DE10300990A1 - LED-Lichtsignalanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Lichtsignalanlage, die durch Verwendung von reflektierenden Bauelementen, die den LEDs in Lichtrichtung nachgeschaltet und zur Sonnenseite hin absorbierend ausgeführt sind, ein geringes Phantomlicht aufweist. Zusätzlich wird durch die Reflexion des Signallichtes an diesen Bauelementen die Lichtstärkeverteilung günstig beeinflusst, so dass die Verkehrsteilnehmer in einem größeren Raumwinkel das Signal wahrnehmen können. Durch eine erfindungsgemäße Wölbung dieser Bauelemente erfährt die Lichtstärkeverteilung eine kontinuierliche Verbreiterung in vertikaler Richtung sowie eine Verlagerung des Lichtschwerpunktes nach unten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine LED-Lichtsignalanlage, die sich durch ein geringes Phantomlicht, eine optimierte Lichtstärkeverteilung und einen verbesserten Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Anlagen dieser Art auszeichnet. Die Erfindung ist insbesondere in der Verkehrstechnik, aber auch in der Anzeigetechnik für allgemeine Zwecke einsetzbar.
• Nach dem Stand der Technik sind spezielle LEDs entwickelt worden, die eine für die Verhältnisse im Straßenverkehr günstige Abstrahlcharakteristik aufweisen (siehe Patent DE 31 38 687). Die Vorteile einer gewünschten Abstrahlung stehen dabei dem Nachteil einer speziellen Fertigung dieser LEDs gegenüber, ohne das Problem der Phantomlichtreduzierung gelöst zu haben. In der Patentschrift DE 100 44 455 ist eine LED-Signaleinrichtung vorgeschlagen worden, bei der das Licht vorzugsweise in einen unteren Halbraum gelenkt wird. Diese Signaleinrichtung bewirkt die gewünschte Lichtstärkeverteilung in Richtung der Verkehrsteilnehmer und gleichzeitig eine Phantomlichtunterdrückung. Das Phantomlicht wird durch eine bestimmte Reflektorgeometrie auch bei flachen Sonnenständen reduziert. Hierbei geht man von LED-Halbleiterkörpern aus, bei denen die Lichtkegel unter großem Öffnungswinkel emittiert werden und diese unmittelbar nach Austritt an rasterförmig gestalteten reflektierenden Körpern eine Bündelung erfahren. Diese Anordnung ist nur für LEDs mit relativ großem Abstrahlwinkel geeignet. Weiterhin ist eine Lichtsignalanlage nach DE 28 53 482 bekannt, bei der parallel angeordnete Lamellen die Sichtbarkeit des Signals verbessern, indem die der Sonne zugewandten Oberseiten der Lamellen stark absorbierend und die Unterseiten der Lamellen stark lichtreflektierend ausgeführt sind. Die Lamellen sind hierbei möglichst dünn auszuführen, damit das Signallicht relativ ungehindert austreten kann. Die Anordnung bezieht sich damit offensichtlich auf Lichtsignale, bei denen die Lamellen sich im Strahlengang des Signallichtes befinden und von der Rückseite her mit Signallicht bestrahlt werden. Zum Zwecke der bestmöglichen Absorption des Sonnenlichtes wird für schwierige Verhältnisse eine in Lamellenlängsrichtung gekrümmte Form vorgeschlagen.
• Weiterhin ist bekannt, dass LEDs in Rundkörperform mit einer integrierten Linse Lichtkegel mit definiertem Aperturwinkel abstrahlen (z. B. 2 × 15° oder 2 × 30°). Diese LEDs werden bereits in Serie für die Signaltechnik produziert (siehe z. B. Druckschrift Fa. Agilent Technologies INC. Nr. 5988-2805EN). Dabei werden die größten Lichtstärken von LEDs erzielt, bei denen die integrierte Linse das Licht in einen kleinen Winkel sammelt. Wird das LED- Lichtsignal jedoch über der Straße angeordnet, ergibt ein kleiner Aperturwinkel nur eine geeignete Lichtstärkeverteilung in horizontaler Richtung. Nach unten wird dagegen ein großer Aperturwinkel benötigt. Weiterhin strahlt der obere Teil der aus den LEDs austretende Lichtkegel nach dem Stand 'der Technik in einen ungenutzten Bereich. Zur Reduzierung des Phantomlichtes gibt es für diese Art von LEDs noch keine geeignete Vorrichtung.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Signaleinrichtung mit einer rasterförmigen Anordnung von LEDs vorzuschlagen, bei der auch bei kleinen Aperturwinkeln der aus den LEDs austretenden Lichtstrahlen durch erfindungsgemäße Maßnahmen die Lichtstärkeverteilung optimal zu den Verkehrsteilnehmern gerichtet und das Phantomlicht deutlich reduziert wird.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass hinter der LED- Matrix des Lichtsignals in Lichtrichtung Formelemente zeilenförmig zwischen den LED-Reihen angeordnet werden, welche die jeweiligen austretenden Lichtkegel einer zugeordneten LED-Reihe in bestimmten Bereichen reflektieren und durch ihre jeweilige obere Seite das auf die Formelemente auftreffende Sonnenlicht im wesentlichen absorbieren. Die Absorption des auftreffenden Sonnenlichtes reduziert das Phantomlicht, die Reflexion des von den LEDs ausgesandten Signallichtes beeinflusst die Lichtstärkeverteilung des Signals positiv. Die Gestaltung der Formelemente ist beliebig und kann zur Erzielung konkreter Absorptions- und Reflexionsverhältnisse für das Sonnen- bzw. Signallicht ausgenutzt werden. Dabei können die von den LEDs ausgesandten Lichtstrahlen durch plane Flächen gerichtet abgelenkt oder auch durch konvexe oder konkave Flächen in Ihrer Apertur verändert werden. Dadurch kann durch die Gestaltung der Formelemente ein optimierter Lichtdurchtritt des Signallichtes zum Betrachter erreicht werden.
• Erfindungsgemäß können deshalb die absorbierenden und reflektierenden Flächen der Formelemente auch mit kleinen Strukturen versehen werden. Dies kann durch die Kombination von konvexen oder/und konkaven oder/und ebenen Formelementen erfolgen und gezielte Lichtablenkungen auch in seitliche Richtungen bewirken. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden zumindest einige LEDs nicht senkrecht in die Trägerplatte eingebracht, sondern in Richtung einer gewünschten Abstrahlung, um zusammen mit den Reflexionen an den Formelementen eine optimale Gesamtablenkung der Lichtstrahlen zu bewirken.
• Eine optimale Lichtführung des Signallichtes ergibt sich, wenn die genannten Formelemente erfindungsgemäß derartige konvexe spiegelnde untere Flächen besitzen, die bewirken, dass die aus den LEDs austretenden Lichtkegel in einem unteren Bereich im wesentlichen ungehindert durchgelassen werden und der obere Bereich eines jeden Lichtkegels eine kontinuierlich geringer werdende Ablenkung für kleiner werdende Aperturwinkel des Lichtaustrittskegels einer jeweiligen LED an der spiegelnden Unterseite eines betreffenden Formelementes erfährt. Dies erzielt man, indem die spiegelnde Unterseite eines jeden Formelementes erfindungsgemäß eine Wölbung besitzt, die nahezu parallel zu den optischen Achsen einer zugeordneten LED-Reihe ausläuft. Lichtstrahlen, die somit einen geringen Neigungswinkel zur optischen Achse in dem oberen Halbraum ihres Lichtkegels aufweisen, werden demnach erfindungsgemäß nur mit geringem Neigungswinkel in den unteren Halbraum reflektiert. Lichtstrahlen, die in einem relativ großen Winkel aus der LED austreten, werden dicht hinter dem Austritt durch einen relativ großen Reflexionswinkel stark nach unten gelenkt, so dass der Lichtkegel eine kontinuierliche Verbreitung in vertikaler Richtung erfährt und ein oberhalb der Straße angeordnetes Signal in einem großen Winkelbereich gleichmäßig gesehen werden kann.
• Auch können die das Signallicht reflektierenden Flächen matt ausgeführt werden, um eine breite Streuwirkung zu erzielen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Flächen zur Absorption des Sonnenlichtes matt auszuführen. Die gesamte Einheit wird vorteilhaft durch ein entspiegeltes Schutzglas vor Staub und Witterungseinflüssen geschützt.
• In einer besonders einfachen erfindungsgemäßen Ausführung werden die Formelemente durch flache Blechstreifen realisiert, die zwischen einer jeden Diodenzeile angeordnet werden und die beschriebene Form besitzen.
• Anschließend wird die Erfindung an einem Beispiel (Fig. 1-4) erläutert. In Fig. 1 ist die Vorderansicht auf eine ebene Signalanlage dargestellt. Fig. 2 zeigt die Seitenansicht mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Schutzglas (1). Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, welche von Fig. 1 abgeleitet wurde. In Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Trägerplatte (2) mit Leuchtdioden (3) rasterartig bestückt ist. Vor diesen LEDs sind gewölbte Bleche (4) angeordnet. Diese Bleche (4) besitzen eine matte, lichtabsorbierende Seite (5) und eine reflektierende Seite (6). Das Ende (7) eines jeden Bleches läuft im wesentlichen parallel und in geringem Abstand oberhalb der optischen Achsen (8) der LEDs, welche unmittelbar unter einem Blech angeordnet sind, aus. Dadurch entsteht eine kombinierte Lichtstärkeverteilung der direkt durchtretenden Strahlen (9) einerseits und der an den Seiten (6) der Bleche (4) reflektierten Strahlen (10) andererseits. Durch diese kombinierte Lichtstärkeverteilung wird erreicht, dass das Licht nicht geradeaus innerhalb eines symmetrischen Lichtkegels von 2 × 15° von der Ampel ausgesendet wird, sondern mit einer Vergrößerung nach unten in Vertikalrichtung von 15° auf 53°. Außerdem wurde erreicht, dass der größte Neigungswinkel nach oben von 15° auf 6° reduziert wurde (siehe Lichtstrahl 11). Somit wird der Lichtschwerpunkt nach unten verlagert und das Licht nicht unnötig in obere Zonen geleitet. Diese Anordnung ist dadurch besonders für Ampeln geeignet, die über der Straße angebracht sind und bei denen deshalb eine nach unten ausgedehnte Lichtstärkeverteilung vorteilhaft ist. Wie in Fig. 1 sichtbar, werden die Sonnenstrahlen selbst bei frontaler, horizontaler Sonneneinstrahlung zu einem merklichen Anteil durch die Bleche (4) absorbiert. Fig. 4 zeigt in Ansicht A entlang der Sonnenstrahlen (12) die Verhältnisse bei einer Neigung der Sonnenstrahlen gegenüber dem Horizont von 15°. Die Sonnenstrahlen werden zu einem überwiegenden Anteil an den Seiten (5) der Bleche (4) absorbiert. Das Phantomlicht wird damit deutlich reduziert.

Claims (8)

1. Lichtsignalanlage, rasterförmig bestückt mit einer Vielzahl von Leuchtdioden, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der LED- Matrix des Lichtsignals in Lichtrichtung Formelemente zeilenförmig zwischen den LED-Reihen angeordnet werden, welche die jeweiligen austretenden Lichtkegel einer zugeordneten LED-Reihe in bestimmten Bereichen reflektieren und durch ihre jeweilige obere Seite das auf die Formelemente auftreffende Sonnenlicht im wesentlichen absorbieren.

2. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den LEDs austretenden Lichtkegel in einem jeweiligen unteren Bereich im wesentlichen ungehindert durchgelassen werden und der obere Bereich eines jeden Lichtkegels eine kontinuierlich geringer werdende Ablenkung für kleiner werdende Aperturwinkel des Lichtaustrittskegels einer jeweiligen LED an der spiegelnden Unterseite eines betreffenden Formelementes erfährt.

3. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Formelemente zum Zweck einer kontinuierlichen Verbreiterung der Lichtstärkeverteilung in Vertikalrichtung eine Wölbung besitzen.

4. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelnde Unterseite eines jeden Formelementes nahezu parallel zu den optischen Achsen einer zugeordneten LED-Reihe ausläuft.

5. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den LEDs austretenden Lichtkegel eine kontinuierliche Verbreiterung in vertikaler Richtung erfahren.

6. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Seiten der Formelemente Strukturen aufweisen, die eine zusätzliche seitliche Lichtablenkung bewirken.

7. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden zumindest teilweise schräg in eine Trägerplatte eingebracht werden und dadurch eine zusätzliche Optimierung der Lichtstärkeverteilung erreicht wird.

8. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Seiten der Formelemente matt ausgeführt sind und somit eine gestreute Lichtablenkung bewirkt wird.