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Die Erfindung betrifft einen Signalgeber für eine Lichtsignalanlage. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lichtsignalanlage.
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Bekannte Signalgeber einer Lichtsignalanlage umfassen in der Regel eine lichtemittierende Diode (auf Englisch: light emitting diode, LED). In den bekannten LED-Signalgebern wird eine Menge des Lichts, das die LEDs abgeben, nicht exakt und zuverlässig gemessen. Insbesondere wird Fremdlicht, das von außen eindringt, nicht unterdrückt. Daher kann nicht exakt festgestellt werden, ob die Lichtmenge, die das Signal abstrahlt, ausreichend ist, um die Mindestanforderungen, die die Norm vorgibt, einzuhalten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, einen verbesserten Signalgeber für eine Lichtsignalanlage bereitzustellen, der die bekannten Nachteile überwindet und eine exaktere und zuverlässigere Messung des Signallichts ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann des Weiteren darin gesehen werden, eine entsprechende Lichtsignalanlage bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt wird ein Signalgeber für eine Lichtsignalanlage bereitgestellt, umfassend:
- – eine lichtemittierende Diode zum Emittieren eines Signallichts,
- – einen Photodetektor und
- – einen Lichtleiter zum Leiten eines Teils des emittierten Signallichts von der Diode zum Photodetektor, sodass
- – der Photodetektor den weggeleiteten Teil des emittierten Signallichts messen kann.
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Nach noch einem Aspekt wird eine Lichtsignalanlage bereitgestellt, welche den erfindungsgemäßen Signalgeber umfasst.
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Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, einen Teil des emittierten Signallichts weg von der Diode hin zu einem Photodetektor mittels eines Lichtleiters zu leiten. Dadurch ist es also in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein Ort der Messung mittels des Photodetektors flexibel gewählt werden kann, sodass beispielsweise ein Einbauort für den Photodetektor gewählt werden kann, zu welchem nur geringes bis gar kein Fremdlicht hindringt. Insbesondere ist es so in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der überwiegende Teil an Licht, welches zum Photodetektor gelangt, vom Signallicht der lichtemittierenden Diode stammt. Dies deshalb, da der Lichtleiter so positioniert werden kann, dass möglichst ausschließlich Signallicht von der Diode eingekoppelt wird, welches dann am Photodetektor ausgekoppelt wird. Somit kann also in vorteilhafter Weise eine negative Beeinflussung mittels Fremdlicht bezüglich der Messung seitens des Photodetektors verringert oder sogar vermieden werden.
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Mittels des Lichtleiters ist es also in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass zielgerichtet ein Teil des Signallichts der Diode hin zum Photodetektor geleitet werden kann. Insbesondere ist es mittels des Lichtleiters in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein Teil des Signallichts gebündelt über den Lichtleiter zum Photodetektor geleitet werden kann.
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Dadurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass eine Lichtmenge, die die Diode abgibt, sehr genau bestimmt werden kann und dass von außen eindringendes Licht (Fremdlicht) keine wesentlichen Beeinflussungen hervorruft.
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Die lichtemittierende Diode kann im Folgenden auch als LED abgekürzt werden. "LED" steht für die englischen Begriffe light emitting diode, also lichtemittierende Diode.
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Nach einer Ausführungsform sind mehrere lichtemittierende Dioden vorgesehen. Die im Zusammenhang mit einer lichtemittierenden Diode gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise auch für mehrere lichtemittierende Dioden und umgekehrt.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Lichtsignalanlage mehrere Signalgeber. Beispielsweise umfasst die Lichtsignalanlage einen roten, gelben und grünen Signalgeber. Rot, gelb, grün bezieht sich hier auf die Farbe des Signallichts, welches mittels der entsprechenden Diode abgestrahlt wird.
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Nach einer Ausführungsform ist der Signalgeber ausgebildet, mehrere Signalfarben zu emittieren, zum Beispiel rot, gelb und grün. Der Signalgeber weist also insbesondere mehrere Felder auf.
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Nach einer Ausführungsform ist der Photodetektor eine Photodiode oder ein Phototransistor. Eine Photodiode kann insbesondere auch als eine Monitordiode bezeichnet werden. Ein Phototransistor hat in der Regel eine deutlich höhere Empfindlichkeit als eine Photodiode, was aber teilweise durch die größere Fläche der Photodiode kompensiert werden kann. Eine Photodiode hat demgegenüber in der Regel eine bessere Linearität und einen geringeren Temperaturgang. Typische Temperaturkoeffizienten sind zum Beispiel folgende:
- – Photodiode: ca. 0,16%/K
- – Phototransistor: ca. 0,9%/K
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem Strahlengang des Signallichts ein optisches Element für eine optische Abbildung des Signallichts vorgesehen ist, wobei der Lichtleiter mit dem optischen Element optisch gekoppelt ist, so dass das optische Element transmittierende Signallicht teilweise in den Lichtleiter als den zu leitenden Teil eingekoppelt werden kann.
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Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass in effizienter Weise sowohl eine optische Abbildung des Signallichts als auch gleichzeitig ein Einkoppeln des zu leitenden Teils in den Lichtleiter bewirkt werden können. Das optische Element ist beispielsweise eine Linse. Die Linse ist beispielsweise als eine Aufstecklinse gebildet. Das heißt also insbesondere, dass die Linse auf dem Träger aufgesteckt oder angeordnet ist.
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Das optische Element ist nach einer anderen Ausführungsform eine Linse, insbesondere eine Aufstecklinse.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element am Träger und/oder an der Diode befestigt, beispielsweise mittels Schrauben. Das optische Element ist beispielsweise am Träger und/oder an der Diode aufgeklebt und/oder aufgesteckt. Zusätzlich oder alternativ ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Abdeckung (siehe nachfolgende Ausführungen) das optische Element fixiert oder arretiert oder befestigt. Das heißt, dass das optische Element mittels der Abdeckung fixiert oder arretiert oder befestigt ist, dies vorzugsweise am Träger und/oder an der Diode.
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Das optische Element weist nach einer Ausführungsform eine oder mehrere Durchgangsbohrungen für Befestigungsmittel, zum Beispiel Schrauben, so dass dadurch in vorteilhafter eine entsprechende Befestigung des optischen Elements am Träger und/oder an der Diode bewirkt ist.
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Der Lichtleiter und das optische Element sind nach einer Ausführungsform als ein gemeinsames Bauteil gebildet. Das heißt also, dass der Lichtleiter und das optische Element integral gebildet sind. Zum Beispiel ist das gemeinsame Bauteil als Spritzgussteil gebildet. Durch die integrale Bauweise wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Position des Lichtleiters relativ zum optischen Element bereits bei der Herstellung genau bestimmt werden kann, so dass nachträgliche Montageungenauigkeiten vermieden werden können.
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Nach einer Ausführungsform sind zwei optische Elemente vorgesehen, von denen jeweils ein eigener Lichtleiter abgeht respektive jeweils mit den zwei optischen Elementen optisch gekoppelt ist. Auch hier ist vorzugsweise eine integrale Bauweise vorgesehen, so dass die zwei optischen Elemente und die beiden Lichtleiter als ein gemeinsames Bauteil, zum Beispiel als ein Spritzgussteil, gebildet sind. Die beiden Lichtleiter leiten Signallicht zum Beispiel zu einem gemeinsamen Photodetektor oder jeweils zu zwei getrennten Photodetektoren. Auch bei mehr als zwei Lichtleiter ist vorzugsweise die vorstehend beschriebene integrale Bauweise, zum Beispiel als Spritzgussteil, vorgesehen.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein zweiter Photodetektor und ein zweiter Lichtleiter zum Leiten eines weiteren Teils des emittierten Signallichts von der Diode zum zweiten Photodetektor vorgesehen ist, so dass der zweite Photodetektor den weggeleiteten weiteren Teil des emittierten Signallichts messen kann.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein zweiter Lichtleiter zum Leiten eines weiteren Teils des emittierten Signallichts von der Diode zum Photodetektor vorgesehen ist, sodass der Photodetektor den weggeleiteten weiteren Teil des emittierten Signallichts messen kann.
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Durch die vorstehend genannten Ausführungsformen umfassend einen zweiten Lichtleiter, der entweder zum Photodetektor (, der als ein erster Photodetektor bezeichnet werden kann,) oder zu einem zweiten Photodetektor führt, wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Fremdlichtanteil noch genauer ermittelt werden kann. Dies ist insbesondere darin begründet, dass ein Einfallswinkel von Fremdlicht in die beiden Lichtleiter unterschiedlich ist und dadurch die Menge des Fremdlichtes, das in den jeweiligen Lichtleiter eingespeist oder eingekoppelt wird, unterschiedlich hoch ist. Als weitere Erläuterung ist angemerkt, dass, wenn in einen Lichtleiter das maximale Fremdlicht eingespeist wird (optimaler Einfallswinkel), wird dieses in dem zweiten Lichtleiter niedriger sein, da das Fremdlicht hier nicht in dem optimalen Einfallswinkel einfällt. Durch einen Vergleich dieser beiden Werte (Fremdlichtmenge) lässt sich ein Teil des Fremdlichtes eliminieren (herausrechnen). Ausführungen, die im Zusammenhang mit einem Lichtleiter gemacht werden, gelten analog für zwei oder mehr Lichtleiter.
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Der erfindungsgemäße Gedanke besteht hier also insbesondere darin, dass unterschiedliche Mengen an Fremdlicht in die beiden Lichtleiter eingekoppelt werden, sodass die beiden Photodetektoren respektive der eine Photodetektor unterschiedliche Signale messen. Somit kann also in vorteilhafter Weise ein Fremdlichtanteil herausgerechnet werden. Insgesamt ist dadurch in vorteilhafter Weise ein noch genaueres Ermitteln eines Fremdlichtanteils bewirkt. Die beiden Lichtleiter sind vorzugsweise gleich oder insbesondere unterschiedlich gebildet. Auch bei unterschiedlichen Lichtleitern ist ein Herausrechnen eines Fremdlichtanteils, wie vorstehend beschrieben, möglich und nach einer Ausführungsform so vorgesehen.
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Ein Lichtleiter im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet insbesondere ein transparentes Bauteil, zum Beispiel Fasern, Röhren oder Stäbe, welches Licht über eine Strecke transportieren kann. Die Lichtleitung wird hierbei insbesondere durch Reflexion an den Grenzflächen des Lichtleiters entweder durch Totalreflexion aufgrund eines geringeren Brechungsindex des den Lichtleiter umgebenden Mediums oder durch Verspiegelung der Grenzfläche bewirkt. Der Lichtleiter weist eine Lichteintrittsseite oder Lichteinkoppelseite auf, durch welche Licht, hier vorzugsweise das Signallicht, in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann. Der Lichtleiter weist eine Lichtaustrittsseite oder Lichtauskoppelseite auf, durch welche Licht, hier vorzugsweise das Signallicht, aus dem Lichtleiter ausgekoppelt werden kann. Der Lichtaustrittsseite gegenüberliegend ist vorzugsweise der Photodetektor angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Idee, dass zwei Lichtleiter vorgesehen sind, lässt sich auch auf mehr als zwei Lichtleiter übertragen. So können also mehr als zwei Lichtleiter vorgesehen sein, die entweder das Licht zu einem einzigen Photodetektor oder zu einem diesen weiteren Lichtleitern entsprechend zugeordneten jeweiligen eigenen Photodetektor leiten können. Das heißt also insbesondere, dass in weiteren Ausführungsformen mehrere Lichtleiter vorgesehen sind, also mehr als zwei Lichtleiter. Insbesondere ist dann nach weiteren Ausführungsformen vorgesehen, dass diese mehreren Lichtleiter Licht zu einem einzigen Photodetektor leiten. Insbesondere ist nach weiteren Ausführungsformen vorgesehen, dass diese mehreren Lichtleiter jeweils das Signallicht zu einem eigenen Photodetektor leiten. Insbesondere ist nach weiteren Ausführungsformen vorgesehen, dass einige dieser mehreren Lichtleiter Licht zu einem einzigen gemeinsamen Photodetektor leiten, wohingegen andere dieser mehreren Lichtleiter Signallicht zu einem jeweils eigenen Photodetektor leiten.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Lichtleiter mit dem optischen Element optisch gekoppelt ist, sodass das optische Element transmittierende Signallicht teilweise in den zweiten Lichtleiter als den zu leitenden weiteren Teil eingekoppelt werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei mehr als zwei Lichtleitern auch diese mit dem optischen Element optisch in analoger Weise gekoppelt sind, sodass das optische Element transmittierendes Signallicht teilweise in die weiteren Lichtleiter als den jeweils zu leitenden weiteren Teil eingekoppelt werden kann. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind analog zu der Ausführungsform, in welcher der Lichtleiter mit dem optischen Element optisch gekoppelt ist.
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Allgemein kann zur besseren Unterscheidung der Lichtleiter als der erste Lichtleiter bezeichnet werden, um diesen besser von dem zweiten Lichtleiter unterscheiden zu können.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Photodetektor und/oder der Lichtleiter mittels einer Abdeckung zumindest teilweise vor Fremdlicht abgedeckt sind.
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Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein negativer Einfluss von Fremdlicht noch weiter reduziert werden kann. Dies also insbesondere dadurch, dass die Abdeckung das Fremdlicht abschirmt. Somit gelangt also weniger bis gar kein Fremdlicht hin zum Photodetektor. Insbesondere gelangt dadurch weniger bis gar kein Fremdlicht zu dem Lichtleiter, sodass weniger bis gar kein Fremdlicht in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
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Eine Abdeckung zum zumindest teilweisen Abdecken vor Fremdlicht ist nach anderen Ausführungsformen auch bei Ausführungsformen umfassend mehrere Lichtleiter und/oder mehrere Photodetektoren, wie vorstehend erläutert, vorgesehen.
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Die Abdeckung kann insbesondere auch als eine Abschirmung bezeichnet werden. Das zumindest teilweise Abdecken umfasst insbesondere ein vollständiges Abdecken. Lichtleiter und Photodetektor sind in einer anderen Ausführungsform unterschiedlich gut abgedeckt, das heißt, dass der Photodetektor stärker vor Fremdlicht abgedeckt ist als der Lichtleiter. Die Abdeckung wird beispielsweise auch als Befestigung oder Arretierung oder Fixierung für das optische Element, vorzugsweise die Linse, insbesondere die Aufstecklinse, verwendet werden. Das heißt, dass die Abdeckung nach einer Ausführungsform das optische Element befestigt oder arretiert oder fixiert. Die Abdeckung weist somit in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion auf: Abdeckfunktion und Befestigungsfunktion.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das optische Element, vorzugsweise die Linse, insbesondere die Aufstecklinse, an der Abdeckung befestigt oder fixiert oder arretiert ist. Somit ist das optische Element besonders gut vor mechanischen Belastungen geschützt.
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Ein Lichtleiter im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere eine Lichteinkoppelseite und eine Lichtauskoppelseite. In die Lichteinkoppelseite wird das Signallicht eingekoppelt oder eingespeist. Aus der Lichtauskoppelseite wird dieses eingekoppelte Signallicht wieder ausgekoppelt. Die Lichteinkoppelseite ist im Strahlengang des Signallichts angeordnet, sodass das Signallicht teilweise in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann. Die Lichtauskoppelseite ist vorzugsweise im Bereich des Photodetektors angeordnet, sodass das ausgekoppelte Licht auf kurzem Wege zum Photodetektor gelangen kann. Insbesondere ist eine Umlenkoptik, zum Beispiel ein Spiegel, im Bereich des Photodetektors vorgesehen, die das ausgekoppelte Licht hin zum Photodetektor leiten kann. Der Lichtleiter kann nach einer Ausführungsform eine verspiegelte Grenzfläche aufweisen, die derart im Strahlengang des eingekoppelten Lichts geformt oder gebildet ist, dass diese das eingekoppelte Signallicht in Richtung der Lichtauskoppelseite reflektiert.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Träger vorgesehen ist, wobei auf einer Vorderseite des Trägers die Diode und der Photodetektor angeordnet sind. Das heißt also insbesondere, dass der Photodetektor gemeinsam mit der Diode auf der Vorderseite des Trägers positioniert ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass keine rückseitige Bestückung notwendig ist, welche in der Regel aufwändiger ist. Insbesondere ist dadurch eine größere Auswahl von Photodetektoren gegeben. Dies deshalb, das aufgrund der Vorderseiten-Bestückung eine flexiblere Geometrie hinsichtlich des Leitens des Signallichts zum Photodetektor möglich ist. Das Signallicht kann also zum Beispiel von der Seite oder von oben zum Photodetektor geleitet werden. Der Photodetektor kann also seine photoempfindliche Messfläche oder seinen photoempfindlichen Messsensor seitlich oder oben angeordnet haben. Somit ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Photodetektoren für die Verwendung in einem erfindungsgemäßen Signalgeber möglich.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Träger vorgesehen ist, wobei auf einer Vorderseite des Trägers die Diode und auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Trägers der Photodetektor angeordnet sind. Das heißt also, dass der Photodetektor rückseitig auf dem Träger bestückt ist. Der Photodetektor ist also rückseitig auf dem Träger positioniert. Eine Rückseite Bestückung weist insbesondere den Vorteil auf, dass der Photodetektor noch besser vor Fremdlicht geschützt oder versteckt werden kann.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Träger einen von der Vorderseite zur Rückseite verlaufenden Durchbruch aufweist, wobei der Photodetektor auf der Rückseite den Durchbruch zumindest teilweise abdeckend angeordnet ist, wobei der Lichtleiter teilweise in dem Durchbruch gesteckt ist. Dadurch, dass der Lichtleiter teilweise in den Durchbruch gesteckt ist, wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Lichtleiter sicher gehalten werden kann. Ferner ist dadurch eine gute Ausrichtung und einfache Ausrichtung relativ zum Photodetektor ermöglicht.
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In Ausführungsformen umfassend mehrere Lichtleiter und/oder mehrere Photodetektoren sind Kombinationen der vorstehend genannten Träger mit einer rück- oder vorderseitigen Positionierung möglich. Insbesondere sind in diesen Ausführungsformen Träger vorgesehen, die einen oder mehrere Durchbrüche umfassen.
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Nach einer Ausführungsform ist der Träger eine Platine, die auch als eine Leiterplatte bezeichnet werden kann. Im Englischen wird eine Leiterplatte in der Regel als ein "printed circuit board (PCB)" bezeichnet.
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In einer anderen Ausführungsform ist der Träger ein DCB-Substrat. Hierbei steht "DCB" für "direct copper bonding". Ein solcher DCB-Träger umfasst insbesondere eine Keramik mit integrierten Kupferleitungen und/oder Kupferdurchkontaktierungen, sogenannten Vias.
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Die Abdeckung bildet nach einer Ausführungsform im Auskoppelbereich des eingekoppelten Signallichts eine Raum mit einer Raumwand, die eine Öffnung aufweist, durch welche der Lichtleiter gesteckt ist. Dadurch wird der Photodetektor, der sich ja im Auskoppelbereich befindet, noch besser vor Fremdlicht geschützt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden, wobei
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1 eine Baugruppe für einen Signalgeber,
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2 eine weitere Baugruppe für einen Signalgeber,
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3 eine Draufsicht auf eine andere Baugruppe für einen Signalgeber,
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4 einen Signalgeber,
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5, 6 jeweils verschiedene perspektivische Ansichten eines Linsenaufsatzes mit integrierten Lichtleitern für einen Signalgeber und
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7 einen Signalgebereinsatz für einen Signalgeber zeigen.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Baugruppe 101 für einen Signalgeber. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Signalgeber beispielsweise diese Baugruppe 101 umfasst.
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Die Baugruppe 101 umfasst einen Träger 103, der beispielsweise als eine Platine oder als eine Leiterplatte gebildet ist. Der Träger 103 weist eine Vorderseite 105 auf. Ferner weist der Träger 103 eine Rückseite 107 auf, welche der Vorderseite 105 gegenüberliegt. Auf der Vorderseite 105 ist eine lichtemittierende Diode 109 angeordnet. Die lichtemittierende Diode 109 ist beispielsweise als ein LED-Chip gebildet. Die lichtemittierende Diode 109 strahlt Licht ab, welches einem Signallicht entspricht. Das abgestrahlte Signallicht ist symbolisch mit Pfeilen mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet.
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Das Bezugszeichen 111 zeigt auf eine LED-Linse, die auf der Diode 109 angeordnet ist und eine optische Abbildung des mittels der Diode 109 emittierten Signallichts 110 ermöglicht.
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Ferner ist ein Photodetektor 113 auf der Vorderseite 105 angeordnet. Der Photodetektor 113 ist beispielsweise eine Photodiode oder ein Phototransistor.
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Ferner ist eine Aufstecklinse 117 vorgesehen, die im Strahlengang des Signallichts 110 angeordnet ist. Hierfür weist die Aufstecklinse 117 Aufsteckelemente 117a, zum Beispiel Füße oder Stege, auf, mittels welchen die Aufstecklinse 117 auf der Vorderseite 105 befestigt oder aufgesteckt ist. Zwischen der Aufstecklinse 117 und der Diode 109 mit seiner LED-Linse 111 ist ein Abstand vorgesehen, so dass zwischen der Aufstecklinse 117 und der Diode 109 mit seiner LED-Linse 111 ein Zwischenraum 115 gebildet ist. Mittels der Aufstecklinse 117 ist ebenfalls eine optische Abbildung des Signallichts 110 ermöglicht, beispielsweise eine Aufweitung oder eine Streuung des Signallichts 110.
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Des Weiteren ist ein Lichtleiter 118 vorgesehen, der mit der Aufstecklinse 117 optisch gekoppelt ist und mit dieser integral gebildet ist. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass das Signallicht 110 zumindest teilweise in den Lichtleiter 118 durch eine Lichteinkoppelseite 118a (gestrichelt dargestellt) eingekoppelt werden kann. Der Teil des Signallichts 110, der in den Lichtleiter 118 eingekoppelt wird und weiter zum Photodetektor 113 geleitet wird, ist symbolisch mit Pfeilen mit dem Bezugszeichen 119 gekennzeichnet. Mittels des Lichtleiters 118 ist es somit in vorteilhafter Weise ermöglicht, einen Teil des Signallichts 110 von der Diode 109 zum Photodetektor 113 zu leiten. Das eingekoppelte Signallicht 119 wird durch eine Lichtauskoppelseite 118b ausgekoppelt.
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Es ist eine Umlenkoptik 121 vorgesehen, die den geleiteten Teil des Signallichts 110 in Richtung des Photodetektors 113 umlenkt. Die Umlenkoptik 121 ist in 1 als eine verspiegelte Grenzfläche des Lichtleiters 118 gebildet, die das eingekoppelte Signallicht 110 in Richtung des Photodetektors 113 reflektiert. Die Umlenkoptik 121 umfasst beispielsweise in einer nicht gezeigten Ausführungsform einen Spiegel, der separat vom Lichtleiter 118 gebildet ist.
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Des Weiteren umfasst die Baugruppe 101 eine Abdeckung 123, die den Photodetektor 113 abdeckt. Ferner deckt die Abdeckung 123 den Lichtleiter 118 zumindest teilweise ab. Dadurch wird in vorteilhafter Weise verhindert oder zumindest eingeschränkt, dass Fremdlicht in den Lichtleiter 118 einkoppeln und somit zum Photodetektor 113 gelangen kann. Insbesondere wird dadurch verhindert oder verringert, dass Fremdlicht direkt zum Photodetektor 113 gelangen kann. Dadurch also, dass weniger Fremdlicht zum Photodetektor 113 gelangen kann, ist in vorteilhafter Weise bewirkt, dass das Signallicht 110 noch genauer gemessen werden kann. Insbesondere wird dadurch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert.
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Die Abdeckung 123 deckt also insbesondere einen nicht aktiven Bereich der Vorsatzoptik, hier der Aufstecklinse 117, ab. Der nicht aktive Bereich der Vorsatzoptik ist der Bereich der Vorsatzoptik, durch welchen kein Signallicht 110 gestrahlt wird. Das heißt also, dass dieser nicht aktive Bereich nicht leuchtet, wenn die Diode Signallicht 110 abstrahlt. Der nicht aktive Bereich kann insbesondere als ein passiver Bereich bezeichnet werden.
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Des Weiteren deckt die Abdeckung 123 den Teil des Lichtleiters 118 ab, der von der Vorsatzoptik, also hier die Aufstecklinse 117, zum Photodetektor 113 führt. Insbesondere deckt die Abdeckung 123 den Photodetektor 113 selbst ab. Die Abdeckung 113 kann auch als eine Abschattung oder Abschirmung bezeichnet werden. Die Abdeckung 123 bildet im Auskoppelbereich des eingekoppelten Signallichts 119 eine Raum 124 mit einer Raumwand 125, die eine Öffnung 129 aufweist, durch welche der Lichtleiter 118 gesteckt ist. Dadurch wird der Photodetektor 113, der sich im Auskoppelbereich befindet, noch besser vor Fremdlicht geschützt.
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Das Bezugszeichen 127 zeigt auf eine weitere auf der Vorderseite 105 angeordnete Abdeckung zum Abschatten oder Abschirmen von Licht. Die weitere Abdeckung 127 und die Abdeckung 123 umgeben teilweise die Aufstecklinse 117 mit dem Lichtleiter 118. Das heißt, dass sich die Aufstecklinse 117 mit dem Lichtleiter 118 zwischen den beiden Abdeckungen 123, 127 befinden. So kann insbesondere in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass Fremdlicht von unten bezogen auf die Papierebene der Zeichnung in den Lichtleiter 118 gelangen kann.
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Die in 1 gezeigte Baugruppe 101 eines Signalgebers weist also einen Träger 103 auf, wobei sowohl der Photodetektor 113 als auch die Diode 109 auf der Vorderseite 105 positioniert oder angeordnet sind. Das heißt also, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 der Träger 103 keine rückseitige Bestückung, also eine Bestückung auf seiner Rückseite 107, aufweist. Sämtliche Elemente sind somit auf der Vorderseite 105 angeordnet. Dies erleichtert eine Herstellung des Signalgebers 101. Insbesondere ist dadurch eine größere Auswahl von Photodetektoren ermöglicht.
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2 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer weitere Baugruppe 201 für einen Signalgeber. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Signalgeber beispielsweise diese Baugruppe 201 umfasst.
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Die Baugruppe 201 ist im Wesentlichen analog zur Baugruppe 101 der 1 aufgebaut. Als ein Unterschied weist der Träger 103 einen Durchbruch 203 auf. Der Durchbruch 203 verläuft von der Vorderseite 105 zur Rückseite 107. Als ein weiterer Unterschied ist der Photodetektor 113 rückseitig bestückt. Das heißt, dass der Photodetektor 113 auf der Rückseite 107 des Trägers 103 angeordnet ist. Hierbei bedeckt der Photodetektor 113 den Durchbruch 203. Die Diode 109 ist auf der Vorderseite 105 angeordnet. Obwohl es in der Zeichnung der 2 so aussieht, als ob der Photodetektor 113 frei über der Rückseite 107 schweben würde, ist dies nicht so. Der Photodetektor 113 ist über geeignete Mittel (Klebschicht und/oder Lotschicht) an der Rückseite 107 befestigt. Die Zeichnung der 2 zeigt lediglich eine schematische Darstellung.
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Als ein weiterer Unterschied verläuft der Lichtleiter 118 derart, dass ein Teil des Lichtleiters 118 in den Durchbruch 203 gesteckt ist. Somit kann also das Licht, welches aus dem Lichtleiter 118 ausgekoppelt wird, direkt zum Photodetektor 113 gelangen. Die Lichtauskoppelseite 118a verläuft vorzugsweise bündig mit der Rückseite 107.
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3 zeigt eine Draufsicht auf eine andere Baugruppe 301 für einen erfindungsgemäßen Signalgeber (das heißt, dass der erfindungsgemäße Signalgeber beispielsweise diese Baugruppe 301 umfasst), wobei der Übersicht halber der Träger 103 nicht gezeigt ist. Zu sehen ist lediglich die Vorsatzoptik, also die Aufstecklinse 117, wobei hier zwei solcher Aufstecklinsen 117 zu sehen sind. Denn diese Baugruppe 301 der 3 weist zwei lichtemittierende Dioden 109 auf. Obwohl diese nicht direkt sichtbar sind, zeigt das Bezugszeichen 109 schematisch auf diese beiden Dioden.
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Des Weiteren umfasst die Baugruppe 301 einen zweiten Lichtleiter 303, der analog zum Lichtleiter 118 von der zweiten Diode einen Teil des Signallichts 110 zum Photodetektor 113 leitet. Das heißt also, dass die Baugruppe 301 gemäß 3 zwei Dioden 109 umfasst, wobei jeweils ein Lichtleiter 118, 303 einen gleichen Anteil des entsprechend abgestrahlten Signallichts 110 zum Photodetektor 113 leitet oder führt. Auch hier sind die Aufstecklinsen 117 und die beiden Lichtleiter 118, 303 als ein gemeinsames Bauteil, zum Beispiel als ein Spritzgussteil, gebildet.
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4 zeigt einen dreifeldrigen Signalgeber 401.
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Der Signalgeber umfasst drei Signalfelder 403, 405, 407. Diese Signalfelder 403, 405, 407 umfassend jeweils eine der vorstehend genannten Baugruppen. Der Signalgeber 401 ist nach einer Ausführungsform Teil einer Lichtsignalanlage.
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5 und 6 zeigen jeweils verschiedene perspektivische Ansichten eines Linsenaufsatzes 501 mit integrierten Lichtleitern 503, 505 für einen Signalgeber. 6 zeigt diejenige Seite des Linsenaufsatzes 501, die den LEDs zugewandt ist. 5 zeigt diejenige Seite des Linsenaufsatzes 501, die den LEDs abgewandt ist. Die jeweiligen Seiten sind also gegenüberliegend angeordnet.
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Der Linsenaufsatz 501 umfasst zwei Linsen 507, 509, die die Funktion der vorstehend beschriebenen Linsen 117 aufweisen. Der Linsenaufsatz weist zwei Befestigungselemente 511 auf, die zum Befestigen des Linsenaufsatzes 501 auf einem Träger 103 verwendet werden können.
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Der Linsenaufsatz 501 wird also auf einem Träger 103, wie vorstehend beschrieben, aufweisend LEDs und einen Photodetektor, aufgesetzt oder aufgesteckt.
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7 zeigt einen Signalgebereinsatz 701 für einen Signalgeber in einer seitlichen Schnittansicht. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Signalgeber beispielsweise einen solchen Signalgebereinsatz 701 umfasst. Ein solcher Signalgebereinsatz 701 wird insbesondere für ein Feld eines Signalgebers verwendet. Das heißt beispielsweise, dass der Signalgeber 401 der 4 jeweils drei solcher Signalgebereinsätze 701 für seine drei Felder aufweist.
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Das Bezugszeichen 703 zeigt auf eine Baugruppe 703, die beispielsweise analog zu einer der vorstehend beschriebenen Baugruppen gebildet ist und die insofern einen Träger 103, LEDs, 109 und einen Photodetektor 113 umfasst, wobei diese Elemente der Übersicht halber nicht im Detail dargestellt. Der Linsenaufsatz 501 ist auf dem Träger 103 aufgesteckt.
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Der Signalgebereinsatz 701 weist ein Gehäuse 705 auf, in welchem die Baugruppe 703 angeordnet ist. Ferner sind eine optische Linse 707 und eine Frontlinse 709 im Strahlengang des Signallichts 110 vorgesehen, um das Signallicht 110 noch weiter abzubilden. Die Frontlinse 709 weist beispielsweise eine Maske auf.
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Im Folgenden wird ein zu erwartender Photostrom näherungsweise berechnet, wie er auf den Photodetektor 113 gelangt. Die hier angenommen Werte sind beispielhaft und nicht einschränkend.
- – Ein geringer Lichtstromanteil des LED-Signallichtes wird ausgekoppelt.
- – Daraus ergibt sich folgende Beleuchtungsstärke in der Photodetektorebene:
– Auskopplung von 0,05%, welches in der Photodetektorebene auftrifft 100 lm·0,0005 = 0,05 lm
– Fläche ca. 4 mm·4 mm = 1,6 E – 5 m2 (Photodetektor wird überstrahlt)
– Beleuchtungsstärke 3,125 lm/m2 (lx)
- – Zu erwartender Photostrom (grobe Abschätzung):
– Phototransistor: 220 µA/1.000 lx·3,125 lx = 680 µA
– Photodiode: 6,3 µA/1.000 lx·3,125 lx = 20 µA
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Die Erfindung umfasst also zusammenfassend insbesondere folgenden Ansatz:
Der neue Ansatz besteht darin, eine exakte Messung des Lichtes vorzunehmen. Bei dem neuen Konzept wird über eine Aufstecklinse, die auf die LED gesteckt wird, das Licht der LED gebündelt, um es zielgerichtet zum Austrittsbereich des Signalgebers zu leiten. Ein kleiner definierter Teil des Lichtes, das die LED abstrahlt, wird durch die Aufstecklinse gezielt mittels eines Lichtleiters zu einer Monitordiode abgeleitet.
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Der Lichtleiter und die Monitordiode werden durch einen Schirm abgedeckt, sodass nahezu kein Fremdlicht von außen entweder direkt oder durch Einspeisung (Brechung oder Reflexion) des Lichtes in der Aufstecklinse in den Lichtleiter zur Monitordiode geleitet werden kann. Dadurch kommt die Lichtmenge, die auf die Monitordiode (allgemein Photodetektor) fällt, fast ausschließlich von der LED und lässt sich somit genau bestimmen.
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Weiterhin kann in einer anderen Ausführungsform durch einen zweiten unabhängigen Lichtleiter, der von der Aufstecklinse abgeht und entweder zu der gleichen Monitordiode oder einer zweiten Monitordiode (allgemein zweiter Photodetektor) führt, der Fremdlichtanteil genauer ermittelt werden. Dies ist darin begründet, da der Einfallswinkel des Fremdlichtes in die beiden Lichtleiter unterschiedlich ist und dadurch die Menge des Fremdlichtes, das in den jeweiligen Lichtleiter eingespeist wird, unterschiedlich hoch ist. Erläuterung: wenn in einen Lichtleiter das maximale Fremdlicht eingespeist wird (optimaler Einfallswinkel), wird dieses in dem zweiten Lichtleiter niedriger sein, da das Fremdlicht hier nicht in dem optimalen Einfallswinkel einfällt. Durch einen Vergleich dieser beiden Werte (Fremdlichtmenge) lässt sich ein Teil des Fremdlichtes eliminieren (herausrechnen).
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Der erfinderische Schritt liegt insbesondere darin, dass ein Teil des Lichtes der LED gezielt und gebündelt über zumindest einen Lichtleiter zur Monitordiode geleitet wird.
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Der Vorteil dieser Lösung liegt insbesondere darin, dass die Lichtmenge, die die LED abgibt, sehr genau bestimmt werden kann und dass von außen eindringendes Licht keine wesentlichen Beeinflussungen hervorruft.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
