WO2013160072A2

WO2013160072A2 - Lichtsignal

Info

Publication number: WO2013160072A2
Application number: PCT/EP2013/056902
Authority: WO
Inventors: Christian Lawnik; Jörg BIRKHOLZ; Rolf Eckl; Uwe Frost; Zeljko Marincic; Matthias Szkudlarek
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-10-31
Also published as: EP2822834A2; EP2822834B1; DE102012206614A1; ES2566134T3; WO2013160072A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein 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 ge- genüber diesem abgewinkelten Nahbereich (4). Um die Energie- effizienz zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Lichtquelle (1) eine von Laserlicht anregbare Streuscheibe zur Umwandlung des kohärenten Laserlichts in inkohärentes Streulicht auf- weist.

Description

Beschreibung / Description Lichtsignal 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 Färb- und/oder Formgebung einer Leucht- fläche, das heißt durch die Abstrahlcharakteristik, bestimmte Informationen vermitteln. Dabei handelt es sich häufig um si- cherheitsrelevante 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 Phantomef- fekt 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 di- rekt 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 Beobachtungsab- stände zu ermöglichen. Dabei wird angestrebt, die Achslicht - stärke für die Fernbereichsdarstellung möglichst ohne große Einbußen hinsichtlich der Lichtstärke zu erhalten. Die Lichtmenge, die mit optischen Mitteln zur Seite und in den Nahbe- reich 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 AI 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 Ul beschriebene, grau eingefärbte Abschlussgläser, die ein Streusegment für die Signalbegriffsvisualisierung in den Nahbereich aufweisen, wobei die Graufärbung oder ein separates Graufilter dem Phantomeffekt entgegen- wirkt. 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 Sys- tem 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.

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 Op- tiken 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 Filtervorsät- ze 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 An- spruch 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 vorgeschalte- ten 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 min- destens 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 Lichtab- strahlung zwecks Fernbereichsdarstellung 3 und zur Schrägab- strahlung 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 Überwa- chungs- 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 ver- schiedene 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

Patentansprüche / Patent Claims

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,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Lichtquelle (1) eine von Laserlicht anregbare Streuschei- be zur Umwandlung des kohärenten Laserlichts in inkohärentes Streulicht 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

die Streuscheibe als phosphoraktive Streuscheibe (6) ausgebildet ist.

3. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Streuscheibe eine Formgebung zur Fern- und Nahbereichs - darstellung (3 und 4) aufweist.

4. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Streuscheibe lichtausgangsseitig über Lichtleiter (9) mit einer Anzeigetafel (8) zur Visualisierung von Symbolen verbunden ist.

5. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Streuscheibe und/oder das optische System (2) Mittel zur Auskopplung eines geringen Lichtanteil, der einer Überwa- chungs- und/oder Steuereinrichtung (7a und/oder 7b) zugeführt ist, aufweist.

6. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Laserlicht von mindestens einer Laserdiode (5) erzeugt wird .