EP2822834B1 - Lichtsignal - Google Patents

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EP2822834B1
EP2822834B1 EP13716750.8A EP13716750A EP2822834B1 EP 2822834 B1 EP2822834 B1 EP 2822834B1 EP 13716750 A EP13716750 A EP 13716750A EP 2822834 B1 EP2822834 B1 EP 2822834B1
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EP
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light
light signal
diffusing screen
signal according
signal
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EP13716750.8A
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Christian Lawnik
Jörg BIRKHOLZ
Rolf Eckl
Uwe Frost
Zeljko Marincic
Matthias Szkudlarek
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1845—Optical systems, lenses

Definitions

  • the invention relates to a light signal, in particular for rail-bound traffic routes, with a light source and an optical system for the visualization of symbols and / or signal terms in a distant area and an angled relative to this area.
  • light signals serve as signal transmitters or symbol indicators which convey certain information by color and / or shaping of a luminous area, that is to say by the emission characteristic. These are often safety-relevant information that must not be falsified visually or blended by extraneous light.
  • the following explanations relate essentially to light signals for the representation of signal terms and symbols in rail-bound traffic routes, without the claimed subject-matter being restricted to this application.
  • gray-colored cover glasses which have a stray segment for the Signalbegriffsvisualmaschine in the vicinity, the gray color or a separate neutral density filter counteracts the phantom effect.
  • the disadvantage is, above all, that the light intensity is reduced by approximately 80%, that is to approximately 20% residual light intensity, by the incorporation. As a result, a light source with a correspondingly high light intensity is required. This increases the heat development and ultimately reduces the life of the light source. Especially with multi-colored light signals then the light intensity may not be sufficient. This in turn increases the cost, since for different requirements, in particular with regard to the light intensity, different variants for the optical system and for the appropriate light source must be realized. Even the latest generation of signal generators that use high-current LEDs as their source of light use the principle of the diffuser. Another disadvantage is the considerable Need for electrical power to produce a given minimum light level.
  • EP 0 899 178 A1 a light signal having a light source and an optical system for the visualization of signal terms in a not further distinguished distance range, wherein the light source is a laser light excitable light guide.
  • the invention has for its object to provide a light signal of the generic type, in which the above-mentioned disadvantages are largely avoided, in particular, a higher light intensity is aimed at reducing the required electrical power.
  • the object is achieved in that the light source has a stimulable by laser light diffuser for converting the coherent laser light in incoherent scattered light.
  • the lens serves as the actual light source, while the laser light is provided only for their excitation. This ensures that no high-energy, coherent laser radiation can be emitted into the environment. Due to the lens, the laser light is also expanded such that a homogeneous distribution of the resulting scattered light over a certain cross-section is achieved. Even if a part of the intensity of the laser light is not available for the actual light source due to absorption and scattering, the energy consumption is considerably lower compared to an LED arrangement of the same light intensity since laser light per watt produces a considerably higher light intensity than LEDs. Different colors, which correspond to certain signal terms, can be realized by means of colored filter attachments, as long as the scattering disk which can be excited by the laser light generates incoherent white scattered light. Moreover, in the light source excited by the laser light, the above-described phantom effect is remarkably reduced.
  • the lens is formed as a phosphorus-active lens.
  • the phosphor-active diffuser converts the highly concentrated coherent laser light into incoherent scattered light, which may be further optics can be shaped, bundled and used for radiation.
  • the phosphorus-active diffusing screen may be designed such that the emitted light already has the desired monochrome color, so that separate colored filter attachments are dispensable.
  • the, in particular phosphorus-active, lens according to claim 3 has a shape for distance and near-field representation.
  • the emission characteristic is definable, so that different emission profiles, in particular a sufficient illumination of the near area, can be realized.
  • the lens according to claim 4 light output side connected via optical fibers with a display panel for visualizing symbols.
  • the optical fiber ends are arranged symbol specific to matrix slots of the scoreboard.
  • the diffusing screen and / or the optical system has means for decoupling a small proportion of light, which is supplied to a monitoring and / or control device.
  • the coupled-out light can be fed to a brightness sensor whose output signal can be used to set a specific light intensity of the light signal.
  • the adjustment or readjustment of the light intensity can act directly on the setting parameters of the lens adjacent the lens. In particular, an adaptation to day and night conditions or different weather conditions is easily feasible in this way.
  • the laser light is generated by at least one laser diode.
  • Laser diodes are significantly smaller than LEDs and produce virtually no heat. The overall dimensions of the light signal can thus be significantly reduced.
  • FIG. 5 illustrates a light signal in which a light source 1 and a horizontal light emission optical system 2 are provided for the purpose of long-range display 3 and oblique projection for short-range display 4.
  • the light source 1 consists of at least one laser diode 5 and a phosphorescent lens 6, through which the high-energy, coherent laser light is converted into incoherent scattered light.
  • the phosphor-active lens 6 also ensures the expansion of the laser light, so that a light spot is formed, which is comparable to that of a conventional LED light source.
  • the phosphorus-active lens 6 and / or the optical system 2 is designed such that, in addition to the distance and near range representation 3 and 4, a small amount of light is coupled out and fed to a monitoring and / or control device 7a or 7b.
  • the light source 1 with the laser diode 5 and the phosphorus-active diffuser 6 for illuminating a display panel 8, on the various symbols - here the symbol 4 - can be displayed.
  • the optical system 2 is formed by a bundle of light guides 9, which illuminate the symbol corresponding pixels on the display panel 8.
  • the laser-based light source 1 is distinguished from conventional light sources in particular by considerably improved energy efficiency and lower phantom power.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit einer Lichtquelle und einem optischen System zur Visualisierung von Symbolen und/oder Signalbegriffen in einen Fernbereich und einen gegenüber diesem abgewinkelten Nahbereich.
  • Prinzipiell dienen Lichtsignale als Signalgeber oder Symbolanzeiger, die durch Farb- und/oder Formgebung einer Leuchtfläche, das heißt durch die Abstrahlcharakteristik, bestimmte Informationen vermitteln. Dabei handelt es sich häufig um sicherheitsrelevante Informationen, die keinesfalls optisch verfälscht oder durch Fremdlicht überblendet sein dürfen. Das unerwünschte Aufleuchten beziehungsweise Verfälschen eines Lichtpunktes durch Einfall von Umgebungslicht, zum Beispiel Sonnenstrahlung oder Scheinwerferlicht, wird als Phantomeffekt bezeichnet. Durch den Phantomeffekt kann es in Extremfällen zu einer falschen Anzeige infolge eines unzeitigen Aufleuchtens eines Lichtpunktes oder einer Farbverschiebung kommen.
    Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen und Symbolen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
  • Bei Eisenbahnsignalen muss gewährleistet sein, dass der Triebfahrzeugführer bei Annäherung an das für ihn bestimmte Signal dieses immer eindeutig erkennen kann. Dabei müssen unterschiedliche Streckengeometrien, das heißt gerade Strecken, Kurven und/oder Höhenunterschiede, berücksichtigt werden. Neben der Fernbereichsdarstellung ist auch eine Nahbereichsdarstellung des Signals erforderlich, damit der Triebfahrzeugführer das Lichtsignal auch dann erkennen kann, wenn er direkt vor dem Signal steht. Gute Fernsicht soll durch eine definierte Lichtstärke in Richtung der optischen Achse häufig bis zu einer Entfernung von 500 m vom Signal realisiert werden. Der Nahsichtbereich liegt in der Regel 10 m bis 20 m vor dem Signal, mit der Tendenz, noch kleinere Beobachtungsabstände zu ermöglichen. Dabei wird angestrebt, die Achslichtstärke für die Fernbereichsdarstellung möglichst ohne große Einbußen hinsichtlich der Lichtstärke zu erhalten. Die Lichtmenge, die mit optischen Mitteln zur Seite und in den Nahbereich des Lichtsignals ausgekoppelt wird, muss möglichst vollständig in den relevanten Bereich abgestrahlt werden, da diese Lichtmenge der Fernbereichsdarstellung nicht mehr zur Verfügung steht.
  • Aus der EP 0 694 895 A2 und der DE 198 15 868 A1 sind Lichtsignale bekannt, bei denen für die Ausleuchtung des Nahbereiches spezielle abgewinkelte oder entsprechend abwinkelbare LEDs oder Gruppen von LEDs vorgesehen sind.
  • Gebräuchlich sind auch, beispielsweise in der DE 20 2004 008 937 U1 beschriebene, grau eingefärbte Abschlussgläser, die ein Streusegment für die Signalbegriffsvisualisierung in den Nahbereich aufweisen, wobei die Graufärbung oder ein separates Graufilter dem Phantomeffekt entgegenwirkt. Nachteilig ist vor allem, dass durch die Eingrauung die Lichtstärke um ca. 80 %, das heißt auf ca. 20 % Restlichtstärke, reduziert wird. Infolgedessen ist eine Lichtquelle mit einer entsprechend hohen Lichtstärke erforderlich. Dadurch wird die Wärmeentwicklung erhöht und letztlich die Lebensdauer der Lichtquelle reduziert. Insbesondere bei mehrfarbigen Lichtsignalen ist dann die Lichtstärke eventuell nicht mehr ausreichend. Das wiederum erhöht die Kosten, da für unterschiedliche Anforderungen, insbesondere bezüglich der Lichtstärke, verschiedene Varianten für das optische System und für die geeignete Lichtquelle realisiert werden müssen. Auch Signalgeber der neuesten Generation, die als Lichtquelle Hochstrom-LEDs verwenden, nutzen das Prinzip der Streuscheibe. Nachteilig ist darüber hinaus der erhebliche Bedarf an elektrischer Leistung, um eine vorgegebene Mindestlichtstärke zu erzeugen.
  • Weiterhin zeigt EP 0 899 178 A1 ein Lichtsignal mit einer Lichtquelle und einem optischen System zur Visualisierung von Signalbegriffen in einen nicht weiter unterschiedenen Entfernungsbereich, wobei die Lichtquelle eine von Laserlicht anregbarer Lichtleiter ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile weitgehend vermieden sind, wobei insbesondere eine höhere Lichtstärke bei Verminderung der dazu erforderlichen elektrischen Leistung angestrebt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Lichtquelle eine von Laserlicht anregbare Streuscheibe zur Umwandlung des kohärenten Laserlichts in inkohärentes Streulicht aufweist.
  • Auf diese Weise dient die Streuscheibe als eigentliche Lichtquelle, während das Laserlicht lediglich zu deren Anregung vorgesehen ist. Damit ist sichergestellt, dass keine hochenergetische, kohärente Laserstrahlung in die Umwelt emittiert werden kann. Durch die Streuscheibe wird das Laserlicht außerdem derart aufgeweitet, dass eine homogene Verteilung des resultierenden Streulichtes über einen bestimmten Querschnitt erreicht wird. Selbst wenn durch Absorption und Streuung ein Teil der Intensität des Laserlichtes nicht für die eigentliche Lichtquelle zur Verfügung steht, ist der Energieverbrauch im Vergleich zu einer LED-Anordnung gleicher Lichtintensität erheblich geringer, da Laserlicht pro Watt eine erheblich höhere Lichtintensität erzeugt als LEDs. Verschiedene Farben, die bestimmten Signalbegriffen entsprechen, können durch farbige Filtervorsätze realisiert werden, sofern die durch das Laserlicht anregbare Streuscheibe inkohärentes weißes Streulicht erzeugt. Darüber hinaus ist bei der durch Laserlicht angeregten Lichtquelle der oben geschilderte Phantomeffekt deutlich reduziert.
  • Gemäß Anspruch 2 ist die Streuscheibe als phosphoraktive Streuscheibe ausgebildet. Die phosphoraktive Streuscheibe wandelt das stark gebündelte kohärente Laserlicht in inkohärentes Streulicht um, welches gegebenenfalls über weitere Optiken geformt, gebündelt und zur Abstrahlung genutzt werden kann. Die phosphoraktive Streuscheibe kann derart ausgebildet sein, dass das emittierte Licht bereits die gewünschte monochrome Farbe aufweist, so dass separate farbige Filtervorsätze entbehrlich sind.
  • Vorzugsweise weist die, insbesondere phosphoraktive, Streuscheibe gemäß Anspruch 3 eine Formgebung zur Fern- und Nahbereichsdarstellung auf. Durch unterschiedliche Formgebung ist die Abstrahlcharakteristik definierbar, so dass unterschiedliche Abstrahlprofile, insbesondere eine ausreichende Ausleuchtung des Nahbereichs, realisierbar sind.
  • Zusätzlich oder alternativ ist die Streuscheibe gemäß Anspruch 4 lichtausgangsseitig über Lichtleiter mit einer Anzeigetafel zur Visualisierung von Symbolen verbunden. Die Lichtleiterenden werden dazu symbolspezifisch auf Matrixsteckplätzen der Anzeigetafel angeordnet.
  • Bei einer besonders vorteilhaften, in Anspruch 5 charakterisierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Streuscheibe und/oder das optische System Mittel zur Auskopplung eines geringen Lichtanteils, der einer Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung zugeführt ist, aufweist. Beispielsweise kann das ausgekoppelte Licht einem Helligkeitssensor zugeführt sein, dessen Ausgangssignal zur Einstellung einer bestimmten Lichtintensität des Lichtsignals verwendet werden kann. Die Einstellung oder Nachregelung der Lichtintensität kann direkt auf die Einstellparameter des der Streuscheibe vorgeschalteten Laserlichtes einwirken. Insbesondere eine Anpassung an Tag- und Nachtbedingungen oder auch unterschiedlichen Witterungsverhältnissen ist auf diese Weise einfach realisierbar.
  • Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, dass das Laserlicht von mindestens einer Laserdiode erzeugt wird. Laserdioden sind erheblich kleiner als LEDs und erzeugen quasi keine Wärme. Die Gesamtabmessungen des Lichtsignals können somit erheblich verringert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Lichtsignals zur Visualisierung von Signalbegriffen und
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Lichtsignals zur Visualisierung von Symbolen.
  • Figur 1 veranschaulicht ein Lichtsignal, bei dem eine Lichtquelle 1 und ein optisches System 2 zur horizontalen Lichtabstrahlung zwecks Fernbereichsdarstellung 3 und zur Schrägabstrahlung zwecks Nahbereichsdarstellung 4 vorgesehen ist. Die Lichtquelle 1 besteht dabei aus mindestens einer Laserdiode 5 und einer phosporaktiven Streuscheibe 6, durch welche das hochenergetische, kohärente Laserlicht in inkohärentes Streulicht umgewandelt wird. Die phosphoraktive Streuscheibe 6 sorgt dabei auch für die Aufweitung des Laserlichts, so dass ein Lichtfleck entsteht, der mit dem einer herkömmlichen LED-Lichtquelle vergleichbar ist. Außerdem ist die phosphoraktive Streuscheibe 6 und/oder das optische System 2 derart ausgebildet, dass neben der Fern- und Nahbereichsdarstellung 3 und 4 eine geringe Lichtmenge ausgekoppelt und einer Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung 7a bzw. 7b zugeführt wird.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Lichtsignal dient die Lichtquelle 1 mit der Laserdiode 5 und der phosphoraktiven Streuscheibe 6 zur Ausleuchtung einer Anzeigetafel 8, auf der verschiedene Symbole - hier das Symbol 4 - darstellbar sind. Dabei ist das optische System 2 durch ein Bündel von Lichtleitern 9 gebildet, welche dem Symbol entsprechende Pixel auf der Anzeigetafel 8 ausleuchten.
  • Die laserbasierte Lichtquelle 1 zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Lichtquellen insbesondere durch erheblich verbesserte Energieeffizienz und geringere Phantomanfälligkeit aus.

Claims (6)

  1. Lichtsignal, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit einer Lichtquelle (1) und einem optischen System (2) zur Visualisierung von Symbolen und/oder Signalbegriffen in einen Fernbereich und einen gegenüber diesem abgewinkelten Nahbereich,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lichtquelle (1) eine von Laserlicht anregbare Streuscheibe zur Umwandlung des kohärenten Laserlichts in inkohärentes Streulicht aufweist.
  2. Lichtsignal nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Streuscheibe als phosphoraktive Streuscheibe (6) ausgebildet ist.
  3. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Streuscheibe eine Formgebung zur Fern- und Nahbereichsdarstellung (3 und 4) aufweist.
  4. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Streuscheibe lichtausgangsseitig über Lichtleiter (9) mit einer Anzeigetafel (8) zur Visualisierung von Symbolen verbunden ist.
  5. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Streuscheibe und/oder das optische System (2) Mittel zur Auskopplung eines geringen Lichtanteil, der einer Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung (7a und/oder 7b) zugeführt ist, aufweist.
  6. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Laserlicht von mindestens einer Laserdiode (5) erzeugt wird.
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