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Lichtsignal
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtsignal für die Verkehrsregelung
auf Wasserstraßen, bei Schienenbahnen oder für den Individualverkehr auf den Straßen.
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Moderne Lichtsignale regeln im Bahnhofsbereich und auch auf der Strecke
den Schienenverkehr und geben dem Fahrpersonal Anweisung im Hinblick auf die zulässige
Fahrweise in Abhängigkeit vom Frei- und Besetztzustand der vorausliegenden Strecke.
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Für verschiedene Anweisungen gibt es beispielsweise verschiedenfarbige
Lichtsignale. Die Information für das Fahrpersonal besteht dann in der jeweiligen
Lichtfarbe oder in der Kombination verschiedener Farben von mehreren Lichtsignalen,
die zu einer Anordnung zusammengefaßt sind. Andere Informationen können mit Hilfe
von Lichtsignalen dadurch gegeben werden, daß bestimmte geometrische Formen von
Ziffern und/oder Zeichen in farbigem Licht dargestellt werden.
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Seit vielen Jahren ist die Technik bemüht, bei derartigen Signalen
den sogenannten Phantomlichteffekt zu vermeiden.
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Hierunter versteht man das Aufleuchten eines eigentlich nicht wirksamen
Signalbildes durch Fremdlichteinfall, beispielsweise bei dicht über dem Horizont
stehender Sonne und deren dann trotz vorhandener schützender Schuten an den Signallaternen
in diese einfallenden Sonnenstrahlen. Dieses störende Fremdlicht dringt dabei durch
eine äußere Signalabschlußscheibe der Signallaterne, weiterhin durch ein vorhandes
Farbfilter in das Innere der Signallaterne und verläßt diese nach Reflektion durch
die genannte Signalabschlußscheibe. Dabei erkennt ein
Beobachter
ein Signalbild, das in der Farbe des Lichtsignals leuchtet. Unter diesen Voraussetzungen
kann der Betrachter nur mit Mühe unterscheiden, ob das ihm offerierte Signalbild
aufgrund des unerwünschten Phantomlichteffektes oder aber durch ordnungsgerechtes
Anschalten des Lichtsignals übermittelt wird.
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Aufgrund dieser Unsicherheit kann es zu nicht gewollten gefährlichen
Handlungen kommen. Aus diesem Grunde sind die Konstrukteure seit Jahren bemüht,
Lichtsignale zu gestalten, die eine möglichst phantomfreie Signalgebung ermöglichen.
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Zur Vermeidung des Phantomeffektes kann beispielsweise durch besondere
Formgebung oder durch eine besondere Ausbildung der Signalabschlußscheiben das von
außen her in die zugehörige Signallaterne einfallende Fremdlicht in eine dem Beobachter
abgekehrte Richtung abgelenkt werden. Hierdurch ergibt sich bereits in vorteilhafter
Weise eine Verminderung des Phantomlichteffektes, jedoch aber noch keine vollständige
Beseitigung.
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Auch die Verkleinerung bzw. Vermeidung von irgendwelchen Spiegeln
in den Signallaternen hat zur Verbesserung geführt. Auf der anderen Seite wird jedoch
auch das von der in den Signallaternenvorhandenen Lichtquelle ausgehende Licht in
unerwunschter Art und Weise abgelenkt bzw. in der Intensität für den Betrachter
verringert, was als Ausgleich wiederum in nachwelliger Weise Lichtquellen mit höherer
Leistung erfordert.
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Bei den bekannten Relaissignalen (DRP 559 343, DPR 740 588) wird der
Phantomlichteffekt dadurch vermieden, daß in den Signallaternen farbige oder lichtundurchlässige
Blenden angeordenet sind, die je nach dem einzustellenden Signalbild in den Strahlengang
des Lichtes eingeschwenkt werden. In den Betriebsfällen, bei denen kein Signalbild
erscheinen soll, also keine Farbscheibe im Strahlengang, sondern die undurchlässige
Blende vorhanden ist, geht von diesen bekannten Signallaternen wenig Streulicht
bei Fremdlichteinfall aus. Dabei ist der Anteil der durch Streuung des Fremdlichtes
an der Signalabschlußscheibe hervorgerufen wird, vernachlässigbar, gering. Nachteilig
ist jedoch bei den bekannten Relais signalen, daß mechanisch bewegte Teile zur Steuerung
der farbigen und lichtundurchlässigen Blenden vorgesehen
werden
müssen. Der hierzu benötigte Bedienungsmechanismus erfordert einen besonderen Aufwand
zu dessen Steuerung und ist außerdem nicht wartungsfrei.
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Bei einem bekannten Mehrfarbenscheinwerfer (DT-AS 1 226 957) kann
eine nacheinander erfolgende Mehrfarbenregelung in Verbindung mit einer einzigen
Strahlungsquelle dadurch erzielt werden, daß ein motorisch verstellbares Mehrfarbenfilter
vorgesehen ist. Wesentlich ist für diesen Mehrfarbenscheinwerfer, daß die Lichtquelle
während der Verstellung der Filteranordnung ausgeschaltet ist. Außerdem sind die
verschiedenfarbigen Teilflächen der Filteranordnung durch lichtundurchlässige Teilflächen
gegeneinander abgegrenzt. Hierdurch kann nur eine bestimmte Strahlung Jeweils nach
außen gelangen.Als nachteilig wird nicht nur die erforderliche besondere elektrische
St rung des Mehrfarbenscheinwerfers angesehen, sondern auch die umfangreichen mechanischen
Einrichtungen, die dem Verschließ unterworfen sind und gewartet werden müssen.
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Bei einer anderen bekannten Signallaterne (DRP 589 274) werden bewegliche,
farbige Blenden vermieden, zwar dadurch, daß als Blende ein die gesamte Lichtaustrittsö
der Signallaterne einnehmender lichtdurchlässiger Hohlkörper verwendet ist, der
bedarfsweise mit einer Flüssigkeit der jeweils erforderlichen Signalfarbe auffüllbar
ist. Das Auffüllen des Hohlkörpers mit der farbigen Flüssigkeit erfolgt durch Ausdehnung
eines durch einen Heizkörper erwärmbaren Gases. Diese bekannte Anordnung hat zwar
keine dem Verschleiß unterliegenden beweglichen Teile, jedoch erfordert das Füllen
und das anschließende Leeren des Hohlkörpers so viel Zeit, daß kurzfristige Signalwechsel
unmöglich sind. Außerdem muß eine besondere Uberwachung der signaleigenen Heizeinrichtung
zur Steuerung des Auffüllens vorgesehen werden.
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Schließlich ist noch eine Einrichtung zum Beseitigen des Phantomlichteffektes
bei Lichtsignalen bekannt (DT-PS 2 001 087), bei
welcher im Strahlengang
des von außen her die Lichtaustrittsöffnung des Signals passierenden Fremdlichtes
ein lichbdurchlässiger, mit Fltlssigkristallen gefüllter Hohlkörper vorgesehen ist,
der im Bereich eines bedarfsweise anschaltbaren elektrischen oder magnetischen Feldes
angeordnet ist.
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Durch Steuern des Feldes wird der von den Flüssigkristallen gefüllte
Hohlkörper kurzfristig entweder lichtundurchlässig oder licbtdurchlässig. Der Vorteil
dieser Signallaterne ist, daß unabhängig vom inneren Aufbau, also unabhängig davon,
ob irgendwelche Spiegel und/oder farbige Filter vorgesehen sind, bei nicht benötigtem
Signal kein Fremdlicht reflektiert werden kann, da die von augen her in die Signallaterne
einfallenden Lichtsignale an dem lichtundurchlässig geschalteten Hohlkörper absorbiert
werden.
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Kritisch ist bei dieser Anordnung, daß die Flüssigkristalle organische
Verbindungen sind, die nur in einem geringen Temperaturbereich ordnungsgerecht arbeiten.
Außerdem gibt es gewisse Schwierigkeiten im Hinblick auf den Aufbau des für die
FlUssigkristalle vorzusehenden Hohlkörpers sowie im Hinblick auf die zu erwartende
Lebensdauer der Flüssigkristalle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal zu konzipieren,
das die bei den bekannten Einrichtungen vorhandenen Nachteile vermeidet, ohne bewegliche
Teile oder ortsveränderliche Flüssigkeiten oder die Verwendung von Flüssigkristallen
auskommt und dabei phantomlichtfrei arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Lichtquelle
mindestens ein monochromatische Strahlung erzeugender optischer Sender vorgesehen
ist in Verbindung mit einer die Strahlung im Querschnitt aufweitenden optischen
Einrichtung.
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Durch die Kohärenz, die Monochromasie und die hohe Strahlungsdichte
von Gas- oder Festkörperlasern sind diese Anordnungen besonders gut geeignet, alle
Bedingungen der optischen Signaleinrichtungen für die verschiedensten Verwendungszwecke
zu erfüllen. Besonders die Monochromasie erlaubt den Bau von farbigen Lichtsignalen,
ohne daß farbige Filteranordnungen vorgesehen
werden müssen. Auf
diese Art und Weise ist unter keinen Bedingungen die Erzeugung von farbigem Phantomlicht
möglich und die Signallaternen werden wesentlich billiger. Durch die gewählte Aufweitung
des Strahlungsquerschnittes der verwendeten optischen Sender werden eventuell zu
befürchtende Strahlungsschäden im Auge des Betrachters vermieden. In Anbetracht
der hohen Strahlungsdichten der heute auf dem Markt befindlichen opt;ischen Sender
ist jedoch trotzdem noch die Überwindung großer Entfernungen bei Nebel, Regen und
Schnee möglich.
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Als optischer Sender kann beispielsweise ein Gas-Laser mit parallelem
Strahlenausgang verwendet werden in Verbindung mit einem aus je einer Streu- und
Sammellinse bestehenden teleskopischen System zur Aufweitung des Strahlungsquerschnittes.
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Es ist aber in vorteilhafter Weise auch möglich, in Verbindung mit
einem Gas-Laser zur Aufweitung des Strahlungsquerschnittes zwei Sammellinsen als
teleskopisches System zu verwenden.
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In bevorzugter Weise wird jedoch als optischer Sender eine Laserdiode
verwendet mit einer in Strahlrichtung angeordneten Linse. Dieser Aufbau eines Lichtsignales
zur Aussendung einer einzigen Signalfarbe bei eingeschalteter Laserdiode hat den
Vorteil eines besonders robusten Aufbaues unter Verwendung von billigen, handelsüblichen
Bauteilen, wobei keine besonders kostspielige Stromversorgung vorgesehen werden
muß.
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Es ist aber auch denkbar und ebenso zweckmäßig, die als optischen
Sender verwendete Laserdiode im Brennpunkt eines Hahlspiegels anzuordnen, so daß
die Laserdiode praktisch im dem Betrachter zugeführten Lichtbündel angeordnet ist.
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Zur Erzielung eines großflächigen Lichtsignales können in vorteilhafter
Weise mehrere Laserdioden mit ihren zugeordneten optischen Einrichtungen zur Aufweitung
des jeweiligen Strahlungsquerschnittes zu.einer Einheit zusammengefaßt werden.
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In diesem Zusammenhang ist es möglich, nicht eine Anzahl einzelner
Linsen zu verwenden, sondern in vorteilhafter Weise eine Linsen-Rasterplatte, die
beispielsweise in einem einzigen Preßvorgang hergestellt werden kann.
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Wenn es gewünscht ist, das Lichtsignal als Mehrfarbenscheinwerfer
zu verwenden, bei welchem nacheinander verschiedene Lichtfarben erscheinen sollen,
ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, daß bei einer zu einer
Einheit zusammengefaßten Vielzahl von Laserdioden.solche eingesetzt werden, die
eine verschiedenfarbige Strahlung aussenden, wobei die einzelnen Laserdioden nach
einer vorgegebenen Regel verteilt vereinigt werden. Beispielsweise können die Laserdioden
auch farblich unregelmäßig angeordnet werden. Zur Erzielung der einen oder anderen
Lichtfarbe wird dann jede Sorte von Laserdioden für sich angeschaltet.
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Ferner ist es fÜr manche Anwendungszwecke von Vorteil, bei der Anwendung
von einer Vielzahl von Laserdioden je Lichtsignal die Laserdioden geometrisch in
Form von Ziffern und/oder Zeichen anzuordnen, damit die dem Beobachter mitzuteilende
Information nicht nur in der Lichtfarbe, sondern beispielsweise numerisch oder alphanumerisch
erfolgen kann.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachstehend näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 und 2 je ein Lichtsignal
mit einem Gas-Laser Fig. 3 und 4 Lichtsignale mit je einer Laserdiode und Fig. 5
und 6 Je ein Lichtsignal mit einer Vielzahl von Laserdioden.
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Die Anordnung nach Fig. 1 zeigt ein Lichtsignal, das aus einem Gas-Laser
1 besteht, dessen kohärente Strahlung 2 durch ein teleskopisches System aufgeweitet
wird. Das letztere besteht aus je einer bikonkaven und plankonvexen Linse 3 bzw.
4. Die aufgeweitete, ungefährliche farbige Strahlung 5 des Gas-Lasers 1 ist für
das Auge des Betrachters bestimmt.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist ebenfalls ein Gas-Laser 1 vorausgesetzt,
dessen Strahlung 2 auf ein teleskopisches System fällt, das aus einer kleinen und
einer großen plankonvexen Linse 6 und 7 aufgebaut ist. Die abgehende, parallele
Lichtstrahlung ist in der Intensität ebenfalls geschwächt und trägt wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 das Bezugszeichen 5.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 besteht der optische
Sender aus einer Laserdiode 8, dessen punktförmige Strahlung 9 aufgeweitet wird
und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 über eine plankonvexe Linse 10 auf das
Auge des Betrachters gelangt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gelangt die Strahlung
9 auf einen Hohlspiegel 11.
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Die Anordnungen nach Fig. 5 und 6 zeigen Lichtsignale mit einer Vielzahl
von Laserdioden 80 bis 83, deren punktförmige Strahlungen 90 bis 93 auf den betreffenden
Laserdioden 80 bis 83 zugeordneten plankonvexe Linsen 100 bis 400 fallen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Laserdioden 80 bis 83
auf einer lichtdurchlässigen Platte 12, z.B. auf einer Glasplatte, befestigt. Die
lichtdurchlässige Platte 12 ist beispielsweise auf beiden Seiten mit einem lichtdurchlässigen
elektrischen Leiter, z.B. Zinkoxyd, belegt, über welchen die Laserdioden 80 bis
83 mit Strom versorgt werden. Als Reflektoren der von den Laserdioden 80 bis-83
ausgehenden Strahlung 90 bis 93 dienen entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 4 eine Anzahl von Hohlspiegeln 110, 120, 130 und 140.