WO2011023479A1 - Lichtsignal - Google Patents

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lens
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light
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Rolf Eckl
Jörg BIRKHOLZ
Uwe Frost
Kay Köster
Zeljko Marincic
Norbert PÖPPLOW
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/06—Simple or compound lenses with non-spherical faces with cylindrical or toric faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Definitions

  • the invention relates to a light signal with semiconductor light source and optical system for representing signal terms, in particular in the case of rail-bound traffic routes.
  • an incandescent filament 1 of an incandescent lamp is used as the light source.
  • the filament light signal essentially consists of the incandescent lamp and an optical system 2 with a full lens or stepped lens and a color filter glass (not shown) for realizing the usual signal colors.
  • FIG. 2 illustrates the emission profiles corresponding to the position of the filament coil 1 in the horizontal direction H and in the vertical direction V. It can be seen that beam expansion occurs in the horizontal direction H. This radiating profile, widened in the horizontal direction H, which in particular in the far-range region results in an improvement in the signal visibility, results automatically in the case of incandescent lamps due to the elongated geometry of the filament coil 1.
  • the invention has for its object to provide a light signal of the generic type, in which the above-mentioned disadvantages are significantly reduced, in particular, a reduction of the components is to be assumed.
  • the object is achieved in that the semiconductor light source as a point light source, in particular as a single LED or as a single HLED - high current LED - is formed, and that the optical system has an axisymmetric cylindrical lens and a rotationally symmetrical converging lens, in particular Fresnel lens.
  • the horizontal beam expansion for the light of the point light source is achieved via the cylindrical or cylinder-like end face of the cylindrical lens.
  • the adjustment of the horizontal direction is realized by a fixed installation position for signal screen alignment.
  • the radius of the cylindrical lens is a multiple of the lens focal length, whereby the planar lens illumination, the Kol- limierende effect of the rotationally symmetrical converging lens and the homogeneity of the light spot in the far field are practically not affected.
  • a high-intensity HLED with lambert-shaped radiation behavior is preferably used as a point light source.
  • the combination of point light source / cylindrical lens / convergent lens results in a significant cost reduction compared to the known combination LED matrix / lens matrix, by which the filament filament of an incandescent lamp is to be emulated. Since the beam shaping of the point light source by means of the optical system of cylinder lens and converging lens corresponds to the radiation behavior of the light bulb signal, existing additional optics can still be used.
  • the HLED as a single component leads to simplified board layout and space savings, so that a separate light source module can be dispensable.
  • it is advantageous that different point light sources can be combined with a single optical system, while the LED matrix and the lens matrix must be precisely matched to one another. The number of optical and electrical components is considerably reduced compared to the matrix variant. The driver assembly is simpler and ultimately results in a reduced logistical effort.
  • the optical system with cylindrical lens and condenser lens is formed as a one-piece plastic injection-molded part. In this way, there is a further simplification with a significant cost advantage.
  • FIG. 1 shows a filament light signal
  • FIG. 2 shows a horizontal and vertical emission profile
  • Figure 3 is a light signal of the claimed type
  • FIG. 4 shows an optical system for a light signal according to FIG. 3.
  • a single white HLED high-current LED-3 is used as a point light source. This is arranged on a circuit board 4 with heat sink 5.
  • a color filter film arrangement 7 is provided between the HLED 3 and an optical system 6.
  • the optical system 6 is formed as a one-piece lens combination, which is shown in Figure 4 in plan view and two side views.
  • the optical system 6 is made of plastic injection molding, wherein a light-entry side axisymmetric cylindrical lens mold 8 is combined with a cylinder radius R with light exit side rotationally symmetric Fresnel structures 9. Due to the cylindrical lens mold 8, the required beam expansion in the horizontal direction H according to FIG. 2 results in a simple manner in the installation position in the signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal mit Halbleiter-Lichtquelle und Optiksystem (6) zur Darstellung von Signalbegriffen, insbesondere bei schienengebundenen Verkehrswegen. Um auf einfache Weise die vorteilhaften Eigenschaften eines Glühfadenlichtsignals, insbesondere bezüglich Strahlaufweitung in horizontaler Richtung (H), zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Halbleiter-Lichtquelle als Punktlichtquelle, insbesondere als einzelne LED - lichtemittierende Diode - oder als einzelne HLED - Hochstrom-LED - (3), ausgebildet ist und dass das Optiksystem (6) eine achssymmetrische Zylinderlinse und eine rotationssymmetrische Sammellinse, insbesondere Fresnellinse, aufweist.

Description

Beschreibung Lichtsignal Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal mit Halbleiter-Lichtquelle und Optiksystem zur Darstellung von Signalbegriffen, insbesondere bei schienengebundenen Verkehrswegen.
Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Leuchtzeichen oder Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte erfinderische Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll. Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten Lichtsignal bekannter Bauart wird als Lichtquelle eine Glühfadenwendel 1 einer Glühlampe verwendet. Das Glühfadenlichtsignal besteht im Wesentlichen aus der Glühlampe und einem optischen System 2 mit Volllinse oder Stufenlinse sowie einem nicht darge- stellten Farbfilterglas zur Realisierung der üblichen Signalfarben .
Figur 2 veranschaulicht die der Lage der Glühfadenwendel 1 in horizontaler Richtung H und vertikaler Richtung V entspre- chenden Abstrahlprofile. Es ist ersichtlich, dass in Horizontalrichtung H eine Strahlaufweitung erfolgt. Dieses in Horizontalrichtung H verbreiterte Abstrahlprofil, das insbesondere im Fernbereich eine Verbesserung der Signalsichtbarkeit bewirkt, ergibt sich bei Glühlampen aufgrund der länglichen Geometrie der Glühfadenwendel 1 automatisch.
Moderne und aus vielerlei Gründen zu bevorzugende Halbleiter- Lichtquellen besitzen jedoch eine gänzlich andere Abstrahlcharakteristik als die Glühfadenwendel 1, so dass durch be- stimmte Gruppierung mehrerer Halbleiter-Lichtquellen, insbesondere LEDs - lichtemittierende Dioden -, eine Nachbildung der Glühfadenwendelgeometrie angestrebt wird. Neben dem verbreiterten horizontalen Abstrahlprofil muss die LED-Anordnung eine vollständige Ausleuchtung eines speziellen Optiksystems, homogene Abbildung bzw. die Homogenität des Leuchtflecks im Fernfeld sowie eine Mindestlichtstärke aufweisen. Diese Forderungen sind nur mit erheblichem Aufwand bezüglich der Treiberbaugruppen und der LED- und Linsenmatrizen erreichbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile deutlich reduziert sind, wobei insbesondere eine Reduzierung der Komponenten anzustehen ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Halbleiter-Lichtquelle als Punktlichtquelle, insbesondere als einzelne LED oder als einzelne HLED - Hochstrom-LED -, ausgebildet ist und dass das Optiksystem eine achssymmetrische Zy- linderlinse und eine rotationssymmetrische Sammellinse, insbesondere Fresnellinse, aufweist.
Die horizontale Strahlaufweitung für das Licht der Punktlichtquelle wird dabei über die zylinderförmige oder zylin- derähnliche Stirnfläche der Zylinderlinse erreicht. Die Einstellung der Horizontalrichtung wird durch eine festgelegte Einbaulage zur Signalschirmausrichtung realisiert. Der Radius der Zylinderlinse beträgt ein Vielfaches der Linsenbrennweite, wodurch die flächenhafte Linsenausleuchtung, die kol- limierende Wirkung der rotationssymmetrischen Sammellinse und die Homogenität des Leuchtfleckes im Fernfeld praktisch nicht beeinträchtigt werden. Als Punktlichtquelle wird bevorzugt eine lichtstarke HLED mit lambertförmigem Abstrahlverhalten verwendet. Durch die Kombination Punktlicht- quelle/Zylinderlinse/Sammellinse ergibt sich eine deutliche Kostenreduzierung gegenüber der bekannten Kombination LED- Matrix/Linsenmatrix, durch die die Glühfadenwendel einer Glühlampe nachgebildet werden soll. Da die Strahlformung der Punktlichtquelle mittels des Optiksystems aus Zylinderlinse und Sammellinse dem Abstrahlverhalten des Glühlampensignals entspricht, können vorhandene Zusatzoptiken weiterhin verwendet werden. Die HLED als Einzelkomponente führt zu vereinfachtem Platinenlayout und Platzersparnis, so dass ein sepa- rates Lichtquellenmodul entbehrlich sein kann. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass unterschiedliche Punktlichtquellen mit einem einzigen Optiksystem kombiniert werden können, während LED-Matrix und Linsenmatrix genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Anzahl optischer und elektrischer Komponen- ten ist gegenüber der Matrizenvariante erheblich reduziert. Die Treiberbaugruppe ist einfacher und letztlich ergibt sich ein verringerter logistischer Aufwand.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass das Optiksystem mit Zy- linderlinse und Sammellinse als einteiliges Kunststoff- Spritzgussteil ausgebildet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine weitere Vereinfachung mit erheblichem Kostenvorteil.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellun- gen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Glühfadenlichtsignal,
Figur 2 ein Horizontal- und Vertikal-Abstrahlprofil,
Figur 3 ein Lichtsignal beanspruchter Bauart und
Figur 4 ein Optiksystem für ein Lichtsignal nach Figur 3. Im Unterschied zu dem in Figur 1 veranschaulichten und oben beschriebenen Glühfadenlichtsignal wird bei dem erfindungsgemäßen Lichtsignal, das in Figur 3 dargestellt ist, eine einzige weiße HLED - Hochstrom-LED - 3 als Punktlichtquelle ver- wendet. Diese ist auf einer Platine 4 mit Kühlkörper 5 angeordnet. Zur Realisierung unterschiedlicher Signalfarben ist zwischen der HLED 3 und einem Optiksystem 6 eine Farbfilterfolienanordnung 7 vorgesehen. Das Optiksystem 6 ist dabei als einteilige Linsenkombination ausgebildet, welche in Figur 4 in Draufsicht und zwei Seitenansichten dargestellt ist. Vorzugsweise besteht das Optiksystem 6 aus Kunststoffspritzguss, wobei eine lichteintrittsseitige achssymmetrische Zylinderlinsenform 8 mit einem Zylinderradius R mit lichtaustritts- seitigen rotationssymmetrischen Fresnel-Strukturen 9 kombi- niert ist. Durch die Zylinderlinsenform 8 ergibt sich bei entsprechender Einbaulage im Signal auf einfache Weise die erforderliche Strahlaufweitung in horizontaler Richtung H gemäß Figur 2.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtsignal mit Halbleiter-Lichtquelle und Optiksystem zur Darstellung von Signalbegriffen, insbesondere bei schienenge- bundenen Verkehrswegen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Halbleiter-Lichtquelle als Punktlichtquelle, insbesondere als einzelne LED - lichtemittierende Diode - oder als einzelne HLED - Hochstrom-LED - (3), ausgebildet ist und dass das Optiksystem (6) eine achssymmetrische Zylinderlinse und eine rotationssymmetrische Sammellinse, insbesondere Fresnel- linse aufweist.
2. Lichtsignal 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
das Optiksystem (6) mit Zylinderlinse und Sammellinse als einteiliges Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet ist.
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