СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ С УЛУЧШЕННОЙ КОНТРАСТНОСТЬЮ
SIGNALLING SYSTEM HAVING IMPROVED CONTRAST

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе сигнализации, содержащей по меньшей мере одно светоизлучающее устройство для демонстрации сигнала или предупреждения наблюдателю. Изобретение дополнительно относится к светоизлучающему устройству и к блокирующим средствам для использования в такой системе сигнализации. Изобретение также относится к различным вариантам реализации системы сигнализации, таким как устройства дорожной сигнализации. Изобретение также относится к транспортному средству, содержащему такую систему сигнализации.
Уровень техники
Показания известных систем сигнализации, таких как основанных на светодиодах систем сигнализации, очень трудно прочитать/увидеть, когда они освещены светом восходящего или заходящего солнца (при использовании в дорожном движении такие системы обычно ориентируют вертикально). Все недорогие известные пластмассовые светодиоды, такие как светодиоды круглой или овальной формы размером 3, 5, 8 и 10 мм, содержат встроенную пластмассовую линзу и внутренний отражатель, расположенные для направления излучаемого света прямо к наблюдателю (под различными углами от +/- 1 до 180 градусов, в горизонтальной или вертикальной плоскости в зависимости от модели). Но такие известные пластмассовые светодиоды также отражают к наблюдателю солнечный свет, когда солнце попадает в угол оптического обзора конкретного светодиода. Отражение солнечного излучения известным светодиодом выше, чем отражение солнечного излучения листом белой бумаги - это делает весьма затруднительным корректную подачу сигналов. Только светодиоды с высоким значением тока и мощные светодиоды могут преодолеть отражение солнечного излучения, но это приводит к повышенным начальным вложениям и укороченному сроку эксплуатации. Сообщалось о светодиодах с масками в виде козырька, ограничивающего угол обзора индикатора. Недостаток этих масок в том, что они эффективны, только если угол падения солнечного света относительно велик, то есть равен 20 градусам или больше по отношению к оптической оси. Также сообщалось о более сложных технических решениях.
В патенте США 6249375 В1 описан оптический элемент для заменяемых дорожных знаков, содержащий источник света, в частности светодиод, по меньшей мере одну собирающую линзу и одну рассеивающую линзу, расположенные коаксиально в общем корпусе. Свет, выходящий из источника света, в возможно большей степени захватывается собирающей линзой, концентрируется в фокусном пятне, которое предпочтительно окружено диафрагмой, и затем направляется на рассеивающую линзу, которая распределяет его согласно определенным техническим требованиям. Преломляющую силу рассеивающей линзы определяют таким образом, чтобы выходящий из нее свет давал меньший угол β выхода, чем предварительно определенный предельный угол α. Расстояние между собирающей линзой и рассеивающей линзой определяют таким образом, что полностью блокируется случайный солнечный свет, падающий извне под углом γ, превышающим предельный угол α или равный ему, причем это осуществляется с помощью диафрагмы или поглощения в стенке корпуса, так что никакой паразитный свет не образуется.
Связанная с описанным в патенте США 6249375 В1 заменяемым дорожным знаком проблема состоит в сравнительной сложности и, следовательно, дороговизне этой системы. Например, для каждого светодиода требуется дополнительный корпус с парой линз и диафрагмой. Кроме того, следует тщательно следить за относительным расположением этих частей.
Раскрытие изобретения
Первая цель изобретения состоит в обеспечении альтернативной системы сигнализации, менее сложной и поэтому более дешевой. Вторая цель изобретения состоит в обеспечении светоизлучающего устройства для использования в такой системе. Третья цель изобретения состоит в обеспечении блокирующих средств для использования в такой системе.
Изобретение определено независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты реализации изобретения.
В первом аспекте в соответствии с первой целью настоящее изобретение относится к системе сигнализации по пункту 1.
Осуществление признаков изобретения состоит в следующем. Блокирующие средства располагают так, чтобы покрывать часть распределения света светоизлучающего устройства. Следует отметить, что эта мера не интуитивно понятна, поскольку специалистам в области техники известно, что вследствие использования блокирующих средств светоизлучающее устройство будет излучать меньше света. Однако изобретатель обнаружил, что помимо этого явления блокирующие средства в то же время уменьшают при эксплуатации солнечный свет, падающий под углом к оптической оси, достигающий отражателя и отражаемый в направлении наблюдателя, которое по существу параллельно оптической оси при обычной эксплуатации. При этом, несмотря на более низкий уровень светового выхода, наблюдатель увидит более высокую контрастность, и таким образом в случае восходящего или заходящего солнца сигнал или предупреждение будут наблюдаться яснее и быстрее. Другими словами, изобретение достигает подобного результата, что и патент США 6249375 В1, но не требует использования линз или диафрагм. Вместо этого могут оказаться достаточными простое покрытие или козырек для частичной блокировки света, излучаемого светоизлучающим устройством. Другое существенное различие между настоящим изобретением и известным уровнем техники заключается в том, что по меньшей мере одно каждое светоизлучающее устройство снабжено блокирующими средствами для индивидуальной блокировки излученного света. Известны технические решения, где козырек совместно защищает все светоизлучающие устройства от падающего солнечного света. Прежде всего, здесь не происходит индивидуальной блокировки светоизлучающих устройств.
Во-вторых, в этих решениях не блокируется часть излучения, испущенного светоизлучающим устройством в направлениях, параллельных направлению наблюдения (то есть в направлении наблюдателя). Под направлением наблюдения понимается диапазон нормальных направлений наблюдения при эксплуатации, что предполагает наблюдателя, смотрящего с некоторого расстояния с направления, составляющего небольшой угол с оптической осью. Здесь не предполагается, что на систему смотрят из положения, ориентированного по существу вертикально по отношению к системе сигнализации с той стороны, на которой блокирующие средства (на каждое светоизлучающее устройство) используются.
Положение и покрытие блокирующих средств на прозрачном корпусе могут быть различными при условии, что обеспечено препятствие солнечному свету достигнуть отражателя в светоизлучающем устройстве. Кроме очевидной простоты системы сигнализации согласно настоящему изобретению есть и другие важные преимущества. Более высокая контрастность позволяет уменьшить управляющий ток через светоизлучающее устройство (экологически чистое решение) и увеличить срок эксплуатации светоизлучающего устройства, что еще больше уменьшает стоимость системы.
В качестве альтернативной формулировки можно утверждать, что в настоящем изобретении блокирующие средства перекрывают светоизлучающее устройство в проекции в направлении оптической оси на поверхность, перпендикулярную оптической оси.
Однако здесь следует отметить, что решение, представленное в патенте США 6249375 В1, приводит к повышенным оптическим потерям в системе внешней линзы и диафрагме. Настоящее изобретение не требует внешних линз и, следовательно, не страдает от оптических потерь; эффективно используется весь свет, не блокированный блокирующими средствами. Это особенно полезно для близко расположенных наблюдателей, смотрящих под широким углом обзора (например, 20-90 градусов слева, справа или снизу). Система линз из патента США 6249375 В1 не может вообще быть видна вне номинального угла обзора. Настоящее изобретение, напротив, обеспечивает высокую контрастность даже при меньших углах. Другими словами, увеличение контрастности компенсирует уменьшение мощности светового выхода (яркости) даже при уровнях покрытия приблизительно до 80% в зависимости от типа светоизлучающего устройства (например, светодиода). В одном варианте реализации системы блокирующие средства (такие, как покрывающая маска) покрывают примерно 30-50% номинального угла обзора светодиода, обращенного к солнцу (также называемые полукуполом). Покрывающая маска может также использоваться для оптимизации угла обзора системы. Как правило, угол обзора покрытого светодиода (что означает, что угол в пределах выхода яркости составляет 50%) увеличивается примерно на 30% по сравнению с номинальным значением для светодиода.
При описании вариантов реализации изобретения предполагается, что система сигнализации имеет вертикальную ориентацию (оптическая ось светоизлучающего устройства ориентирована горизонтально), то есть что ее наблюдают по существу в горизонтальном направлении. Такая ориентация типична для систем сигнализации, используемых в дорожном движении. Однако следует отметить, что настоящее изобретение применимо в намного более широком смысле. Изобретение обеспечивает техническое решение для наружных ситуаций, когда яркий солнечный свет мешает рассмотрению знака, но также и для ситуации, когда другой источник яркого света (который может быть внутри помещения), мешает рассмотрению знака. Ориентации системы сигнализации не ограничены только вертикальными ориентациями. При использовании термина «угол» или «угол падения» предполагается, что этот угол задан относительно оптической оси светоизлучающего устройства.
2
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены с возможностью блокировки между 1% и 99%, предпочтительно между 30% и 50% распределения света. Изобретатель обнаружил, что существует относительно большой диапазон покрытия, в пределах которого увеличение контрастности компенсирует уменьшенную мощность светового выхода (яркость). Замечено, что следующее правило выполняется для относительного большого поддиапазона в пределах вышеуказанного диапазона: чем больше покрытие, тем выше контрастность, обнаруживаемая наблюдателем при падении солнечного света под малыми углами относительно оптической оси, то есть меньше солнечного света достигнет отражателя и будет отражено по направлению к наблюдателю, что увеличивает контрастность сигнала или предупреждения, показываемого наблюдателю. Например, опыты показали, что 40%-ое покрытие одной стороны распределения света от светодиодного устройства при восходящем или заходящем солнце под низким углом (+10 градусов от опорной оси светодиода (в этом случае светодиод обладает 60% от нормальной яркости)) уменьшает отражение восходящего или заходящего солнца в 16 раз (от 10000 до 650 Кд/м) и увеличивает общую контрастность того же самого светодиода по меньшей мере в 7 раз).
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены для блокировки излучения, испущенного в направлениях, находящихся внутри телесного угла, центрированного вокруг оптической оси, и нормального горизонтального или вертикального угла обзора вокруг оптической оси светоизлучающего устройства. Этот вариант реализации изобретения обеспечивает высокую контрастность даже в случае падения солнечного света под очень маленькими углами (например, меньше 10 градусов). Блокировка света, излученного в направлениях оптической оси и телесного угла вокруг этой оптической оси, определенной углами обзора, препятствует попаданию солнечного света на отражатель, даже если солнце находится прямо над горизонтом, то есть при очень малом угле падения.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены с возможностью регулируемой блокировки распределения света. Путем регулировки покрытия распределения света система сигнализации может быть адаптирована к определенному времени года, определенному местоположению, определенному времени дня, определенному углу обзора или желаемой однородности излучаемого света в пределах угла обзора системы (50%-ный угол).
В дополнительных вариантах последнего из упомянутых вариантов реализации изобретения регулируемое покрытие распределения света адаптируется таким образом, что зависит от угла падения солнечного излучения, причем покрытие увеличивается с уменьшением угла падения, а угол падения определен относительно оптической оси.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены с возможностью перенаправления падающего солнечного света в направлении, отличающемся от направления наблюдения.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены с возможностью рассеяния падающего солнечного света. В первой разновидности этого варианта реализации изобретения блокирующие средства содержат рассеивающий материал, а во второй разновидности блокирующие средства содержат рассеивающий слой.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства выполнены с возможностью поглощения падающего солнечного света. В первой разновидности этого варианта реализации изобретения блокирующие средства содержат поглощающий материал, а во второй разновидности блокирующие средства содержат поглощающий слой.
Результат вариантов реализации изобретения по пунктам 5-7 формулы изобретения и их разновидностям аналогичен, а именно состоит в том, что меньше света будет отражено к наблюдателю и, таким образом, будет достигнута более высокая контрастность. Преимущество вариантов реализации изобретения по пунктам 6 и 7 состоит в том, что они лучше работают при падении солнечного света с очень маленьким углом относительно оптической оси.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства снабжены дополнительным отражателем с внутренней стороны, обращенной к отражателю, причем этот дополнительный отражатель выполнен с возможностью отражения излучения, испущенного светоизлучающим устройством по направлению к отражателю. Дополнительный отражатель может представлять собой отражающий слой, обеспеченный на внешней поверхности прозрачного корпуса или на внутренней поверхности блокирующих средств, но он может также быть расположен в других местах. Этот вариант реализации изобретения особо предпочтителен, поскольку он противодействует ранее описанному результату снижения яркости при покрытии светоизлучающих устройств. Свет, который в противном случае был бы потерян, теперь перенаправляется к отражателю и по меньшей мере частично отражается по направлению к наблюдателю. Другими словами, яркость увеличивается, что дополнительно увеличивает контрастность. Эта повышенная контрастность может использоваться для дальнейшего уменьшения управляющего тока светоизлучающего устройства, что приводит к дальнейшему увеличению срока эксплуатации.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства содержат покрывающую маску, которая не прозрачна для видимого света, причем эта покрывающая маска присоединена к системе сигнализации с возможностью отсоединения. Покрывающая маска может изготавливаться и продаваться независимо от светоизлучающих устройств или систем сигнализации. Кроме того, покрывающая маска позволяет использовать обычные светоизлучающие устройства. Другими словами, изобретение может быть осуществлено путем выполнения покрывающей маски в дополнение к обычной системе сигнализации. Для достижения этого покрывающая маска должна быть разработана для той системы сигнализации, на которой она используется, то есть следует по меньшей мере принимать во внимание местоположение, форму, размер и количество светоизлучающих устройств.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства содержат блокирующий слой, который выполнен непосредственно на прозрачном корпусе светоизлучающего устройства или внутри него, причем этот блокирующий слой не прозрачен для видимого света. В этом варианте реализации изобретения светоизлучающие устройства адаптированы в соответствии с настоящим изобретением. Тогда такое светоизлучающее устройство имеет асимметричное распределение света и должно быть установлено в системе сигнализации с учетом ориентации этого распределения света. Комбинация светоизлучающего устройства и блокирующего слоя образует модуль, который может быть приобретен отдельно. Изобретение может быть осуществлено путем замены в известных системах светоизлучающего устройства светоизлучающим устройством настоящего изобретения. В первой разновидности блокирующий слой является добавлением к существующему светоизлучающему устройству, причем слой может быть присоединен к устройству с возможностью отсоединения. Во второй разновидности блокирующий слой может образовывать неразъемную часть светоизлучающего устройства. В этой разновидности блокирующий слой может быть осажден на прозрачном корпусе в качестве последней стадии производственного процесса, но он также может быть выполнен внутри прозрачного корпуса.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением блокирующие средства содержат на стороне, обращенной к наблюдателю, неотражающий материал, который предпочтительно темного цвета при дневном свете. Неотражающие свойства, дополнительно совместно с темным цветом блокирующих средств (который видим с передней стороны), увеличивают контрастность системы сигнализации. Предпочтительно, чтобы блокирующие средства были черного цвета.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одно светоизлучающее устройство содержит группу светоизлучающих устройств для образования знака или символа при эксплуатации, и каждое соответствующее светоизлучающее устройство содержит соответствующий прозрачный корпус, соответствующий отражатель и соответствующую светоизлучающую часть, расположенные внутри соответствующего корпуса, причем отражатель и светоизлучающая часть выполнены с возможностью генерирования соответствующего излучения с указанным соответствующим распределением света, и блокирующие средства расположены с одной стороны каждого соответствующего светоизлучающего устройства, эти блокирующие средства выполнены с возможностью индивидуальной блокировки при эксплуатации по меньшей мере части излучения, излученного светоизлучающими устройствами в направлении, по существу параллельном оптической оси, причем указанная одна сторона определена относительно воображаемой плоскости через оптическую ось. Чтобы образовать знак или символ, несколько светоизлучающих устройств должны быть расположены в виде матрицы, где каждое светоизлучающее устройство действует как пиксель. Изобретение также применимо к такой конструкции. Следует отметить, что здесь изобретение очевидно отличается от известного уровня техники тем, что каждое светоизлучающее устройство индивидуально снабжено блокирующими средствами, что очевидно отличается от козырька, который совместно используется для матрицы светоизлучающих устройств.
В варианте реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одно светоизлучающее устройство содержит светодиод. Светодиоды обычно используются для применений, связанных с сигнализацией. Однако изобретение не ограничено этим видом устройств по существу. Любое светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающую часть и отражатель, может страдать от той же самой проблемы при использовании в системе сигнализации, где изобретение предлагает техническое решение.
Вариант реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением сконструирован для образования системы, выбранной из группы, содержащей: придорожный сигнал, светофор, транспортную систему оповещения, знак о пересечении с железной дорогой, путевой сигнал, автомагистральную информационную систему, рекламный экран, указатель поворота транспортного средства, стоп-сигнал транспортного средства, габаритный задний фонарь транспортного средства и ходовые огни транспортного средства. Все упомянутые здесь приложения получают выгоду от повышенной контрастности в случае падения солнечного света под углом относительно оптической оси. Однако изобретение не ограничивается этими применениями.
Во втором аспекте в соответствии со второй целью настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству для использования в системе сигнализации в соответствии с настоящим изобретением, причем светоизлучающее устройство содержит блокирующие средства. Это светоизлучающее устройство (например, светодиод) может продаваться в качестве отдельного модуля и заменять светодиоды в существующих системах сигнализации.
В третьем аспекте в соответствии с третьей целью настоящее изобретение относится к блокирующим средствам для использования в системе сигнализации в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте реализации изобретения блокирующие средства могут быть выполнены в качестве дополнения к известным системам сигнализации. Этот вариант реализации изобретения особенно интересен в тех вариантах реализации, где группа светодиодов совместно использует покрывающую маску, которая действует в качестве блокирующих средств.
В четвертом аспекте в соответствии с третьей целью настоящее изобретение относится к транспортному средству, содержащему систему сигнализации в соответствии с настоящим изобретением.
В настоящее время транспортные средства снабжены светодиодными огнями, то есть передними огнями, задними огнями и огнями поворота транспортного средства. Изобретение увеличивает контрастность также в системах сигнализации такого вида. Как следствие, мощность светового выхода (яркость) можно уменьшить путем уменьшения входного тока, что экономит электроэнергию и, следовательно, также топливо. Еще важнее, что может быть увеличен срок эксплуатации светодиодов.
Эти и другие аспекты изобретения очевидны из описанных ниже вариантов реализации изобретения и будут объясняться со ссылками на эти варианты.
Краткое описание чертежей
На фиг.1а показана система сигнализации, известная из уровня техники; на фиг.1b показан вариант реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2а-2с показаны три различных варианта реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 показана фотография двух различных матричных светодиодных модулей, расположенных рядом друг с другом, которые иллюстрируют результат изобретения.
На фиг.4а показан увеличенный вид левого матричного светодиодного модуля с фиг.3, который содержит известную маску типа козырька.
На фиг.4b показан увеличенный вид правого матричного светодиодного модуля с фиг.3, который содержит покрывающую маску в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.5 показана фотография светодиодного матричного модуля, который покрыт покрывающей маской в соответствии с вариантом реализации изобретения
На фиг.6 показан увеличенный вид фиг.5.
На фиг.7 показана укрупненная фотография покрывающей маски, используемой на фиг.5.
На фиг.8 показан увеличенный вид фиг.7.
Перечень условных обозначений:
1 светодиод
2 отверстие в покрывающей маске для размещения светодиода
3 прозрачный корпус, пластмассовая линза
5 отражатель (опора для светодиода),
7 светоизлучающая часть (например, светодиод)
9 выводы
10 блокирующие средства / блокирующий слой / покрывающая маска
Х ось х (перпендикулярная оптической оси и оси у)
Y ось у (перпендикулярная оптической оси и оси х)
Z оптическая ось (перпендикулярная оси х и оси у)
99 глаз наблюдателя
Sn солнце
SL солнечный свет
RSL отраженный солнечный свет (через отражатель 5)
EL излученный световой пучок (светодиодом)
RSL' отраженный / дифрагированный солнечный свет (через блокирующие средства 10)
SL' часть солнечного света, не достигающая отражателя
R1 первый участок с красными светодиодами
R2 второй участок с красными светодиодами
R3 третий участок с красными светодиодами
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для облегчения обсуждения подробного варианта реализации изобретения ниже определяется несколько выражений.
Светодиодные системы информации и индикации весьма часто используются в общественных местах, такие как придорожные сигналы, светофоры и системы оповещения, знаки о пересечении с железной дорогой и путевые сигналы, автомагистральные информационные системы (знаки со сменной информацией), рекламные (видео) экраны, а также системы типа указателей поворота транспортного средства, стоп-сигналов, задних и навигационных огней.
Показания известных светодиодных систем очень трудно прочитать/увидеть, когда они освещены восходящим или заходящим солнцем. Все недорогие известные пластмассовые светодиоды (например, светодиоды круглой или овальной формы размером 3, 5, 8 и 10 мм) со встроенной пластмассовой линзой и внутренним отражателем выполнены с возможностью излучения светодиодного фотоэлектрического излученного света непосредственно к наблюдателю (под углом от 1° до 180° горизонтально или вертикально в зависимости от модели). Но такие стандартные пластмассовые светодиоды также отражают к наблюдателю солнечный свет, когда солнце попадает в угол оптического обзора этого конкретного светодиода. Отражение солнечного излучения стандартным пластмассовым светодиодом выше, чем отражение солнечного излучения листом белой бумаги, и это делает весьма затруднительным корректную подачу сигналов. Только светодиоды с высоким значением тока и мощные светодиоды могут преодолеть отражение солнечного излучения, но это приводит к повышенным начальным капиталовложениям и укороченному сроку эксплуатации. Нормальные маски светодиодов в виде козырька ограничивают угол обзора индикатора и эффективны, только если угол падения солнечного света превышает 30°.
Изобретатель обнаружил, что покрытие поверхности светодиода улучшает контрастность, несмотря на уменьшение яркости светодиода. Принцип изобретения состоит в том, что внешний солнечный свет НЕ будет достигать оптической фокусной точки светодиода и, таким образом, не может быть отражен к наблюдателю. Часть светодиода будет покрыта. Возможны много различных покрытий.
На фиг.1а показана система сигнализации, известная из уровня техники. Система сигнализации на фиг.1а содержит светодиод 1, но она может также содержать матрицу светодиодов для образования знака или сигнала. Принцип изобретения остается тем же, что и для одиночного светодиода. Светодиод содержит прозрачный корпус 3, передняя часть которого также действует, как линза для светодиода. Внутри прозрачного корпуса 3 содержится отражатель 5 и светоизлучающая часть 7, например светодиод. Светоизлучающая часть 7 соединена с выводами 9, чтобы управлять прохождением тока через светоизлучающую часть 7. Отражатель 5 (который в этом варианте реализации изобретения также имеет опорную функцию), светоизлучающая часть 7 и прозрачный корпус 3 расположены для образования при эксплуатации излученного светового пучка EL, который образует телесный угол в пространстве. Для целей настоящего изобретения центр этого телесного угла задан как (воображаемая) оптическая ось Z. Глаз 99 наблюдателя расположен на оптической оси Z для восприятия излученного светового пучка EL. При облачной погоде или в темное время система сигнализации согласно фиг.1а работает удовлетворительно. Однако когда светит солнце Sn, излучающее свет SL под малыми углами к оптической оси Z, эта часть солнечного света SL может достигать отражателя 5 и отражаться в направлении глаза 99 наблюдателя. Вследствие хороших отражательных свойств отражателя 5 этот отраженный солнечный свет RSL может легко достигнуть уровней яркости, превышающих яркость излучаемого EL света. В результате контраст знака или сигнала, воспринимаемого глазом 99 наблюдателя, ухудшается, или знак или сигнал не могут восприниматься вообще.
На фиг.1b показан вариант реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением. Эта система сигнализации в соответствии с настоящим изобретением отличается от показанной на фиг.1а тем, что на прозрачном корпусе 3 выполнены блокирующие средства 10. В этом варианте реализации изобретения блокирующими средствами 10 является покрытие. Следует отметить, что здесь изображено только сечение покрытия 10 плоскостью бумажного листа. В действительности покрытие 10 является трехмерным объектом, покрывающим светодиод 1 на значительной части его поверхности. Покрытие 10 может быть добавлено на светодиодной фабрике (внедрено внутрь каждого светодиода) или добавлено в корпус / сборку поверх поверхности светодиода 1 или над ней в виде маски, пленки, смолы, клея, пластмассы, металла или другого покрытия. Покрытие 10 будет частично (1-99%) блокировать нормальный верхний и/или боковой угол обзора светодиода 1 (в поле зрения). Хотя фотоэлектрический яркий выход уменьшается, покрытие 10 резко улучшает контраст, блокируя солнечный/внешний свет SL, что улучшает видимость при восходящем или заходящем солнце. Опыты показали, что 40% блокирующая (линейно) покрывающая маска (светодиод имеет 60% от нормальной яркости при отсутствии покрывающей маски) может увеличить контраст знака больше чем в 7 раз. Видимость системы улучшается. Это усовершенствование может также применяться для уменьшения управляющих электрических токов, что, в свою очередь, увеличивает ожидаемый срок эксплуатации светодиодов и, следовательно, всей системы.
В настоящем изобретении блокирующие средства (например, покрывающая маска) покрывают светоизлучающее устройство, когда спроектированы в направлении оптической оси на поверхности, перпендикулярной оптической оси. В настоящем изобретении может использоваться любая форма покрытия, но рекомендуется сферическая форма, подобная передней поверхности светодиода, поскольку она будет дифрагировать внешний свет во всех направлениях, а не фокусировать и отражать свет к глазу 99 наблюдателя. Для того чтобы не получить отражения света, достигающего глаза 99 наблюдателя, существуют три основных способа: 1) рассеяние падающего солнечного света SL (во всех направлениях), 2) отражение падающего солнечного света SL в направлениях, отличных от направления наблюдения, и 3) поглощение падающего солнечного света SL. Третий способ может также быть объединен с первым или вторым способом. Свойства отражения/поглощения/дифракции могут быть обеспечены составом основного материала блокирующих средств 10, однако слои с дополнительными материалами, обладающими такими свойствами, могут быть также добавлены к блокирующим средствам 10.
На фиг.1b показан отраженный солнечный свет RSL', распространяющийся в направлениях, отличных от направления к глазу наблюдателя. Это показано для иллюстрации принципа рассеяния в некоторых вариантах реализации изобретения, а также принципа отражения в других вариантах реализации изобретения. Кроме того, на фиг.1b некоторая часть солнечного света SL просто останавливается на покрытии 10, что иллюстрирует принцип поглощения. Для достижения поглощения предпочтительно, чтобы покрытие 10 было темного цвета, и еще более предпочтительно, чтобы оно было черного цвета при дневном свете. На фиг.1b также показана часть солнечного света SL', которая достигает светодиода 1, но проходит мимо отражателя. Эта часть света SL' не будет ухудшать контрастность системы сигнализации.
На фиг.1b блокирующие средства 10 выполнены непосредственно на прозрачном корпусе 3, но это не существенно. Важно, какая часть структуры распределения света светодиода 1 заблокирована. Здесь следует отметить, что все решения для известного уровня техники пытаются максимизировать световой выход светодиода, и определенно не пытаются блокировать свет, испускаемый в направлении наблюдателя. Очевидно, что для предотвращения попадания солнечного света на отражатель 5 в прозрачном корпусе 3 лучше всего выполнить блокирующие средства 10 по возможности ближе к светодиоду или даже внутри светодиода. Это может быть выгодно также для целей охлаждения, поскольку между светодиодом и блокирующими средствами 10 может течь воздух.
На фиг.2а-2с показаны три различных варианта реализации системы сигнализации в соответствии с настоящим изобретением. Эти чертежи схематично иллюстрируют вид спереди и вид сбоку светодиода 1 в соответствии с различными вариантами осуществления покрытия 10. На фиг.2а показан светодиод 1 с покрытием 10, которое блокирует примерно 30% распределения света. На фиг.2b показан светодиод 1 с покрытием 10, которое блокирует примерно 10% распределения света. На фиг.2с показан светодиод 1 с покрытием, которое блокирует примерно 60% распределения света. Во всех трех примерах покрытие располагается на верхней стороне светодиода 1, которая является стороной, направленной к солнцу Sn, когда светодиод 1 используется в работе. Чем больше покрытие, создаваемое покрытием 10, тем меньше яркость светодиода 1. Однако это также делает систему более устойчивой к малым углам падения солнечного света SL. Особенность изобретения состоит в том, что частичная блокировка распределения света в то же самое время блокирует падающий солнечный свет, препятствуя его попаданию на отражатель.
Следует отметить, что на фиг.2а и 2с показано покрытие 10, которое также покрывает область вокруг оптической оси в проекции на плоскость XY. Преимущество этого в состоит том, что контрастность остается все еще приемлемой, когда указанный угол относительно оптической оси почти равен нулю (в дорожных ситуациях это соответствует вертикально ориентированной системе сигнализации, когда солнце Sn находится чуть выше горизонта). В такой ситуации солнечный свет все еще блокируется расширением покрытия 10 в области вокруг оптической оси Z. Эти варианты реализации изобретения особенно выгодны в случае, когда покрытие 10 выполнено темного или черного цвета с рассеивающей передней поверхностью.
На фиг.3 показана фотография двух различных матричных светодиодных модулей, расположенных рядом друг с другом, которые иллюстрируют результат изобретения. На фиг.4а показан увеличенный вид левого матричного светодиодного модуля на фиг.3, который содержит известную маску типа козырька. На фиг.4b показан увеличенный вид правого матричного светодиодного модуля на фиг.3, который содержит покрывающую маску в соответствии с настоящим изобретением. Эти чертежи показывают два примера матричного светодиодного модуля, содержащего светодиоды размером 5 мм с шагом 10 мм, которые освещены источником света интенсивностью 40000 люкс под углом 10° к оптической оси светодиодов. Левый модуль (фиг.4а) является вариантом с обычной маской типа козырька (козырьки выступают примерно на 4 мм наружу выше каждого светодиода). Правый модуль является вариантом реализации изобретения с покрытием 10, покрывающим 40% обращенной к солнцу стороны светодиода. В обоих модулях светят красные светодиоды. Красные светодиоды правой маски видны на трех участках R1, R2, R3, а на левой НЕ видны вообще. Это происходит из-за сильного отражения внешнего света в светодиодных отражателях.
На фиг.5 показана фотография светодиодного матричного модуля, который покрыт покрывающей маской в соответствии с вариантом реализации изобретения. На фиг.6 показан увеличенный вид фиг.5. На фотографии показан пример 40%-ной покрывающей маски со светодиодами размером 5 мм, которая также использовалась на фиг.3 и 4. Фотография ясно показывает, как покрытие 10 частично покрывает каждый светодиод 1 по отдельности и одинаковым образом, то есть все распределения света ориентированы по существу одинаково. Покрывающая маска может быть изготовлена из многих видов материала, чаще всего из алюминия (используя литье под давлением) или из поликарбоната (используя заливку пластмассы в форму под давлением методом вспрыска). Однако следует подчеркнуть, что изобретение не ограничено определенным материалом.
На фиг.7 показана укрупненная фотография покрывающей маски, используемой на фиг.5. На фиг.8 показан увеличенный вид фиг.7. На этой фотографии видно, что передняя поверхность покрытия имеет тот же контур, что и светодиоды, но также видно, что поверхность изготовлена из рассеивающего материала. Обе эти особенности не существенны для изобретения, но оказалось, что они обеспечивают наблюдателю очень высокую контрастность. На увеличенном виде фиг.8 можно видеть отверстия 2 для размещения светодиодов.
Многочисленны преимущества и варианты изобретения. Некоторые перечислены здесь.
Изобретение обеспечивает резко улучшенный контраст при том же самом значении электрического тока (в испытаниях было получено улучшение в 7 раз, но, вероятно, улучшение контраста может быть в 20 раз и больше, когда устройство будет разработано для массового производства).
2
Варианты реализации изобретения обеспечивают увеличенный срок эксплуатации (светодиоды, как правило, стареют согласно квадрату величины проходящего через светодиод электрического тока (I), так что уменьшение в 10 раз тока светодиода означает увеличение срока эксплуатации в 100 раз, что означает практически отсутствие старения).
Увеличенный срок эксплуатации подразумевает более продолжительные интервалы между операциями технического обслуживания или даже их полное отсутствие.
Может быть достигнуто уменьшение тока / энергопотребления вплоть до 90%, что также подразумевает уменьшенные эксплуатационные затраты.
Изобретение обеспечивает более широкие горизонтальный и вертикальный углы обзора, чем известный угол обзора светодиода. Весь светодиод видим - с близкого расстояния через сторону светодиода может быть виден кристалл.
В системе сигнализации по настоящему изобретению угол обзора и однородность яркости светодиода можно регулировать путем покрытия правой стороны / угла.
Могут быть изготовлены левоугловой или правоугловой светодиод, если световое загрязнение не разрешено (путевые сигналы в городах).
Изобретение обеспечивает снижение издержек, поскольку не требуется никаких оптических элементов.
Изобретение обеспечивает простую конструкцию, простоту изготовления и низкую стоимость.
Изобретение обладает высокой светоотдачей; другие содержащие линзы системы известного уровня техники могут поглощать 50% света в оптических элементах (весь полезный свет светодиода видим).
Вариант реализации изобретения со светодиодами представляет собой правильное твердотельное техническое решение с экстремально продолжительным сроком эксплуатации.
В вариантах реализации системы сигнализации по настоящему изобретению обледенение не имеет значения, то есть оно не может повредить твердотельный светодиод, а система с внешними линзами может быть повреждена, если вода проникает в систему (трещины).
Система сигнализации по настоящему изобретению устойчива к воздействию морской воды (соленая вода оказывает большое воздействие на системы с внешними линзами).
Система сигнализации по настоящему изобретению в меньшей степени страдает от внутреннего загрязнения, поскольку не содержит линз, то есть по прошествии нескольких лет нет уменьшения светового выхода вследствие старения.
Система сигнализации по настоящему изобретению экологически дружественна вследствие уменьшенного энергопотребления.
Покрывающая маска в соответствии с настоящим изобретением может защитить светодиод от ударных повреждений и вандализма (дорожные знаки), то есть покрывающая маска представляет собой защитный полукупол.
Покрывающая маска в соответствии с настоящим изобретением будет лучше защищать светодиод от присутствия снега и льда.
Светодиоды защищены от прямого воздействия ультрафиолетового солнечного излучения, так что прозрачная смола (эпоксидная смола или силикон) линз не будет легко стариться / желтеть по прошествии лет.
В системе сигнализации по настоящему изобретению световое загрязнение резко уменьшается, поскольку излучается только направленный вниз свет, а направленный вверх свет блокируется, что полезно в городах и для военных тактических индикаторов / факельных огней, и
В вариантах реализации изобретения, использующих внутреннее отражающее покрытие или внутренний второй отражатель на блокирующих средствах (таких как ртутно-паровое зеркало или просто белая краска), вертикальный направленный вниз угол обзора может быть улучшен в отношении видимости на небольшом расстоянии.
Возможны различные варианты системы сигнализации, светодиода и блокирующих средств в соответствии с настоящим изобретением, не выходящие за пределы объема изобретения, определенного в формуле изобретения.
Таким образом, изобретение обеспечивает систему сигнализации, содержащую по меньшей мере одно светоизлучающее устройство 1 для демонстрации сигнала или предупреждения наблюдателю, причем при эксплуатации светоизлучающее устройство 1 оказывается выполнено с возможностью испускания излучения с распределением света, образующим телесный угол в пространстве, а осевая линия этого телесного угла задана как оптическая ось Z светоизлучающего устройства 1. Светоизлучающее устройство 1 содержит прозрачный корпус 3, отражатель 5 и светоизлучающую часть 7, расположенные внутри корпуса 3, причем отражатель 5 и светоизлучающая часть 7 выполнены с возможностью генерирования излучения с указанным распределением света. Система сигнализации дополнительно содержит блокирующие средства 10, которые расположены по существу на одной стороне светоизлучающего устройства 1. Блокирующие средства 10 выполнены с возможностью индивидуальной блокировки при эксплуатации по меньшей мере части излучения, испущенного светоизлучающим устройством (1) в направлении, по существу параллельном оптической оси Z, причем указанная одна сторона задана относительно воображаемой плоскости через оптическую ось Z. Изобретение дополнительно обеспечивает возможность различных применений такой системы сигнализации. Несмотря на пониженную яркость светоизлучающего устройства изобретение обеспечивает повышенную контрастность в случае восходящего или заходящего солнца относительно оптической оси Z.
Изобретение может быть использовано в различных областях. Например, изобретение может быть использовано в:
1. Системах VMS (дорожных знаках со сменной информацией на дорогах и автомагистралях), удовлетворяющих Стандарту EN 12966 для ЕС и других.
2. Экранах на платформах, используемых в информационных системах для пассажиров общественного транспорта (автобусные остановки, информация о времени прибытия трамваев и поездов).
3. Общих наружных информационных / рекламных экранах (видео и текст).
4. Железнодорожных сигналах и сигналах железнодорожных переездов.
5. Дорожных светофорах (например, в трехсекционных светофорах), пешеходных светофорах и в других дорожных сигналах.
6. Поворотных / тормозных индикаторах автомобилей и других дорожных транспортных средств.
7. Системах организации парковки в городе (показания ЗАПОЛНЕНО / СВОБОДНО и количества имеющихся парковочных мест).
8. Экранах с указанием места назначения автобуса / поезда (подвижной состав).
9. Коммуникационных системах на оптических линиях связи (FSO).
10. Оптических (например, инфракрасных) активных системах обнаружения вторжения по прерыванию луча, используемых при охране устройств, и обнаружения злоумышленника для систем предотвращения краж.
11. Военных скрытных боевых огнях / индикаторах, не видимых с неба, и
12. Во всех других наружных и внутренних системах индикации, информации, сигнализации и вывода на экран.
Весьма вероятно, что в будущем обнаружится намного больше областей применения.
Следует иметь в виду, что вышеупомянутые варианты реализации изобретения иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники будут способны разработать много альтернативных вариантов реализации изобретения, не выходя за пределы прилагаемых пунктов формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения любые ссылки, помещенные между круглыми скобками, не должны рассматриваться как ограничение пункта формулы изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от заявленных в пункте формулы изобретения. Единственное число, использованное в отношении некоторого элемента, не исключают присутствия более чем одного такого элемента. Изобретение может быть осуществлено с помощью оборудования, содержащего различные элементы, и с помощью соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения относительно устройства, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть осуществлены с помощью одного и того же элемента оборудования. Тот факт, что определенные меры указываются в различных взаимозависимых пунктах, не означает, что комбинация этих мер не может использоваться для достижения преимущества. На всех чертежах аналогичные или соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиции или метками.