NO338004B1

NO338004B1 - Led traffic control lighting device

Info

Publication number: NO338004B1
Application number: NO20073845A
Authority: NO
Inventors: Kari Taskula; Vesa Rasinen
Original assignee: Oy Sabik Ab
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2016-07-18
Also published as: WO2006067267A1; NO20073845L; EP1829011A1; EP1829011B1; FI117178B; FI20041660A0; EP1829011A4

Description

Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg til en belysningsanordning for reguleringslys brukt innenfor trafikkregulering slik som trafikklys, jernbanesignalhoder eller linjelys for vannbåren trafikk. Nevnte belysningsanordning har en lyskilde som består av LED festet til en sammenkoplingsbase og som omfatter optisk tilbakekopling, arrangert for å overvåke og regulere driften av belysningsanordningen. The present invention relates to a lighting device for regulation lights used within traffic regulation, such as traffic lights, railway signal heads or line lights for water-borne traffic. Said lighting device has a light source consisting of LEDs attached to an interconnection base and comprising optical feedback, arranged to monitor and regulate the operation of the lighting device.

I dag er belysningsanordninger basert på glødelyskilder, slik som glødelamper fremdeles brukt for regulering av land- og vannbåren trafikk. Glødelamper involve-rer problemer med høy energikonsumpsjon i forhold til mengden av lys som produ-seres, en kort tjenestetid og således høye vedlikeholdskostnader. Today, lighting devices based on incandescent light sources, such as incandescent lamps, are still used to regulate land and waterborne traffic. Incandescent lamps involve problems with high energy consumption in relation to the amount of light produced, a short service life and thus high maintenance costs.

LED-er har tradisjonelt hatt et vesentlig lavere effektforbruk enn glødelamper. I tillegg har det en lengre tjenestetid slik at det er svært anvendelig for bruk for eksempel innenfor trafikkreguleringslys. For eksempel, patentsøknad Fl 20002733 viser en trafikkreguleringslys der lyskilden består av LED-er plassert på en tilkoplingsbase. Denne publikasjonen beskriver en lysanordning tenkt for laveffekt LED-er med en effektangivelse under 1 W og et apparat for dens regulering. Styringsappa-ratet vist i denne publikasjonen anvender optisk tilbakekopling som tillater at drift av LED-er brukt som lyskilder blir overvåket og regulert slik at informasjon blir oppnådd i alle situasjoner om virkelige driftsbetingelser for reguleringslyset. I tillegg kan den optiske tilbakekoplingen kan bli brukt for regulering av lysintensiteten for lyskilden. LEDs have traditionally had a significantly lower power consumption than incandescent lamps. In addition, it has a longer service life so that it is very applicable for use, for example, within traffic control lights. For example, patent application Fl 20002733 shows a traffic control light where the light source consists of LEDs placed on a connection base. This publication describes a lighting device intended for low-power LEDs with a power rating below 1 W and an apparatus for its regulation. The control apparatus shown in this publication uses optical feedback which allows the operation of LEDs used as light sources to be monitored and regulated so that information is obtained in all situations about real operating conditions for the control light. In addition, the optical feedback can be used to regulate the light intensity of the light source.

I publikasjonen det refereres til blir LED-er forbundet på en overflate av et kretskort. Antallet ledd er typisk over 10. Plassert over kretskortet finnes en fargeløs eller farget transparent linsedomedel laget av plastikk, for eksempel polykarbonat og som på sin innside har en Fresnellinse motstående hver av LED-ene. For å overvåke driften av belysningsanordningen er den forsyn med en optisk tilbakekopling som blir brukt for å overvåke driften av LED-ene ved å la noe av lyset fra LED-ene passere via det optiske tilbakekoplingen til en reguleringselektronisk enhet som tar vare på deteksjon og justering av belysningsintensiteten for lyskilden så vel som nivåmåling og feilindikasjon forfeil og forstyrrelsessituasjoner. For den optiske tilbakekoplingen er kretskortet forsynt med lyssensitive transistorer som er arrangert mellom LED-ene på samme side av kretskrotet og som detekterer lys som kommer fra lysdiodene ved bruk av reflektorer montert mellom linsene. In the publication referred to, LEDs are connected on one surface of a printed circuit board. The number of joints is typically more than 10. Placed above the circuit board is a colorless or colored transparent lens dome part made of plastic, for example polycarbonate, which on the inside has a Fresnel lens facing each of the LEDs. To monitor the operation of the lighting device, it is provided with an optical feedback which is used to monitor the operation of the LEDs by allowing some of the light from the LEDs to pass via the optical feedback to a control electronic unit which takes care of detection and adjustment of the illumination intensity of the light source as well as level measurement and fault indication for faults and disturbance situations. For the optical feedback, the circuit board is equipped with light-sensitive transistors which are arranged between the LEDs on the same side of the circuit board and which detect light coming from the LEDs using reflectors mounted between the lenses.

Andre aktuelle belysningskilder fremgår av EP 1215641 og WO 02/071812. Other relevant lighting sources appear in EP 1215641 and WO 02/071812.

For tiden har det blitt en uttalt økning i effekten for LED-er. I dag finnes høyeffekts-LED-er med en effektangivelse over 1W, til og med 10W er tilgjengelig. Ved å bruke slike høyeffekts-LED vil antallet LED som er nødvendig i en trafikkreguleringslys kunne bli vesentlig redusert og den samme lyseffekten som ble oppnådd tidligere med et stort antall av laveffekts-LED kan nå oppnås med et lavere antall LED. Currently, there has been a pronounced increase in power for LEDs. Today, there are high-power LEDs with a power rating above 1W, even 10W is available. By using such high-power LEDs, the number of LEDs needed in a traffic control light can be significantly reduced and the same light output that was previously achieved with a large number of low-power LEDs can now be achieved with a lower number of LEDs.

Høyeffekts-LED-er som dette blir montert på overflaten av et kretskort. For å oppnå en bedre termisk ledningsevne vil kretskortet ofte bli laget av aluminium eller ke-ramisk materiale, men det er også ofte mulig å bruke et konvensjonelt glassfiber kretskort. Høyeffekts-LED kan også bli montert direkte på overflaten av en kjølepla-te. High-power LEDs like this are mounted on the surface of a printed circuit board. In order to achieve a better thermal conductivity, the circuit board will often be made of aluminum or ceramic material, but it is also often possible to use a conventional glass fiber circuit board. High-power LEDs can also be mounted directly on the surface of a cooling plate.

Hver LED er forsynt med en ekstern optisk linse. Linsen er sikret til en linseholder som omgir LED-en. Normalt vil linseholderen laget av ikke-transparent materiale, men om linseholderen blir produsert fra et transparent material vil det være mulig å få en del av lyset emittert av LED-en. I tilfellet at for høyeffekts-LED-er, vil lyset bli rettet inn til en svært stor åpningsvinkel typisk over 100° oppoverrettet retning for LED-en. I løsninger fra den kjente teknikk hindrer linseholderne fullstendig lyset fra å bli rettet til siden fra LED-en. Each LED is equipped with an external optical lens. The lens is secured to a lens holder that surrounds the LED. Normally, the lens holder will be made of non-transparent material, but if the lens holder is produced from a transparent material, it will be possible to have part of the light emitted by the LED. In the case of high power LEDs, the light will be directed to a very large opening angle typically over 100° in the upward direction of the LED. In solutions from the prior art, the lens holders completely prevent the light from being directed to the side from the LED.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skape trafikkreguleringslys som uttrykt er rettet for høy effekts-ly sd i od er og er forsynt med en optisk tilbakekopling slik at som i tilfelle for Fl patentsøknadsnummer 20002733 informasjon oppnås om den virkelige driftsbetingelsen for reguleringslys. I løsningen for oppfinnelsen er linseholderen i det minste delvis permeabel for lys og lyssensitive elementer er arrangert på en tilkoplingsbase for å motta dette lateralt rettede lys. Detaljene for trekk av apparaturen for oppfinnelsen, vil bli presentert i kravene under. The purpose of the present invention is to create traffic control lights which are specifically designed for high power lights and are provided with an optical feedback so that, as in the case of Fl patent application number 20002733, information is obtained about the real operating condition for control lights. In the solution of the invention, the lens holder is at least partially permeable to light and light-sensitive elements are arranged on a connection base to receive this laterally directed light. The details for features of the apparatus for the invention will be presented in the requirements below.

Oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå en svært enkel og pålitelig overvåkningsar-rangement spesielt tilpasset for høyeffekts-lysdioder med effektangivelse over 1 W for overvåkning av trafikkreguleringslys. I tillegg vil den optiske tilbakekopling kunne bli utnyttet ved regulering av lysintensiteten for lyskilden. The invention makes it possible to achieve a very simple and reliable monitoring arrangement specially adapted for high-power LEDs with a power rating of over 1 W for monitoring traffic control lights. In addition, the optical feedback can be utilized by regulating the light intensity of the light source.

I det etterfølgende blir oppfinnelsen beskrevet i detalj med referanse til et eksempel og de vedlagte tegninger der figur 1 og 2 presenterer et perspektivistisk bilde av en LED-reguleringsbelysningsanordning i henhold til oppfinnelsen som er tilpasset for bruk i trafikkreguleringslys og som inkluderer optisk tilbakekopling i henhold til oppfinnelsen. In what follows, the invention is described in detail with reference to an example and the attached drawings in which Figures 1 and 2 present a perspective view of an LED control lighting device according to the invention which is adapted for use in traffic control lights and which includes optical feedback according to the invention.

Figur 1 og 2 illustrerer en belysningsanordning som brukt for eksempel i et jernbanesignalhode som brukeren lyskilde bestående av høyeffekts-LED-er med effektangivelse over 1W. Denne belysningsanordningen produserer en ensrettet lysstråle som er rettet mot lokomotivet for et tog som nærmer seg på avstand slik at loko-motivføreren enkelt kan oppfatte lyset som sendes fra lyssignalhodet i tide og handle i henhold til fargen på lyset. Lysanordningen haren rammedel foreksempel med en kantfleng som tillater den å bli festet til signalhodet, for eksempel istedenfor en lysanordning med glødelampe. Ved innsiden av rammedelen er det mulig å feste en transformator eller andre anordninger som er nødvendige for å regulere belysningsanordning så vel som et sirkulært kretskort 1. Reguleringselektronikken (ikke vist) er festet i forbindelse med kretskort 1 eller på et separat kretskort. Figures 1 and 2 illustrate a lighting device used, for example, in a railway signal head as the user's light source consisting of high-power LEDs with a power rating above 1W. This lighting device produces a unidirectional beam of light that is aimed at the locomotive for a train approaching from a distance so that the locomotive driver can easily perceive the light emitted from the light signal head in time and act according to the color of the light. The light device has a frame part, for example, with an edge flange that allows it to be attached to the signal head, for example instead of a light device with an incandescent lamp. On the inside of the frame part, it is possible to attach a transformer or other devices necessary to regulate the lighting device as well as a circular circuit board 1. The control electronics (not shown) are attached in connection with circuit board 1 or on a separate circuit board.

Forbundet til overflaten for kretskortet 1 er lysdiode 2 og linseholderen 3 som omgir dem. Linseholderen er forbundet til kretskortet 1 for eksempel ved bruk av for-bindelsespinner eller med lim, LED-ene er forbundet til kretskortet 1 typisk ved lod-ding eller liming. I dette utførelseseksemplet vil antallet LED-er være 18 og typisk over 10, men avhenger av lysintensiteten som kreves vil et mindre antall LED-er også kunne bli brukt. Plassert over kretskortet 1 er en fargeløs eller farget transparent linsedomedel laget av plastikk for eksempel polykarbonat. Den utvendige overflaten av linsen kan være glatt og planar, slik at linsen danner en utvendig overflate for belysningsanordningen vil de være enkle å holde rene. Connected to the surface of the circuit board 1 is the LED 2 and the lens holder 3 that surrounds them. The lens holder is connected to the circuit board 1 for example by using connection pins or with glue, the LEDs are connected to the circuit board 1 typically by soldering or gluing. In this embodiment, the number of LEDs will be 18 and typically over 10, but depending on the light intensity required, a smaller number of LEDs could also be used. Placed above the circuit board 1 is a colorless or colored transparent lens dome part made of plastic such as polycarbonate. The outer surface of the lens can be smooth and planar, so that the lens forms an outer surface for the lighting device, they will be easy to keep clean.

For å tillate drift av belysningsanordningen skal kunne overvåkes er det forsynt med optisk tilbakekopling som kan bli brukt for å overvåke driften av LED-er som passerer noe av lyset for LED 2 via den optiske tilbakekoplingen til reguleringselektronikken som kan ta vare på deteksjon og justering av belysningsintensiteten for lyskilden, nivåmåling og feilindikasjon for feil og forstyrrelsessituasjoner. In order to allow the operation of the lighting device to be monitored, optical feedback is provided which can be used to monitor the operation of LEDs that pass some of the light for LED 2 via the optical feedback to the control electronics which can take care of detection and adjustment of the illumination intensity of the light source, level measurement and error indication for errors and disturbance situations.

For optisk tilbakekopling er kretskortet 1 forsynt med lyssensitive transistorer 4 arrangert mellom LED-er på den samme side av kretskortet 1. Lys som kommer sideveis fra LED blir detektert av transistoren 4 hvis utgangssignal blir passert til reguleringselektronikken. Således noe av lyset fra LED-er 2 som kommer lateralt gjennom transparenter linseholderen 3 i en delvis nedadrettet indirekte retning blir overført direkte, det vil si uten reflektorer eller annen type føringselementer til fototransistoren 4 plassert mot kretskortet. For optical feedback, the circuit board 1 is provided with light-sensitive transistors 4 arranged between LEDs on the same side of the circuit board 1. Light coming laterally from the LED is detected by the transistor 4 whose output signal is passed to the control electronics. Thus some of the light from LEDs 2 that comes laterally through the transparent lens holder 3 in a partly downward indirect direction is transmitted directly, that is without reflectors or other type of guiding elements to the phototransistor 4 placed against the circuit board.

Fototransistoren kan bli forbundet for å overvåke enten 1 LED i hvilket tilfelle en separat fototransistor kan bli plassert ved siden av LED som i figur 1 eller alterna- tivt en matrise av LED-er i hvilket tilfelle en fototransistor blir plassert i midten av for eksempel fire LED-er. The phototransistor can be connected to monitor either 1 LED in which case a separate phototransistor can be placed next to the LED as in figure 1 or alternatively a matrix of LEDs in which case a phototransistor is placed in the middle of, for example, four Manager.

Som vist i figur 2 på innsiden av linsedomedelen kan det være en plate 5 som har en åpning i arealet for hver LED og som er fiksert til kretskortet via en skrudd fes-teanordning 6. Åpningsplaten 5 hindrer lys fra utsiden av belysningsanordningen i å nå fototransistor 4, slik at belysningsbetingelsene på utsiden av belysningsanordning ikke har noen forstyrrende effekt på driften av overvåknings- og regulerings-utstyret for reguleringslyset. I tillegg beskytter platen detektorene mot skadelig typer stråling (for eksempel UV og IR stråling) som kommer fra utsiden av belysningsanordningen. Åpningsplaten sikrer også i en mekanisk forstand at linsene vil forbli sikret i sine linseholdere og derfor at krasj og vibrasjoner tilført til belysningsanordningen ikke vil flytte på linsene. As shown in figure 2 on the inside of the lens dome there can be a plate 5 which has an opening in the area for each LED and which is fixed to the circuit board via a screwed fastening device 6. The opening plate 5 prevents light from the outside of the lighting device from reaching the phototransistor 4, so that the lighting conditions on the outside of the lighting device have no disruptive effect on the operation of the monitoring and regulation equipment for the regulation light. In addition, the plate protects the detectors against harmful types of radiation (for example UV and IR radiation) that come from the outside of the lighting device. The opening plate also ensures in a mechanical sense that the lenses will remain secured in their lens holders and therefore that crashes and vibrations applied to the lighting device will not move the lenses.

Det er opplagt for en fagmann på området at forskjellige utførelsesformer for oppfinnelsen ikke eksklusivt er begrenset til eksemplene beskrevet over, men at de kan bli variert innenfor omfanget av kraven presentert i det etterfølgende. Et tilstrekke-lig antall fototransistorer kan bli plassert i belysningsanordningen slik at tilstrekke-lig pålitelig informasjon om driften av belysningsanordningen oppnås. Istedenfor å bruke en transparent lysholder er det mulig å tilveiebringe linseholder med åpning-er for å rette lateralt emittert lys til de lyssensitive transistorer. It is obvious to a person skilled in the art that different embodiments of the invention are not exclusively limited to the examples described above, but that they can be varied within the scope of the claims presented in the following. A sufficient number of phototransistors can be placed in the lighting device so that sufficiently reliable information about the operation of the lighting device is obtained. Instead of using a transparent light holder, it is possible to provide a lens holder with openings to direct laterally emitted light to the light-sensitive transistors.

Claims

1. Lighting device for light regulation used in traffic control, such as traffic lights, railway signal heads or line lights for waterborne traffic, said lighting device has a light source consisting of one or more LEDs (2) fixed in the lens holder (3) by means of which they can be connected on a connection base (1) and further comprising optical feedback where one or more light-sensitive detectors (4) are arranged on the connection base (1) in connection with the LEDs used as a light source, some of the light coming from the LEDs is led to said detectors using an optical feedback which is formed for monitoring and/or adjusting the lighting device, characterized in that the lens holder (3) is at least partially permeable to light so that light emitted laterally from the LED can be led to the light-sensitive detectors attached to the connection base .

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the lens holders are made of a transparent plastic material at least in the direction of the light-sensitive element.

3. Lighting device according to claim 1, characterized in that the detectors are connected to the connection base (1) at the level of the lower parts of the lens holder (3)

4. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light-sensitive elements have been attached to monitor an LED in which case a separate light-sensitive element is placed on the side of the LED.

5. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light-sensitive elements have been attached to monitor a matrix of LEDs in which case the phototransistor is placed in the middle of or next to a number of LEDs.

6. Lighting device according to claim 1, characterized in that the lighting device comprises a lens dome part and, in turn, a plate (5) with an opening opposite each of the LED said plates prevents light from the outside of the lighting device from reaching the light-sensitive elements.

7. Lighting device according to claim 1, characterized in that the LED is a high-power LED that has a power rating of at least 1 W.