DE102008022344A1

DE102008022344A1 - light signal

Info

Publication number: DE102008022344A1
Application number: DE102008022344A
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Ing. Berg; Stefan Dipl.-Ing. Burgaß; Rolf Dipl.-Ing. Eckl; Uwe Dipl.-Ing. Frost; Jörg Dipl.-Ing. Liebscher; Norbert Dipl.-Ing. Pöpplow; Michael Dipl.-Ing. Zabel; Dirk Dipl.-Ing. Zimmermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05
Also published as: EP2113712A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal mit einem für eine Glühfadenanordnung konzipierten optischen System (10) zur Abstrahlung des Lichts in mindestens einen Raumwinkel, insbesondere zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen. Um lichtemittierende Halbleiterchips (3.1 bis 3.6) unter Beibehaltung des optischen Systems (10) verwenden zu können, ist vorgesehen, dass die Glühfadenanordnung durch eine lichtemittierende Halbleiterchipanordnung, insbesondere LED-Anordnung, mit glühfadenspezifischen Parametern, insbesondere hinsichtlich geometrischer Abmessungen, Lichtstromhöhe und Lichtstromverteilung, ersetzt ist.The invention relates to a light signal with a designed for a filament assembly optical system (10) for emitting the light in at least one solid angle, in particular for the presentation of signal terms in rail-bound traffic routes. In order to be able to use light-emitting semiconductor chips (3.1 to 3.6) while maintaining the optical system (10), it is provided that the filament arrangement is replaced by a light-emitting semiconductor chip arrangement, in particular LED arrangement, with parameters specific to the filament, in particular with regard to geometric dimensions, luminous flux level and luminous flux distribution is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal mit einem für eine Glühfadenanordnung konzipierten optischen System zur Abstrahlung des Lichts in mindestens einen Raumwinkel, insbesondere zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen.The The invention relates to a light signal with a filament arrangement designed optical system for emitting light in at least a solid angle, in particular for the representation of signal terms at rail-bound traffic routes.

Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Leuchtzeichen oder Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte erfinderische Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.The The following explanations essentially relate on illuminated signs or light signals for the representation of signal terms at railways without the claimed inventive subject limited to this application should be.

Bei bekannten Lichtsignalen wird als Leuchtmittel überwiegend eine Glühfadenanordnung einer Glühlampe verwendet, deren Licht mittels eines optischen Systems in einen definierten Raumwinkel für Fernsicht und häufig zusätzlich einen zweiten definierten Raumwinkel für Nahsicht gerichtet wird. Lichtsignale für eisenbahnsicherungstechnische Anlagen bilden in der Regel ein komplexes System, bestehend aus Glühlampe, Farbscheibe, Linsensystem, Abschlussglas und evtl. einer zusätzlichen Streuscheibe. Dieses System ist dabei optimal auf die charakteristischen Eigenschaften der speziellen Glühlfadenanordnung der jeweils verwendeten Glühlampe abgestimmt, wobei sich die Glühfadenanordnung im Brennpunkt des optischen Systems befindet. Durch die Brennpunktposition der Glühfadenanordnung wird diese von dem optischen System ins Unendliche abgebildet. Da die Abstrahlflächen des vorzugsweise gewendelten Glühfadens im Sub-Millimeterbereich aneinandergrenzen, erscheint die Glühwendel im Fernsichtbereich des Lichtsignals als homogen ausgeleuchtete Fläche. Zur besseren Lichtmischung ist häufig zusätzlich eine Streuscheibe vorgesehen.at known light signals is predominant as the light source used a filament assembly of a light bulb, their light by means of an optical system in a defined Solid angle for far vision and often in addition directed a second defined solid angle for near vision becomes. Form light signals for railway safety systems usually a complex system consisting of light bulb, Color disc, lens system, cover glass and possibly an additional Lens. This system is optimal on the characteristic Characteristics of the special filament arrangement of each used incandescent lamp matched, with the filament arrangement located at the focal point of the optical system. Through the focus position the filament arrangement becomes this from the optical system depicted in the infinite. Since the radiating surfaces of the preferably coiled Adjacent filaments in the sub-millimeter range, the filament appears in the far vision area of the light signal as homogeneously illuminated surface. For better light mixing is often additionally provided a lens.

Die Komplexität des optischen Systems ist auch darin begründet, dass möglichst unterschiedliche Anbringungs- und Beobachtungspunkte, Kurvenradien des Schienenweges und Erkennungsweiten realisiert werden müssen. Nachteilig bei der Verwendung von Glühfadenanordnungen als Leuchtmittel ist vor allem deren relativ geringe Lebensdauer, welche außerdem individuell sehr unterschiedlich und kaum vorhersagbar ist. Dadurch kann es zu Ausfällen kommen, die erhebliche Störungen im Bahnbetriebsablauf verursachen. Nachteilig bei der klassischen Glühfadenanordnung ist weiterhin, dass nur maximal 5% der eingesetzten Energie in Licht umgewandelt werden, während der restliche Energieeinsatz als Wärme verpufft. Auch Hallogenlampen funktionieren nach dem Glühfadenprinzip, sind aber etwas effizienter.The Complexity of the optical system is also due to the most different mounting and observation points, Curve radii of the rail track and detection distances can be realized have to. Disadvantageous in the use of filament arrangements As a light source is mainly their relatively short life, which also individually very different and hardly predictable is. This can lead to failures that are significant Cause disruptions in the train operation. adversely in the classical filament arrangement is further that only a maximum of 5% of the energy used is converted into light, while the remaining energy use as heat fizzles. Hallogen lamps also work according to the filament principle, but are a little more efficient.

Auf einem gänzlichen anderen Prinzip beruhen lichtemittierende Halbleiterchips, beispielsweise LEDs – lichtemittierende Dioden. LEDs erzeugen Licht durch elektrische Anregung eines Halbleiters. Dabei werden bis zu 40% des Energieeinsatzes in Licht umgewandelt. LEDs sind außerdem klein, robust und langlebig, wobei eine Lebensdauer von bis zu 100.000 Betriebsstunden erreichbar ist. Durch ständige Weiterentwicklung der LED-Technik sind LEDs verfügbar geworden, die auch den hohen Anforderungen der Eisenbahn-Lichtsignale hinsichtlich Lichtstromhöhe und Farbkonstanz genügen. Infolge der ständigen Weiterentwicklung der LEDs ergibt sich zunehmend die Notwendigkeit, Glühfadenanordnungen durch LED-Anordnungen zu ersetzen. Problematisch dabei ist vor allem die optische Anpassung, da das vorhandene optische System auf die spezielle Abstrahlcharakteristik der Glühfadenanordnung abgestimmt ist. Die bekannten Halbleiterchips auf LED-Basis be sitzen eine gänzlich andere Abstrahlcharakteristik, so dass in der Regel das komplette optische System durch ein LED-spezifisches optisches System ersetzt werden muss, wie beispielsweise in der EP 1 457 945 A1 und der US 6,249,375 B1 beschrieben.A completely different principle is based on light-emitting semiconductor chips, for example LEDs - light-emitting diodes. LEDs generate light by electrical excitation of a semiconductor. Up to 40% of the energy used is converted into light. LEDs are also small, rugged, and durable, with a lifespan of up to 100,000 operating hours. Due to continuous development of LED technology, LEDs have become available that also meet the stringent requirements of railway light signals with regard to luminous flux height and color consistency. Due to the continuous development of LEDs, there is an increasing need to replace filament arrays with LED arrays. The problem here is especially the optical adjustment, since the existing optical system is tuned to the specific radiation characteristics of the filament arrangement. The known semiconductor chips LED-based be sitting a completely different radiation characteristics, so that usually the complete optical system must be replaced by a LED-specific optical system, such as in the EP 1 457 945 A1 and the US 6,249,375 B1 described.

Um das hochkomplexe optische System weiter verwenden zu können, wurde gemäß der EP 1 538 059 B1 vorgeschlagen, zwischen einer LED-Anordnung und dem vorhandenen optischen System ein weiteres optisches System anzuordnen, dessen Brennpunkt mit dem lichteintrittsseitigen Brennpunkt des vorhandenen optischen Systems übereinstimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine optische Anpassung einer modernen LED-Anordnung auf das bewährte optische System für Glühfadenanordnungen. Nachteilig bei dieser Lichtsignal-Gestaltung ist neben der Notwendigkeit, ein zusätzliches optisches System quasi zwischenzuschalten, die sich dadurch ergebende Vergrößerung der Bauform, insbesondere der Länge, des gesamten Lichtsignals und damit des Lichtsignal-Gehäuses. Darüber hinaus ist nicht zu erwarten, dass die Brennpunktfokussierung des LED-Lichts eine exakte Abbildung der Glühfadenanordnung ermöglicht. Daraus resultieren Lichtverluste und letztlich eine Verschlechterung der optische Eigenschaften des Lichtsignals.In order to continue to use the highly complex optical system, according to the EP 1 538 059 B1 proposed to arrange between a LED array and the existing optical system, a further optical system whose focal point coincides with the light entrance side focal point of the existing optical system. In this way, an optical adaptation of a modern LED arrangement results on the proven optical system for filament arrangements. A disadvantage of this light signal design is in addition to the need to intervene quasi an additional optical system, the resulting increase in the design, in particular the length of the entire light signal and thus the light signal housing. In addition, it is not expected that the focus focusing of the LED light enables an accurate image of the filament arrangement. This results in light losses and ultimately a deterioration of the optical properties of the light signal.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der gattungsgemäßen Art anzugeben, das ohne Einbuße an optischer Qualität die Weiterverwendung des vorhandenen optischen Systems und auch der wesentlichen Baugruppen des Lichtsignals und dessen Gehäuses ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the object, a light signal of specify generic type, without loss in optical quality the re-use of the existing optical system and also the essential components of the light signal and its housing allows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Glühfadenanordnung durch eine lichtemittierende Halbleiterchipanordnung, insbesondere LED-Anordnung, mit glühfadenspezifischen Parametern, insbesondere hinsichtlich geometrischer Abmessungen, Lichtstromhöhe und Lichtstromverteilung, ersetzt ist.According to the invention the object is achieved in that the filament arrangement by a light-emitting semiconductor chip arrangement, in particular LED arrangement, with filament-specific parameters, in particular in terms of geometric dimensions, luminous flux level and luminous flux distribution, is replaced.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Geometrie des Glühfadens und dessen Lichtstromcharakteristika durch mindestens einen lichtemittierenden Halbleiterchip der neuesten Generation nachbilden lassen. Geeignet dazu sind beispielsweise kleine, stabförmige LEDs der Serie CL-L100 der Citizen Electronics Co. Ltd. Mit diesen länglichen LED-Leuchtflächen ergibt sich die Möglichkeit, längliche Glühfadenformen nachzubilden, was mit den weit verbreiteten runden Abstrahlflächen älterer LED-Generationen nicht mit der erforderlichen Formtreue realisierbar war. Prinzipiell kann auch jede mehrfadige Glühlampe durch entsprechend geformte oder angeordnete Halbleiterchips nachgebildet werden.Of the Invention is based on the finding that the geometry of the filament and its luminous flux characteristics at least one latest semiconductor light emitting semiconductor chip Generation replicate. Suitable for this are, for example small, rod-shaped LEDs of the series CL-L100 Citizen Electronics Co. Ltd. With these elongated LED illuminated areas gives the possibility of elongated filament shapes reproduce what older with the widespread round radiating surfaces LED generations can not be realized with the required form faithfulness was. In principle, every multi-filament light bulb can also be used correspondingly shaped or arranged semiconductor chips imitated become.

Das qualitativ hochwertige optische System bewährter Bauart sorgt für die optimale Ausleuchtung des für die Sichtbarkeit des Signalbegriffes, insbesondere durch das Bedienungspersonal der schienengebundenen Verkehrsmittel, maßgeblichen Raumwinkels. Dabei sind vorzugsweise zwei Raumwinkel vorgesehen, nämlich für Fernsicht und für Nahsicht. Der Nahsicht-Raumwinkel kann z. B. mittels eines zusätzlich vorgesehenen Nahstreuspiegels realisiert sein. Aber auch ohne Nahstreuspiegel kann das zu übernehmende Grundsystem bereits für die Fernbereichs- und die Nahbereichsdarstellung von Signalbegriffen konzipiert sein, beispielsweise durch eine Spezialoptik am unteren Rand des optischen Systems zur Lichtbrechung oder Lichtstreuung nach unten, d. h. in Bodenrichtung. Die Weiterverwendbarkeit des optischen Systems bei Eignung desselben für die Fernbereichs- und die Nahbereichsdarstellung von Signalbegriffen, beispielsweise mittels Nahstreuspiegel oder Spezialoptik, ist wegen dessen Hochwertigkeit besonders vorteilhaft. Es ist lediglich der Austausch der Glühlampe durch die Halbleiterchipanordnung erforderlich. Neben dem optischen System können auch wesentliche andere Baugruppen des Lichtsignals, insbesondere das Gehäuse, ggf. inklusive Nahstreuspiegel, beibehalten werden.The high quality optical system of proven design ensures the optimal illumination of the for Visibility of the signal concept, in particular by the operating personnel rail-bound transport, relevant spatial angle. In this case, two solid angles are preferably provided, namely for distance and near vision. The near-vision solid angle can z. B. realized by means of an additionally provided Nahstrepiegels be. But even without Nahstreuspiegel the can be taken over Basic system already for long-range and short-range display be designed by signal terms, for example by a special optics at the bottom of the optical system for refraction or light scattering down, d. H. in the direction of the ground. The reusability of the optical system if it is suitable for the long-range and the near-field representation of signal terms, for example using close-up mirror or special optics, is because of its high quality especially advantageous. It's just the replacement of the light bulb required by the semiconductor chip arrangement. In addition to the optical System can also be essential other assemblies of the light signal, in particular the housing, possibly including close-up mirror, to be kept.

Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Halbleiteranordnung mindestens einen Halbleiterchip und ggf. mindestens ein Optikelement, insbesondere Linse, Lichtwellenleiter, Prisma und/oder Spiegel, aufweist. Dadurch ergibt sich eine Glühfadennachbildung durch folgende Varianten:

– Ersatz des Glühfadens durch einen einzelnen Halbleiterchip, dessen geometrische Abmessungen denen des Glühfadens ähnlich ist,
– Anordnung mehrerer Halbleiterchips auf einem Trägerbauteil derart, dass die räumliche Ausdehnung des Glühfadens annähernd erreicht wird oder
– Kombination mindestens eines Halbleiterchips mit mindestens einem Optikelement, beispielsweise Linse, Lichtwellenleiter, Prisma, Spiegel oder dergleichen, um die räumliche Ausdehnung des Glühfadens durch optische Abbildung zu erreichen.

According to claim 2 it is provided that the semiconductor device has at least one semiconductor chip and optionally at least one optical element, in particular lens, optical waveguide, prism and / or mirror. This results in a filament simulation by the following variants:

Replacement of the filament by a single semiconductor chip whose geometrical dimensions are similar to those of the filament,
Arrangement of a plurality of semiconductor chips on a carrier component such that the spatial extent of the filament is approximately reached or
- Combining at least one semiconductor chip with at least one optical element, such as lens, optical waveguide, prism, mirror or the like, to achieve the spatial extent of the filament by optical imaging.

Diesen Varianten ist gemeinsam, dass die Lichtstromverteilung der Halbleiterlichtquelle mindestens der Eintrittsappertur des für die Glühfadenanordnung konzipierten optischen Systems entsprechen muss. Dabei wirkt sich die physikalisch bedingte Lichtstromverteilung von Halbleiterlichtquellen mit einem Abstrahlbereich von maximal 180° besonders positiv aus. Die Lichtausnutzung ist wesentlich besser als die der Glühlampe, welche eine rotationssymmetrische Lichtstromverteilung, d. h. 360° um die Glühfadenachse, besitzt. Der tatsächlich ausgenutzte, d. h. relevante Lichtstrom ist der, der entsprechend der Appertur des optischen Systems durch das optische System gebündelt und in den Fernsichtbereich und ggf. den Nahsichtbereich abgestrahlt wird. Durch den gerichteten Abstrahlwinkel der Halbleiterlichtquellen ergibt sich zusammen mit deren geringerer Leistungsaufnahme und höheren Lebensdauer ein preiswerter und effektiver Ersatz der Glühlampe. Änderungen im Abstrahlprofil des Lichtsignals lassen sich durch geänderte Anordnung oder Austausch von Halbleiterchips einfach realisieren.this Variants have in common that the luminous flux distribution of the semiconductor light source at least the entry clatter of the filament assembly designed optical system. This affects the physically related luminous flux distribution of semiconductor light sources with a radiation range of maximum 180 ° particularly positive out. The light utilization is much better than that of the light bulb, which a rotationally symmetrical luminous flux distribution, d. H. 360 ° around the filament axis, owns. The actually exploited, d. H. Relevant luminous flux is the one according to the Appertur of the optical system bundled by the optical system and is radiated into the far vision area and, if necessary, the near vision area. Due to the directional radiation angle of the semiconductor light sources results together with their lower power consumption and Higher life a cheaper and more effective replacement the light bulb. Changes in the radiation profile of the Light signals can be changed by arrangement or Easy replacement of semiconductor chips.

Vorzugsweise ist gemäß Anspruch 3 vorgesehen, dass ein für die Glühfadenanordnung konzipierter Neustreuspiegel durch mindestens einen zusätzlichen Halbleiterchip ersetzt oder ausgeleuchtet ist oder dass der Neustreuspiegel durch zusätzliche optische Komponenten, insbesondere Prismen und/oder Spiegel, ersetzt oder mittels der Halbleiterchip-Anordnung ausgeleuchtet ist. Die Nahstreufunktionalität wird somit durch folgende Varianten erreicht:

– Zusätzliche Halbleiterchips werden anstelle des Nahstreuspiegels platziert, so dass ein Nahstreuspiegel gänzlich entfallen kann,
– zusätzliche Halbleiterchips werden derart angeordnet, dass sie Licht in Richtung Nahstreuspiegel emittieren oder
– durch zusätzliche optische Komponenten wie Spiegel, Prismen und dergleichen, wird ein Teil des zur Glühfadennachbildung vorgesehenen Lichts auf den Nahstreuspiegel oder direkt in den Nahsichtbereich umgelenkt.

Preferably, it is provided according to claim 3 that a designed for the filament assembly Neustreuspiegel is replaced or illuminated by at least one additional semiconductor chip or that the new mirror is replaced by additional optical components, in particular prisms and / or mirrors, or illuminated by the semiconductor chip arrangement. The Nahstreufunktionalität is thus achieved by the following variants:

Additional semiconductor chips are placed in place of the near-scattering mirror, so that a near-scattering mirror can be completely eliminated,
Additional semiconductor chips are arranged in such a way that they emit light in the direction of the near-scattering mirror or
- By additional optical components such as mirrors, prisms and the like, a part of the intended for Glühfadennachbildung light is deflected to the near-scattering mirror or directly into the near vision area.

Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Halbleiterchipanordnung im Brennpunkt des optischen Systems angeordnet ist und eine größere Abstrahlfläche als die Glühfadenanordnung und/oder eine Diffuserscheibe aufweist, oder dass die Halbleiterchipanordnung geringfügig beabstandet zum Brennpunkt des optischen Systems angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Gleichmäßigkeit der Abbildung der Halbleiterlichtquelle im Fernfeld des Lichtsignals verbessert. Entweder werden durch Dejustage aus der Brennebene bewusst Abbildungsfehler erzeugt, oder eine Diffuserscheibe erzeugt eine lichtmischende oder streuende Wirkung oder im Brennpunkt ist ein großflächiger Emitter angeordnet. Im Gegensatz zur Glühfadenanordnung kann die Homogenität des ausgeleuchteten Fernfeldes auch durch Prismen, Lichtwellenleiter, Feldlinsen oder dergleichen beeinflusst werden.According to claim 4, it is provided that the semiconductor chip arrangement is arranged in the focal point of the optical system and has a larger emission surface than the filament arrangement and / or a diffuser disc, or that the semiconductor chip arrangement is arranged slightly spaced from the focal point of the optical system. In this way, the uniformity of the imaging of the semiconductor light source in the far field of the light signal is improved. Either misregistration from the focal plane is deliberately created aberrations, or a diffuser disc creates a lichtmi shearing or scattering effect or focal point a large emitter is arranged. In contrast to the filament arrangement, the homogeneity of the illuminated far field can also be influenced by prisms, optical fibers, field lenses or the like.

Die Halbleiterchipanordnung kann gemäß Anspruch 5 mehrere Halbleiterchips unterschiedlicher Farbe aufweisen, welche separat oder gemeinsam bestrombar sind. Bei einem herkömmlichen Lichtsignal mit Glühfadenanordnung werden die unterschiedlichen Farbbegriffe durch Farbfilterscheiben erzeugt. Die Erzeugung der erforderlichen Farbgebung des Lichtsignals, beispielsweise rot für Haltsignalisierung und grün für Fahrtsignalisierung, kann bei der Halbleiterchipanordnung vorteilhaft auch ohne lichtabsorbierende Farbfilterscheiben realisiert werden. Dazu wird das Lichtsignal mit speziellen farblichtausstrahlenden Halbleiterchips ausgestattet, wobei die gewünschte Farbe durch Bestromung der farbspezifischen Halbleiterchipanordnung erzielt wird. Dabei wird die physikalische Eigenschaft der Halbleitermaterialien ausgenutzt, monochromatisches Licht zu emittieren. Mittels lichtmischender Komponenten können einzelne Farben auch aus einzelnen, unterschiedlich farbigen Halbleiterchips erzeugt werden. Letztlich kann durch den Wegfall der Farbfilterscheiben in Verbindung mit dem reduzierten Abstrahlwinkel eine deutliche Reduzierung von Störlichtanteilen und der damit verbundenen Blendwirkung erreicht werden.The Semiconductor chip assembly according to claim 5 have a plurality of semiconductor chips of different colors, which can be supplied separately or jointly. In a conventional light signal with filament arrangement are the different color concepts generated by color filter discs. The generation of the required Coloring of the light signal, for example red for stop signaling and green for driving signaling, can be at the Semiconductor chip arrangement advantageously without light-absorbing Color filter discs can be realized. This is the light signal equipped with special color light emitting semiconductor chips, wherein the desired color by energizing the color-specific Semiconductor chip assembly is achieved. In doing so, the physical Property of semiconductor materials exploited, monochromatic To emit light. By means of light mixing components can individual colors also from individual, differently colored semiconductor chips be generated. Ultimately, by eliminating the color filter discs in conjunction with the reduced beam angle a significant Reduction of stray light components and the associated Blinding effect can be achieved.

Gemäß Anspruch 6 ist mindestens ein Photodetektor zur Messung der Lichtstromhöhe eines emittierten oder, insbesondere mittels Prisma, Spiegel oder Lichtwellenleiter, ausgekoppelten Lichtstromes vorgesehen, wobei das Ausgangssignal des Photodetektors eine Überwachungseinrichtung beaufschlagt. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Funktionsrückmeldung an ein Stellwerk, so dass ein wegen der Langelebigkeit der Halbleiterchips ohnehin seltener Ausfall des Lichtsignals sofort erkannt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Funktionsrückmeldung mittels des Photodetektors nicht nur die Überwachung der Grundfunktionen – an und aus –, sondern zusätzlich auch eine kontinuierliche Überwachung der Lichtintensität. Durch einfachen Vergleich mit einer Intensitätsschwelle kann bei deren Unterschreitung ein notwendiger Austausch der Lichtquelle bereits vor deren vollständigem Ausfall veranlasst werden.According to claim 6 is at least one photodetector for measuring the luminous flux level a emitted or, in particular by means of prism, mirror or Optical waveguide, decoupled luminous flux provided, wherein the output signal of the photodetector is a monitoring device applied. This results in a simple function feedback to a signal box, so that one because of the longevity of the semiconductor chips anyway rare failure of the light signal can be detected immediately can. In addition, the function feedback allows by means of the photodetector not only monitoring the Basic functions - on and off - but in addition also a continuous monitoring of the light intensity. By simple comparison with an intensity threshold can be a necessary replacement of the light source when it falls below be initiated before their complete failure.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to figurative representations explained in more detail. Show it:

1 eine Glühfadenlichtquelle und sechs Ausführungsvarianten für Halbleiterchiplichtquellen, 1 a filament light source and six embodiments for semiconductor chip light sources,

2 ein Glühfadenlichtsignal mit Nahstreuspiegel, 2 a filament light signal with near-scattering mirror,

3 zwei Varianten eines Halbleiterchiplichtsignals mit Nahstreuspiegel, 3 two variants of a semiconductor chip signal with near-scattering mirror,

4 zwei weitere Varianten eines Halbleiterchiplichtsignals mit Nahstreuspiegel, 4 two further variants of a semiconductor chip signal with near-scattering mirror,

5 drei Varianten zur Fernlichthomogenisierung und 5 three variants for high beam homogenization and

6 drei Varianten zur Funktionsüberwachung. 6 three variants for function monitoring.

1a) zeigt eine für Eisenbahn-Lichtsignale üblicherweise verwendete Glühlampe 1 mit gewendeltem Glühfaden 2. Die geo metrischen und lichttechnischen Eigenschaften des Glühfadens 2 werden in den 1b) bis 1g) durch lichtemittierende Halbleiterchipanordnungen nachgebildet. Dabei ist gemäß 1b) ein einziger großflächiger Halbleiterchip 3 vorgesehen. Dieser kann gemäß Variante 1c) auch aus mehreren kleineren Halbleiterchips 3.1, 3.2 und 3.3 zusammengesetzt sein. 1d) zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Halbleicherchipanordnung mit einem Halbleiterchip 3 und vorgesetzter Zylinderlinse 4 zur Strahlaufweitung in einer Ebene. Gemäß 1e) sind drei räumlich voneinander getrennte Halbleiterchis 3.4, 3.5 und 3.6 vorgesehen, deren Licht durch Lichtwellenleiter 5 zu einer Austrittsfläche 6 in Glühwendelform zusammengeführt wird. Anstelle des Lichtwellenleiters 5 ist gemäß 1f) ein Prisma 7 vorgesehen. 1g) zeigt eine Variante mit zwei Halbleiterchips 3.7 und 3.8, deren Licht durch Schrägspiegel 8.1 und 8.2 und Öffnungsblende 9 einen glühwendelartigen Leuchtfleck erzeugt. 1a ) shows an incandescent lamp commonly used for railway light signals 1 with coiled filament 2 , The geo metrical and lighting properties of the filament 2 be in the 1b ) to 1g ) is modeled by light-emitting semiconductor chip arrangements. It is according to 1b ) a single large area semiconductor chip 3 intended. This can according to variant 1c) also of several smaller semiconductor chips 3.1 . 3.2 and 3.3 be composed. 1d ) shows a plan view and a side view of a semiconductor device with a semiconductor chip 3 and superior cylindrical lens 4 for beam expansion in one plane. According to 1e ) are three spatially separated Halbleiterchis 3.4 . 3.5 and 3.6 provided, the light through optical fibers 5 to an exit surface 6 merged in filament form. Instead of the fiber optic cable 5 is according to 1f ) a prism 7 intended. 1g ) shows a variant with two semiconductor chips 3.7 and 3.8 whose light is through oblique mirrors 8.1 and 8.2 and aperture stop 9 produces a glow-helical spot.

Das in 2 dargestellte herkömmliche Glühfadenlichtsignal besteht im Wesentlichen aus der Glühlampe 1 mit dem gewendelten Glühfaden 2 und einem stark vereinfacht angedeuteten optischen System 10. Zusätzlich ist ein Nahstreuspiegel 11 vorgesehen, welcher entsprechend dem Verwendungszweck vorgesehen sein kann. Es ist ersichtlich, dass der gewendelte Glühfaden 2 bei Ansicht von der Seite eine rotationssymmetrische Lichtstromverteilung, die durch Pfeile angedeutet ist, besitzt. Jedes kleinste Oberflächensegment des Glühfadens 2 emittiert Lichtstrom. Die einzelnen Lichtströme überlagern sich und treffen auf das optische System 10. Der für die Signalwirkung relevante Lichtstrom des Glühfadens 2 ist der, der auf das optische System 10 und – wenn vorhanden – auf den Nahstreuspiegel 11 trifft – angedeutet durch Punktierung. Der Nahstreuspiegel 11 sammelt einen Teil des nach hinten abgestrahlten Lichtstromes und reflektiert diesen wieder in Rich tung optisches System 10, welches diesen Lichtstrom in den Nahbereich abstrahlt, wodurch die Nahsichterkennbarkeit des Lichtsignals verbessert wird.This in 2 shown conventional filament light signal consists essentially of the light bulb 1 with the coiled filament 2 and a highly simplified indicated optical system 10 , In addition, a near-scattering mirror 11 provided, which may be provided according to the intended use. It can be seen that the coiled filament 2 when viewed from the side a rotationally symmetrical luminous flux distribution, which is indicated by arrows, has. Every smallest surface segment of the filament 2 emits luminous flux. The individual luminous fluxes overlap and hit the optical system 10 , The luminous flux of the filament relevant to the signal effect 2 is the one on the optical system 10 and - if available - on the close-up mirror 11 meets - indicated by punctuation. The close-up mirror 11 collects a part of the luminous flux emitted to the rear and reflects it back into the optical system 10 , which radiates this luminous flux in the near range, whereby the nearsightedness of the light signal is improved.

3 zeigt zwei Beispiele für Nahstreuanordnungen mit Halbleiterchips. Dargestellt ist ein Trägerbauteil 12 mit einer Halbleiterchipanordnung 13 zur Wendelnachbildung. Auf dem Trägerbauteil 12 ist dabei entweder an dessen Rückseite mindestens ein weiterer Halbleiterchip 14.1 zur Ausleuchtung des Nahstreuspiegels 11 vorgesehen oder ein weiterer Halbleiterchip 14.2 ist auf der Vorderseite des Trägerbauteils 12 angeordnet und dient zur direkten Nahbereichsausleuchtung. 3 shows two examples of proximity arrangements with semiconductor chips. Shown is a carrier component 12 with a semiconductor chip arrangement 13 for helical reproduction. On the carrier component 12 is at the back of at least one further semiconductor chip 14.1 for illuminating the near-scattering mirror 11 provided or another semiconductor chip 14.2 is on the front of the carrier component 12 arranged and used for direct close-range illumination.

4 veranschaulicht zwei weiterer Möglichkeiten zur Nahsichtverbesserung. Dabei ist entweder ein Spiegel 15 vorgesehen, der einen Teil des Lichts der Halbleiterchipanordnung 13 in Richtung Nahstreuspiegel 11 umlenkt, oder ein Teil des Lichts der Halbleiterchipanordnung 13 wird mittels eines Prismas 16 direkt zur Nahbereichsausleuchtung ausgekoppelt. 4 illustrates two other ways to improve near-vision. It is either a mirror 15 provided, which is a part of the light of the semiconductor chip assembly 13 towards the close-up mirror 11 deflects, or a portion of the light of the semiconductor chip assembly 13 is by means of a prism 16 directly decoupled for close-range illumination.

In 5 sind drei Varianten zur Homogenisierung der Wendelabbildung im Fernfeld dargestellt. Gemäß 5a) ist dazu eine besonders großflächige Halbleiterchipanordnung 17 in Brennweitenabstand F vom optischen System 10 vorgesehen. Nach 5b) werden örtlich getrennte Halbleiterchips 17.1 und 17.2 defokussiert positioniert. Gemäß 5c) sind diese örtlich getrennten Halbleiterchips 17.1 und 17.2 zwar im Fokus des optischen Systems 10 angeordnet, aber mit vorgesetzter Diffuserscheibe 18.In 5 Three variants for the homogenization of the helical imaging in the far field are shown. According to 5a ) is a particularly large-scale semiconductor chip assembly 17 in focal distance F from the optical system 10 intended. To 5b ) become locally separate semiconductor chips 17.1 and 17.2 positioned defocused. According to 5c ) are these locally separated semiconductor chips 17.1 and 17.2 Although in the focus of the optical system 10 arranged, but with superior diffuser disc 18 ,

Zur Funktionsrückmeldung an eine Überwachungseinrichtung, insbesondere in einem Stellwerk, ist gemäß 6 ein Photodetektor 19 vorgesehen. Dieser kann direkt im Strahlengang angeordnet sein, wie 6a) zeigt. Dem Photodetektor 19 kann aber auch ein kleiner Teil des emittierten Lichtes unter Zwischenschaltung eines Prismas oder Spiegels 20 gemäß 6b) bzw. eines Lichtwellenleiters 21 gemäß 6c) zugeführt werden.For functional feedback to a monitoring device, in particular in a signal box, is in accordance with 6 a photodetector 19 intended. This can be arranged directly in the beam path, such as 6a ) shows. The photodetector 19 but can also be a small part of the emitted light with the interposition of a prism or mirror 20 according to 6b ) or an optical waveguide 21 according to 6c ).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1457945 A1 [0005]
- US 6249375 B1 [0005]
- EP 1538059 B1 [0006]

Claims

Light signal with an optical system designed for a filament arrangement ( 10 ) for emitting the light in at least one solid angle, in particular for representing signal terms in rail-bound traffic routes, characterized in that the filament arrangement is replaced by a light-emitting semiconductor chip assembly, in particular LED array, with filament-specific parameters, in particular with respect to geometric dimensions, luminous flux level and luminous flux distribution ,

Light signal according to claim 1, characterized in that the semiconductor chip arrangement comprises at least one semiconductor chip ( 3.1 to 3.8 ) and optionally at least one optical element, in particular lens ( 4 ), Optical fiber ( 5 ), Prism ( 7 ) and / or mirrors ( 8th ), having.

Light signal according to one of the preceding claims, characterized in that a near-scattering mirror (15) designed for the filament arrangement ( 11 ) replaced by at least one additional semiconductor chip ( 14.2 ) or illuminated ( 14.1 ) or that the near-scattering mirror ( 11 ) by additional optical components, in particular prisms ( 16 ) and / or mirrors ( 15 ), replaced or illuminated by means of the semiconductor chip arrangement.

Light signal according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor chip arrangement in the focal point of the optical system ( 10 ) is arranged and a larger emitting surface than the filament arrangement and / or a diffuser disc ( 18 ) or that the semiconductor chip arrangement is slightly spaced from the focal point of the optical system ( 10 ) is arranged.

Light signal according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor chip arrangement comprises a plurality Has semiconductor chips of different colors, which separately or can be supplied together.

Light signal according to one of the preceding claims, characterized in that at least one photodetector ( 19 ) for measuring the luminous flux level of an emitted or, in particular by means of prism, mirror ( 20 ) or optical fibers ( 21 ), decoupled luminous flux is provided, whose output signal is applied to a monitoring device.