JP2008507639A - 道路標示装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
長手方向に延在する光出力窓(5a)および光抽出手段(6)を有する管状ライトパイプ(2)と、前記ライトパイプ(2)の第1端部に結合されライトパイプ(2)に光を投影する光プロジェクタ(3)と、を備える道路標示装置であって、上記光プロジェクタ(2)が複数のLED(9)を備えることを特徴とする、道路標示装置(1)。
Description
本発明は、道路標示装置およびシステムに関する。
道路の縁は、一般に、車道の線に加えて、通常車両の右側は白色であり車両の左側は赤色である一続きの間が空けられた再帰反射要素によってマークされる。かかる要素は、到来する車両の光によって照らされる時にのみ可視となるため、その性能は不十分である。これは、高速、鮮鋭なカーブ、坂道等の場合に遅すぎる場合がある。特に霧のために可視性が低い場合、性能は極めて不十分となる可能性がある。
迂回路または危険な曲がり角等において、照明装置が採用される場合もある。それらは、通常、連続的に点灯されるか又は連続して点滅されることが可能な個々のランプの列を有する。いずれの場合も、個々のランプは、非連続的な標示しか提供することができない。さらに、発光体は運転手の頭部と同等の高さに取り付けられる必要があるため、車両が各ランプの近くを通過する時、運転手はまぶしい光を受けるか、または少なくとも強烈な光によって当惑する。
ライトパイプ道路標示システムもまた既知であり(たとえば国際公開第95/30218号パンフレット及びそれによって参照される従来技術を参照)、それは、道路と平行して延在する複数のライトパイプを備え、それら各々の一端または両端には、1つの放電ランプまたはハロゲンランプと関連する黄色いフィルタとが設けられている。ランプからの光は、フィルタを通過した後、ライトパイプに沿って移動しながらライトパイプ壁を照明する。したがって、ライトパイプは黄色に照明され、そのため霧の状態においてさえも可視性が高い。
しかしながら、照明道路標示装置の分野において依然として改良の機会はある。たとえば、高圧電源を必要とすることなく機能することができ、かつ現在知られている装置ほど保守が必要でない照明道路標示装置を提供することが望ましく、それによりコストおよび交通の混乱を低減することができる。また、たとえば可視性条件を考慮するため、または装置が信号装置としても機能することができるように、照明道路標示装置の光出力を変更することができることも望ましい。
本発明は、長手方向に延在する光出力窓および光抽出手段を有する管状ライトパイプと、前記ライトパイプの第1端部に結合されライトパイプに光を投影する光プロジェクタと、を備える道路標示装置であって、上記光プロジェクタが複数の発光ダイオード(LED)を備えることを特徴とする、道路標示装置に関する。
光源としてLEDを使用することにより、道路標示装置およびシステムの低電圧電源が可能となり、耐用年数が延長され、点検および保守がそれほどかからなくなる。
すべてが一度に照明される必要はない複数のLEDを提供することにより、可視性条件に対してもっとも適するように異なる強度の光を提供することができる。また、異なる色の光を提供するLEDを使用することができ、それにより道路標示装置を信号装置としても有用にすることができる。
さらに、LED技術を使用することにより、光プロジェクタの遠隔制御および監視が可能になる。
光出力窓は、道路縁に向かって向けられることが可能であるように、ライトパイプの円周上を180°にわたって延在し、かつ水平面から下方に偏移する面を中心に配置されることが好ましい。
光は、ライトパイプの長手方向軸に対して30°を超えない角度で出力窓から放出されることが好ましい。かかる角度範囲により、すぐ隣接する表示装置からのまぶしい光が運転手の目に直接入るのを回避しながら、表示装置の高可視性が可能になる。
装置の照明制御を向上させるために、LEDの各々に関連する放物面反射鏡が設けられることが好ましい。
本発明の上述した特徴および利点ならびにさらなる特徴および利点は、添付図面に示す実施形態を参照する以下の説明から明らかとなろう。
図面には、道路標示装置1が示されており、それは、概して、管状ライトパイプ2と、ライトパイプ2の一端の光プロジェクタ3と、を備える。
本来既知のように、ライトパイプ2は、管状形態に形成される支持透明材4を備える。
支持透明材4は、道路によくあるような湾曲の半径に従った曲げを可能にするように十分可撓性であるように選択される。共押出ポリカーボネートおよびアクリル性材料が、適当な支持透明材である。それは、少なくとも10年という適当な耐用年数と適当な強度とを有するためである。支持透明材4はまた、紫外線抵抗性であることが好ましい。
支持透明材4は、微細構造透明材5によって裏打ちされている。微細構造透明材5は、より詳細には、その微細構造が長手方向に延在しかつ外側に向くように配置される。
特に適した微細構造透明材5は、米国ミネソタ州セントポールの3Mカンパニー(3M Company(St.Paul,Minnesota,USA))からスコッチ(Scotch)(登録商標)オプティカルライティングフィルム(Optical Lighting Film)2301として販売されているものである。
本明細書では光抽出部分と呼ぶ、ライトパイプ2の円周部分6は、一部は鏡面反射するように、一部は拡散反射するようになされる。それにより、そこに突き当たる光線の角度が、それら光線が、本明細書では光出力窓5aと呼ぶライトパイプ2の残りの円周部分から放出され得るようにする方向に部分的に偏向される。
図示する実施形態では、これは、光抽出部分6において支持透明材4と微細構造透明材5との間に挟装されたマスキング7によって達成される。
マスキング7は、ライトパイプ2の長さに従ってミラーフィルムであってもホワイトフィルムであってもよい。当業者には理解されるように、比較的長いライトパイプ2では、光案内要件が優先されるため、ミラーフィルムが望ましいが、比較的短いライトパイプ2では、光拡散要件が優先されるため、ホワイトフィルムが望ましい。
さらに、微細構造透明材5の内部平滑面は、光抽出部分6において、複数の拡散反射要素、たとえばシルクスクリーン印刷された白色塗料のドットを有する。
拡散反射要素は、より詳細には、ライトパイプ2の長手方向軸Aを横切る方向に延在する複数のドットの列8を備える。この列8は、ライトパイプ2の光入力端(光プロジェクタ3に結合される端部である)からその中心に向かって間隔が短くなっている。
より詳細には、国際公開第02/23084号パンフレットに開示されている原理を適用することにより、拡散反射要素8の所定構造が得られる。
代替実施形態(図示せず)では、光抽出部分6には、透明支持材4上に積層された米国ミネソタ州セントポールの3Mカンパニー(3M Company(St.Paul,Minnesota,USA))から販売されている一枚のドット印刷された3M(登録商標)レディエントミラーフィルム(Radiant Mirror Film)を設け、微細構造透明材5を光出力窓5aにのみ設けてもよい。
光出力窓5aおよび光抽出部分6の各々は、断面において180°延在することが好ましい。より正確には、道路標示装置1がその取付状態にある時、光出力窓5aは、水平面から下方に45°偏倚する面を中心に配置される。そのため、光出力窓5aからライトパイプ2を出る光は、道路の縁に向かって都合よく向けられ、したがって道路標示装置の効率が向上する。
ここで光プロジェクタ3を参照すると、それは、複数のLED9を備える。図面では、図3において91〜97と付された7つのLEDが示されており、それらは(仮想)六角形の隅および中心に配置されている。
隅に配置されたLEDのうちの3つは赤色LED91〜93であり、隅の残りのLEDおよび中央のLEDは緑色LED94〜97である。より詳細には、六角形の隅のLED91〜96は、緑色LEDおよび赤色LEDが交互に配置される。
各LED91〜97は、夫々の放物面反射鏡10(図3では101〜107と付す)の焦点に配置される。各放物面反射鏡10は、ライトパイプ2の長手方向軸Aに対して平行な長手方向軸を有する。
各放物面反射鏡10は、夫々のLED9からの光線が、30°の開口を有する円錐(より正確には円錐の錐台)を形成するようにサイズが決められている。すなわち、各LED/反射鏡アセンブリ9、10からの光円錐は、ライトパイプ2の長手方向軸Aに対して、したがってライトパイプ2の壁に対して0°から15°の角度でライトパイプ2内に向けられる。
LED9およびそれらのそれぞれの放物面反射鏡10は、光プロジェクタ3の光学系本体部分11内に収容され、その後、ガスケット13の介挿により光プロジェクタ3の電源/制御電子機器本体部分12に結合され、それによりLED9に損傷を与える可能性のある湿気、水および汚物の浸入に対する気密性が保証される。
光学系本体部分11と電源/制御本体部分12とは、穴14内にねじ込まれるねじ(図示せず)を通して結合されてもよいが、圧入または接着剤等、任意の締結手段を代りに使用することも可能である。
光学系本体部分11は、カップ状部材15を備え、その底周縁部には熱交換フィン16が設けられる。カップ状部材15の内底部には、同様に熱交換のために一続きの環状溝17と、ワイヤ(図示せず)を電源/制御本体部分12内に通すための一対のスルーホール18と、が設けられる。
光学系本体部分11は、アルミニウムLEDホルダプレート19をさらに備え、それには、LED9およびそれらの関連する放物面反射鏡10が、たとえば図示するように接着することにより、ねじにより、または同様の方法で取り付けられる。LEDホルダプレート19には、さらに、後によりよく明記するように、LED9の電気ピンの相互接続のためにワイヤ(図示せず)を通す複数の穴20が設けられる。
カラー21が、その底部に矩形断面シリコンガスケット22が介挿されることによりカップ状部材15に嵌合する。
カラー21の内面は、一対のOリング24を受容する一対のリング状溝23を有する。
カラー21がライトパイプ2の上にかつカップ状部材15内を摺動する時、Oリング24は、ライトパイプ2上に適当な機械的保持をもたらし、湿気、水および汚物の光学系本体部分11内への浸入に対する適当な機密性をさらに提供する。
最後に、放物面反射鏡10の上部に、円形ガラス25が配置されているように示されている。
上述したように、LED9は、互いにかつ電源/制御本体部分12に電気的に接続される。より詳細には、3つの赤色LED91〜93は、並列にかつ第1電源および駆動ユニット26に電気的に接続され、4つの緑色LED94〜97は、並列にかつ第2電源および駆動ユニット27に電気的に接続される。
各電源および駆動ユニット26、27は、それが接続されるLEDの適当な動作および瞬間の出力に関するフィードバックを提供するために適したマイクロチップを備えてもよい。
別法として、着色LED91〜93、94〜97の2つのセットを別々に制御するための適当な切替手段が設けられた、単一の電源および駆動ユニットを使用してもよい。しかしながら、2つの低ワット数の電源および駆動ユニット26、27は、比較的高ワット数の単一の電源および駆動ユニットより平均耐用年数は長くなることに留意されるべきである。
電源および駆動ユニット26、27は、L字型金属または絶縁シート28に締結され、L字型金属または絶縁シート28は、ねじ込まれるかまたは接着される等、電源/制御本体部分12の取外し可能なキャップ29に締結される。キャップ29は、たとえばキャップ29の穴30および電源/制御本体部分12の対応する穴(図示せず)にねじ込まれるねじ(図示せず)によって、電源/制御本体部分12に固定される。このため、電源および駆動ユニット26、27は、電源/制御本体部分12の円柱状キャビティ内に収容される。電源/制御本体部分12は、電源および駆動ユニット26、27に対して適当な熱拡散を確実にするようにサイズが決められる。
キャップ29には、より正確には中央突出部31が設けられ、その縁は、電源/制御本体部分12の機密性のためにOリング33を受容する溝32を形成する。電源および駆動ユニット26、27の電源およびアース接続のための3フィラメント(tri−filament)電気ワイヤ36を通すために、キャップ29内には、ワイヤホルダ35に嵌合する一対のスルーホール34が設けられる。
光プロジェクタ3を制御する遠隔ユニットへの信号ケーブルを通すために、さらなるスルーホール(図示せず)を設けてもよい。
図4に示すように、複数の道路標示装置1が、狭い間隔で任意の適当な手段により道路のガードレールに締結され、それにより本発明による道路標示システムが形成される。
本発明の道路標示装置1の動作は、当業者には容易に理解されるであろう。光プロジェクタ3からの光は、ライトパイプ2に沿って案内され、その出力窓5aを通して放出される。
より詳細には、ライトパイプ2および光プロジェクタ3の適当な設計、すなわちLED9の適当な配置および反射鏡10の適当な外形により、LED9からの光は、ライトパイプ2の長手方向軸Aに対して鋭角に出力窓5aを通して放出される。好ましい放出鋭角は30°であり、すなわち、光は、ライトパイプ2に対する平行線からそれの外側に向かって30°それた角度まで放出される。
光放出の角度が鋭角であることは、道路標示の目的には特に適している。実際には、光は運転手に向かって向けられ、道路の縁に向かって曲げられる。このため、道路標示装置1は、連続した高可視線(再帰反射マーカの小さいスポットとは対照的に)を形成し、いかなる気象条件においても高可視性で道路の縁を有効に照明する。特に、装置は、霧を「切り開く(cut through)」ことができる。
さらに、ライトパイプ2の長手方向軸Aに対して90°での放出を回避することにより、すぐ隣接するライトパイプ部分からのまぶしい光が運転手の目に直接入ることが回避される。
光放出の角度が鋭角であるため、かつ光抽出部分6のために、いかなる光も無駄に空に向かって放出されない。このため、装置は高発光効率を有し、それはまた、高ワット数光源を使用し光出力角度を制御せず、そのため発光効率が低い、上述した既知のライトパイプ道路標示システムよりかなり高い。
図示するように赤色LEDおよび緑色LEDを提供することにより、以下の3つの色の光を容易に取得することが可能である。すなわち、
−第1電力および駆動ユニット26のみに電力が供給される場合、赤色光、
−第2電力および駆動ユニット27のみに電力が供給される場合、緑色光、
−第1電力および駆動ユニット26と第2電力および駆動ユニット27との両方に電力が供給される場合、黄色光。
−第1電力および駆動ユニット26のみに電力が供給される場合、赤色光、
−第2電力および駆動ユニット27のみに電力が供給される場合、緑色光、
−第1電力および駆動ユニット26と第2電力および駆動ユニット27との両方に電力が供給される場合、黄色光。
赤色、緑色および黄色は、交通制御において、夫々禁止する、許可するおよび警告するといった正確かつ世界的な意味を有する。このため、道路標示装置1を、さらに信号装置として使用することができる。
この目的のために、光プロジェクタ、特にその電源および駆動ユニット26、27が遠隔制御される場合、非常に有利である。遠隔制御を、道路標示装置1(好ましくは、図4に示すように所与の道路または道路網に沿って延在するかかる装置1すべて)の制御ステーションへの有線または無線接続によって達成することができる。こうしたステーションは、たとえば警察署、消防署、高速道路の料金所等に配置される。
さらに、図示するようなLED9の相互配置は、個々のLED9からの光円錐が、ライトパイプ2に入る前にわずかにオーバラップし、それによりライトパイプ2の壁5、6に突き当たる前に色が有効に結合して黄色になるようにする、配置である。これは厳密には必要でないが、所望の光出力角度を得るように道路標示装置1、特にその光抽出部分6を設計することが容易になる。
第1代替実施形態では、複数のLED9の各々は、全範囲の色の光を提供することができるRGB LEDである。このため、赤色光、緑色光および黄色光に加えて、多くの交通規格によって要求されるように、たとえば道路の左側においてマーカとして使用されるために、白色光を容易に得ることができる。そして、2つの電源および駆動ユニット26、27の代りに単一の電源および駆動ユニットが使用されることが理解されよう。
第2代替実施形態では、複数のLED9は、一組の原色、たとえば赤・緑・青、シアン・マゼンタ・イエローの原色の各々に対して少なくとも1つのLEDを備える。この場合もまた、さまざまなLEDの出力を適当に混合することにより、白色を含む任意の可視色を得ることができる。なお、シアン・マゼンタ・イエローを使用して純粋な白色を得ることはできないが、それでもなお、適当に明るい黄色を得ることはできる、ということに留意されるべきである。この場合、図面に示す2つの電源および駆動ユニット26、27の代りに、個々の色のLEDを制御する複数の電源および駆動ユニットが使用されるか、またはこの場合もまた適当な切替手段を有する単一の電源および駆動ユニットが使用される、ということが理解されよう。
より一般的には、ライトパイプ2のサイズおよび形状と同様に、必要な色、各色の出力に従って、単色またはマルチチップLEDの数は7つでなくてもよい、ということは明白となろう。
赤色LEDおよび緑色LEDが使用される場合、赤色光、緑色光および黄色光の最適な色相を得るために、緑色LEDの数が赤色LEDの数より1つ多くなければならない。3つまたは5つのLEDは、ライトパイプ2の全断面を適当に覆うには少なすぎる可能性があり、8つ以上のLEDは電力消費を増大させる。
システムに複数の道路標示装置1が配置される場合、それらを共通して制御してもよく、またはそれらの各々を独立して制御してもよい。このため、非常に危険な曲がり角、トンネルへの入口等の可視性をさらに向上させるように、たとえば繰返しオンになる光の波を容易に実装することが可能である。
ライトパイプは、直径が数cmであり長さが数mであってもよい。十分な輝度を得るために、光プロジェクタ3と同じ光プロジェクタを、ライトパイプ2の第2端部に4m以上の長さにわたって配置してもよい。
道路標示装置1の断面は、図示するような円形でなくてもよく、たとえば、楕円形、矩形または他の形状であってもよい。しかしながら、円形断面により、ライトパイプ2の全断面の一様な照明を得るようなLEDのまとまった配置が容易に可能になる。
道路標示装置1が、両方向の道路の中央分離帯において使用される場合、光出力窓5aは180°を超えて延在し、かつ垂直線を中心に配置されてもよい。
各々に、各々が1W(測定したところ1、2W)の公称出力を有する4つの緑色LEDおよび3つの赤色LEDが設けられた、本発明のプロトタイプの1mにおける輝度を測定した。種々のLEDは、米国カリフォルニア州サンノゼのルミレッズ・ライティング(Lumileds Lighting,LLC(San Jose,CA,U.S.A.)から商品名「ラクシオン・スター(Luxeon Star)」で販売されている六角形PCBを有するものであった。ライトパイプ2の直径は110mmであった。結果を以下の表に示す。
上記データから、本発明の道路標示装置およびシステムが極めて高い輝度を提供することが分かる。
特に、2つのプロジェクタを有する装置は、光源から1mで少なくとも5ルクスを要求するヨーロッパ規格に基づく道路で使用するために十分な輝度を提供する。図4に示すもののようなシステムでは装置の数が少ないことが要求されるため、6mの長さのライトパイプ2が好ましい、ということが理解されよう。
しかしながら、用途によってはより短い装置が有用な場合もある。さらに、たとえば3WのLEDを使用することにより、LEDの公称出力を増大させることによって、種々の長さのライトパイプ2に対して、単一のプロジェクタ3でさえも5ルクスを超える輝度が期待される。
Claims (22)
- 長手方向に延在する光出力窓(5a)および光抽出手段(6)を有する管状ライトパイプ(2)と、該ライトパイプ(2)の第1端部に結合され該ライトパイプ(2)に光を投影する光プロジェクタ(3)と、を具備する道路標示装置(1)であって、該光プロジェクタ(2)が複数のLED(9)を備えることを特徴とする、道路標示装置。
- 前記光出力窓(5a)が、前記ライトパイプ(2)の円周上を180°にわたって延在する、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記光出力窓(5a)が、水平面から下方に偏倚する面を中心に配置される、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記光出力窓(5a)が、水平面から下方に45°偏倚する面を中心に配置される、請求項3に記載の道路標示装置。
- 前記光出力窓(5a)からの光出力が、前記ライトパイプ(2)の長手方向軸(A)に対して30°を超えない角度を形成する、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記複数のLED(9)が、少なくとも2つの異なる色を放出することができる、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記複数のLED(9)が、少なくとも2つの異なる色の単色LEDである、請求項6に記載の道路標示装置。
- 前記複数のLED(9)が、赤色LED(91〜93)と緑色LED(94〜97)とを含む、請求項7に記載の道路標示装置。
- ある色の各LED(9)またはLED群(91〜93、94〜97)が、別の色の各LED(9)またはLED群(94〜97、91〜93)とは無関係に制御される(26、27)ことを特徴とする、請求項7に記載の道路標示装置。
- 複数のLED源(8)が、仮想正六角形の中心および角に配置された7つのLED(91〜97)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記仮想正六角形の角に配置された前記6つのLEDが、交互配置された赤色LED(91〜93)および緑色LED(94〜96)であり、仮想正六角形の中心に配置された前記LEDが緑色LED(97)であることを特徴とする、請求項10に記載の道路標示装置。
- 前記複数のLED(9)がRGB LEDである、請求項6に記載の道路標示装置。
- 前記LED(9)の各々に、関連する放物面反射鏡(10)が設けられることを特徴とする、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記反射鏡(10)の各々が、各LED/反射鏡アセンブリからの光円錐が30°の開口角を有し、各反射鏡(10)の軸が、前記ライトパイプ(2)の長手方向軸(A)に対して平行であるように構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の道路標示装置。
- 前記ライトパイプが支持透明材(4)を備える、請求項1に記載の道路標示装置。
- 前記支持透明材(4)は、少なくとも前記出力窓(5a)において、微細構造透明材(5)によって内部が裏打される、請求項15に記載の道路標示装置。
- 鏡面反射および拡散反射から選択されるマスキング(7)が、前記光出力窓(5a)以外の光抽出部分(6)に配置される、請求項16に記載の道路標示装置。
- 前記微細構造透明材(5)の内部平滑面が、前記光出力窓(5a)以外の抽出部分(6)において拡散反射パターン(8)を有する、請求項16に記載の道路標示装置。
- 前記支持透明材(4)は、前記光出力窓(5a)以外の光抽出部分(6)において、拡散反射パターンを有する鏡面反射フィルムによって内部が裏打される、請求項16に記載の道路標示装置。
- 前記拡散反射パターン(8)が、前記ライトパイプ(2)の長手方向軸(A)を横切る方向に延在する拡散反射ドットの列(8)を備え、前記列(8)は、該ライトパイプ(2)の前記第1端部からその中央に向かって間隔が狭くなるように配置される、請求項18または19に記載の道路標示装置。
- 前記ライトパイプ(2)の第2端部に第2光プロジェクタをさらに具備する、請求項1に記載の道路標示装置。
- 一列に配置された、請求項1〜21のいずれか一項に記載の複数の道路標示装置を具備する、道路標示システム。
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