EP1215640A2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen - Google Patents

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EP1215640A2
EP1215640A2 EP01128430A EP01128430A EP1215640A2 EP 1215640 A2 EP1215640 A2 EP 1215640A2 EP 01128430 A EP01128430 A EP 01128430A EP 01128430 A EP01128430 A EP 01128430A EP 1215640 A2 EP1215640 A2 EP 1215640A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
light
reducible
housing
diffuser element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01128430A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1215640A3 (de
Inventor
Wolfgang Dr. Jacobsen
Ralf Dr. Neigl
Horst Dr. Berneth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer Innovation GmbH
Original Assignee
Bayer AG
Bayer Innovation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG, Bayer Innovation GmbH filed Critical Bayer AG
Publication of EP1215640A2 publication Critical patent/EP1215640A2/de
Publication of EP1215640A3 publication Critical patent/EP1215640A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • F21V23/0442—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches activated by means of a sensor, e.g. motion or photodetectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/003—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by interposition of elements with electrically controlled variable light transmissivity, e.g. liquid crystal elements or electrochromic devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G08G1/095—Traffic lights
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2111/00—Use or application of lighting devices or systems for signalling, marking or indicating, not provided for in codes F21W2102/00 – F21W2107/00
    • F21W2111/02—Use or application of lighting devices or systems for signalling, marking or indicating, not provided for in codes F21W2102/00 – F21W2107/00 for roads, paths or the like

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating light signals.
  • Devices for generating light signals are used in huge numbers worldwide e.g. used for traffic control as traffic lights and only following the same basic principle: the switchable areas of different colors e.g. red, yellow and green are generated by the fact that at least one active, intense light source behind a suitably colored filter disc is attached. The respective switched areas light up in the corresponding Color on, while the non-switched areas remain dark.
  • the switchable areas of different colors e.g. red, yellow and green are generated by the fact that at least one active, intense light source behind a suitably colored filter disc is attached.
  • the respective switched areas light up in the corresponding Color on, while the non-switched areas remain dark.
  • U.S. 4,293,796 and U.S. 4,104,562 discloses electronic methods and devices for reduction the lamp brightness at night.
  • US 3 968 395 discloses the use of two filament lamps in traffic lights with the aim of increasing functional safety.
  • US 5 898 389 discloses an automatic method and apparatus Switch to battery operation if the external power supply fails.
  • the object of the invention is a device for generating To provide light signals, on the one hand, in all environmental conditions can be read correctly and low maintenance, low energy and is inexpensive.
  • the object of the invention is achieved by a device containing a Housing with at least one opening, which is closed by a plate, the Absorption can be controlled electrically, being located inside the housing behind the opening is a diffuser element that is incident through the plate Light reflected.
  • the light signals are generated by that the ambient light hits the plate and, depending on the switching status, partially or not at all absorbed by the plate.
  • the one through the plate The light component is transmitted through the diffuser plate located behind the plate reflected and transmitted through the plate a second time.
  • the plate appears black when hardly any light is transmitted, i.e. almost all light is absorbed (apart from the proportion of the surface of the plate is reflected).
  • the plate appears white when almost all light is transmitted (apart from the portion that is reflected on the surface of the plate) so hardly any light is absorbed.
  • the plate appears colored when a certain spectral range of light from the plate is selectively absorbed or transmitted.
  • the brightness depends on the amount of light absorbed, the color from the absorption spectrum of the Plate. In the transparent state, the plate appears white from the outside, because that's just that Ambient light is reflected by the diffuser.
  • the ambient light consists of direct or indirect sunlight during the day, and at dusk and at night mainly from artificial light sources such as Street lights, headlights of vehicles.
  • the arrangement of the plates with different colored switching states to each other is basically arbitrary and directed according to the requirements for the desired signaling. So next to Traffic lights for traffic, including pedestrians and signals for ships, Build railways and planes. Such signals can also flash and / or Show symbols or signs (e.g. pedestrian or cyclist symbol).
  • the reflectance of the diffuser is preferably over 30%, particularly preferably over 70% of the amount of light incident on the diffuser.
  • the reflection takes place preferably diffuse. That means, even with directional lighting, e.g. in direct sunlight, the reflected light is distributed fairly evenly to all solid angle ranges. This makes the plates recognizable and the Differentiation of their switching states when viewed from any direction guaranteed.
  • This diffuser element can e.g. a glass plate be coated with a highly scattering, but only slightly absorbent layer is.
  • the outside of the housing is preferably different, at least in the area around the openings colored as the plates in their switching states, preferably black or white.
  • is one of the switching states of the plates is black, so is the surrounding area of the openings preferably white, and one of the switching states of the plates is transparent (Plate appears white), the surrounding area of the openings is preferred black. In this way, the plates are well opposite in both switching states to recognize the surrounding area.
  • At least one switchable per plate Active light source arranged in the housing of the device according to the invention that illuminates the plate from the inside.
  • This is preferably additional Light source seen from the plate behind the diffuser element and the diffuser element particularly preferably has a transmittance in the region from 5% to 30%.
  • the reflection partially retroreflective on the diffuser element that is, part of the irradiated Light is radiated back in the same direction from which it was radiated has been.
  • the retroreflective portion should the reflected light be higher than 5%, preferably higher than 20%.
  • the plates are also switched between a switching state of high and low absorption, the exact However, coloring is done by an additional element with a predetermined spectral Absorption like a filter disc that is inside or outside the housing in the beam path of light is arranged.
  • the absorption spectrum of the plates becomes like this chosen that in the low absorption switching state the absorption of the plate in Transmission range of the filter disk is as low as possible, preferably below 20%, based on the amount of incident light.
  • the absorption should be in the transmission range the filter disc over 70%, particularly preferably over 90% based on the amount of incident light.
  • one or more Photo receivers placed inside the housing so that they are part of the through detect the plate of incident ambient light.
  • the signal from the photo receiver can be used in a control unit as a trigger for the entry and exit Switching off the active light source can be used.
  • the duration of the Measurements with the photodetector preferably do not take longer than 1 second.
  • the signal from the one or more photo receivers can also be used for this be given an alarm signal via a control unit if the current switching behavior the plate and thus the functional safety of the traffic lights no longer is guaranteed.
  • the switching behavior of the Plate determined by comparing the signals in the two states. As soon as the ratio of these two signals compared to a certain percentage an alarm signal is given once the setpoint determined once has decreased that indicates the need for maintenance of the device.
  • a photo receiver unit is used, which is only in detected in a narrow spectral range, preferably in the spectral range in which the characteristic color of the plate lies, and the photoreceptor signal between the two switching states high and low absorption are compared. As soon as the ratio of the two signals by a certain percentage compared to that once the specified setpoint has decreased, an alarm signal can be given that indicates the need for maintenance of the device.
  • the plate is changeable optical absorption by a known electrochromic device educated.
  • the electrochromic device contains a pair of glass or plastic disks each with an electrically conductive coating on one side e.g. Indium-tin-oxide (ITO) are provided. Both panes are transparent. From these disks a cell is built up by its electrically facing one another Conductively coated sides with an annular or rectangular sealing ring connected, preferably glued. The sealing ring provides one uniform distance between the disks, for example from 0.01 to 0.5 mm. This cell is filled with an electrochromic medium. About the electrically conductive layers can be contacted separately on the two panes.
  • ITO Indium-tin-oxide
  • the electrochromic device according to the invention contains an electrochromic medium, which is a solution or a gel or a polymer. Such a medium leaves fill easily into an electrochromic cell.
  • the electrochromic medium contains a mixture of electrochromic compounds, which, when a voltage is applied, gives the neutral gray color as uniform as possible or any other color, such as a red color of the picture.
  • the transmission of the electrochromic layer in the visible Area can be varied by varying the strength of an applied voltage can be varied.
  • the electrochromic plate is transparent and preferably has a transmission that is greater than 70%.
  • the minimum transmission when colored is less than 25%.
  • the electrochromic medium known from DE 19 605 451 and DE 19 605 448 is electrochromic systems, which usually contain pairs of redox substances which are dissolved in an inert solvent. Conductive salts, light stabilizers (UV stabilizers) and substances that influence the viscosity can also be present. A reducible and an oxidizable substance are used as a pair of redox substances. Both substances are colorless in the ground state or only weakly colored. Under the influence of an electrical voltage, one substance is reduced, the other oxidizes, with at least one becoming colored. After switching off the voltage, the basic state of both substances regresses, with discoloration or color brightening occurring.
  • the electrochromic systems from DE 19 605 448 and DE 19 605 451 contain at least one oxidizable substance RED 1 by electron donation at an anode and at least one reducible substance OX 2 by electron uptake at the cathode, each with an increase in absorbance in the visible range of the spectrum changes from a weakly colored or colorless form to a colored form OX 1 or RED 2 , the weakly colored or colorless form being re-formed after charge equalization and, in the case of at least one of the substances RED 1 or OX 2 contained, the mutual conversion of oxidized and reduced form by breaking or forming a ⁇ bond (DE 196 05 448) or at least one of the substances RED 1 and OX 2 contained are covalently linked to one another via a bridge.
  • any color tones can be set.
  • Gray tones can be adjusted in a known manner by a suitable mixture of trichromatic colors (Color Physics for Industry, Roderick McDonald, ed., Society of Dyers and Colorists, 1987 and WO 98/44384).
  • OX 2 and RED 1 which are suitable for the purposes of the invention are those substances which, when they are reduced or oxidized at the cathode or anode in the solvent mentioned, give products RED 2 and OX 1 which do not undergo a chemical subsequent reaction, but instead completely return to OX 2 and RED 1 can be oxidized or reduced.
  • Suitable reducible substances OX 2 and oxidizable substances RED 1 are mentioned, for example, in WO 00/58418.
  • Fig. 1 shows the essential components of a traffic light according to the invention.
  • Fig. 1a shows the top view of the traffic light side of the traffic light dar with the plates that can be specifically changed in their brightness and / or color 1.
  • Fig.1b shows in a longitudinal section the structure of a traffic light according to the invention.
  • the housing 2 has openings 1 through the plates 3, the optical Absorption can be changed in a targeted manner, are completed.
  • Behind the plates 3 there is one diffuser element 4 each, which reflects incident light through the plate.
  • Behind the diffuser element 4 is an active light source 5 and a photo receiver 6 arranged.
  • ambient light 7 strikes one of the openings 1, it becomes so intense and / or relative spectral composition in the associated plate 3 changed.
  • the light 8 transmitted through the plate 3 is emitted by the diffuser element 4 partially thrown back and runs through plate 3 again, again in its intensity and / or relative spectral composition is changed. Then it emerges from plate 3 and can be viewed by the observer (road user). perceived to assess the brightness and color of the plate 3 become.
  • the additional active light source 5 illuminates through the diffuser element 4 the plate 3. A certain portion of the light falls on the photoreceptor 6 Signals detected by the photo receiver are used to assess the intensity of the Ambient light and the current switching behavior of the plate 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen, insbesondere eine Verkehrsampel. Die erfindungsgemäße Vorrrichtung enthält ein Gehäuse mit mindestens einer Öffnung, die durch eine Platte geschlossen wird, deren Absorption elektrisch gesteuert werden kann, wobei sich im Inneren des Gehäuses hinter der Öffnung ein Diffusorelement befindet, das durch die Platte einfallendes Licht reflektiert. Bevorzugte Schaltzustände der Platte sind entweder schwarz (Absorption über den gesamten spektralen Bereich des sichtbaren Lichtes) und farbig transparent (geringe Absorption in bestimmten spektralen Bereichen) oder transparent (keine Absorption über den gesamten spektralen Bereich des sichtbaren Lichtes). Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Lichtsignale dadurch erzeugt, dass das Umgebungslicht auf die Platte trifft und je nach Schaltzustand ganz, teilweise oder gar nicht von der Platte absorbiert wird. Der durch die Platte transmittierte Lichtanteil wird durch die hinter der Platte befindliche Diffusorplatte reflektiert und ein zweites Mal durch die Platte transmittiert und kann dann von aussen wahrgenommen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen.
Vorrichtungen zur Erzeugung von Lichtsignalen werden weltweit in riesiger Anzahl z.B. zur Verkehrsregelung als Verkehrsampeln eingesetzt und zwar ausschließlich nach demselben Grundprinzip: Die schaltbaren Flächen unterschiedlicher Färbung z.B. rot, gelb und grün, werden dadurch erzeugt, dass je mindestens eine aktive, intensiv strahlende Lichtquelle hinter eine entsprechend gefärbte Filterscheibe angebracht wird. Die jeweils geschalteten Flächen leuchten in der entsprechenden Farbe auf, während die nicht geschalteten Flächen dunkel bleiben.
Dieses Konzept hat eine Reihe von Mängeln:
  • Damit die geschalteten Flächen auch bei hellem Tageslicht sicher von den nicht geschalteten unterschieden werden können, müssen die benutzten Lichtquellen extrem hell sein. Entsprechend hoch ist der erforderliche Bedarf an elektrischer Leistung.
  • Trotz dieser sehr hellen Lichtquellen ist das Problem der sicheren Unterscheidbarkeit nicht vollständig und verlässlich gelöst: Bei direkter, nahezu senkrechter Sonneneinstrahlung auf die Ampel, also bei tief stehender Morgen- oder Abendsonne ist die (zusätzlich) aktiv beleuchtete Fläche von den übrigen nur von der Sonne beleuchteten Flächen in ihrer Helligkeit nicht zu unterscheiden.
  • Die für die Unterscheidbarkeit am Tag unbedingt erforderliche extreme Helligkeit der Lichtquellen ist bei Nacht viel zu hoch und führt zur Blendung der Autofahrer insbesondere bei Verkehrsampeln, die außerhalb geschlossener Ortschaften an unbeleuchteten Straßen aufgestellt sind.
  • Intensive Lichtquellen müssen häufig gewechselt werden, da sie nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Außerdem schwankt die individuelle Lebensdauer stark von Exemplar zu Exemplar und es kündigt sich der baldige Totalausfall der Lichtquelle im allgemeinen nicht an. Eine Erhöhung der Funktionssicherheit der Ampel lässt sich nur mit einem gesteigerten Wartungsaufwand und Materialverbrauch erreichen.
Diese Nachteile sind allgemein bekannt. Neuere Erfindungen zu Verkehrsampeln betreffen deshalb einen oder mehrere dieser Nachteile. US 4 293 796 und US 4 104 562 offenbaren elektronische Verfahren und Vorrichtungen zur Reduzierung der Lampenhelligkeit bei Nacht. US 3 968 395 offenbart den Einsatz von Zwei-Filament-Lampen in Verkehrsampeln mit dem Ziel der Erhöhung der Funktionssicherheit. US 5 898 389 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Umschaltung auf Batteriebetrieb beim Ausfall der externen Stromversorgung.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen bereit zu stellen, die einerseits bei allen Umgebungsbedingungen korrekt abgelesen werden kann und andererseits wartungsarm, energiearm und kostengünstig ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrrichtung enthaltend ein Gehäuse mit mindestens einer Öffnung, die durch eine Platte geschlossen wird, deren Absorption elektrisch gesteuert werden kann, wobei sich im Inneren des Gehäuses hinter der Öffnung ein Diffusorelement befindet, das durch die Platte einfallendes Licht reflektiert.
Bevorzugte Schaltzustände der Platte sind entweder
  • a) schwarz (Absorption über den gesamten spektralen Bereich des sichtbaren Lichtes) und farbig transparent (geringe Absorption in bestimmten spektralen Bereichen) oder
  • b) transparent (keine Absorption über den gesamten spektralen Bereich des sichtbaren Lichtes) und farbig transparent (geringe Absorption in bestimmten spektralen Bereichen).
    • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Lichtsignale dadurch erzeugt, dass das Umgebungslicht auf die Platte trifft und je nach Schaltzustand ganz, teilweise oder gar nicht von der Platte absorbiert wird. Der durch die Platte transmittierte Lichtanteil wird durch die hinter der Platte befindliche Diffusorplatte reflektiert und ein zweites Mal durch die Platte transmittiert.
    Die Platte erscheint schwarz, wenn kaum Licht transmittiert, also fast alles Licht absorbiert wird (abgesehen von dem Anteil, der an der Oberfläche der Platte reflektiert wird).
    Die Platte erscheint weiß, wenn fast alles Licht transmittiert wird (abgesehen von dem Anteil, der an der Oberfläche der Platte reflektiert wird) also kaum Licht absorbiert wird.
    Die Platte erscheint farbig, wenn ein bestimmter spektraler Bereich des Lichts von der Platte selektiv absorbiert bzw. transmittiert wird. Die Helligkeit hängt dabei von der Menge an absorbiertem Licht ab, die Färbung vom Absorptionsspektrum der Platte. Im transparenten Zustand erscheint die Platte von außen weiß, da einfach das Umgebungslicht vom Diffusor reflektiert wird.
    Das Umgebungslicht besteht bei Tage aus direktem oder indirektem Sonnenlicht, und in der Dämmerung und nachts hauptsächlich aus künstlichen Lichtquellen wie Straßenbeleuchtung, Scheinwerfer von Fahrzeugen.
    In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat das Gehäuse drei übereinander angeordnete runde Öffnungen, die jeweils durch eine Platte geschlossen sind, wobei die Platten elektronisch zwischen den Schaltzuständen farbig transparent und schwarz geschaltet werden können, und das Absorptionsspektrum der obersten Platte nur die Transmission von rotem Licht (Absorption von Licht aus allen anderen Spektralbereichen), die mittlere Platte nur die Transmission von rotem und grünem (=gelbem) Licht und die untere Platte nur die Transmission von grünem Licht erlaubt.
    In anderen Ausführungsformen hat das Gehäuse zwei oder mehrere runde oder auch dreieckige oder mehreckige Öffnungen, die übereinander, nebeneinander oder in einer anderen beliebigen Form zueinander angeordnet sind, die jeweils durch eine Platte geschlossen sind, wobei die Platten elektronisch zwischen den Schaltzuständen farbig transparent und schwarz geschaltet werden können, wobei das Absorptionsspektrum der einzelnen Platten nur die Transmission von rotem Licht (Absorption von Licht aus allen anderen Spektralbereichen) oder von grünem und rotem (=gelbem) Licht oder von grünem Licht erlaubt. Die Anordnung der Platten mit verschieden farbigen Schaltzuständen zueinander ist im Grunde beliebig und richtet sich nach den Erfordernissen für die gewünschte Signalisierung. So lassen sich neben Ampeln für den Straßenverkehr auch solche für Fußgänger sowie Signale für Schiffe, Eisenbahnen und Flugzeuge herstellen. Solche Signale können auch blinken und/oder Symbole oder Zeichen anzeigen (z. B. Fußgänger- oder Radfahrersymbol).
    Der Reflexionsgrad des Diffusors beträgt bevorzugt über 30 %, besonders bevorzugt über 70 % der auf den Diffusor einfallenden Lichtmenge. Die Reflexion erfolgt bevorzugt diffus. Das heißt, auch bei gerichteter Beleuchtung, z.B. bei direkter Sonneneinstrahlung, verteilt sich das zurückgeworfene Licht einigermaßen gleichmäßig auf alle Raumwinkelbereiche. Dadurch ist die Erkennbarkeit der Platten und die Unterscheidbarkeit ihrer Schaltzustände bei Betrachtung aus beliebiger Richtung gewährleistet.
    Es kann auch ein zusätzliches Diffusorelement auf der Außenseite des Gehäuses vor den Platten angebracht werden. Dieses Diffusorelement kann z.B. eine Glasplatte sein, die mit einer stark streuenden, aber nur wenig absorbierenden Schicht beschichtet ist.
    Bevorzugt ist das Gehäuse außen zumindestens im Bereich um die Öffnungen anders gefärbt als die Platten in ihren Schaltzuständen, bevorzugt schwarz oder weiß. Ist einer der Schaltzustände der Platten schwarz, so ist die Umgebungsfläche der Öffnungen vorzugsweise weiß, und ist einer der Schaltzustände der Platten transparent (Platte erscheint weiß), so ist die Umgebungsfläche der Öffnungen vorzugsweise schwarz. Auf diese Weise sind die Platten in beiden Schaltzuständen gut gegenüber der Umgebungsfläche zu erkennen.
    Für den Fall, dass nur sehr wenig Umgebungslicht vorhanden ist, z.B. nachts in völlig unbeleuchteten Strassen, kann zusätzlich pro Platte mindestens eine schaltbare aktive Lichtquelle in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet werden, die die Platte von innen beleuchtet. Vorzugsweise ist diese zusätzliche Lichtquelle von der Platte aus gesehen hinter dem Diffusorelement angeordnet und besonders bevorzugt hat das Diffusorelement einen Transmissionsgrad im Bereich von 5 % bis 30 %.
    Um die Erkennbarkeit der Platten und die Unterscheidbarkeit ihrer Schaltzustände für den Fall weiter zu verbessern, dass die Beleuchtung überwiegend durch die Scheinwerfer von ankommenden Fahrzeugen erfolgt, ist es vorteilhaft die Reflexion am Diffusorelement teilweise retroreflexiv gestalten, das heißt, ein Teil des eingestrahlten Lichts wird in dieselbe Richtung zurückgestrahlt, aus der es eingestrahlt wurde. Dadurch leuchten die Platten für die Insassen des die erfindungsgemäße Vorrichtung beleuchtenden Fahrzeugs besonders hell. Damit diese Zusatzfunktion für den Nachtbetrieb eine ausreichende Wirkung zeigt, sollte der retroreflexive Anteil an dem reflektierten Licht höher als 5 %, bevorzugt höher als 20 % sein. Um die Erkennbarkeit bei direktem Sonnenlicht in dieser Ausführungsform nicht unzulässig stark zu beeinträchtigen, sollte aber ein Anteil von mindestens 20 %, besonders bevorzugt im Bereich von 30 % bis 70 % des auf den Diffusor eingestrahlten Lichts diffus reflektiert werden.
    In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Platten ebenfalls zwischen einem Schaltzustand hoher und niedriger Absorption geschaltet, die genaue Farbgebung erfolgt jedoch durch ein zusätzliches Element mit vorgegebener spektraler Absorption wie einer Filterscheibe, die im oder außen am Gehäuse im Strahlengang des Lichts angeordnet wird. Das Absorptionsspektrum der Platten wird so gewählt, dass im Schaltzustand niedriger Absorption die Absorption der Platte im Transmissionsbereich der Filterscheibe möglichst niedrig ist, bevorzugt unter 20 %, bezogen auf die Menge an einfallendem Licht.
    Im Schaltzustand hoher Absorption sollte die Absorption im Transmissionsbereich der Filterscheibe über 70 %, besonders bevorzugt über 90 % bezogen auf die Menge an einfallendem Licht betragen.
    In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere Fotoempfänger im Inneren des Gehäuses so angeordnet, dass sie einen Teil des durch die Platte eingefallenen Umgebungslichtes detektieren.
    Das Signal des Fotoempfängers kann in einer Steuereinheit als Auslöser für das Einund Ausschalten der aktiven Lichtquelle verwendet werden.
    Eine Prüfung, ob die aktive Lichtquelle zugeschaltet werden muss, kann dadurch erfolgen, dass nach Umschaltung der entsprechenden Platte auf einen optisch transparenten Zustand in einem Zeitraum t eine oder mehrere Messungen mit dem Fotodetektor ausgeführt werden. Abhängig davon, ob das gemessene Signal einen bestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet, wird die aktive Lichtquelle für die Dauer des optisch transparenten Zustands zugeschaltet oder nicht. Die Dauer der Messungen mit dem Fotodetektor dauert bevorzugt nicht länger als 1 Sekunde.
    Das Signal von dem einen oder mehreren Fotoempfängern kann auch dazu verwendet werden, über eine Steuereinheit ein Alarmsignal zu geben, wenn das aktuelle Schaltverhalten der Platte und damit die Funktionssicherheit der Verkehrsampel nicht mehr gewährleistet ist.
    Für den Fall, dass farbige Filtergläser verwendet werden und die Platte nur zwischen einem Zustand niedriger und hoher Absorption schaltet, wird das Schaltverhalten der Platte durch einen Vergleich der Signale in den beiden Zuständen bestimmt. Sobald das Verhältnis dieser beiden Signale um einen bestimmten Prozentsatz gegenüber dem einmalig bestimmten Sollwert abgenommen hat, wird ein Alarmsignal gegeben werden, das den Wartungsbedarf der Vorrichtung anzeigt.
    Für den Fall, dass sowohl die Transparenz als auch die Färbung der Platte durch die Platte selbst bestimmt ist, wird eine Fotoempfängereinheit verwendet, die nur in einem schmalen Spektralbereich detektiert, bevorzugt in dem Spektralbereich, in dem die chrakteristische Farbe der Platte liegt, und das Fotoempfängersignal zwischen den beiden Schaltzuständen hoher und niedrger Absorption wird verglichen. Sobald das Verhältnis der beiden Signale um einen bestimmten Prozentsatz gegenüber dem einmalig bestimmten Sollwert abgenommen hat, kann ein Alarmsignal gegeben werden, das den Wartungsbedarf der Vorrichtung anzeigt.
    In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Platte veränderbarer optischer Absorption durch eine an sich bekannte elektrochrome Vorrichtung gebildet.
    Die elektrochrome Vorrichtung enthält ein Paar Glas- oder Kunststoffscheiben, die jeweils auf einer Seite mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung z.B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) versehen sind. Beide Scheiben sind transparent. Aus diesen Scheiben wird eine Zelle aufgebaut, indem sie mit ihren einander zugewandten elektrisch leitfähig beschichteten Seiten mit einem ringförmigen oder rechteckigen Dichtungsring verbunden, vorzugsweise verklebt werden. Der Dichtungsring stellt einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Scheiben her, von beispielsweise 0,01 bis 0,5 mm. Diese Zelle ist mit einem elektrochromen Medium befüllt. Über die elektrisch leitfähigen Schichten lassen sich die beiden Scheiben getrennt kontaktieren.
    Die erfindungsgemäße elektrochrome Vorrichtung enthält ein elektrochromes Medium, das eine Lösung oder ein Gel oder ein Polymer ist. Ein solches Medium lässt sich leicht in eine elektrochrome Zelle einfüllen.
    Das elektrochrome Medium enthält eine Mischung aus elektrochromen Verbindungen, die beim Anlegen einer Spannung eine möglichst gleichmäßige, neutrale Graufärbung hervorruft oder eine beliebige andere Färbung wie zum Beispiel eine Rotfärbung des Bildes bewirkt. Die Transmission der elektrochromen Schicht im sichtbaren Bereich kann durch die Variation der Stärke einer angelegten Spannung variiert werden.
    Liegt keine Spannung zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten an, so ist die elektrochrome Platte transparent und weist bevorzugt eine Transmission auf, die größer als 70 % ist. Die minimale Transmission bei Einfärbung ist kleiner als 25 %.
    Als elektrochromes Medium sind aus DE 19 605 451 und DE 19 605 448 elektrochrome Systeme bekannt, die üblicherweise Paare von Redoxsubstanzen enthalten, die in einem inerten Lösungsmittel gelöst sind. Zusätzlich können Leitsalze, Lichtstabilisatoren (UV-Stabilisatoren) und Substanzen, die die Viskosität beeinflussen, enthalten sein. Als Paar von Redoxsubstanzen wird je eine reduzierbare und eine oxidierbare Substanz verwendet. Beide Substanzen sind im Grundzustand farblos oder nur schwach gefärbt. Unter Einfluss einer elektrischen Spannung wird die eine Substanz reduziert, die andere oxidiert, wobei mindestens eine farbig wird. Nach Abschalten der Spannung bildet sich bei beiden Substanzen der Grundzustand wieder zurück, wobei Entfärbung bzw. Farbaufhellung auftritt.
    Figure 00090001
    Aus US-A 4 902 108 ist bekannt, dass solche Paare von Redoxsubstanzen geeignet sind, bei denen die reduzierbare Substanz wenigstens zwei chemisch reversible Reduktionswellen im Cyclischen Voltammogramm und die oxidierbare Substanz entsprechend wenigstens zwei chemisch reversible Oxidationswellen besitzt.
    Die elektrochromen Systeme aus DE 19 605 448 und DE 19 605 451 enthalten mindestens eine oxidierbare Substanz RED1, die durch Elektronenabgabe an einer Anode und mindestens eine reduzierbare Substanz OX2, die durch Elektronenaufnahme an der Kathode, jeweils unter Zunahme der Extinktion im sichtbaren Bereich des Spektrums von einer schwach gefärbten oder farblosen Form in eine gefärbte Form OX1 bzw. RED2 übergeht, wobei nach Ladungsausgleich jeweils die schwach gefärbte bzw. farblose Form zurückgebildet wird und bei mindestens einer der enthaltenen Substanzen RED1 oder OX2 die wechselseitige Umwandlung von oxidierter und reduzierter Form durch Bruch bzw. Bildung einer σ-Bindung erfolgt (DE 196 05 448) oder mindestens eine der enthaltenen Substanzen RED1 und OX2 über eine Brücke kovalent miteinander verknüpft sind.
    Die erfindungsgemäße Zelle enthält bevorzugt elektrochrome Medien, in denen
  • a) die reduzierbare Substanz mindestens eine, vorzugsweise wenigstens zwei chemisch reversible Reduktionswellen im cyclischen Voltammogramm und die oxidierbare Substanz entsprechend mindestens eine, vorzugsweise wenigstens zwei chemisch reversible Oxidationswellen besitzen, oder
  • b) die reduzierbare Substanz und die oxidierbare Substanz über eine Brücke B kovalent aneinander gebunden sind, oder
  • c) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz solche ausgewählt sind, bei denen der reversible Übergang zwischen der oxidierbaren Form und der reduzierbaren Form oder umgekehrt mit dem Bruch bzw. dem Aufbau einer σ -Bindung verbunden ist, oder
  • d) die reduzierbare Substanz und/oder die oxidierbare Substanz Metallsalze oder Metallkomplexe sind von solchen Metallen, die in mindestens zwei Oxidationsstufen existieren, oder
  • e) die reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Oligo- und Polymere sind, die mindestens eines der genannten Redoxsysteme, aber auch Paare solcher Redoxsysteme, wie sie unter a) bis d) definiert sind, enthalten, oder
  • f) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Mischungen der in a) bis e) beschriebenen Substanzen eingesetzt werden, vorausgesetzt diese Mischungen enthalten mindestens ein reduzierbares und mindestens ein oxidierbares Redoxsystem.
    • Durch Auswahl der elektrochromen Verbindungen RED1 und OX2 und/oder Mischungen davon lassen sich beliebige Farbtöne einstellen. Grautöne lassen sich in bekannter Weise durch geeignete Mischung von Trichromiefarben einstellen (Colour Physics for Industry, Roderick McDonald, ed., Society of Dyers and Colourists, 1987 und WO 98/44384).
    Im Sinne der Erfindung geeignete OX2 und RED1 sind solche Substanzen, die bei ihrer Reduktion bzw. Oxidation an der Kathode bzw. Anode in dem genannten Lösungsmittel Produkte RED2 und OX1 liefern, die keine chemische Folgereaktion eingehen, sondern komplett wieder zu OX2 und RED1 oxidiert bzw. reduziert werden können.
    Geeignete reduzierbare Substanzen OX2 und oxidierbare Substanzen RED1 sind beispielsweise in WO 00/58418 genannt.
    Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Fertigung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Lichtsignalen für die Verkehrsregelung (Verkehrsampeln), die von den bereits aufgeführten teilweise schwerwiegenden Nachteilen der dem Stand der Technik entsprechenden Verkehrsampeln ganz oder überwiegend frei sind:
    • Die geschalteten Platten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind von den nicht geschalteten Platten auch bei hellem Tageslicht sicher unterscheidbar.
    • Der Bedarf an elektrischer Leistung wird drastisch reduziert.
    • Auch ein direkter Einfall von Sonnenlicht auf die Ampel beeinflusst die Unterscheidbarkeit von geschalteten und nicht geschalteten Platten in keiner Weise.
    • Die Blendgefahr der Verkehrsteilnehmer bei Nacht ist sicher behoben.
    • Die Gefahr eines plötzlichen nicht vorhersehbaren Totalausfalls einer Ampel gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht mehr gegeben. Lediglich die Zusatzbeleuchung für den Nachtbetrieb kann ausfallen. Es bleibt dann aber immer noch die Unterscheidbarkeit von geschalteten und nicht geschalteten Platten zumindest im Scheinwerferlicht des jeweiligen Fahrzeugs.
    Figuren und Beispiele
    Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    Fig. 1a Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in Ausgestaltung einer Verkehrsampel. Fig. 1b Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Ausgestaltung einer Verkehrsampel.
    Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Verkehrsampel. Fig. 1a stellt die Draufsicht auf die dem Verkehr zugewandte Seite der Verkehrsampel dar mit den gezielt in ihrer Helligkeit und/oder Färbung veränderbaren Platten 1. Fig.1b zeigt in einem Längsschnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Verkehrsampel. Das Gehäuse 2 hat Öffnungen 1, die durch Platten 3, deren optische Absorption gezielt verändert werden kann, abgeschlossen sind. Hinter den Platten 3 befindet sich je ein Diffusorelement 4, das durch die Platte einfallendes Licht reflektiert. Hinter dem Diffusorelement 4 ist eine aktive Lichtquelle 5 sowie ein Fotoempfänger 6 angeordnet.
    Trifft nun Umgebungslicht 7 auf eine der Öffnungen 1, so wird es in seiner Intensität und/oder relativen spektralen Zusammensetzung in der zugehörigen Platte 3 verändert. Das durch die Platte 3 transmittierte Licht 8 wird von dem Diffusorelement 4 teilweise zurückgeworfen und durchläuft erneut die Platte 3, wobei es erneut in seiner Intensität und/oder relativen spektralen Zusammensetzung verändert wird. Danach tritt es aus der Platte 3 wieder aus und kann vom Beobachter (Verkehrsteilnehmer) zur Beurteilung der Helligkeit und Farbe der Platte 3 wahrgenommen werden.
    Die zusätzliche aktive Lichtquelle 5 beleuchtet durch das Diffusorelement 4 hindurch die Platte 3. Auf den Fotoempfänger 6 fällt ein gewisser Anteil des Lichtes 8. Die vom Fotoempfänger detektierten Signale dienen zur Beurteilung der Intensität des Umgebungslichtes sowie des aktuellen Schaltverhaltens der Platte 3.

    Claims (25)

    1. Vorrrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen enthaltend ein Gehäuse (2) mit mindestens einer Öffnung (1), die durch eine Platte (3) geschlossen wird, deren Absorption elektrisch gesteuert werden kann, wobei sich im Inneren des Gehäuses (2) hinter der Öffnung (3) ein Diffusorelement (4) befindet, das durch die Platte einfallendes Licht reflektiert.
    2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) drei übereinander angeordnete runde Öffnungen (1) hat, die jeweils durch eine Platte (3) geschlossen sind, wobei die Platten (3) elektronisch zwischen den Schaltzuständen farbig transparent und schwarz geschaltet werden können, und das Absorptionsspektrum der obersten Platte nur die Transmission von rotem Licht, die mittlere Platte nur die Transmission von rotem und grünem (=gelbem) Licht und die untere Platte nur die Transmission von grünem Licht erlaubt.
    3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Platte (3) mindestens eine schaltbare aktive Lichtquelle (5) in dem Gehäuse (2) angeordnet werden, die die Platte (3) von innen beleuchtet.
    4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Lichtquelle von der Platte (3) aus gesehen hinter dem Diffusorelement (4) angeordnet ist.
    5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusorelement (4) einen Transmissionsgrad im Bereich von 5 % bis 30 % hat.
    6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Filterscheiben im oder außen am Gehäuse im Strahlengang des Lichts angeordnet werden und das Absorptionsspektrum der Platten so gewählt wird, dass im Schaltzustand niedriger Absorption die Absorption der Platte im Transmissionsbereich der Filterscheibe möglichst niedrig ist, bevorzugt unter 20 % bezogen auf die Menge an einfallendem Licht und im Schaltzustand hoher Absorption die Absorption im Transmissionsbereich der Filterscheibe über 70 %, bevorzugt über 90 % bezogen auf die Menge an einfallendem Licht beträgt.
    7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Fotoempfänger (6) im Inneren des Gehäuses (2) so angeordnet werden, dass sie einen Teil des durch die Platte (3) eingefallenen Umgebungslichtes detektieren.
    8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Diffusorelements (4), das im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist, über 30 %, bevorzugt über 70 % der auf das Diffusorelement (4) einfallenden Lichtmenge beträgt.
    9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexion am Diffusorelement teilweise retroreflexiv ist.
    10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der retroreflexive Anteil an dem durch das Diffusorelement (4) reflektierten Licht höher als 5 %, bevorzugt höher als 20 % ist.
    11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von mindestens 20 %, besonders bevorzugt im Bereich von 30 % bis 70 % an dem durch das Diffusorelement (4) reflektierten Licht diffus reflektiert wird.
    12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Diffusorelement auf der Außenseite des Gehäuses vor der oder den Platten angebracht wird.
    13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusorelement eine Glasplatte ist, die mit einer stark streuenden, aber schwach absorbierenden Schicht beschichtet ist.
    14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schaltzustände der Platte entweder schwarz und farbig transparent oder transparent und farbig transparent sind.
    15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse außen zumindestens im Bereich um die Öffnungen anders gefärbt ist, als die Platten in ihren Schaltzuständen und bevorzugt schwarz oder weiß.
    16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsfläche der Öffnung weiß ist, wenn einer der Schaltzustände der zugehörigen Platte schwarz ist, und dass die Umgebungsfläche der Öffnung schwarz ist wenn einer der Schaltzustände der Platten transparent ist.
    17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist und diese Steuereinheit die aktive Lichtquelle für die Dauer des optisch transparenten Zustands der Platte abschaltet oder zuschaltet in Abhängigkeit davon, ob ein oder mehrere mit dem Fotodetektor in einem vorgegebenen Zeitraum t nach Schaltung der Platte auf einen optisch transparenten Zustand gemessenes Signal einen vorgegebenen Schwellenwert über- oder unterschreitet.
    18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum t höchstens 1 Sekunde beträgt.
    19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist und diese Steuereinheit ein Alarmsignal abgibt, wenn das Verhältnis der mit einem oder mehreren Fotoempfängern im Zustand niedriger und hoher Absorption gemessenen Signale unter einem vorgegebenen Wert liegt.
    20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fotoempfängereinheit verwendet wird, die nur in einem schmalen Spektralbereich detektiert, bevorzugt in dem Spektralbereich, in dem die charakteristische Farbe der Platte liegt.
    21. Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehrere Platten elektrochrome Vorrichtungen sind.
    22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochrome Vorrichtung aus einem Paar transparenter Glas- oder Kunststoffscheiben besteht, die auf jeweils einer Seite mit einer elektrisch leitfähigen, transparenten Beschichtung versehen sind, und die über einen Dichtungsring auf den Seiten ihrer leitfähigen Beschichtung zusammengefügt sind, und bei denen das Volumen, gebildet aus den beiden Scheiben und dem Dichtungsring, mit einem elektrochromen Medium gefüllt ist.
    23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochrome Medium eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Polymer ist.
    24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochrome Medium mindestens ein Paar elektrochromer und oxidierbarer bzw. reduzierbarer Substanzen OX2 und RED1 enthält.
    25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrochromes Medium verwendet wird, in dem
      a) die reduzierbare Substanz mindestens eine, vorzugsweise wenigstens zwei chemisch reversible Reduktionswellen im cyclischen Voltammogramm und die oxidierbare Substanz entsprechend mindestens eine, vorzugsweise wenigstens zwei chemisch reversible Oxidationswellen besitzen, oder
      b) die reduzierbare Substanz und die oxidierbare Substanz über eine Brücke B kovalent aneinander gebunden sind, oder
      c) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz solche ausgewählt sind, bei denen der reversible Übergang zwischen der oxidierbaren Form und der reduzierbaren Form oder umgekehrt mit dem Bruch bzw. dem Aufbau einer σ-Bindung verbunden ist, oder
      d) die reduzierbare Substanz und/oder die oxidierbare Substanz Metallsalze oder Metallkomplexe sind von solchen Metallen, die in mindestens zwei Oxidationsstufen existieren, oder
      e) die reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Oligo- und Polymere sind, die mindestens eines der genannten Redoxsysteme, aber auch Paare solcher Redoxsysteme, wie sie unter a) bis d) definiert sind, enthalten, oder
      f) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Mischungen der in a) bis e) beschriebenen Substanzen eingesetzt werden, vorausgesetzt diese Mischungen enthalten mindestens ein reduzierbares und mindestens ein oxidierbares Redoxsystem.
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