DE3523062A1 - Selbstleuchtender lichtsignalgeber und verwendung desselben in einer lichtsignalgeberanordnung - Google Patents

Selbstleuchtender lichtsignalgeber und verwendung desselben in einer lichtsignalgeberanordnung

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    • Y02B20/72—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps in street lighting

Description

BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstleuchtenden Lichtsignalgeber und eine Lichtsignalgeberanordnung, in der eine Mehrzahl von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern vorgesehen ist, von denen jeder unter Verwendung von Solarzellen als Stromversorgungsquelle eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden aufflackern bzw. -blinken läßt, damit die Aufmerksamkeit eines Fahrers, insbesondere des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, erregt wird.
Nach dem Stande der Technik werden selbstleuchtende Lichtsignalgeber, die zum Anzeigen von Straßenbanketten und zum Führen der Augen eines Fahrers bei Zickzackkursen installiert werden, mit kommerziellen Stromversorgungseinrichtungen oder Trockenbatterien mit Strom versorgt. Wenn sie auf Straßen benutzt werden, auf denen es unmöglich ist, die kommerzielle Stromversorgung zu benutzen, dann erfordern sie eine lästige und mühsame Wartung, wie beispielsweise einen periodischen Austausch von Trockenbatterien. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein selbstleuchtender Lichtsignalgeber vorgeschlagen, der mit Solarzellen arbeitet (siehe die vorläufige japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 52-95389, die vorläufige japanische Patentveröffentlichung 52-89081 und die vorläufige japanische Patentveröffentlichung 52-89082).
Der selbstleuchtende Lichtsignalgeber verwendet Solarzellen als Stromversorgungsquelle für lichtemittierende Dioden und als ein Mittel zur Detektion der Grundhelligkeit des umgebenden Gebiets, so daß die detektierten Signale die lichtemittierenden Dioden ein- oder ausschalten können. Das bedeutet, daß die Ausgangsspannung der Solarzellen in ein Signal umgewandelt wird. Genauer gesagt wird die Ausgangsleistung dazu benutzt, eine Batterie zu laden, wenn die Aus-
gangsspannung der Solarzellen zur Tageszeit hoch ist. Wenn dagegen die Ausgangsspannung nach dem Sonnenuntergang unter ein gewisses Niveau abfällt, wird die Batterie entladen, so daß die lichtemittierenden Dioden aufleuchten oder blinken (nachstehend wird der Ausdruck "blinken" verwendet). Wenn die Ausgangsspannung der Solarzellen nach dem Sonnenaufgang über ein gewisses Niveau ansteigt, wird die Batterieentladung gestoppt,und die Ausgangsleistung der Solarzellen wird wieder zum Aufladen der Batterie benutzt.
In der Praxis wird gewöhnlich eine Mehrzahl von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern in gleichen Abständen dort installiert, wo Straßenbiegungen sind oder dort, wo häufig Verkehrsunfälle auftreten. Diese Lichtsignalgeber haben insbesondere die nachstehend angegebenen Nachteile. Wenn einer der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber im Schatten eines Hindernisses, wie beispielsweise eines Baums, installiert wird, beginnt zunächst nur dieser Lichtsignalgeber zu blinken. Selbst wenn die Blinkperiode von jedem Lichtsignalgeber auf einen gewissen Wert eingestellt wird, haben nicht alle Lichtsignalgeber den gleichen Zyklus. Infolgedessen blinken die Lichtsignalgeber mit statistischen Zyklen bzw. mit zufälligen Zyklen, wenn man die gesamte Reihe betrachtet. Das hat zur folge, daß die Lichtsignalgeber keine angemessene Verkehrsinformation liefern können und daß die Fahrer verwirrt werden.
Kurz zusammengefaßt sollen infolgedessen mit der vorliegenden Erfindung ein selbstleuchtender Lichtsignalgeber und eine Lichtsignalgeberanordnung zur Verfügung gestellt werden, welche die obigen Nachteile nicht haben, wenn eine Mehrzahl solcher Signalgeber installiert ist, um eine Reihe einer Augen- bzw. Blickführung, eines Verkehrszeichen eines anderen Zeichens entlang eines Banketts einer Straße zu bilden, d.h., daß die Anordnung in Koordination bzw. Aufeinanderabstimmung miteinander bzw. der einzelnen Lichtsignalgeber untereinander blinken können soll, so daß eine
angemessene Verkehrsinformation an Fahrer abgegeben wird, wobei gleichzeitig der äußerste Vorteil der Verwendung von Solarzellen als Stromversorgungsquelle beibehalten werden soll, d.h. leichte Installation, insbesondere ohne die Notwendigkeit von Verdrahtungsarbeit für kommerzielle Stromversorgung.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Aufbaus gelöst, der eine Mehrzahl von zum Blinken bringbaren lichtemittierenden Dioden umfaßt, die mit einer transparenten Abdeckung auf der Zeichen- bzw. Signaloberfläche des Lichtsignalgebergehäuses abgedeckt sind, wobei ein Solarzellenmodul bzw. -baustein auf der Oberseite des Lichtsignalgebergehäuses vorgesehen und mit einer transparenten Abdeckung abgedeckt ist und wobei ferner eine Einrichtung zum Übertragen und/oder eine Einrichtung zum Empfangen eines Signals zum Steuern der lichtemittierenden Dioden derart, daß sie blinken, vorgesehen ist.
Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 10 der Zeichnung anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert; es zeigen:
25
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines selbstleuchtenden Lichtsignalgebers nach der vorliegenden Erfindung;
Figur2(a) ein Blockschaltbild eines selbstleuchtenden Lichtsignalgebers, der als Hauptstation einer Anordnung von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern nach der vorliegenden Erfindung funktioniert;
Figur 2(b) ein Blockschaltbild eines selbstleuchtenden Lichtsignalgebers, der als ein Relaislichtsignalgeber
bzw. als eine Relaisstation in einer Anordnung aus selbstleuchtenden Lichtsignalgebern nach der Erfindung funktioniert;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus selbstleuchtenden Lichtsignalgebern nach der Erfindung;
Figuren 4 bis 10 extensiv modifizierte Ausführungsformen des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers nach der
vorliegenden Erfindung; und zwar
Figur 4 die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der vergangenen Zeit bei einem Solarzellenmodul bzw. -baustein, der mit einer transparenten oval-hemi
sphärischen Abdeckung abgedeckt ist, wie auch für einen Solarzellenmodul bzw -baustein, der nicht abgedeckt ist;
Figur 5 die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der Beleuchtungsstärke bzw. -dichte des Sonnenlichts für den Solarzellenmodul bzw. -baustein im bedeckten wie auch im nichtbedeckten Zustand;
Figur 6 das zunehmende Verhältnis des Prozentsatzes an Ausgangsstrom des Solarzellenmoduls bzw. -bausteins, der bedeckt ist gegenüber demjenigen, der nicht bedeckt ist;
Figur 7 einen Vertikalschnitt, der eine andere abgewandelte Ausführungsform einer transparenten Abdeckung für den Solarzellenmodul bzw. -baustein veranschaulicht;
Figur 8 eine Veranschaulichung der Funktion der in Figur 7 dargestellten abgewandelten Ausführungsform;
- ίο -
Figur 9 eine Vertikalschnittansicht einer abgewandelten Ausfuhrungsform der transparenten Abdeckung für lichtemittierenden Dioden; und
Figur 10 eine Veranschaulichung der Funktion der in Figur 9 dargestellten abgewandelten Ausführungsform.
Es sei nun eine in nähere Einzelheiten gehende Beschreibung der Erfindung gegeben und hierzu zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, wonach der selbstleuchtende Lichtsignalgeber 1 nach der vorliegenden Erfindung vor allem aus einer Solarzellenbaueinheit 2, einer transparenten Abdeckung 3 (Zellengehäuse) , lichtemittierenden Dioden 4 und einem Lichtsignalgebergehäuse 5 (das nachstehend auch als "Hauptteilgehäuse" bezeichnet ist) zusammengesetzt ist.
Die Solarzellenbaueinheit 2, die aus kristallinem Silizium, amorphem Silizium, GaAs und/oder makromolekularem Halbleiter etc. hergestellt ist, liefert elektrischen Strom an die lichtemittierenden Dioden 4, indem sie Elektrizität erzeugt, wenn sie Licht ausgesetzt ist, das eine höhere Intensität als ein gewisses Niveau hat.
Die transparente Abdeckung 3, die aus transparentem Harz bzw. Kunststoff hergestellt ist und eine Form von nahezu einer ovalen Hemisphäre bzw. Halbkugel hat, dient dazu, die Solarzellenbaueinheit 2 gegen freie Luft bzw. die offene Atmosphäre zu schützen und das Sonnenlicht in der Solarzellenbaueinheit 2 leistungsfähig zu konzentrieren.
Die lichtemittierenden Dioden 4 werden mittels einer weiter unten beschriebenen Blockschaltung so gesteuert, daß sie zur Nachtzeit oder dann, wenn die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts niedrig ist, blinken.
Das Hauptteilgehäuse 5 dient dazu, die transparente Abdekkung 3, eine vordere Abdeckung 6 und einen Reflektor 7, die
weiter unten beschrieben sind, zu befestigen. Das Hauptteilgehäuse 5 dient außerdem dazu, die internen elektrischen Schaltungen und eine sekundäre Batterie zu schützen. Zu diesem Zweck ist das Hauptteilgehäuse vorzugsweise aus einem Polycarbonatharz hergestellt, das eine überragende Wetterbeständigkeit und Stoßfestigkeit hat.
Auf der Oberseite des Hauptteilgehäuses 5 ist die Solarzellenbaueinheit 2 angebracht. Auf dieser Solarzellenbaueinheit 2 ist transparentes Harz bzw. transparenter Kunststoff, wie beispielsweise EVA (Ethylen-phenylacetat-copolymeres) oder Siliconharz gefüllt, um den Solarzellenbaustein 2 zu schützen. Auf der Oberseite des transparenten Harzes bzw. Kunststoffs ist die transparente Abdeckung 3 angebracht. Die Ausgangsleistung der Solarzellenbaueinheit 2 wird der elektronischen Steuerschaltung und der sekundären Batterie durch Drähte (nicht gezeigt) zugeführt. Eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden 4 ist auf der gedruckten Schaltungskarte bzw. -platte 23 innerhalb des Hauptteilgehäuses 3 der- art installiert, daß die Dioden 4 in gleichen Abständen längs eines Kreises außerhalb des Reflektors 7 angeordnet sind und von der vorderen Oberfläche des Hauptteilgehäuses vorstehen. Außerdem ist die transparente Vorderabdeckung 6 an dem Hauptteilgehäuse 5 angebracht, so daß dadurch die lichtemittierenden Dioden 4 bedeckt sind. Diese transparente Vorderabdeckung 6 verhindert es vollständig, daß Feuchtigkeit in die vorstehenden Abschnitte der lichtemittierenden Dioden 4 und in das Hauptteilgehäuse 5 eindringt.
In der Mitte des Kreises, längs dessen die lichtemittierenden Dioden 4 vorgesehen sind, ist ein Retroreflexions-Reflektor 7 bzw. ein zurückreflektierender Reflektor 7 konzentrisch zu den lichtemittierenden Dioden 4 vorgesehen, so daß der selbstleuchtende Lichtsignalgeber 1 leichter bemerkt werden kann. Mit 10 ist ein Anbringungsteil bezeichnet, das
dazu dient, das Hauptteilgehäuse auf einem Trägerpfosten 11 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 12, wie beispielsweise Schrauben, zu installieren. Auf der äußeren Oberfläche des Hauptteilgehäuses 5 ist eine Sendeeinrichtung 8 vorgesehen, die dazu dient, ein Steuersignal für das synchrone Blinken zu dem benachbarten selbstleuchtenden Lichtsignalgeber 1 zu senden. Eine Empfangseinrichtung 9 ist außerdem auf der äußeren Oberfläche des Hauptteilgehäuses 5 vorgesehen, die dazu dient, das Steuersignal für synchrones Blinken von einem selbstleuchtenden Lichtsignalgeber 1 zu empfangen, der vorausinstalliert ist. Die Sende- und Empfangseinrichtung 8 bzw. 9 weist eine Kombination aus einer Infrarot-LED (lichtemittierenden Diode) und einem Photosensor, wie beispielsweise einer Photodiode, auf oder Antennen zum Senden und Empfangen eines frequenzmodulierten Signals, also insbesondere eines frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals.
Die Figur 3 veranschaulicht eine selbstleuchtende Lichtsignalgeberanordnung, in der eine Mehrzahl der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber 1 in gleichen Abständen längs eines Straßenführungsgeländers bzw. längs einer Straßenführungsplanke installiert ist. Im einzelnen ist eine Mehrzahl der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber 1 in gleichen Abständen zusammen mit einem Führungsgeländer G bzw. einer Führungsplanke G, das bzw. die entlang eines gekrümmten Banketts einer Schnellstraße R installiert ist, vorgesehen. Das Bezugszeichen ist I1 einem selbstleuchtenden Lichtsignalgeber zugeordnet, der als Hauptstation bzw. Hauptsender funktioniert. Dieser selbstleuchtende Lichtsignalgeber I1 erzeugt ein Signal zum automatischen Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 und ein Signal, das dem automatischen Blinksignal synchron ist. Mit 1" sind selbstleuchtende Lichtsignalgeber bezeichnet, die zwischen der Hauptstation bzw. dem Hauptsender des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers I1 und dem
letzten Signalgeber in der Reihe (welcher nachstehend als "Abschlußlichtsignalgeber" bezeichnet ist) angeordnet sind, wie weiter unten beschrieben ist, und welche als Relaislichtsignalgeber funktionieren. Jeder Relaislichtsignalgeber empfängt ein Synchronisiersignal zum Blinken der lichtemittierenden Dioden und sendet bzw. überträgt das Synchronisiersignal zum Blinken des benachbarten Lichtsignalgebers 1". Mit l"1 ist der Abschlußlichtsignalgeber bezeichnet, der das Synchronisiersignal zum synchronisierten Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 empfängt.
Es sei nun auf die Figuren 2(a) und 2(b) Bezug genommen, in denen das Blockschaltbild der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber nach der vorliegenden Erfindung in näheren Einzelheiten dargestellt ist. In Figur 2(a) ist das Blockschaltbild des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers I1 gezeigt, der als Hauptstation oder Hauptsender funktioniert. Figur 2(b) ist das Blockschaltbild von einem der selbstleuchtenden Relaislichtsignalgeber 1" oder von dem selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgeber l"1. In den Schaltbildern sind gemeinsame bzw. gleichartige Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Unter Bezugnahme auf die Blockschaltbilder in den Figuren 2(a)und 2(b) sei zunächst die Hauptschaltung, die beiden Blockschaltbildern gemeinsam ist, in näheren Einzelheiten erläutert. Über eine rückwärts sperrende Diode 13 ist die Solarzellenbaueinheit 2 mit einer sekundären Batterie 14, wie beispielsweise Ni-Cd-Batterie, die in dem Pfosten 11 untergebracht ist, verbunden. Die sekundäre Batterie 14 speichert elektromotorische Kraft, welche durch die Solarzellenbaueinheit 2 erzeugt worden ist, und gibt die elektromotorische Kraft wieder zurück, wenn während einer ausgedehnten Zeitdauer während der Tages- bzw. Nachtzeit keine Elektrizität erzeugt wird. Die positive Elektrode der sekundären Batterie
14 ist mit den P-Typ-Elektroden der lichtemittierenden Dioden 4 über eine Lichtemissionssteuerschaltung 15 verbunden. Die negative Elektrode der sekundären Batterie 14 ist mit den N-Typ-Elektroden der lichtemitttierenden Dioden 4 verbunden, so daß dadurch eine Vorwärtsvorspannung an die lichtemittierenden Dioden 4 angelegt wird.
Die Lichtemissionssteuerschaltung 15, die aus einem monostabilen Multivibrator, einem Schalttransistor, einem Strombegrenzungswiderstand etc. besteht, wird durch die Signale von einer Taktgeberschaltung 16, einer Demodulationsschaltung 17 und einer Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 18 derart aktiviert, daß die lichtemittierenden Dioden 40-bis zu 120mal pro Minute rot oder organe mit ultrahoher Beleuchtungsstärke blinken.
Es sei nun näher auf Figur 2(a) Bezug genommen, wonach ein Spannungssignal der Leistung bzw. Spannung, welche mittels der Solarzellenbaueinheit 2 erzeugt worden ist, in die Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 18 eingegeben wird. Die Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 18 vergleicht das Spannungssignal a mit einer Bezugsspannung und gibt an ihrem Ausgang Schaltsignale b1 und b" ab, wenn das Spannungssignal unterhalb der Bezugsspannung ist.
Genauer gesagt ist es so, daß sich dann, wenn die durch die Solarzellenbaueinheit 2 erzeugte Spannung abnimmt, sofern es am Abend oder bei gewölktem Wetter dunkel ist, das Spannungssignal a ändert und die Schaltsignale a1 und b" erzeugt werden. Ein Photosensor, wie beispielsweise CdS (nicht gezeigt) kann dazu benutzt werden, die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts zu detektieren, anstatt daß die Spannung, welche durch die Solarzellenbaueinheit 2 erzeugt wird, in der Schaltung 18 detektiert wird.
Die Taktgeberschaltung 16 empfängt das Schaltsignal b1 und gibt an ihrem Ausgang Taktsignale c' und c" ab, und zwar vorzugsweise 40- bis 120mal pro Minute. Das Taktsignal c1 von der Taktgeberschaltung 16 wird auf den Eingang der Lichtemissionssteuerschaltung gegeben. Die Lichtemissionssteuerschaltung 15 schaltet die Hauptschaltung (Stromversorgungsschaltung) ein und blinkt die lichtemittierenden Dioden 4. Das Schaltsignal b" und das Taktsignal c" werden in eine Modulationssignalerzeugungsschaltung 19 eingegeben. Diese Schaltung moduliert empfangene Signale, um ein Signal zu erzeugen, das synchron mit, verzögert gegenüber oder entgegengesetzt zu dem Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 ist (in der nachfolgenden Beschreibung wird als ein Beispiel ein Signal gewählt, das synchron mit dem Blinken ist). Das bedeutet, daß die Modulationssignalerzeugungsschaltung 19 ein Synchronisationssignal d erzeugt, das synchron mit dem Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Taktsignal c".
Das Synchronsignal d aktiviert eine Infrarot-LED, eine Signalsendeeinrichtung 8, so daß dadurch ein Signal zu dem selbstleuchtenden Relaislichtsignalgeber 1" oder zu dem selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgeber l"1 gesendet wird, ohne daß Ubertragungsgeräte verwendet zu werden brauchen.
Es sei nun auf Figur 2(b) Bezug genommen, die das Blockschaltbild eines selbstleuchtenden Relaislichtsignalgebers 1" oder des selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgebers l"1 veranschaulicht. Das Synchronisationssignal d, das von der Infrarot-LED der Hauptstation bzw. des Hauptsenders des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers 1' erzeugt wird, wie in Figur 2(a) veranschaulicht ist, wird mittels einer Empfangseinrichtung 9, die eine Lichtempfangseinrichtung, wie beispielsweise einen Photosensor, aufweist oder eine Licht-
empfangseinrichtung, wie beispielsweise ein Photosensor, ist, empfangen. Die Demoulationsschaltung 17 besitzt ein Hochpaßfilter oder eine andere Einrichtung zum Ausschalten von Rauschen aus dem Synchronisationssignal d, das durch die Empfangseinrichtung 9 empfangen worden ist, und gibt an ihrem Ausgang ein Synchronisationsdemodulationssignal e bzw. ein demoduliertes Synchronisationssignal e ab. Die Lichtemissionssteuerschaltung 15 empfängt das Synchronisationsdemodulationssignal e bzw. das demodulierte Synchronisationssignal e und das Schaltsignal b1, das vom Ausgang der Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 18 abgegeben wird, wenn die von der Solarzellenbaueinheit 2 erzeugte Spannung unterhalb der Bezugsspannung ist. Als Ergebnis hiervon blinkt die Lichtemissionssteuerschaltung 15 die lichtemittierenden Dioden 4 des Lichtsignalgebers 1" mit einem gewissen Zyklus, der synchron mit (verzögert gegenüber oder entgegengesetzt zu) dem Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers I1 der Hauptstation bzw. des Hauptsenders ist.
In dem selbstleuchtenden Relaislichtsignalgeber 1" erhält die Modulationssignalerzeugungsschaltung 19 das Schaltsignal b", das von der Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 18 am Ausgang abgegeben wird, und das Synchronsdemodulationssignal e bzw. das demodulierte Synchronisationssignal, das von der Demodulationsschaltung 17 am Ausgang abgegeben wird, und zwar in der gleichen Weise, wie oben beschrieben. Die Modulationssignalerzeugungsschaltung 19 erzeugt periodisch ein Synchronisationssignal f mit einem gewissen Zyklus, der synchron mit (oder verzögert gegenüber oder entgegengesetzt zu) dem Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers I1 der Hauptstation ist, um die Infrarot-LED (Signalsendeeinrichtung 8) zu aktivieren. Das emittierte Licht wird zu dem benachbarten selbstleuchtenden Lichtsignalgeber 1"
oder dem selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgeber 1"' gesandt.
Es ist also zu beachten, daß zwischen den Lichtsignalen, die durch Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 für den Fahrer eines Kraftfarzeuges erzeugt werden und den Lichtsignalen, welche durch die Infrarot-LEDs für die Betätigung nachfolgender Lichtsignalgeber abgegeben werden, zu unterscheiden ist.
In dem selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgeber l"1 jedoch ist nur die Empfangseinrichtung 9, die Demodulationsschaltung 17 und die Lichtemissionssteuerschaltung 15 vorgesehen oder in Betrieb, um die lichtemittierenden Dioden 4 des Abschlußlichtsignalgebers l"1 mit einem gewissen Zyklus synchron mit (oder verzögert gegenüber oder entgegengesetzt zu) dem Blinken der lichtemittierenden Dioden 4 des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers I1 der Hauptstation und der selbstleuchtenden Relaislichtgeber 1" zu blinken. Infolgedessen sind die Demodulationsschaltung 17 und die Infrarot-LED 8 nicht notwendig.
Das Spannungssignal a der Solarzellenbaueinheit 2 und die Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung 8 können bei den selbstleuchtenden Relaislichtsignalgebern 1" und dem selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgeber 1"' weggelassen sein, so daß die lichtemittierenden Dioden 4 und die Modulationssignalerzeugungsschaltung 19 nur durch das Synchronisationsdemodulationssignal e bzw. das demodulierte Synchronisationssignal e von der Demodulationsschaltung 17 aktiviert werden können.
Weiterhin kann anstelle der Infrarot-LED und des Photosensors, die in den oben beschriebenen Blockschaltbildern verwendet sind, ein frequenzmoduliertes Signal bzw. ein FM-
Signal, das über an Antennen gesendet wird, verwendet werden.
Außerdem kann die Sendeeinrichtung für die Signalrelaisübertragung bzw. für das Signalrelais auch dadurch weggelassen werden, daß man das Blinksignal direkt von dem Lichtsignalgeber der Hauptstation zu den anderen Lichtsignalgebern unter Verwendung einer Infrarot-LED mit hoher Richtwirkung überträgt. In diesem Fall brauchen die Relaislichtsignalgeber keinerlei Übertragungseinrichtungen für die Relaissignalübertragung, sondern sie brauchen nur die gleiche Signalempfangseinrichtung wie sie für den Abschlußlichtsignalgeber benötigt wird.
Eine Kombination aus dem Lichtsignalgeber der Hauptstation und nur einem Lichtsignalgeber mit der oben erwähnten Signalempfangseinrichtung und mit keiner Sendeeinrichtung kann in Abhängigkeit von der Länge der Zeichenreihe verwendet werden. Durch Kombination einer Mehrzahl der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber (Hauptstation, Relaislichtsignalgeber und Abschlußlichtsignalgeber), welche den jeweiligen Aufbau haben, wie er oben beschrieben worden ist, können alle selbstleuchtenden Lichtsignalgeber synchron oder abwechselnd bzw. aufeinanderfolgend miteinander geblinkt werden. Auf diese Weise kann die gesamte Reihenanordnung in regelmäßigen Intervallen so geblinkt werden, daß die Fahrer Zickzackkurse bzw. -Straßenverläufe und scharfe Kurven genau bemerken können.
Selbst wenn einige selbstleuchtende Lichtsignalgeber durch einen Baum oder ein Gebäude, der bzw. das sich entlang einer Straße befindet, früher als andere Lichtsignalgeber im Zwielicht beschattet werden, bleibt die Spannung der Solarzellenbaueinheit des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers der Hauptstation höher als die Aktivierungsspannung, da der Lichtsignalgeber der Hauptstation noch dem Sonnenlicht
ausgesetzt ist. Daher wird kein Synchronisationssignal zu den im Schatten befindlichen Lichtsignalgebern übertragen. Dadurch wird verhindert, daß die im Schatten befindlichen Lichtsignalgeber geblinkt werden. Auf diese Weise steuert der selbstleuchtende Lichtsignalgeber der Hauptstation den Rest der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber, so daß die Reihe der Lichtsignalgeber synchron oder abwechselnd bzw. aufeinanderfolgend, wie jeweils vorgesehen, geblinkt werden kann.
Wie oben beschrieben, wird eine Einrichtung zum Senden und Empfangen eines Signals für das Steuern des Blinkzyklus der lichtemittierenden Dioden in einer Merhzahl von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, so daß die selbstleuchtenden Lichtsignalgeber in Gleichschaltung bzw. koordiniert miteinander derart geblinkt werden können, daß die Fahrer mit genauen Verkehrsinformationen versorgt werden.
Da eine Mehrzahl der selbstleuchtenden Lichtsignalgeber gleichzeitig geblinkt werden kann, kann das erzeugte Licht leichter bemerkt werden.
Die extensiv abgewandelten Ausführungsformen des Aufbaus des selbstleuchtenden Lichtsignalgebers nach der vorliegenden Erfindung seien nun nachstehend beschrieben.
(I) Die transparente Abdeckung 3 für die Solarzellenbaueinheit 2:
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(a) Die transparente Abdeckung 3 hat eine Form, die eine fast ovale Halbkugel (Figur 1) oder eine beinahe Halbkugel ist. Die Solarzellenbaueinheit 2 ist nahezu horizontal auf der oberen Oberfläche des Hauptteilgehäuses 5 installiert. Bei diesem Aufbau kann
der selbstleuchtende Lichtsignalgeber 1 irgendwo bzw. überall unabhängig von dem Einfallswinkel des Sonnenlichts und der Höhe der Sonne (allrichtungsmäßig zum Einfallswinkel des Sonnenlichts) installiert werden, und es kann jederzeit eine hohe Ausgangsleistung erzielt werden. Die folgenden drei Tests wurden ausgeführt, um diese Vorteile des Lichtsignalgebers zu bestätigen.
Es wurde eine Solarzelleneinheit A, die aus der Solarzellenbaueinheit 2 zusammengesetzt war, welche horizontal auf der oberen Oberfläche des Hauptteilgehäuses 5 installiert und mit der oval-halbkugelförmigen transparenten Abdeckung (hergestellt aus Siliconharz oder EVA) mit einer runden Lichtempfangsoberfläche (mit einem Radius von 25 mm) bedeckt war, mit einer Solarzellenbaueinheit B verglichen, die aus der nichtbedeckten Solarzellenbaueinheit 2 bestand.
Der obere Oberflächenbereich des Signalgebers 1 war ungefähr 50 cm2. Im mittigen Bereich der oberen Oberfläche war die Solarzellenbaueinheit 2, die eine Lichtempfangsfläche von ungefähr 30 cm2 hatte, vorgesehen. Figuren 4 bis 6 zeigen Daten, die an einem schönen Tag um den 21. März 1985 im Konanbereich von Shiga, Japan erhalten worden waren.
Figur 4 zeigt die Änderung des Ausgangsstroms der mit der transparenten Abdeckung 3 bedeckten Solarzellenbaueinheit A zum Vergleich mit der Änderung des Ausgangsstroms der nichtbedeckten Solarzellenbaueinheit B. Die horizontale Achse gibt die Zeit an, die vom Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang ver-35
strichen ist. Die vertikale Achse gibt den Ausgangsstrom an.
Gemäß dem in Figur 4 gezeigten Testergebnis ist ersichtlich, daß die Solarzellenbaueinheit A, die mit der transparenten Abdeckung 3 abgedeckt war, einen größeren Ausgangsstrom aufgrund der hohen Konzentrationskapazität bzw. -fähigkeit unabhängig von dem Einfallswinkel des Sonnenlichts und der Höhe der Sonne abgeben kann.
Die Figur 5 zeigt die Ausgangsströme der Solarzellenbaueinheiten A und B in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke bzw. -dichte des Sonnenlichts. Die horizontale Achse gibt die Beleuchtungsstärke bzw. -dichte des Sonnenlichts an, während die vertikale Achse den Ausgangsstrom angibt.
Gemäß dem in Figur 4 gezeigten Ergebnis ist ersichtlich, daß der Ausgangsstrom, welcher von der Solarzellenbaueinheit A abgegeben wird, 15 bis 25 mA größer als der Ausgangsstrom ist, welcher von der Solarzellenbaueinheit B abgegeben wird. Figur 6 zeigt das zunehmende Verhältnis des Prozentsatzes an Ausgangsstrom der Solarzellenbaueinheit A, die mit der transparenten Abdeckung 3 bedeckt war, gegenüber demjenigen der Solarzellenbaueinheit B, die nicht bedeckt war, und zwar in Abhängigkeit von der Beleuchtungsdichte bzw. -stärke des Sonnenlichts.
Die horizontale Achse gibt die Beleuchtungsdichte bzw. -stärke des Sonnenlichts an, während die vertikale Achse das zunehmende prozentuale Verhältnis der Ausgangsstroms der Solarzellenbaueinheit A gegenüber demjenigen der Solarzellenbaueinheit B angibt.
Aus dem in Figur 6 dargestellten Testergebnis wurde gefunden, daß die Solarzellenbaueinheit A in ihren Ausgangskenndaten außerordentlich überlegen ist, insbesondere dann, wenn die Beleuchtungsdichte bzw. -starke des Sonnenlichts aufgrund niedriger Höhe der Sonne, wolkigem Wetter oder durch Hindernisse verursachtem schwachem Sonnenlicht niedrig ist. Wie man aus den Figuren 4, 5 und 6 ersehen kann, kann die Solarzellenbaueinheit 2, welche mit der ovalen halbkugelförmigen transparenten Abdeckung 3 bedeckt und auf der beschränkten oberen Oberfläche des Lichtsignalgebers 1 vorgesehen ist, einen größeren Ausgangsstrom geben als es bei konventionellem Aufbau der Fall ist, und zwar jederzeit, unabhängig von dem Einfallswinkel des Sonnenlichts und der Höhe der Sonne. Die Solarzellenbaueinheit 2, die mit der transparenten Abdeckung 3 bedeckt ist, kann selbst dann einen großen Ausgangsstrom abgeben, wenn die Höhe der Sonne niedrig ist oder wenn die Beleuchtugngsdichte bzw. -stärke des Sonnenlichts aufgrund von wolkigem Wetter niedrig ist.
(b) Wie in Figur 7 gezeigt ist, ist ein transparenter Verlagnerungsabschnxtt 20 von der vorderen Oberfläche der transparenten Abdeckung 3 her verlängert bzw. vorgesehen, und eine Reflexionsschicht 21 ist auf der rückwärtigen Oberfläche des transparenten Verlängerungsabschnitt 20 ausgebildet. Bei diesem Aufbau kann diese Solarzellenbaueinheit 2 selbst dann arbeiten, wenn die Oberfläche der transparenten Abdeckung 3 mit Schnee oder Staub bedeckt ist. Genauer gesagt kommt es dazu, daß Sonnenlicht Λ- von der äußeren Oberfläche des transparenten Verlängerungsabschnitts 20 durch das Innere des transparenten Verlängerungsabschnitts 20 hindurchgeht, mit-
tels der Reflektor- bzw. Reflexionsfläche 21, die
auf der rückwärtigen Seite des transparenten Verlängerungsabschnitts 20 ausgebildet ist, totalreflektiert wird, gerade durch das Innere des transparenten Verlängerungsabschnitts 20 hindurchgeht
und wieder von der Grenzflächen-Oberfläche des
transparenten Verlängerungsabschnitts 20 reflektiert wird, wie in Figur 8 dargestellt ist. Das bedeutet, daß das einfallende Sonnenlicht von der
äußeren Oberfläche des transparenten Verlängerungsabschnitts 20 diffus in den Verlängerungsabschnitt 20 reflektiert und dann zu der transparenten Abdeckung 3 übertragen wird.
Bei diesem Aufbau wird das Sonnenlicht von dem transparenten Verlängerungsabschnitt 20 selbst dann, wenn die Lichtempfangsoberfläche der transparenten Abdeckung 3 stark mit Schnee (oder Staub) S bedeckt
ist und das Sonnenlicht die Lichtempfangsoberfl.äche nicht erreichen kann, von dem transparenten Verlängerungsabschnitt 20 in das Innere der transparenten Abdeckung übertragen. Als Ergebnis hiervon kann die Solarzellenbaueinheit 2 eine Ausgangsspannung abgeben.
25
(II) Bei der in Figur 9 gezeigten abgewandelten Ausführungsform ist eine Reflexionsschicht 22 oberhalb, unterhalb und benachbart des Lichtemissionsabschnitts 40 der
lichtemittierenden Dioden 4, mit Ausnahme des Bereichs für den lichtemittierenden Abschnitt 40, auf der rückwärtigen Seite der transparenten Vorderabdeckung 6,
welche die lichtemittierenden Dioden 4 abdeckt, ausgebildet. Bei diesem Aufbau scheint die gesamte Oberfläche oder der Hauptteil des Lichtsignalgebers Licht zu emittieren, da das Licht der lichtemittierenden Dioden,
das eine hohe Richtwirkung hat, bei weniger Stromverbrauch vollständig ausgenutzt wird. Daher kann eine Verkehrszeichenreihe, die aus Lichtsignalgebern mit diesem Aufbau zusammengesetzt ist, leichter bemerkt werden und den Fahrern helfen, Verkehrsunfälle zu verhindern.
Im Falle des obigen Aufbaus, der in Figur 10 gezeigt ist, wird das Licht der lichtemittierenden Dioden 4 von jeder Spitze (lichtemittierender Punkt) des lichtemittierenden Abschnitts 40, die in die transparente Abdeckung 3 vorsteht, emittiert, wenn die lichtemittierenden Dioden 4 aktiviert werden. Licht λη, das schräg und nach vorwärts von der Spitze emittiert wird, geht gerade durch das Innere der transparenten Vorderabdeckung 6. Ein Teil des Lichts Λ-η wird an der Grenzoberfläche der transparenten Vorderabdeckung 6 nach auswärts übertragen (Transmissionslicht Λ'-,), und der Rest des Lichts geht gerade durch das Innere der transparenten Vorderabdeckung 6. Das primäre Reflexionslicht 7L, wird durch die Reflexionsschicht 22, die auf der rückwärtigen Seite der transparenten Vorderabdeckung 6 vorgesehen ist, totalreflektiert. Das totalreflektierte sekundäre Reflexionslicht A1 geht wieder durch das Innere der transparenten Vorderabdeckung 6. Ein Teil des sekundären Reflexionslichts TL~ wird an der Grenzfläche der transparenten Vorderabdeckung 6 nach auswärts übertragen (Transmissionslicht /C1-), und der Rest des sekundären Reflexionslichts 7L· wird reflektiert (tertiäres Reflexionslicht Tl-.) . Das bedeutet, daß das in allen Richtungen von der Spitze des lichtemittier endejfl Abschnitts 40 emittierte Licht diffus in der transparenten Vorderabdeckung 6, welche die Abschnitte oberhalb, unterhalb und benachbart des bzw. dem lichtemittierenden Abschnitt 40 bedeckt, reflek-
tiert wird. Als Ergebnis hiervon scheint die gesamte Oberfläche der transparenten Vorderabdeckung 6 Licht zu emittieren. Infolgedessen können Fahrer, die Lichtsignalgeberanordnung leichter bemerken. 5
Demgemäß sind die extensiven abgewandelten Auführungsformen, die oben beschrieben wurden, vorzugsweise bei der Lichtsignalgeberanordnung nach der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich den gesamten Unterlagen entnehmen läßt, in vielfältiger Weise ausführen und abwandeln.

Claims (9)

KRAUS · WEISERT & PARTNER PATENTANWÄLTE UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR, WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. DIPL.-ING. ANNEKÄTE WEISERT · DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES THOMAS-WIMMER-RING 15 · D-8OOO MÜNCHEN 22 ■ TE LEFO N Ο89/2 2 73 77 TELEGRAMM KRAUSPATENT · TELEX 5-212156 kpat d · TELEFAX (Ο89) 22 79 94 5042 JS/ps KYOCERA CORPORATION Kyoto, Japan Selbstleuchtender Lichtsignalgeber und Verwendung desselben in einer Lichtsignalgeberanordnung PATENTANSPRÜCHE
1. Selbstleuchtender Lichtsignalgeber, dadurch gekennzeichnet , daß er folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden (4), die blinkbar und auf der Zeichenoberfläche des Signalgebers (Ι,Ι',Ι", l"1) vorgesehen sowie mittels einer transparenten Abdekkung (6) abgedeckt sind; eine Solarzellenbaueinheit (2), die auf der oberen Oberfläche des Lichtsignalgebers (Ι,Ι',Ι", l"1) vorgesehen und mit einer transparenten Abdeckung (3) abgedeckt ist; und eine Sendeeinrichtung (8) und/oder eine Empfangseinrichtung (9) für ein Signal, welches das Blinken der lichtemittierenden Dioden (4) steuert.
2. Selbstleuchtende Lichtsignalgeberanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Mehrzahl von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern (1',1"#1" ') auf-
weist, welche folgendes umfassen: eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden (4), die blinkbar und auf der Zeichenoberfläche des Lichtsignalgebers (1',1",I111) vorgesehen und mittels einer transparenten Abdeckung (6) abgedeckt sind; einen Solarzellenbaustein (2), der auf der oberen Oberfläche des Lichtsignalgebers (1',1",I111) vorgesehen und mit einer transparenten Abdeckung (3) abgedeckt ist; eine Sendeeinrichtung (8) und/oder eine Empfangseinrichtung (9) für ein Signal, welches das Blinken der lichtemittierenden Dioden (4) steuert; worin ein selbstleuchtender Lichtsignalgeber (I1) mit der Sendeeinrichtung (8) als Hauptstations-Lichtsignalgeber (I1) verwendet wird, während eine Mehrzahl von selbstleuchtenden Lichtsignalgebern (1") mit der Sende- und Empfangseinrichtung (8,9) als Relais-Lichtsignalgeber (1") verwendet werden und ein selbstleuchtender Lichtsignalgeber (I1'1) mit der Empfangseinrichtung (9) und ohne Sendeeinrichtung (8) als Abschluß-Lichtsignalgeber (I"1) verwendet wird, und worin diese selbstleuchtenden Lichtsignalgeber (1',1",I111) im Abstand voneinander derart installiert sind, daß sie eine Reihe von Augen- bzw. Blickführungs-, Verkehrs- oder ande ren Zeichen längs eines Banketts, Rands o.dgl. einer Straße oder eines Fahrwegs (R) bilden.
3. Selbstleuchtender Lichtsignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Solarzellenbaustein (2) ganz oder beinahe horizontal auf der oberen Oberfläche des Lichtsignalgebergehäuses (5) vorgesehen und die transparente Abdeckung (3) zum Abdecken des Solarzellenbausteins (2) ganz oder nahezu oval-halbkugelförmig oder ganz oder nahezu halbkugelförmig ausgebildet und hermetisch bzw. hermetisch abgedichtet auf dem Lichtsignalgebergehäuse (5) angebracht ist.
4. Selbstleuchtender Lichtsignalgeber nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine
Lichtreflexionsschicht (22) auf der rückwärtigen Seite der transparenten Abdeckung (6) zum Abdecken der lichtemittierenden Dioden (4), ausgenommen die lichtemittierenden Bereiche (40) der lichtemittierenden Dioden (4), ausgebildet ist.
5. Selbstleuchtender Lichtsignalgeber nach Anspruch 1, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt der transparenten Abdeckung (3) zum Abdecken der Solarzellenbaueinheit (2) bis zu der Zeichenoberfläche des Lichtsignalgebergehäuses (5) als transparenter Verlängerungsabschnitt (20) verlängert und eine Lichtreflexionsschicht (21) auf der rückwärtigen Seite des transparenten Verlängerungsabschnitts (20) ausgebildet ist.
6. Selbstleuchtender Lichtsignalgeber nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Dioden (4) im Abstand voneinander und kreisförmig auf der Zeichenoberfläche vorgesehen sind und ein Retroreflexions-Reflektor (7) koaxial zu und innenseitig von den Dioden (4) vorgesehen ist.
7. Selbstleuchtende Lichtsignalgeberanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Sendeeinrichtung des selbstleuchtenden Hauptstation-Lichtsignalgebers (I1) folgendes umfaßt: eine Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung (18), die ein Schaltsignal (b1) erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Solarzellenbaueinheit (2) unter ein gewisses bzw. vorbestimmtes Niveau abfällt; eine Taktgeberschaltung (16), die das Schaltsignal (b1) empfängt und ein Taktsignal (c1) erzeugt; eine Beleuchtungs- bzw. Lichtsteuerschaltung (15), die das Taktsignal (c1) empfängt und ein Signal zum Blinken der lichtemittierenden Dioden (4) erzeugt; eine Modulationssignalerzeugungsschaltung (19), die ein Modulationssignal (d) erzeugt, das
-A-
synchron zu, verzögert gegenüber oder entgegengesetzt bzw. umgekehrt zu dem Blinken der lichtemittierenden Dioden (4) ist; und eine Infrarot-LED (8), die das Modulationssignal (d) von der Modulationssignalerzeugungsschaltung (19) empfängt und zum übertragen des Modulationssignals infrarotes Licht emittiert.
8. Selbstleuchtende Lichtsignalgeberanordnung nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangseinrichtung des selbstleuchtenden Relais-Lichtsignalgebers (1") folgendes umfaßt: eine Lichtempfangseinrichtung (9), vorzugsweise einen Photosensor, die das infrarote Modulationssignal (d) empfängt, das von dem selbstleuchtenden Hauptstations-Lichtsignalgeber (I1) gesendet worden ist; und eine Demodulationsschaltung (17), die Rauschen von dem Modulationssignal (d) wegnimmt und ein Demodulationssignal (e) erzeugt, welches in die Beleuchtungsbzw. Lichtsteuerschaltung (15) und die Modulationssignal- erzeugungsschaltung (19)· eingegeben wird; und
daß die Sendeeinrichtung des selbstleuchtenden Relais-Lichtsignalgebers (1") folgendes umfaßt: eine Beleuchtungs- bzw. Lichtdiskriminationsschaltung (18), die ein Schaltsignal (b1) erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Solarzellenbaueinheit (2) unter ein gewisses bzw. vorbestimmtes Niveau abfällt; eine Taktgeberschaltung (16), die das Schaltsignal erhält und ein Taktsignal (c1) erzeugt; eine Beleuchtungsbzw. Lichtsteuerschaltung (15), die das Taktsignal (c1) und das Demodulationssignal (e) empfängt und ein Signal zum Blinken der lichtemittierenden Dioden (4) erzeugt; eine Modulationssignalerzeugungsschaltung (19), die das Demodulationssignal (e) von der Demodulationsschaltung (17) empfängt und ein Modulationssignal (f) erzeugt, das synchron zu, verzögert gegenüber oder entgegengesetzt bzw. umgekehrt zu dem Blinken der
lichtemittierenden Dioden (4) ist; und eine Infrarot-LED (8), die zum übertragen des Modulationssignals (f) Infrarotlicht emittiert.
9. Selbstleuchtende Lichtsignalgeberanordnung nach Anspruch 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangseinrichtung des selbstleuchtenden Abschlußlichtsignalgebers (1"') eine Lichtempfangseinrichtung (9), vorzugsweise einen Photosensor, umfaßt, der das von dem selbstleuchtenden Relais-Lichtsignalgeber (1") gesendete infrarote Modulationssignal (f) empfängt, und eine Demodulationsschaltung (17), die Rauschen von dem Modulationssignal (f) entfernt und ein Demodulationssignal (e) erzeugt, das in die Beleuchtungs- bzw. Lichtsteuerschaltung (15) eingegeben wird.
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