WO2001086341A1 - Lichtsignalgeber mit grossem öffnungswinkel für verkehesignale - Google Patents

Lichtsignalgeber mit grossem öffnungswinkel für verkehesignale Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a signal generator for traffic signals with a light source and an associated collimator, which has scattering elements arranged next to one another on a surface facing the light source.
  • signal transmitters are known to the person skilled in the art.
  • signal transmitters are known in which a light source emits signal light that is collimated by Fresnel optics.
  • Spherical defocus lenses are formed on the side of the Fresnel disk facing the light source. Due to the defocus lenses, parallel light beams incident on the Fresnel optics are not imaged in the focal plane on point-like focal points, but on focal areas that are extended in area.
  • Signal generators for traffic signals must have a predetermined radiation pattern.
  • the light sources used for conventional signal transmitters do not have the required, large enough extension in a direction transverse to the optical axis.
  • the opening angle of the emerging from the Fresnel optics is correspondingly small
  • an additional scattering lens must generally be provided, through which the beam is expanded.
  • Another possibility is to arrange the light-emitting diodes on a printed circuit board in the focal plane of the Fresnel optics in accordance with the required radiation characteristics.
  • the circuit board becomes correspondingly large.
  • the object of the invention is a signal generator for traffic signals to create, which despite a compact light source generates a beam with a large opening angle.
  • Figure 1 shows a cross section through a signal generator with a flat Fresnel disc
  • Figure 2 shows a cross section through a signal generator with a Fresnel lens
  • Figure 3 is a side view illustrating the image without defocus lenses
  • Figure 4 is a perspective view illustrating the image through the Fresnel lens with spherical defocus lenses
  • Figure 5 is a perspective view illustrating the image of the Fresnel optics with elliptical defocus lenses.
  • FIG. 1 shows a cross section through a signal transmitter 1 which has a light source 3 arranged in the focal plane of a Fresnel disc 2.
  • the Fresnel disk 2 On the back 4 of the Fresnel disk 2 facing the light source 3, the Fresnel disk 2 has defocus lenses 5 with a short focal length.
  • the defocus lenses 5 are therefore assigned focal planes 6 which lie between the light source 3 and the Fresnel optics 2.
  • the Fresnel disk 2 aligns light rays emanating from a central region 7 of the light source 3 parallel to an optical axis 8. Rays emanating from the edge region 9 of the light source 3 are directed by a Fresnel disc 2 without defocus lenses 5 in a direction which is at an angle to the optical axis 8.
  • FIG. 2 shows a modified embodiment of the signal transmitter 1, in which the Fresnel disk 2 is replaced by a Fresnel lens 10.
  • the use of the Fresnel lens 10 has the advantage that the light rays emanating from the light source 3 strike the rear side 4 of the Fresnel lens 10 at a smaller angle compared to the arrangement from FIG. This results in larger ones
  • FIG. 3 again shows a side view of the signal generator 1 from FIG. 1. It is clear from FIG. 3 that light rays 11 emanating from the central region 7 extend to a direction parallel to the optical axis 8. directed light bundles can be summarized. Light rays 12 emanating from edge regions 9, on the other hand, are combined into light bundles running along an optical secondary axis 13.
  • FIG. 4 shows a perspective view that illustrates the effect of the defocus lenses 5 on the rear side 4 of the Fresnel disk 2 or the Fresnel lens 10. Due to the action of the defocus lenses 5, light rays 12 incident along the optical secondary axis 13 are not imaged in the focal plane 6 onto a focal point, but rather onto a focal area 14 that extends over an area. Conversely, light is emitted in the direction of the optical secondary axis 13 if at least one luminous point of the light source 3 lies within the focus area 14.
  • the focus area 14 lies on the edge of a luminous area 15 of the light source 3. Since the focus area 14 does not lie completely on the luminous area 15, compared to the case in which the focus area lies entirely on the luminous area 15, emitted less light. However, this can be tolerated because for large opening angles o; only small luminosities are prescribed.
  • the arrangement of the defocus lenses 5 on the rear side 4 of the Fresnel disk 2 or the Fresnel lens 10 therefore makes it possible to generate beam bundles with large aperture angles with a small light source 3.
  • elongated defocus lenses 5 are used instead of the spherical defocus lenses.
  • Defocus lenses 5 of this type have, for example, an elliptical base area on the rear side 4 of the Fresnel lens 2 or the Fresnel lens 10.
  • the defocus lenses 5 can also be segments of ellipsoids.
  • an elongated focal surface 16 also results in the focal plane 6. It is sufficient if the focal surface 16 partially lies on the luminous surface 15 in order to emit light rays 18 in the direction of an associated optical secondary axis 13. Therefore, when using elongated defocus lenses 5 with the same extension of the light source 3, there is a radiation characteristic with a larger opening angle oi ⁇ .
  • the opening angle ⁇ should be approximately 60 ° in the horizontal direction and approximately 30 ° in the vertical direction. Accordingly, the ellipsoidal defocus lenses 5 must be arranged side by side on the back 4 such that the long semi-axis is aligned vertically.
  • the Fresnel optic is replaced by a parabolic mirror, in the focal plane of which the light source 3 is arranged.

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Abstract

Ein Signalgeber (1) weist eine Lichtquelle (3) auf und eine Fresnel-Optik (2, 10). Die Fresnel-Optik (2, 10) weist auf ihrer Rückseite ellipsenförmig ausgebildete Defokuslinsen auf, die in der Brennebene langgestreckte Fokusflächen (16) bilden. Trotz der Verwendung einer Lichtquelle mit geringer seitlicher Ausdehnung weistder Signalgeber (1) eine Abstrahlcharakteristik mit großem Öffnungswinkel α" auf.

Description

LICHTSIGNALGEBER MIT GROSSEM ÖFFNUNGSWINKEL FÜR VERKEHESIGNALΞ
Die Erfindung betrifft einen Signalgeber für Verkehrssignale mit einer Lichtquelle und einem zugeordneten Kollimator, der auf einer der Lichtquelle zugewandten Fläche nebeneinander angeordnete Zerstreuungselemente aufweist.
Derartige Signalgeber sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere sind Signalgeber bekannt, bei denen eine Lichtquelle Signal- licht aussendet, das durch eine Fresnel-Optik kollimiert wird. Auf der der Lichtquelle zugewandten Seite der Fresnel- Scheibe sind sphärische Defokuslinsen ausgebildet. Durch die Defokuslinsen werden untereinander parallele, auf die Fresnel-Optik einfallende Lichtstrahlen in der Brennebene nicht auf punktförmige Brennpunkte abgebildet, sondern auf flächenmäßig ausgedehnte Fokusflächen.
Signalgeber für Verkehrssignale müssen eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik aufweisen. Andererseits weisen die für herkömmliche Signalgeber verwendeten Lichtquellen nicht die dafür erforderliche, genügend große Ausdehnung in eine Richtung quer zur optischen Achse auf. Dementsprechend gering ist der Öffnungswinkel des aus der Fresnel-Optik austretenden
Strahlbündels. Daher muß im allgemeinen noch eine zusätzliche Streulinse vorgesehen werden, durch die das Strahlbündel ausgeweitet wird.
Eine andere Möglichkeit ist, die Leuchtdioden entsprechend der geforderten Abstrahlcharakteristik auf einer Leiterplatte in der Brennebene der Fresnel-Optik anzuordnen. Jedoch stellt sich hier das Problem, daß die Leiterplatte entsprechend groß wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Signalgeber für Verkehrssignale zu schaffen, der trotz einer kompakten Lichtquelle ein Strahlbündel mit großem Öffnungswinkel erzeugt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerstreuungselemente langgestreckte Erhebungen in eine Richtung entlang der Fläche sind.
Dadurch, daß auf der der Lichtquelle zugewandten Fläche nebeneinander angeordnete langgestreckte Erhebungen angeordnet sind, werden auf den Kollimator einfallende parallele Lichtstrahlbündel in der Brennebene des Kollimators nicht auf Brennpunkte, sondern auf flächenmäßig ausgedehnte Fokusflächen abgebildet. Es genügt, wenn sich ein Lichtpunkt der Lichtquelle in der einer Abstrahlrichtung zugeordneten Fokus- fläche befindet, um aus dem Signalgeber Licht in die betreffende Richtung austreten zu lassen. An den Randbereichen der Lichtquelle ist eine geringe Zahl von Lichtpunkten in einer Fokusfläche ausreichend, da an den Rändern der Abstrahlcharakteristik des Signalgebers gegenüber der Abstrahlung in Richtung der optischen Achse nur eine sehr geringe Lichtstärke gefordert wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Signalgeber mit einer flachen Fresnel-Scheibe;
Figur 2 einen Querschnitt durch einen Signalgeber mit einer Fresnel-Linse;
Figur 3 eine Seitenansicht, die die Abbildung ohne Defokuslinsen veranschaulicht; Figur 4 eine perspektivische Ansicht, die die Abbildung durch die Fresnel-Optik mit sphärischen Defokuslinsen veranschaulicht; und
Figur 5 eine perspektivische Ansicht, die die Abbildung der Fresnel-Optik mit elliptischen Defokuslinsen veranschaulicht .
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Signalgeber 1, der eine in der Brennebene einer Fresnel-Scheibe 2 angeordnete Lichtquelle 3 aufweist. Auf der der Lichtquelle 3 zugewandten Rückseite 4 der Fresnel-Scheibe 2 verfügt die Fresnel-Scheibe 2 über Defokuslinsen 5 mit kurzer Brennweite. Den Defokuslinsen 5 sind daher Brennebenen 6 zugeordnet, die zwi- sehen der Lichtquelle 3 und der Fresnel-Optik 2 liegen.
Ohne die Defokuslinsen 5 richtet die Fresnel-Scheibe 2 von einem Zentralbereich 7 der Lichtquelle 3 ausgehende Lichtstrahlen parallel zu einer optischen Achse 8 aus. Von Randbe- reich 9 der Lichtquelle 3 ausgehende Strahlen werden von einer Fresnel-Scheibe 2 ohne Defokuslinsen 5 in eine Richtung gelenkt, die einen Winkel zur optischen Achse 8 einnimmt.
In Figur 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Signal- gebers 1 dargestellt, bei dem die Fresnel-Scheibe 2 durch eine Fresnel-Linse 10 ersetzt ist. Die Verwendung der Fres- nelLinse 10 hat den Vorteil, daß die von der Lichtquelle 3 ausgehende Lichtstrahlen im Vergleich zu der Anordnung aus Figur 1 unter einem kleineren Winkel auf die Rückseite 4 der Fresnel-Linse 10 auftreffen. Dadurch ergeben sich größere
Transmissionskoeffizienten und ein besserer Wirkungsgrad der Optik.
In Figur 3 ist der Deutlichkeit halber nochmals eine Seiten- ansieht des Signalgebers 1 aus Figur 1 dargestellt. Anhand Figur 3 wird deutlich, daß vom Zentralbereich 7 ausgehende Lichtstrahlen 11 zu einem parallel zur optischen Achse 8 aus- gerichteten Lichtbündel zusammengefaßt werden. Von Randbereichen 9 ausgehende Lichtstrahlen 12 werden dagegen zu entlang einer optischen Nebenachse 13 verlaufende Lichtbündel zusammengefaßt .
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Wirkung der Defokuslinsen 5 auf der Rückseite 4 der Fresnel-Scheibe 2 oder der Fresnel-Linse 10 veranschaulicht. Durch die Wirkung der Defokuslinsen 5 werden entlang der optischen Nebenachse 13 einfallende Lichtstrahlen 12 in der Brennebene 6 nicht auf einen Brennpunkt, sondern auf eine flächenmäßig ausgedehnte Fokusfläche 14 abgebildet. Umgekehrt gilt, daß dann Licht in Richtung der optischen Nebenachse 13 abgestrahlt wird, wenn wenigstens ein Leuchtpunkt der Lichtquelle 3 innerhalb der Fokusfläche 14 liegt.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Beispiel liegt die Fokusfläche 14 auf dem Rand einer Leuchtfläche 15 der Lichtquelle 3. Da die Fokusfläche 14 nicht vollständig auf der Leuchtfläche 15 liegt, wird im Vergleich zu dem Fall, daß die Fokusfläche vollständig auf der Leuchtfläche 15 liegt, weniger Licht abgestrahlt. Dies kann jedoch hingenommen werden, da für große Öffnungswinkel o; nur kleine Leuchtstärken vorgeschrieben sind. Durch die Anordnung der Defokuslinsen 5 auf der Rück- seite 4 der Fresnelscheibe 2 oder der Fresnellinse 10 ist es daher möglich, Strahlbündel mit großen Öffnungswinkeln mit einer kleinen Lichtquelle 3 zu erzeugen.
Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn wie in Figur 5 dargestellt, anstelle der sphärischen Defokuslinsen langgestreckte Defokuslinsen 5 verwendet werden. Derartige Defokus- linsen 5 weisen beispielsweise auf der Rückseite 4 der Fresnel-Scheibe 2 oder der Fresnel-Linse 10 eine elliptische Grundfläche auf . Die Defokuslinsen 5 können ferner Segmente von Ellipsoiden sein. Dementsprechend ergibt sich auch in der Brennebene 6 eine langgestreckte Fokusfläche 16. Es genügt, wenn die Fokusfläche 16 teilweise auf der Leuchtfläche 15 zu liegen kommt, um in Richtung einer zugehörigen optischen Nebenachse 13 Licht- strahlen 18 auszusenden. Daher ergibt sich bei der Verwendung langgestreckter Defokuslinsen 5 bei gleicher Ausdehnung der Lichtquelle 3 eine Abstrahlcharakteristik mit größerem Öffnungswinkel oi ■ .
Üblicherweise soll der Öffnungswinkel α in horizontaler Richtung etwa 60° und in vertikaler Richtung etwa 30° betragen. Dementsprechend müssen die ellipsoidförmigen Defokuslinsen 5 auf der Rückseite 4 nebeneinanderliegend derart angeordnet werden, daß die lange Halbachse vertikal ausgerichtet ist.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Fresnel- Optik durch einen Parabolspiegel ersetzt, in dessen Brennebene die Lichtquelle 3 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Signalgeber
2 Fresnel-Scheibe 3 Lichtquelle
4 Rückseite
5 Defokuslinse
6 Brennebene
7 Zentralbereich 8 optische Achse
9 Randbereiche
10 Fresnel-Linse
11 Lichtstrahlen
12 Lichtstrahlen 13 Nebenachse
14 Fokusfläche
15 Leuchtfläche
16 Fokusfläche
17 Lichtstrahlen 18 Lichtstrahlen

Claims

Patentansprüche
1. Signalgeber für Verkehrssignale mit einer Lichtquelle (3) und einem zugeordneten Kollimator (2, 10), der auf einer der Lichtquelle (3) zugewandten Fläche (4) nebeneinander angeordnete Zerstreuungselemente aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zerstreuungselemente in eine Richtung entlang der Fläche
(4) langgestreckte Erhebungen (5) sind.
2. Signalgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kollimator eine Fresnel-Optik (2, 10) ist.
3. Signalgeber nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kollimator eine Fresnel-Linse (10) ist.
. Signalgeber nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erhebungen auf der Rückseite der Fresnel-Optik (2, 10) angeordnet sind.
5. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erhebungen (5) auf der Fläche (4) des Kollimators (2, 10) ellipsenförmige Grundflächen aufweisen.
6. Signalgeber nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erhebungen (5) von Segmenten von Ellipsoiden gebildet sind.
7. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtquelle (3) in der Brennebene (6) des Kollimators (2, 10) angeordnet ist.
8. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtquelle (3) ein mit Leuchtdioden besetztes Feld aufweist .
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