DE10227753B3

DE10227753B3 - Signalgeberoptik mit mehreren Lichtquellen

Info

Publication number: DE10227753B3
Application number: DE10227753A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kirschke
Original assignee: Stuehrenberg Elektrobau S GmbH; Stuehrenberg Elektrobau-Signaltechnik GmbH
Current assignee: Stuehrenberg Elektrobau S GmbH; Stuehrenberg Elektrobau-Signaltechnik GmbH
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: WO2004001459A1; AU2003237953A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Signalgeberoptik (4) für mehrere Lichtquellen (3), mit einem Kondensor, welcher das Licht der Lichtquellen (3) bündelt, und einem nachgeordneten Lichtverteiler, wobei der Kondensor für jede Lichtquelle (3) eine eigene Kondensorlinse (7) enthält und der Lichtverteiler aus einer Vielzahl von Streulinsen (8) besteht, deren Anordnung feinmaschiger als die der Kondensorlinsen (7) oder Lichtquellen (3) ist, wobei die Kondensorrlinsen (7) und die Streulinsen (8) in einem optisch wirksamen Bauteil (4) vereinigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalgeberoptik für mehrere Lichtquellen, die das Licht nach bestimmten Vorgaben als Signalzeichen bündelt und verteilt. Die bekannte Signalgeberoptik für mehrere Lichtquellen, welche Licht in Richtung der optisch wirksamen Bauteile abstrahlen, enthält einen Kondensor, welcher das Licht der Lichtquellen bündelt, und einen nachgeordneten Lichtverteiler, wobei der Kondensor für jede Lichtquelle eine eigene Kondensorlinse enthält, die deren Lichtstahlen überwiegend parallel zueinander ausrichtet, und der Lichtverteiler aus einer Vielzahl von gleichen Streulinsen besteht, deren Anordnung feinmaschiger als die der Kondensorlinsen oder Lichtquellen ist.
In neuerer Zeit werden immer mehr Signalleuchten nicht mehr mit einer konventionellen Glühlampe sondern mit einer Vielzahl von Leuchtdioden hergestellt. Dies betrifft insbesondere auch die Signalleuchten in Verkehrssignalanlagen, bei denen die Vorteile von Leuchtdioden genutzt werden. Zu diesen Vorteilen zählen insbesondere:

– Hohe Lebensdauer der Lichtquellen
– Fortdauer der Funktion auch bei Ausfall einzelner Lichtquellen
– Große Lichtstärken bei farbigem Licht
– Entfall des Reflektors und damit geringes Phantomlicht
– Flache Bauweise.

In der Patentanmeldung EP 0905439 A2 ist eine Signalgeberoptik beschrieben, die mit Leuchtdioden auf einer Trägerplatte und zwei optisch aktiven Bauteilen aufgebaut ist. Mit diesen Bauteilen werden die Kondensorlinsen und Streulinsen realisiert, die das Licht der Leuchtdioden bündeln und nach vorgegebenen Bedingungen streuen. Diese Ausführungsform besitzt allerdings eine schlechteren Lichtwirkungsgrad und die gesamte Signalleuchte muss mit einer großen Präzision hergestellt werden, damit die geforderten optischen Eigenschaften erreicht werden. Außerdem ist die Anfertigung von zwei präzisen optischen Bauteilen kostenaufwendig und in der Fertigung sind entsprechende Justagen erforderlich.

Eine ähnliche Ausführungsform eines Signalgebers ist in der Patentschrift DE 69602352 T2 beschrieben. Auch hier kommen eine Vielzahl von Leuchtdioden mit zugeordneten Kondensor- und Streulinsen zum Einsatz. Allerdings sind hier sehr komplizierte Formen von tiefhauenden Einzellinsen auf einem Träger ausgebildet, die sehr hohe Präzision erfordern und deshalb nur mit großem Kostenaufwand hergestellt werden können. Da konzentrische runde Linsen mit Abstand in einer Rasteranordnung vorgesehen sind, wird nicht die gesamte Fläche des optischen Bauteils für die Brechung des Lichtes genutzt, was mit entsprechenden Verlusten verbunden ist. Außerdem lasst diese Ausführung die einzelnen Lichtquellen als Leuchtpunkte im Signallicht deutlich erkennen, was insbesondere bei einem Ausfall einzelner Lichtquellen zu störenden erkennbaren Mustern im Signallicht führt.

In der Patentschrift DE 199 30 584 C1 ist ebenfalls ein Signalgeber mit einer Vielzahl von Leuchtdioden beschrieben. Hier ist jedoch nur ein Kondensor vorgesehen, dessen Kondensorlinsen jedoch nicht den einzelnen Leuchtdioden zugeordnet sind. Weiterhin sind keine Streulinsen vorgesehen, die zu einer gezielten Lichtverteilung führen würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalgeberoptik für eine Signalleuchte mit einer Vielzahl von Lichtquellen vorzustellen, welche die genannten Vorteile einer solchen Signalleuchte nutzt, ein weitgehend homogenes Signallicht abgibt und die einfach und kostengünstig mit einfachen Linsenformen herzustellen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass in der Signalleuchte nur ein optisch wirksames Bauteil benutzt wird, in dem die Kondensor- und Streulinsen vereinigt sind und das in einer zweiteiligen Form durch normale Verfahren aus Kunststoff einstöckig gegossen oder gespritzt werden kann.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Signalgeberoptik beschrieben.

Die Signalgeberoptik ist auf die Anordnung der Lichtquellen abgestimmt. Die Lichtquellen sind in einer Ebene in einem Raster angeordnet und strahlen ihr Licht in Richtung des optisch wirkenden Bauteils ab. Jeder Lichtquelle ist eine Kondensorlinse zugeordnet, die den größten Teil des Lichts der Lichtquelle erfasst, bündelt und in etwa parallel ausrichtet. Zusätzlich sind in einem weiteren, feinmaschigeren Raster Streulinsen angeordnet, die das Licht nach den vorgegebenen Bedingungen für eine Signalleuchte verteilen. Diese beiden Linsenanordnungen sind in einer optisch wirksamen Linsenscheibe vereinigt, die über den im Raster angeordneten Lichtquellen montiert ist. Die Vereinigung in einem optischen Bauteil führt zu weniger optischen Übergängen, die alle mit großer Präzision herzustellen und auszurichten sind, und damit zu einem hohen Lichtwirkungsgrad.

Vorzugsweise werden als Lichtquellen Leuchtdioden eingesetzt, die heute mit hohen Lichtleistungen und in vielen Farben kostengünstig verfügbar sind. Sie zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aus, in der die Lichtleistung nicht nachlässt. Vorteilhaft wird die Farbe der Leuchtdioden gewählt, die der Farbe des gewünschten abgegebenen Signallichts entspricht. Damit kann auf zusätzliche Farbfilter mit ihren Verlusten verzichtet werden.

Die optisch wirksame Linsenscheibe wird günstigerweise mit Abstandshaltern über der Anordnung von Leuchtdioden angebracht, über welche der Abstand zwischen dem Lichtaustritt aus den Leuchtdioden und den Linsenebenen eingestellt wird. Die Abstandshalter sind zum Beispiel als einfache Kunststoffzylinder ausgebildet. Sie können auch als Schrauben mit einer Druckfeder ausgeführt sein. Die Einstellung des Abstandes erfolgt einmalig bei der Fertigung der Signalleuchte und sorgt für stabile optische Bedingungen während der Betriebsdauer der Leuchte.

Eine flache und kompakte Bauweise der Optik wird dadurch erreicht, dass die Kondensorlinsen als Fresnellinsen ausgeführt sind, die in einem wabenförmigen Raster wie die Lichtquellen angeordnet sind, wobei die optische Achse der Kondensorlinse jeweils über der Mitte der zugehörigen Lichtquelle liegt . Diese flachen Linsenformen erlauben eine spritztechnisch einstöckige Herstellung der optisch wirksamen Scheibe in einer einfachen zweiteiligen Form.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in einem weiteren, feinmaschigeren Raster den Kondensorlinsen Streulinsen zugeordnet, die mehrreihig ausgebildet sind. Die Streulinsen sind als Zylinderlinsen mit zwei Segmenten ausgeführt, wobei das zweite Segment keilförmig von dem ersten Segment abgewinkelt ist. Durch die Streulinsen wird die geforderte Intensitätsverteilung der Abstrahlung realisiert, nämlich geradeaus, so dass von Ferne ein Betrachter, normalerweise ein Autofahrer, das Signallicht erkennt, aber auch schräg, so dass von einem unter dem Signallicht stehenden Fahrer dieses erkannt wird.

Die Lichtverteilung wird weiter optimiert, indem die Streulinsen in Doppelreihen angeordnet werden. Die Doppelreihe ist so positioniert, dass die mittlere Kante über die Mitte einer Reihe der Kondensorlinsen läuft. Beispielsweise sind immer sechs Streulinsen einer Doppelreihe einer Kondensorlinse zugeordnet, wobei die mittleren beiden über der Mitte der Kondensorlinse liegen. Aufgrund der Wabenstruktur der Kondensorlinsen ist jeweils eine Doppelreihe der Streulinsen gegenüber der nächsten um eine halbe Linsenbreite versetzt, um die genannten Mittenbedingungen einzuhalten.

Eine kompakte Bauweise der Optik wird auch dadurch erreicht, dass die Absätze zwischen den Streulinsen einer Reihe mit einem Radius von z.B. 0,8mm und die Absätze zwischen den Reihen von Streulinsen scharfkantig ausgeführt sind.

Damit wird, nach den gleichen Prinzipien wie bei den konzentrischen Fresnellinsen, eine flache Bauweise der Streulinse erreicht, was sich gut in normalen Spritzwerkzeugen herstellen lässt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Signaloptik wird dadurch erreicht, dass die Linsenoberflächen für die Kondensor- und die Streulinsen in einer Struktur ineinander integriert auf einer Seite des optischen Bauteils realisiert sind. Dadurch kann eine, z.B. die den Lichtquellen abgewandte, Seite des optischen Bauteils glatt bleiben, was die Herstellung der Optik weiter vereinfacht. Außerdem kann eventuell das üblicherweise vorhandene Schutzglas entfallen, wodurch eine noch flachere Bauform der Signalleuchte erreicht und die Herstellung weiter vereinfacht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird auf die glatte Fläche der Optik eine farbige Folie aufgebracht, deren Filtercharakteristik für durchscheinendes Licht so gewählt ist, dass im wesentlichen nur die abzugebende Farbe des Signallichtes durchgelassen wird. Dadurch wird eine weitere Reduzierung des durch einfallendes Sonnenlicht erzeugten Phantomlichtes erreicht, da nur ein kleiner Anteil des Sonnenlichtes durchgelassen wird und dieser das Filter zweimal passieren muss.

Der gleiche Effekt wird auch erreicht, wenn anstelle einer farbigen Folie das optisches Bauteil entsprechend im Material eingefärbt ist.

Die Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in den 1–5 beschrieben.
1 Schnitt durch die Signalgeberleuchte
2 Aufsicht auf die Kondensorlinsen in Form von Fresnellinsen
3 Perspektivische Ansicht der Streulinsen mit zwei Segmenten
4 Perspektivische Ansicht der Streulinsen als Toruslinsen
5 Schematische Ansicht der Überlagerung der Kondensor- und Streulinsen
In 1 ist ein Schnitt durch die Signalgeberleuchte 1 dargestellt. Auf der Trägerplatte 2 sind die Vielzahl von Leuchtdioden 3 montiert, die ihr Licht in Richtung des optischen Bauteils 4 abstrahlen. Die den Leuchtdioden 3 zugewandte Seite des optischen Bauteils 4 ist als Kondensorlinse in einer Fresnelstruktur ausgeführt, auf der anderen Seite sind die Streulinsen ausgeformt. Das optische Bauteil 4 wird auf einen definierten Abstand von den Leuchtdioden 3 mittels der Abstandshalter 5 gehalten. Das Schutzglas 6 deckt die Optik ab und besitzt keine lichtbrechende Funktion.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Kondensorlinsen 7, die als Fresnellinsen ausgeführt sind. Um möglichst alle Strahlung der Leuchtdioden zu erfassen, sind die Linsen in einer Wabenstruktur ohne freie Zwickelbereiche angeordnet.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Streulinsen 8. Die Streulinsen 8 besitzen ein Zylinderprofil und bestehen aus zwei Segmenten 8a, 8b, wobei das zweite Segment 8b keilförmig aufgesetzt ist, um die geforderte Strahlungscharakteristik zu erreichen. Die Streulinsen sind in Doppelreihen 9 angeordnet, wobei zwischen den Reihen eine scharfkantige Verbindung 10 ausgeformt ist. Zwischen den einzelnen Streulinsen 8 jeder Reihe ist die Verbindung mit einem Radius 11 versehen.
4 zeigt eine alternative Ausführung der Streulinsen 8 in perspektivischer Darstellung. Die Streulinsen 8 besitzen ein Torusprofil, um die geforderte Strahlungscharakteristik zu erreichen. Die Streulinsen sind in Doppelreihen 9 angeordnet, wobei zwischen den Reihen eine scharfkantige Verbindung 10 ausgeformt ist. Zwischen den einzelnen Streulinsen 8 jeder Reihe ist die Verbindung mit einem Radius 11 versehen.
5 zeigt schematisch die Profilüberlagerung der beiden Linsentypen in einer Durchsicht. Jeweils sechs Streulinsen 8 sind einer Kondensorlinse 7 zugeordnet, wobei die Tiefpunkte der mittleren Streulinsen 8 mittig über der Kondensorlinse 7 liegen und die scharfkantige Mitte 12 der Doppelreihe 9 von Streulinsen 8 orthogonal dazu über die Mitte der Kondensorlinse 7 verläuft. Aufgrund der Zuordnung von sechs Streulinsen 8 zu den Kondensorlinsen 7 und der Wabenstruktur der Kondensorlinsen 7 sind die Doppelreihen 9 der Streulinsen 8 jeweils um eine halbe Linsenbreite gegeneinander versetzt.

Claims

Signalgeberoptik für mehrere Lichtquellen, mit im Strahlengang des Lichts angeordneten optisch wirksamen Bauteilen, wobei die optisch wirksamen Bauteile einen Kondensor und einen im Strahlengang des Lichts nachgeordneten Lichtverteiler umfassen, wobei der Kondensor für jede Lichtquelle eine eigene Kondensorlinse enthält, die die Lichtstahlen überwiegend parallel zueinander ausrichtet, und der Lichtverteiler aus einer Anzahl von gleichen Streulinsen besteht, deren Anordnung feinmaschiger als die der Kondensorlinsen oder Lichtquellen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensorlinsen (7) und die Streulinsen (8) des Lichtverteilers in einem eintisen optisch wirksamen Bauteil (4) vereinigt sind.
Signalgeberoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquellen (3) Leuchtdioden eingesetzt sind, deren Farbe der auslegungsgemäßen Farbe der Signalgeberoptik entspricht.
Signalgeberoptik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem optischen Bauteil (4) und der Trägerplatte (2) der Leuchtdioden ( 3) über Abstandshalter (5) eingestellt ist.
Signalgeberoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensorlinsen (7) als Fresnellinsen ausgebildet und wabenförmig angeordnet sind.
Signalgeberoptik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kondensorlinsen (7) zugeordneten Streulinsen (8) als konkave Zylinderlinsen mit zwei Segmenten (8a, 8b) oder als konkave Toruslinsen ausgebildet und mehrreihig angeordnet sind.
Signalgeberoptik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Kondensorlinsenreihe die Streulinsen (8) eine doppelte Reihe (9) bilden, wobei jeweils sechs Streulinsen (8) einer Kondensorlinse (7) mittig zugeordnet sind.
Signalgeberoptik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den gereihten Streulinsen ein runder Absatz (11) und zwischen den Reihen von Streulinsen (9) ein scharfkantiger Absatz (10) ausgebildet ist.
Signalgeberoptik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensorlinsen (7) und die Streulinsen (8) ineinander integriert auf einer Seite des optischen Bauteils (4) angebracht sind und die andere Seite glatt ausgebildet ist.
Signalgeberoptik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die glatte Seite des optischen Bauteils (4) eine farbige Folie aufgebracht ist oder das Bauteil (4) selbst farbig ausgebildet ist, wobei die Farbe derjenigen des Lichtes der Lichtquellen (3) entspricht.