть на фиг. 2.
Альтернативные варианты осуществления для элементов, которые обеспечивают определенное угловое положение корпуса 12 в устройстве 14 отображения, изображены на фиг. 3 и 4. На фиг. 3 корпус имеет, например, квадратное поперечное сечение, при этом он по меньшей мере на выходном конце скошен на одном углу. Соответствующее отверстие для встраивания предусматривается в устройстве 14 отображения, так что возможно только одно положение встраивания корпуса 12. Как можно видеть на фиг. 4, вместо уплощения 17 корпуса в соответствии с фиг. 3 или ребром 16 в соответствии с фиг. 2 может также применяться утолщение 18 стенки, которое приводит к каплеобразному наружному контуру корпуса 12 по меньшей мере в области выходного конца. Благодаря этому также обеспечивается положение встраивания корпуса под определенным углом.
На фиг. 1 можно также видеть, что в качестве источника света применяется выполненный в виде SMD светодиод 19. Светодиод смонтирован на гибком держателе 20 схемы в виде длинной ленты. Другие светодиоды не изображены, при этом они имеются и соединены с другими корпусами (также не изображенными). Для светодиода 19 в корпусе 12 предусмотрено гнездо 21. Не изображенный подробно ход лучей излучаемого светодиодом 19 света проходит через собирающую линзу 22, которая фокусирует этот свет. В фокусе собирающей линзы 22, который расположен по другую сторону, чем светодиод 19, находится отверстие 23 диафрагмы 24, через которое проходит свет, посредством линзы 25, формирующей луч, которая образует область 26 выхода света, свет излучается в надлежащем угловом диапазоне.
1
2
3
Кроме того, на фиг. 1 можно видеть, что оптические оси светодиода 19, собирающей линзы 22, диафрагмы 24 и линзы 25, формирующей луч, проходят в каждом случае горизонтально. Но между этими осями предусмотрено соответственно ступенчатое смещение h по высоте, при этом светодиод 19 расположен в самом верху, а линза, формирующая луч, в самом низу. Смещение h по высоте между светодиодом и собирающей линзой 22 составляет 0,23 мм, смещение h по высоте между собирающей линзой 22 и диафрагмой 23 составляет 0,4 мм, а смещение h по высоте между диафрагмой 24 и линзой 25, формирующей луч, составляет 0,56 мм. Длина корпуса, которая измеряется, начиная соответственно от центральных точек линзы 25, формирующей луч, и светодиода 19, составляет 40 мм. При этом расположении соответствующее смещение h по высоте между отдельными оптическими элементами способствует тому, что ход лучей сквозь оптические элементы слегка наклонен вниз. Это соответствует желаемой характеристике излучения в области 26 выхода корпуса.