DE2001087A1 - Device for attaching the phantom light effect to light signals - Google Patents
Device for attaching the phantom light effect to light signalsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Beseitigen des Phantomlichteffektes bei Lichtsignalen, insbesondere bei Straßenverkehrssignalen und Signallaternen des Eisenbahnsicherungswesens.The invention relates to a device for eliminating the phantom light effect in light signals, in particular in the case of road traffic signals and signal lanterns of the railway safety system.
Unter dem Begriff "Phantomlichteffekt" ist folgender Vorgang zu verstehen: Von außen her auf die Signallaterne fallendes Fremdlicht wird innerhalb der Signallaterne reflektiert, passiert die Lichtaustrittsöffnung des Signales wieder in umgekehrter Richtung und kann von einem Beobachter als farbiger Signalbegriff wahrgenommen werden. Dieser Effekt ist unerwünscht und führt bei abgeschaltetem Signalbild zu Irreführungen und Gefährdungen, weil ein Signalbild vorgetäuscht wird, das in Wirklichkeit nicht existiert. Besonders kritisch ist das etwa in Richtung der optischen Achse einer Signallaterne einfallende Fremdlicht, beispielsweise die Strahlen der tiefstehenden Sonne oder des Lichtes von Fahrzeugscheinwerfern, weil dieses Licht die Signallaterne auch etwa wieder in Richtung ihrer optischen Achse verlässt und damit das für einen Beobachter infolge des Phantomlichteffektes erkennbare Signalbild gut sichtbar macht. Eine Signallaterne wird als phantomfrei bezeichnet, wenn von außen her einfallende Lichtstrahlen die Lichtaustrittsöffnung des Signales bei abgeschaltetem Signalbild entgegen ihrer Einfallsrichtung nicht wieder passieren können. Die Bemühungen der Hersteller von Lichtsignalen gehen daher dahin, möglichst phantomfreie Signallaternen zu schaffen.The term "phantom light effect" is understood to mean the following process: External light falling onto the signal lantern from outside is reflected inside the signal lantern, passes the light exit opening of the signal in the opposite direction and can be perceived by an observer as a colored signal. This effect is undesirable and leads to misleading and hazards when the signal image is switched off, because a signal image is simulated that does not actually exist. The external light incident in the direction of the optical axis of a signal lantern, for example the rays of the low-lying sun or the light from vehicle headlights, is particularly critical because this light also leaves the signal lantern again in the direction of its optical axis and thus for an observer as a result of the phantom light effect makes recognizable signal image clearly visible. A signal lantern is called phantom-free if light rays incident from the outside cannot pass the light exit opening of the signal against their direction of incidence when the signal image is switched off. The efforts of the manufacturers of light signals are therefore aimed at creating signal lanterns that are as phantom-free as possible.
Um dies zu erreichen, ist mehrfach vorgeschlagen worden, durch besondere Formgebung der Signalabschlußscheiben der Signale das von außen her auf die Signallaterne auftreffende Licht der Signalabschlußscheibe in eine dem Beobachter abgekehrte Richtung abzulenken. Dabei ergab sich aber bestenfalls eine Verminderung, jedoch keine Beseitigung des Phantomlichteffektes. Darüber hinaus wurde aber auch in den meisten Fällen das von der Lichtquelle der Signallaterne ausgesandte Licht mehr oder weniger stark abgelenkt und damit die an der Lichtaustrittsöffnung der Signallaterne in Beobachtungsrichtung verfügbare Lichtausbeute verringert.In order to achieve this, it has been proposed several times to divert the light of the signal cover disk incident from the outside onto the signal lantern in a direction facing away from the observer by means of a special shape of the signal cover disks. At best, this resulted in a reduction, but not an elimination of the phantom light effect. In addition, in most cases, the light emitted by the light source of the signal lantern was deflected to a greater or lesser extent and thus the light yield available at the light exit opening of the signal lantern in the observation direction was reduced.
Um diesen Mangel zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, (DRP 559.343 und DRP 740.588), vor bzw. in den Signallaternen bedarfsweise schwenkbare farbige bzw. lichtundurchlässige Blenden anzuordnen, die so ausgebildet sind, daß an der Lichtaustrittsöffnung der Signallaternen nur das jeweils gewünschte Signalbild erscheint und alle nicht gewünschten Signalbilder durch eine lichtundurchlässige Blende abgedeckt sind. Diese als Relaissignale bezeichneten Lichtsignale haben jedoch den Nachteil, daß die Blenden bewegt werden müssen und dadurch einem gewissen Verschleiß unterliegen und daß zum Bewegen der Blenden gesondert ansteuerbare Einrichtungen vorgesehen sein müssen.In order to remedy this deficiency, it has been proposed (DRP 559.343 and DRP 740.588) to arrange, if necessary, swiveling colored or opaque screens in front of or in the signal lanterns, which are designed so that only the desired signal image appears at the light exit opening of the signal lanterns and all unwanted signal images are covered by an opaque screen. These light signals, referred to as relay signals, have the disadvantage, however, that the diaphragms have to be moved and are therefore subject to a certain amount of wear, and that separately controllable devices must be provided for moving the diaphragms.
Es ist ferner bereits bekannt (DRP
<NichtLesbar>
It is also already known (DRP
<notreadable>
274), als Blende einen die gesamte Lichtaustrittsöffnung eines Signales einnehmenden lichtdurchlässigen Hohlkörper zu verwenden, dessen Hohlraum bedarfsweise mit einer Flüssigkeit der jeweils gewünschten Farbe auffüllbar ist. Das Auffüllen des Hohlkörpers mit der farbigen Flüssigkeit erfolgt durch Ausdehnung eines durch einen Heizkörper erhitzten Gases. Bei einer derartigen Anordnung sind zwar keine dem Verschleiß unterliegenden beweglichen Teile mehr erforderlich; das Auffüllen und Leeren des Hohlkörpers mit bzw. von der Flüssigkeit macht jedoch einen schlagartigen Signalwechsel unmöglich und erfordert eine ständige Überwachung der signaleigenen274) to use a light-permeable hollow body that occupies the entire light exit opening of a signal as a diaphragm, the hollow space of which can, if necessary, be filled with a liquid of the respectively desired color. The hollow body is filled with the colored liquid by expanding a gas heated by a heating element. With such an arrangement, moving parts subject to wear are no longer required; however, the filling and emptying of the hollow body with or from the liquid makes a sudden signal change impossible and requires constant monitoring of the signal's own
Heizeinrichtung.Heating device.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und eine möglichst wartungs- und phantomfreie Signallaterne zu schaffen.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages indicated and to create a signal lantern that is as maintenance-free and phantom-free as possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe macht sich die Erfindung die in jüngster Zeit bei Versuchen mit Flüssigkristallen gewonnenen Erkenntnisse zunutze, daß unter bestimmten Voraussetzungen lichtdurchlässige Medien schlagartig lichtundurchlässig werden und umgekehrt.To solve this problem, the invention makes use of the knowledge gained recently in experiments with liquid crystals that, under certain conditions, light-permeable media suddenly become opaque and vice versa.
Die Erfindung schlägt daher vor, im Strahlengang des von außen her die Lichtaustrittsöffnung des Signales passierenden Fremdlichtes einen lichtdurchlässigen, mit Flüssigkristallen gefüllten Hohlkörper vorzusehen, der im Bereich eines bedarfsweise anschaltbaren elektrischen oder magnetischen Feldes angeordnet ist.The invention therefore proposes providing a translucent hollow body filled with liquid crystals in the beam path of the external light passing through the light exit opening of the signal, which is arranged in the area of an electrical or magnetic field that can be switched on if necessary.
Durch An- bzw. Abschalten des Feldes wird der von den Flüssigkristallen gefüllte Hohlkörper schlagartig entweder lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig. Die von außen her in die Signallaterne einfallenden Lichtstrahlen werden bei abgeschaltetem Signalbild an dem lichtundurchlässig geschalteten Hohlkörper absorbiert. Zweckmäßigerweise ist der Hohlkörper vom Betrachter aus gesehen vor dem Farbfilter angeordnet, so daß dieser bei abgeschaltetem Signalbild nicht mehr von außen her beleuchtet werden kann.By switching the field on or off, the hollow body filled by the liquid crystals suddenly becomes either translucent or opaque. When the signal image is switched off, the light beams entering the signal lantern from the outside are absorbed by the hollow body which is switched to be opaque. The hollow body is expediently arranged in front of the color filter, as seen from the viewer, so that it can no longer be illuminated from the outside when the signal image is switched off.
Flüssigkristalle sind organische Verbindungen, die äußerlich Flüssigkeiten gleichen, sich aber optisch in einem bestimmten Temperaturbereich wie Kristalle verhalten. Allen Flüssigkristallen ist eine nadelförmige Struktur gemeinsam. Man unterscheidet drei Erscheinungsformen, die sich in der Lage der Nadelmoleküle zueinander unterscheiden: Nematisch, smektisch und cholestrisch. Bei den nematischen Flüssigkristallen liegen die Kristalle wie Fäden durcheinander, jedoch in ihren Längsachsen parallel ausgerichtet; ihre Anordnung ist eindimensional. Anders dagegen der smektischeLiquid crystals are organic compounds that look like liquids but behave like crystals in a certain temperature range. All liquid crystals have a needle-shaped structure in common. A distinction is made between three manifestations, which differ in the position of the needle molecules to one another: nematic, smectic and cholesteric. In the case of nematic liquid crystals, the crystals are jumbled together like threads, but aligned parallel in their longitudinal axes; their arrangement is one-dimensional. The smectic one is different
Zustand; hier besteht eine zweidimensionale Anordnung: Die Kristalle sind parallel nebeneinander in mehreren Schichten aufgereiht. Zwar können die Einzelelemente frei gegeneinander verschoben werden, sie bleiben aber in ihrer Ebene parallel. Die cholestrischen Kristalle sind in Schichten gestapelt, die sich gegeneinander verdrehen wie die Stufen einer Wendeltreppe.State; here there is a two-dimensional arrangement: the crystals are lined up parallel to each other in several layers. Although the individual elements can be moved freely against each other, they remain parallel in their plane. The cholesteric crystals are stacked in layers that twist against each other like the steps of a spiral staircase.
Nematische Verbindungen beispielsweise werden von elektrischen oder magnetischen Feldern gleichermaßen ausgerichtet. Nematische Flüssigkristalle, die bei abgeschaltetem Feld völlig durchsichtig sind, werden unter Einwirkung des Feldes milchig weiß. Schaltet man das Feld ab, geht die Flüssigkeit schlagartig wieder in ihren ursprünglichen durchsichtigen Zustand über. Ähnlich verhalten sich smektische und cholestrische Flüssigkristalle; auch sie werden beim Anlegen bzw. Abschalten eines Feldes schlagartig undurchsichtig bzw. durchsichtig.Nematic compounds, for example, are aligned equally by electric or magnetic fields. Nematic liquid crystals, which are completely transparent when the field is switched off, turn milky white under the action of the field. If you switch off the field, the liquid suddenly returns to its original transparent state. Smectic and cholesteric liquid crystals behave in a similar way; they too suddenly become opaque or transparent when a field is created or switched off.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Signallaterne mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Beseitigen des Phantomlichteffektes.Fig. 1 shows schematically a signal lantern with the device according to the invention for eliminating the phantom light effect.
Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch eine mit einem Reflektor ausgerüstete Signallaterne, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung anders als in Fig. 1 ausgebildet ist.FIG. 2 likewise shows schematically a signal lantern equipped with a reflector, in which the device according to the invention is designed differently than in FIG. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Signallaterne besteht aus einer Lichtquelle 1, einem Farbfilter 2, einer Sammellinse 3 und einer Signalabschlußscheibe 4. Die von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahlen 5 und 6 passieren das Farbfilter 2, werden in der Sammellinse 3 gebrochen und passieren dann die Signalabschlußscheibe 4 in Richtung auf den Beobachter. Von außen her durch die Lichtaustrittsöffnung in die Signallaterne einfallendes Fremdlicht, das innerhalb der Signallaterne reflektiert wird, kann den sogenannten Phantomlichteffekt auslösen. Um dies zu vermeiden, ist zwischenThe signal lantern shown in Fig. 1 consists of a light source 1, a color filter 2, a converging lens 3 and a signal cover plate 4. The light rays 5 and 6 emitted by the light source 1 pass the color filter 2, are refracted in the converging lens 3 and then pass through Signal cover plate 4 in the direction of the observer. External light entering the signal lantern from outside through the light exit opening, which is reflected inside the signal lantern, can trigger the so-called phantom light effect. To avoid this, is between
Sammellinse 3 und Signalabschlußscheibe 4, vom Beobachter aus gesehen also vor dem Farbfilter 2, die erfindungsgemäße Einrichtung zur Beseitigung des Phantomlichteffektes eingebaut. Diese Einrichtung besteht aus einem Hohlkörper 7, der aus zwei lichtdurchlässigen Platten gebildet ist, die entlang ihres Umfanges miteinander verbunden sind und einen Hohlraum sehr geringen Volumens zur Aufnahme der Flüssigkristalle bilden. Der Abstand der Platten voneinander kann beispielsweise einige µm betragen. Die Platten sind mit einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Film, z.B. Zinkoxid, beschichtet. Über Zuleitungen 8 und 9 können diese elektrisch leitenden Filme an unterschiedliches Potential angeschaltet werden. Dies ist dann der Fall, wenn das Signalbild angeschaltet wird. Bei angeschaltetem Signalbild passieren die von der Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlen das Farbfilter und die Sammellinse, durchdringen dann den Hohlkörper 7 mit den lichtdurchlässigen Flüssigkristallen und verlassen die Signallaterne über die Signalabschlußscheibe.Collecting lens 3 and signal cover plate 4, seen by the observer in front of the color filter 2, the device according to the invention for eliminating the phantom light effect is installed. This device consists of a hollow body 7 which is formed from two transparent plates which are connected to one another along their circumference and form a cavity of very small volume for receiving the liquid crystals. The distance between the plates can be a few μm, for example. The plates are coated with a transparent, electrically conductive film, e.g. zinc oxide. These electrically conductive films can be connected to different potentials via leads 8 and 9. This is the case when the signal aspect is switched on. When the signal image is switched on, the rays emanating from the light source 1 pass the color filter and the converging lens, then penetrate the hollow body 7 with the transparent liquid crystals and leave the signal lantern via the signal cover plate.
Wird das Signalbild abgeschaltet, so werden die elektrisch leitenden Filme des Hohlkörpers 7 über die Zuleitungen 8 und 9 an unterschiedliches Potential geschaltet und die Flüssigkristalle gehen schlagartig in den lichtundurchlässigen Zustand über. Alle von außen her die Signalabschlußscheibe der Signallaterne passierenden Lichtstrahlen werden nun an dem Hohlkörper 7 absorbiert; der gefürchtete Phantomlichteffekt tritt nicht mehr auf. Der Absorbtionsvorgang ist um so ausgeprägter, je mehr Fremdlicht auf die Signallaterne einwirkt.If the signal image is switched off, the electrically conductive films of the hollow body 7 are switched to different potentials via the leads 8 and 9, and the liquid crystals suddenly change to the opaque state. All light rays passing through the signal cover plate of the signal lantern from the outside are now absorbed on the hollow body 7; the dreaded phantom light effect no longer occurs. The absorption process is more pronounced, the more extraneous light acts on the signal lantern.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine mit einem Reflektor ausgerüstete Signallaterne. Derartige Signallaternen sind in verstärktem Maße phantomlichtgefährdet, weil nahezu sämtliches in die Signallaterne einfallendes Fremdlicht am Reflektor zurückgeworfen wird und die Signallaterne wieder verläßt. Aus diesem Grunde war es bisher auch nicht möglich, phantomfreie Signallaternen zu schaffen, die außer einer Sammellinse auch einen Reflektor besaßen. Bei derartigen Signallaternen war der Phantomlichteffekt so stark ausgeprägt, daß ihr Einsatz wegen der damit verbundenen Betriebsgefährdung nicht in Erwägung gezogen werden durfte.Fig. 2 shows a further embodiment of a signal lantern equipped with a reflector. Such signal lanterns are more threatened by phantom light because almost all of the extraneous light that falls into the signal lantern is reflected back at the reflector and leaves the signal lantern again. For this reason it was not possible to use phantom-free signal lanterns create, which in addition to a converging lens also had a reflector. The phantom light effect was so pronounced in such signal lanterns that their use could not be considered because of the associated operational hazard.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es jedoch möglich, phantomfreie Signallaternen zu bauen, die sowohl eine Sammellinse als auch einen Reflektor besitzen. Eine derartige Signallaterne ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Signallaterne besteht aus einer Lichtquelle 1, einem Reflektor 17, einem Farbfilter 2, einer nicht dargestellten Sammellinse und dem erfindungsgemäßen Hohlkörper 7. Die bei angeschaltetem Signalbegriff von der Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlen 11 bis 14 werden entweder über das Farbfilter 2 direkt abgestrahlt oder am Reflektor 17 zurückgeworfen und passieren dann erst das Farbfilter. Von außen her in die Signallaterne einfallende Strahlen, die in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt sind, werden in jedem Falle bei abgeschaltetem Signalbild durch die lichtundurchlässigen Flüssigkristalle des Hohlkörpers 7 absorbiert. In der Zeichnung sind diese Strahlen mit 15 und 16 bezeichnet.When using the device according to the invention, however, it is possible to build phantom-free signal lanterns which have both a converging lens and a reflector. Such a signal lantern is shown in FIG. This signal lantern consists of a light source 1, a reflector 17, a color filter 2, a collecting lens (not shown) and the hollow body 7 according to the invention. The rays 11 to 14 emanating from the light source 1 when the signal aspect is switched on are either emitted directly via the color filter 2 or at the reflector 17 thrown back and only then pass the color filter. Rays incident from outside into the signal lantern, which are shown in phantom in FIG. 2, are absorbed by the opaque liquid crystals of the hollow body 7 when the signal image is switched off. In the drawing, these rays are denoted by 15 and 16.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den mit Flüssigkristallen gefüllten Hohlkörper 7 zwischen Lichtquelle und Sammellinse anzuordnen, wenn dafür Sorge getragen ist, daß das Farbfilter vom Beobachter aus gesehen nicht vor dem Hohlkörper liegt. Daher ist es auch möglich, den Hohlkörper gleichzeitig als Farbfilter und/oder wie Signalabschlußscheibe zu verwenden. In diesem Falle müsste dann die der Lichtquelle zugewandte Seite des Hohlkörpers entsprechend eingefärbt sein. Wichtig ist in jedem Falle, daß der Hohlkörper so angeordnet ist, daß sämtliches oder zumindest der überwiegende Teil des in der Signallaterne reflektierten Fremdlichtes ihn durchlaufen muß, bevor er die Signallaterne wieder verlassen kann.The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments. For example, it is possible to arrange the hollow body 7 filled with liquid crystals between the light source and the converging lens if care is taken that the color filter does not lie in front of the hollow body as seen by the observer. It is therefore also possible to use the hollow body as a color filter and / or as a signal cover plate at the same time. In this case, the side of the hollow body facing the light source would have to be colored accordingly. It is important in any case that the hollow body is arranged in such a way that all or at least the major part of the extraneous light reflected in the signal lantern must pass through it before it can leave the signal lantern again.
Der Hohlkörper braucht dabei nicht in jedem Falle die gesamte Lichtaustrittsöffnung einnehmen, sondern gegebenenfalls nur einen Teil davon, wenn sichergestellt ist, daß die von außen einfallenden, am Hohlkörper vorbeigehenden Strahlen hinter dem Hohlkörper vom Reflektor so abgelenkt werden, daß sie auf die Rückseite des Hohlkörpers auftreffen und dort absorbiert werden.The hollow body does not have to occupy the entire light exit opening in any case, but only part of it if it is ensured that the rays coming from outside and passing the hollow body are deflected behind the hollow body by the reflector so that they hit the back of the hollow body impinge and be absorbed there.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |