PL231325B1

PL231325B1 - Układ optyczny do pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści

Info

Publication number: PL231325B1
Application number: PL415365A
Authority: PL
Inventors: Tadeusz Kryszczyński; Jerzy Mikucki; Dariusz Litwin; Adam CZYŻEWSKI; Adam Czyżewski; Jacek Galas; Stefan Sitarek
Original assignee: Inst Optyki Stosowanej Im Prof Maksymiliana Pluty
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2019-02-28
Also published as: PL415365A1; EP3182188A1

Abstract

Układ optyczny zawiera źródło światła i dwie płasko - wypukłe soczewki pręcikowe (2, 3) o jednakowym przekroju kwadratowym przy podstawie, z których pierwsza (3) ma część czołową w kształcie stożka ściętego o kącie ostrym, a druga (2) jest umieszczona w osi optycznej pomiędzy pierwszą soczewką pręcikową (3) a źródłem światła w postaci trójkolorowej diody luminescencyjnej (1), przy czym podstawa pierwszej soczewki pręcikowej (3) ma sferyczną powierzchnię wypukłą, a druga soczewka pręcikowa (2) ma elipsoidalną powierzchnię wypukłą od strony pierwszej soczewki pręcikowej (3).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ optyczny do pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści, o zwiększonej wydajności świetlnej.

Znane są tablice świetlne o zmiennej treści z ekranem złożonym z soczewek pręcikowych. W tablicach świetlnych o zmiennej treści jako źródło światła wykorzystuje się kolorowe lub białe diody luminescencyjne mocowane do płyty tylnej tablicy w osi soczewek pręcikowych. Światło z pojedynczego piksela znaków drogowych ma stałą a obecnie zmienną barwę.

Z opisu patentowego EP 1179219 znany jest modułowy układ optyczny do znaków drogowych, złożony z soczewek pręcikowych z wypukłą powierzchnią czołową i zespołu diod uszeregowanych w jednakowych odległościach od siebie. Soczewki mają korpus o kwadratowym przekroju poprzecznym i boku równym odległości między diodami. Po osadzeniu w płycie czołowej tworzą modułowy ekran znaku.

Z opisu patentowego EP 2356374 znany jest także układ optyczny tablicy świetlnej wyposażony w soczewki pręcikowe o przekroju poprzecznym w kształcie wielokąta, w szczególności kwadratu, sześciokąta lub ośmiokąta, które na równobocznej podstawie soczewki mają wypukłą część paraboloidalną o obrysie kołowym, a część czołowa ma kształt stożka ściętego o kącie ostrym. Źródłem światła jest jednokolorowa dioda LED, co uniemożliwia zmianę barwy światła wychodzącego z piksela, zaś wypukła część paraboloidalna powoduje słabsze działanie optyczne soczewki przy obrzeżu części czołowej.

Z opisu patentowego EP 2475926 znany jest macierzowy układ optyczny rozsyłu światła, wyposażony w matrycę z diodami LED oraz usytuowane równoległe panele płytowe, wewnętrzny i zewnętrzny, formujące wiązki promieni wysyłanych przez diody LED. W rozwiązaniu tym najmniejszy moduł konstrukcyjny wewnętrznego panelu płytowego ma na powierzchni wejściowej, od strony matrycy z diodami, cztery asferyczne wypukłości o kształcie powierzchni zbliżonym do paraboloidy obrotowej, a zewnętrzny panel płytowy ma powierzchnię wyjściową w postaci sferycznej powierzchni wypukłej.

Dotychczas stosowane układy optyczne pracujące z diodami o małych kątach rozsyłu światła (około 30°), nie nadają się do trójkolorowych diod luminescencyjnych, które mają duży kąt rozsyłu (około 120°), gdyż stopień wykorzystania światła jest zbyt mały. Lepsze wyniki można uzyskać w układach optycznych złożonych z dwóch soczewek pręcikowych o właściwie dobranych parametrach.

Celem wynalazku jest zbudowanie układu optycznego do rozsyłu światła z pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści pozbawionego wad występujących w dotychczas znanych rozwiązaniach.

Układ optyczny do pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści, zawierający źródło światła i dwie płasko-wypukłe soczewki pręcikowe o jednakowym przekroju kwadratowym przy podstawie, z których pierwsza ma część czołową w kształcie stożka ściętego o kącie ostrym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że druga soczewka pręcikowa jest umieszczona w osi optycznej pomiędzy pierwszą soczewką pręcikową a źródłem światła w postaci trójkolorowej diody luminescencyjnej, przy czym podstawa pierwszej soczewki pręcikowej ma sferyczną powierzchnię wypukłą, a druga soczewka pręcikowa ma elipsoidalną powierzchnię wypukłą od strony pierwszej soczewki pręcikowej.

Wzajemnie powiązane stosunki parametrów kształtu soczewek pręcikowych do ogniskowej układu optycznego takie jak: promień wierzchołkowy powierzchni asferycznej promień powierzchni sferycznej, grubości soczewek, średnica obrębu asferycznej powierzchni wypukłej, średnica płaskiej powierzchni kołowej, długość boku przekroju kwadratowego oraz odległość powierzchni płaskiej od trójkolorowej diody luminescencyjnej, są dobrane z korzystnego zakresu następująco:

- stosunek promienia wierzchołkowego R0 powierzchni elipsoidalnej drugiej soczewki pręcikowej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.64 do 0.72, a współczynnik krzywej stożkowej k tej powierzchni jest równy od -0.60 do -0.64;

- stosunek grubości L1 drugiej soczewki pręcikowej po osi optycznej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.84 do 2.00;

- stosunek promienia R powierzchni kulistej pierwszej soczewki pręcikowej do ogniskowej układu optycznego F jest równy od 2.0 do 2.4;

- stosunek grubości L3 pierwszej soczewki pręcikowej po osi optycznej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 2.4 do 3.0;

- stosunek odległości s od powierzchni płaskiej drugiej soczewki pręcikowej do powierzchni świecącej trójkolorowej diody luminescencyjnej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.48 do 0.60;

PL 231 325 B1

- stosunek średnicy D obrębu asferycznej powierzchni wypukłej drugiej soczewki pręcikowej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.75 do 2.15;

- stosunek średnicy d płaskiej powierzchni kołowej pierwszej soczewki pręcikowej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.9 do 1.1;

- stosunek długości boku przekroju kwadratowego q soczewek pręcikowych do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.9 do 2.4.

Dzięki wykorzystaniu trójkolorowej diody luminescencyjnej uzyskano możliwość zmiany barwy światła wychodzącego z piksela z możliwością przejścia na światło białe w wyniku mieszania barw. Dzięki zastosowaniu układu optycznego złożonego z dwóch soczewek pręcikowych o podanych parametrach, uzyskano działanie kolimatorowe układu.

Druga soczewka pręcikowa o powierzchni asferycznej elipsoidalnej i krótkiej ogniskowej umożliwia uzyskanie koncentracji kąta rozsyłu światła diody z całej powierzchni świecącej.

Pierwsza soczewka pręcikowa o powierzchni sferycznej i długiej ogniskowej umożliwia uzyskanie skolimowanej wiązki wychodzącej z jednoczesnym zwiększeniem średnicy tej wiązki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ optyczny do pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści w widoku z boku, a fig. 2 - widok układu optycznego z fig. 1 od strony powierzchni płaskiej pierwszej soczewki.

Układ optyczny przedstawiony na fig. 1 zawiera źródło światła w postaci trójkolorowej diody luminescencyjnej 1 typu LED, oraz dwie płasko-wypukłe soczewki pręcikowe 1,2 o jednakowym przekroju kwadratowym przy podstawie. Pierwsza soczewka pręcikowa 3 ma część czołową w kształcie stożka ściętego o kącie ostrym a jej podstawa ma sferyczną powierzchnię wypukłą. Druga soczewka pręcikowa 2 jest umieszczona w osi optycznej pomiędzy pierwszą soczewką pręcikową 3 a źródłem światła i ma elipsoidalną powierzchnię wypukłą od strony pierwszej soczewki pręcikowej 3.

Obręb asferycznej powierzchni wypukłej drugiej soczewki pręcikowej jest zaznaczony na fig. 2 linią przerywaną.

Wymiary na rysunku oznaczają:

s jest odległością powierzchni płaskiej drugiej soczewki pręcikowej 2 do powierzchni świecącej trójkolorowej diody luminescencyjnej 1;

D jest średnicą obrębu asferycznej powierzchni wypukłej drugiej soczewki pręcikowej 2;

L1 jest grubością drugiej soczewki pręcikowej 2 po osi optycznej;

L2 jest odstępem pomiędzy soczewkami pręcikowymi 2, 3;

L3 jest grubością pierwszej soczewki pręcikowej 3 po osi optycznej;

d jest średnicą płaskiej powierzchni kołowej pierwszej soczewki pręcikowej 3;

q jest długością boku przekroju kwadratowego soczewek pręcikowych 2, 3.

Współczynnik załamania nd materiału obu soczewek pręcikowych 2, 3 jest równy 1.5277 a jego liczba Abbego vd jest równa 56.

Ogniskowa F układu optycznego jest równa 5.58 mm. Promień wierzchołkowy R0 powierzchni asferycznej jest równy najkorzystniej 3.8 mm z korzystnego zakresu stosunku promienia wierzchołkowego do układu optycznego F drugiej soczewki pręcikowej 2 od 64 do 0.72.

Współczynnik krzywej stożkowej k (elipsoidy) jest równy -0.62 z korzystnego zakresu od -0.60 do -0.64.

Zarys kształtu powierzchni asferycznej drugiej soczewki pręcikowej 2 podaje następujący wzór:

|x| =------ ^y ——

So(l+ jl- (1 + O@²) gdzie: y jest współrzędną poprzeczną z zakresu od 0 do 5.4 x jest współrzędną podłużną k jest współczynnikiem krzywej stożkowej.

Grubość L1 drugiej soczewki pręcikowej 2 po osi optycznej jest równa najkorzystniej 10.7 mm z korzystnego zakresu stosunku grubości L1 do ogniskowej F układu optycznego od 1.84 do 2.0. Grubości L3 soczewki pręcikowej 3 po osi optycznej jest równa najkorzystniej 15.0 mm z korzystnego zakresu stosunku grubości L3 do ogniskowej F układu optycznego od 2.4 do 3.0.

PL 231 325 B1

Odległość s od powierzchni płaskiej drugiej soczewki pręcikowej 2 do powierzchni świecącej trójkolorowej diody luminescencyjnej 1 jest równa najkorzystniej 3.0 mm z korzystnego zakresu stosunku odległości s do ogniskowej F układu optycznego od 0.48 do 0.60.

Średnica D obrębu asferycznej powierzchni wypukłej soczewki pręcikowej 2 jest równa najk orzystniej 10.8 mm z korzystnego zakresu stosunku średnicy D do ogniskowej F układu optycznego 1.75 do 2.15.

Średnica d płaskiej powierzchni kołowej soczewki pręcikowej 3 jest równa najkorzystniej 5.5 mm z korzystnego zakresu stosunku średnicy d do ogniskowej F układu optycznego od 0.9 do 1.1.

Długość boku przekroju kwadratowego q układu optycznego jest równa najkorzystniej 12.0 mm z korzystnego zakresu stosunku długości boku kwadratowego q do ogniskowej F układu optycznego od 1.9 do 2.4.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ optyczny do pojedynczego piksela tablicy znaków drogowych o zmiennej treści, zawierający źródło światła i dwie płasko-wypukłe soczewki pręcikowe o jednakowym przekroju kwadratowym przy podstawie, z których pierwsza ma część czołową w kształcie stożka ściętego o kącie ostrym, znamienny tym, że druga soczewka pręcikowa (2) jest umieszczona w osi optycznej pomiędzy pierwszą soczewką pręcikową (3) a źródłem światła w postaci trójkolorowej diody luminescencyjnej (1), przy czym podstawa pierwszej soczewki pręcikowej (3) ma sferyczną powierzchnię wypukłą, a druga soczewka pręcikowa (2) ma elipsoidalną powierzchnię wypukłą od strony pierwszej soczewki pręcikowej (3).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek promienia wierzchołkowego R0 powierzchni elipsoidalnej drugiej soczewki pręcikowej (2) do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.64 do 0.72, a współczynnik krzywej stożkowej k tej powierzchni jest równy od -0.60 do -0.64.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek grubości L1 drugiej soczewki pręcikowej (2) po osi optycznej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.84 do 2.00.
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek promienia R powierzchni kulistej pierwszej soczewki pręcikowej (3) do ogniskowej układu optycznego F jest równy od 2.0 do 2.4
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek grubości L3 pierwszej soczewki pręcikowej (3) po osi optycznej do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 2.4 do 3.0.
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek odległości s od powierzchni płaskiej drugiej soczewki pręcikowej (2) do powierzchni świecącej trójkolorowej diody luminescencyjnej (1) do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.48 do 0.60.
7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek średnicy D obrębu powierzchni wypukłej drugiej soczewki pręcikowej (2) do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.75 do 2.15.
8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek średnicy d płaskiej powierzchni kołowej pierwszej soczewki pręcikowej (3) do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 0.9 do 1.1.
9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek długości boku przekroju kwadratowego q soczewek pręcikowych (3, 2) do ogniskowej F układu optycznego jest równy od 1.9 do 2.4.