Jednodiódový dioptrický element

Číslo patentu: U 4177

Dátum: 01.07.2005

Autori: Purma Jaroslav, Hajoš Michal

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka jednodiódového dioptického elementu, určeného na ako svetelný bod na premennej dopravnej značke a/alebo na zariadení pre prevádzkové informácie. Jednodiódový díoptický element zahŕňa ako zdroj svetla LED diódu a ďalej obsahuje optickú šošovku. LED dióda i šošovka sú uložené v tubuse.Vývojové aktivity u inovácií úžitkových vlastností zariadení pre prevádzkové informácie a premenných dopravných značiek prinášajú skupinu riešení, ktoré vylepšujú najmä svetelný výstup z daného zariadenia a to tak, že svetlo je jednak rovnomeme rozložené po signálnej ploche,tak aj je optimálne koncentrované do smerov, z ktorých sú svetelné signály pozorované.Príkladom takéhoto riešenia je patent EP 398266, kde je svetlo po celej zobrazovanej ploche rozvedené do jednotlivých svetelných bodov prostredníctvom sklenených vlákien.Iným príkladom je patent EP 905 439, kde je svetlo rovnomeme rozložené po sígnálnej ploche v dôsledku osadenia väčším počtom menších svetelných zdrojov, akými sú napr. luminiscenčné LED diódy. Toto riešenie sa týka semaforov pre dopravnú signalizáciu a nemožno ho použit pre premenné dopravné značky.Najnovšie riešenie sa navyše mimo vylepšovania svetelného výstupu snaží zvyšovať bezpečnost cestnej prevádzky tým, že minímalizuje aj nežiaduce odlesky od slnečného kotúča, ktorý najmä pri svojom východe a západe môže nepriamo znižovať čitateľnost dopravného značenia. V tejto súvislostí je venovaná zvláštna pozomost premennému dopravnému značcniu zo svetelných bodov, u ktorých je pri návrhu jednotlivých svetelných bodov daná prednosť polovodičovým luminiscenčným diódam LED. Tieto LED diódy sa síce práve kvôli týmto odleskom samostatne k tomuto účelu nehodia, ale pri doplnení vhodnou optikou sú použiteľné. Príkladom takéhoto riešenia svetelného bodu z LED diódy vyžarujúcej viditeľné svetlo v širokom zväzku je patent US 6,249,375 alebo EP 930 600. V obidvoch týchto vynálezoch sú s jedinou LED použité dve optické šošovky navzájom protiľahlo usporiadané a uložené v tubuse.Nevýhodou doterajších riešení je to, že sa snažia obmedzit iba vplyv rušivého svetla príchádzajúceho z pozície nad horizontom a nie každého svetla prichádzajúceho z oblasti okolo horizontu.Uvedené nevýhody doterajšieho stavu techniky odstráni alebo podstatne obmedzí jednodiódový dioptrický element,slúžiaci a operujúci, vstavaný alebo zabudovaný ako jednotlivý svetelný bod na premennej dopravnej značke a/alebo na zariadení pre prevádzkové informácie, zostavený z LED diódy, optickej šošovky a tieniaceho tubusu, v ktorom sú LED a šošovka uložené.Podstata tohto technického riešenia tkvie v tom, že pred jednu polovodičovú luminiscenčnú LED diódu je vložená jedna kazetová šošovka, vybavená najmenej dvomi rozptyľovacími fazetami na svojej vonkajšej ploche odvrátenej od LED diódy. Fazetová šošovka tak optimálne upravuje úzku vyžarujúcu charakteristiku LED diódy a maximálne rozpty ľuje nežiaduce vonkajšie svetlo vstupujúce do optiky jednodíódového dioptrického elementu.Je výhodné, ked LED dióda má optickú os pretínajúcu fazetovú vonkajšiu plochu fazetovej šošovky, čo umožňuje minimalizovať radiálne rozmery jednodiódového dioptrického a zaisťuje jeho dobrý svetelný výkon.Tiež je výhodné, ked fazetová šošovka má vnútomú plochu s optickou osou vertikálne posunutú pod optickú os LED diódy, čo zabezpečuje odvedenie svetelných paprskou žiadnym smerom mimo lesklý čip LED diódy.Je výhodné, keď vnútomá plocha fazetovej šošovky smerujúca k LED dióde je guľová, eliptická či bikonická pre vytvorenie optimálnej koncentrácie zväzku paprskov z LED diódy na vonkajšej fazetovej ploche šošovky. Samotná vnútorná plocha môže byt hladká alebo vytvorená napr. ako Fresnelove šošovky.Ďalej je výhodné, ked rozptylové fazety sú valcové plochy so zvislou osou a/alebo osou mieme naklonenou do 14 stupňov k vertikálnej ose, čo uľahčuje výrobu fazetovej šošovky. Dochádza tak k požadovanému prevažne horizontálnemu rozptylu rušivého svetla na vstupe a tým i k zníženiu hustoty jeho svetelnej energie. V samostatnom tesnení môže byť uložená tak fazetová šošovka, uchytená V čelnom paneli, ako LED dióda. Prípadne LED dióda i fazetová šošovka môžu byt uložené V tesnení z jedného kusu.Hlavnou výhodou tohto vynálezu je, že jednodiódový dioptrický element predstavujúci optiku jedného svetelného bodu, minímalizuje rušivé odlesky svetelného bodu na premenných dopravných značkách, ktoré sú spôsobené nežiaducimi odrazmi slnečného žiarenia a svetla z reflektorov automobilov vnútri optiky jednotlivých svetelných bodov.F azetová šošovka svetelného bodu vertikálne oddelí od seba úzky svetelný zväzok vystupujúci z LED diódy a vstupujúci nežíaduci slnečný svetelný zväzok zvonku, pričom k oddeleniu dôjde takým spôsobom, že svetelná hustota nežiaduceho zväzku s rastúcou hĺbkou preniknutia do vnútra svetelného bodu maximálne klesá. Najväčším zdrojom rušivých odleskov v svetelnom bode je svetlo emitujúci čip LED diódy, ktorý má vzhľad lesklého kovu a preto je zníženie na neho dopadajúcej nežiaducej svetelnej energie principiálne.Maximálny pokles hustoty energie v nežiaducom zväzku je zaručený tým, že hned na vonkajšej ploche fazetovej šošovky, ktorou nežiaduce svetlo vstupuje do svetelného bodu, je zväčšená jeho rozbiehavost prostrednictvom malých faziet, na ktore je vonkajšia plocha fazetovej šošovky rozdelená, a ktoré sa pre vystupujúce svetlo chovajú ako malé šošovky, optimálne zobrazujúce každú časť vystupujúceho svetelného zväzku LED do výsledného požadovaného zväzku. Úzky zväzok vystupujúci z LED diódy je na konci svojej dráhy v svetelnom bode geometrický rozdelený prostredníctvom fazíet na niekoľko menších zväzkov, z nich každý vytvára zobrazením cez fazetu požadovaný tvar širokého vstupného zväzku. Nežiaduci koncentrovaný vstupujúci zväzok do svetelného bodu je rovnakými fazetami rozdelený do niekoľkých doširoka sa rozbiehajúcich zväzkov.Jednoznačnou výhodou tohto vynálezu oproti klasickému riešeniu s hladkou výstupnou plochou šošovky je to,že účelovým geometrickým usporiadaním optiky možno rádovo znížiť rušivé svetielkovanie bez prídavných optických prvkov (ďalšou šošovkou, tienitkom). Ďalšou nespornou výhodou je to, že svetlo z LED diódy je využité omnoho efektívnejšie a to z dvoch dôvodov. Najsamprv vnútrom svetelného bodu prechádza úzky svetelný zväzok z LED,ktorý je do požadovaného širokého horizontálneho rozptylu upravený až na poslednej vonkajšej ploche šošovky, takžejeho svetelná energia nie je absorbovaná vnútri na stenách uloženia optiky svetelného bodu. Usporiadanie je výhodné tiež preto, že výsledný obraz je vytvorený z niekoľkých menších valcovitých šošoviek s väčšou optickou mohutnosťou, než akú by mala jedna hladká valcová šošovka,takto je kruhový zväzok LED diódy zobrazený do omnoho pravidelnejšieho požadovaného tvaru výsledného zväzku a neplytvá sa svetelnou energiou z LED diódy z vonkajšej strany požadovaného obdĺžnikového prierezu zväzku.Prehľad obrázkov na výkresochTechnické riešenie je ďalej podrobne opísane v príkladoch uskutočnenia, ktoré sú objasnené na pripojených schematických výkresoch, z nich predstavuje obr. 1 jednodíódový dioptrický element v axonometrickom čelnom pohľade,obr. 2 jednodiódový dioptrický element v axonometrickom bočnom pohľade,obr. 3 jednodiódový dioptrický element v zvislom reze,obr. 4 jednodiódový dioptrický element v horizontálnom reze z obr. l a 2.Na obrázkoch 1, 2, 3, 4 je zobrazené jedno z výrobne a recyklačné najjednoduchších usporiadaní jednodiódového díoptrického elementu pre jeden svetelný bod podľa tohto technického riešenia. Na obr. 1 a 2 je priestorový pohľad na konštrukčné uloženie optiky svetelného bodu v čelnom paneli. Na obr. 3 a 4 je zobrazený princíp odtienenia nežiaduceho slnečného svetla a princíp zníženie hustoty svetelnej energie v slnečnom zväzku zväčšením jeho rozbiehavosti.LED dióda 1 vo valcovom prevedení s priemerom d 5 mm vyžaruje úzky svetelný zväzok 40 s rozbiehavosťou 28 ° (obr. 4). Vyžarované svetlo z LED diódy l môže mať rôznu farbu, napr. bielu, červenú s dominantnou vlnovou dĺžkou okolo 625 nm, zelenou s dominantnou vlnovou dĺžkou okolo 525 nm, modrou s dominantnou vlnovou dĺžkou okolo 470 nm, žltou s dominantnou vlnovou dĺžkou okolo 570 nm alebo oranžovou s dominantnou vlnovou dĺžkou okolo 605 nm. Optická os 5 LED(1) pretína fazetovú vonkajšiu plochu 11 fazetovej šošovky 10. Optická os 5 LED diódy 1 je kolmá k čelnému panelu 20 a leží v rovine XY rovnobežnej s horizontálnou rovinou (obr. 4). Fazetová šošovka 10 je zhodná zo skla s indexom lomu okolo 1,5. Fazetová šošovka 10 môže byť aj plastová. V konkrétnom prevedení vnútomá plocha 14 fazetovej šošovky 10 je guľová s polomerom väčším ako 14 mm a jej optická os 15 je vertikálne posunutá pod optickú os 5 LED diódy 1 o viac než 1,2 mm (obr. 3). Vnútomá plocha 14 fazetovej šošovky 10 môže byť hladká, alebo guľová, alebo bikonická.Vonkajšia plocha 11 fazetovej šošovky 10 môže je zložená zo štyroch vertikálnych cylindrických faziet 12 (obr. l) s roztečou t okolo 2 mm a s polomermi menšími ako 5 mm. Rozptylové fazety 12 sú valcové plochy so zvislou osou a/alebo osou mierne naklonenou do 14 stupňov k vertikálnej ose Z. Na každej rozptylovej fazete 12 dochádza k veľkému zväčšeniu najmä horizontálnej rozbiehavosti slnečného svetelného zväzku 50 (obr. 3, 4). Geometricky je vonkajšia plocha 11 fazetovej šošovky 10 ohraničená kružnicou o priemere prechádza os 5 LED diódy 1. Vzdialenosť L na optickej ose 5 medzi vnútomou plochou 14 fazetovej šošovky 10 a protiľahlou vyžarovacou plochou LED diódy 1 je L 7 mm (obr. 3). Tým sa dosiahne, v kombinácii svertikálnym posuvom s 1,2 mm vnútri guľovej plochy 14,premiemutie slnečného svetelného zväzku 50 dopadajúceho do vonkajšej plochy fazetovej šošovky 10 pod uhlom 0. 9 °,pod LED diódou 1. Svetelný zväzok 50 prechádza cez fazetovú šošovku až na vnútomú plochu 14, na ktorej sa láme pod LED diódou 1.Fazetová šošovka 10 je uložená v čelnom paneli 20 v samostatnom gumovom tesnení 21 (obr. l) LED dióda 1 je práve tak uložená samostatnom gumovom tesnení 22 (obr. l, 3), ktoré je prítlačované ñxačnou vložkou 23 k čelnému panelu 20 a fazetovej šošovke 10. Gumové tesnenie 22 LED diódy 1 slúži súčasne aj ako tieniaci tubus, ktorý zabraňuje zobrazenie rušivého slnečného zväzku 50 do optiky susedného svetelného bodu v maticí čelného panelu 20. .le však tiež možné uloženie LED diódy l a fazetovej šošovky 10 v tesnení z jedného kusu. S ohľadom na požadované vlastnosti vystupujúceho svetelného zväzku zo svetelného bodu a dopadajúceho rušivého slnečného svetelného zväzku 50 platí pre konštrukčné princípy optiky svetelného bodu nasledujúci. Úzky svetelný zväzok 40 vystupujúci z LED diódy 1 je cez vnútomú plochu 14 fazetovej šošovky 10 v tesnení zjedného kusu.Vzhľadom na požadované vlastnosti vystupujúceho svetelného zväzku zo svetelného bodu a dopadajúceho rušivého slnečného svetelného zväzku 50 platí pre konštrukčné principy optiky svetelného bodu nasledujúce. Úzky svetelný zväzok 40 vystupujúci z LED diódy 1 je cez vnútomú plochu fazetovej šošovky 10 skoncentrovaný na vonkajšie rozptyľovacie fazety 12, na ktorých dochádza k vytvoreniu požadovanej svietivosti elementu a to tak, že každá vonkajšia rozptylová fazeta 12 vytvára požadovanú celkovú relatívnu svietivosť svetelného bodu maximálne samostatne. Vzájomné osové vzdialenosti LED diódy 1,vnútomé plochy 14 a vonkajšie plochy 11 fazetovej šošovky 10 sú také, aby akékoľvek svetlo dopadajúce do jednodiódoveho dioptrického elementu pod uhlom a 9 ° sa zobrazilo pod LED diódou 1 a svetlo dopadajúce pod uhlom 0. 9 ° sa na vonkajších rozptylových fazetách 12 efektívne rozptýlilo.Svetelné body sa na premenných dopravných značkách a zariadeniach pre prevádzkové informácie zostavujú bud v maticovom usporiadaní alebo v usporiadaní tvaru jednotlivých symbolov.Uvedené príkladné prevedenie neobmedzuje iné alternatívne prevedenie. Sú možné aj iné prevedenia jednodiódového elementu v rámci myšlienky rozsahu patentových nárokov.Jednodiódový dioptrický element vytvára optiku svetelného bodu pre premenné dopravné značky a zariadenia pre prevádzkové informácie v cestnej doprave, železničnej prípadne aj vodnej a leteckej doprave.1. Jednodiódový dioptrický element určený pre jeden svetelný bod pramennej dopravnej značky a/alebo pre zariadenie pre prevádzkové informácie, zahŕňajúce LED diódu (l) ako zdroj svetla a optickú šošovku, pritom LED dióda (1) i šošovka sú uložené v tubuse, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že pre vytvorenie jedného svetelného bodu je pred jednou polovodičovou lumíniscenčnou LED diódou(l) vložená jedna fazetová šošovka (10) vybavená najmenejdvomi rozptyľovacimí fazetami (12) na svojej vonkajšej ploche (l l) odvrátenej od LED diódy (l).2. Jednodiódový dioptrický element podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým,žeLEDdióda(l)má optickú os (5) pretínajúcu fazetovú vonkajšiu plochu (ll) fazetovej šošovky (10).3. Jednodiódový dioptrický element podľa nároku l alebo 2,vyznačujúci sa tým,žekvonkajšej ploche (l l) fazetovej šošovky (10) protiľahle orientovaná vnútomá plocha (14) má optickú os (15) vertikálne posunutú pod optickú os LED diódy (l).4. Jednodiódový dioptrický element podľa nároku 3,vyznačujúci sa tým, že vnútomá plocha5. Jednodiódový dioptrický element podľa nároku 1, 2,3,vyznačujúci sa tým,žerozptyľovaciefazety (12) sú valcové plochy so zvislou osou a/alebo osou mieme naklonenou do 14 stupňov k vertikálnej ose (Z).6. J ednodiódový dioptrický element podľa niektorého z prechádzajúcich nároku l, 2, 3,4, 5, V y z n a č u j ú ci s a t ý m , že fazetová šošovka (10) je v čelnom paneli7. Jednodiódový dioptrický element podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov l, 2, 3, 4, 5, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že LED dióda (1) je uložená v samostatnom tesnení (22).8, Jednodiódový dioptrický element podľa niektorého z nárokov 1,2, 3,4, 5,vyznačujúci sa tým,že LED dióda (l) a fazetová šošovka (lO) sú uložené v tesnení z jedného kusu, 2 výkresy

MPK / Značky

MPK: H01L 33/00, G09F 9/30, G02B 6/42

Značky: jednodiódový, element, dioptrický

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-u4177-jednodiodovy-dioptricky-element.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Jednodiódový dioptrický element</a>

Podobne patenty