DE20019735U1 - LED signaling device for road traffic signals - Google Patents
LED signaling device for road traffic signalsInfo
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Description
G2000, 0069 .. G2000, 0069 ..
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Beschreibung1
Description
LED-Signaleinrichtung für StraßenverkehrssignaleLED signaling device for road traffic signals
Die Erfindung betrifft eine optische Signalgebereinrichtung, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, nach dem Oberbegriff der Schutzansprüche 1 und 12.The invention relates to an optical signaling device, in particular for traffic signal systems, according to the preamble of claims 1 and 12.
In der konventionellen Signalisierungstechnik für den Straßen- oder Schienenverkehr wird üblicherweise eine starke Lichtquelle mit kleinen Abmessungen wie z.B. der Glühfaden einer Glühlampe, in den Brennpunkt eines optischen Kondensors gestellt und ins Unendliche projiziert. Aufgrund der hohen Leuchtdichte der Lichtquelle entsteht eine sehr große Lichtstärke innerhalb eines relativ kleinen und normierten Abstrahlwinkelbereichs, so daß das Signal auch aus großer Entfernung noch gut zu erkennen ist.In conventional signaling technology for road or rail traffic, a powerful light source with small dimensions, such as the filament of a light bulb, is usually placed at the focal point of an optical condenser and projected into infinity. Due to the high luminance of the light source, a very high luminous intensity is generated within a relatively small and standardized beam angle range, so that the signal can still be clearly recognized even from a great distance.
Bekanntermaßen haben Glühlampen jedoch eine verhältnismäßig 0 kurze Lebensdauer, wobei der Ausfall der für eine Signaleinrichtung verwendeten Glühlampe stets mit einem Totalausfall der gesamten Signaleinrichtung verbunden ist. Deshalb müssen die beispielsweise bei Warnsignaleinrichtungen verwendeten Glühlampen vorsorglich in regelmäßigen, relativ kurzen Zeitabständen gewechselt werden. Diese Zeitabstände sind weit kürzer als die durchschnittliche Lebensdauer der Lampe, so daß mit den Auswechslungen ein erheblicher Material- und Zeitaufwand verbunden ist.However, it is well known that light bulbs have a relatively short lifespan, and the failure of the light bulb used for a signaling device always results in a total failure of the entire signaling device. As a result, the light bulbs used in warning signaling devices, for example, must be replaced at regular, relatively short intervals as a precaution. These intervals are much shorter than the average lifespan of the lamp, so that the replacements involve a considerable amount of material and time.
Auch bei anderen Leitsignaleinrichtungen bestehen ähnliche Probleme aufgrund der Verwendung herkömmlicher Glühlampen als Lichtquellen.Other guidance signaling systems also have similar problems due to the use of conventional incandescent lamps as light sources.
Aufgrund der hohen Ausfallempfindlichkeit konventioneller Glühlampen bietet es sich daher an, als Lichtquellen Halbleiter-Lichtemissionsdioden (LEDs) einzusetzen, da LEDs nicht nur eine erheblich höhere Lebensdauer, sondern auch einenDue to the high failure sensitivity of conventional light bulbs, it is therefore advisable to use semiconductor light emitting diodes (LEDs) as light sources, since LEDs not only have a considerably longer service life, but also
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besseren Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer Energie in Strahlungsenergie im sichtbaren Spektralbereich und - damit verbunden - eine geringere Wärmeabgabe und einen insgesamt geringeren Platzbedarf aufweisen. Um jedoch eine für eine Verkehrssignaleinrichtung oder eine vergleichbare Signaleinrichtung geeignete LED-Anordnung bereitzustellen, bedarf es ebenso wie bei der konventionellen Verkehrssignal- oder Bahnsignaleinrichtung einer Optik, die geeignet ist, das von den einzelnen LEDs abgestrahlte Licht derart zu bündeln, daß es auch in relativ großer Entfernung als eine ausgedehnte und hell leuchtende Lichtquelle wahrgenommen wird. An Signalgeber im Straßenverkehr werden genaue und normierte optische Anforderungen hinsichtlich Abstrahlcharakteristik, Leuchtdichteverteilung und Phantomlicht gestellt. Unter letzterem versteht man die Vortäuschung eines eingeschalteten Signallichts durch einfallendes und von einem internen Reflektor reflektiertes Sonnenlicht.better efficiency in converting electrical energy into radiant energy in the visible spectral range and - associated with this - less heat emission and a smaller overall space requirement. However, in order to provide an LED arrangement suitable for a traffic signal or a comparable signaling device, as with conventional traffic signals or railway signals, an optic is required that is suitable for bundling the light emitted by the individual LEDs in such a way that it is perceived as an extended and brightly shining light source even at a relatively great distance. Signal devices in road traffic are subject to precise and standardized optical requirements with regard to radiation characteristics, luminance distribution and phantom light. The latter is the simulation of a switched-on signal light by incident sunlight reflected by an internal reflector.
Bekannte Aufbauten für Straßenverkehrssignale mit einer LED-0 Lichtquelle weisen entweder Rotationssymmetrie auf, wodurchKnown designs for road traffic signals with an LED-0 light source have either rotational symmetry, whereby
ein bestimmter Anteil des abgestrahlten Lichts verschwendet wird und zudem Probleme mit Phantomlicht auftreten können, oder sie besitzen eine komplizierte Optik, die eine kostengünstige Herstellung eines Signalgebereinsatzes erschweren. 25a certain proportion of the emitted light is wasted and problems with phantom light can also occur, or they have complicated optics that make it difficult to manufacture a signaling insert cost-effectively. 25
In der EP 0 860 805 ist eine Signalgeberoptik beschrieben, bei welcher eine Vielzahl von Leuchtelementen im Inneren einer Signalkammer angeordnet sind und somit einen im wesentlichen flachen Leuchtkörper anstelle der bisher üblichen 0 Glühlampen bilden, der auch ohne Verwendung eines Reflektors ein direkt in Richtung auf eine Streulinse gerichtetes Licht abgibt.EP 0 860 805 describes a signal generator optics in which a large number of light elements are arranged inside a signal chamber and thus form a substantially flat light body instead of the previously usual incandescent lamps, which emits light directed directly towards a scattering lens even without the use of a reflector.
Die Lichtquelle ist aus mindestens drei einzelnen Leuchtelementen zusammengesetzt, welche zumindest einen Großteil ihres Lichts in das Linsensystem abstrahlen, wo es von einem gemeinsamen Kondensor erfaßt und gebündelt und von der Streu-The light source is composed of at least three individual light elements, which emit at least a large part of their light into the lens system, where it is captured and bundled by a common condenser and scattered by the
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linse nach gewählten Vorgaben verteilt wird. Diese Anordnung bedarf für die Festlegung einer Abstrahlcharakteristik einer Streulinse mit optischen Eigenschaften. Die Herstellung einer derartigen Streuscheibe mit optischen Eigenschaften und deren Einbau in die zweistufige optische Struktur sind jedoch relativ kompliziert und demzufolge kostenintensiv.lens according to selected specifications. This arrangement requires a diffusing lens with optical properties to determine a radiation characteristic. However, the production of such a diffusing lens with optical properties and its installation in the two-stage optical structure are relatively complicated and therefore costly.
Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Signaleinrichtung, insbesondere für Straßenverkehrs signale anzugeben, welche mit möglichst einfachen und unkomplizierten Maßnahmen eine geforderte Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung liefert. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Signaleinrichtung anzugeben, die ohne die Verwendung einer Streuscheibe mit optischen Eigenschaften eine geforderte Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung erzielen kann.It is therefore an object of the present invention to provide an optical signaling device, in particular for road traffic signals, which provides a required radiation characteristic or luminance distribution using measures that are as simple and uncomplicated as possible. In particular, it is an object of the present invention to provide an optical signaling device that can achieve a required radiation characteristic or luminance distribution without the use of a diffuser with optical properties.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Signaleinrichtung derart weiterzubilden, daß das durch die LEDs abgestrahlte Licht durch die optische Anordnung effizienter gesammelt werden kann.It is a further object of the present invention to further develop a generic signaling device such that the light emitted by the LEDs can be collected more efficiently by the optical arrangement.
Diese Aufgaben wird durch eine LED-Signaleinrichtung mit den Merkmale der kennzeichnenden Teile der unabhängigen Schutzansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 16.These objects are achieved by an LED signaling device with the features of the characterizing parts of the independent claims 1 and 12. Advantageous further developments of the invention are the subject of claims 2 to 11 and 13 to 16.
Demgemäß beschreibt die vorliegende Erfindung eine optische Signalgebereinrichtung mit einer Mehrzahl von LED-Halbleiter-0 körpern, die auf einer Grundplatte angeordnet sind, und einem-Kondensor, der in einem festgelegten Abstand von den LED-Halbleiterkörpern auf einer optischen Achse angeordnet ist, um das von den LED-Halbleiterkörpern abgestrahlte Licht ins Unendliche zu projizieren.Accordingly, the present invention describes an optical signal generator device with a plurality of LED semiconductor bodies arranged on a base plate and a condenser arranged at a fixed distance from the LED semiconductor bodies on an optical axis in order to project the light emitted by the LED semiconductor bodies to infinity.
Aufgrund dieser Anordnung ist jedem Leuchtelement eine Abstrahlrichtung zugeordnet, so daß die Leuchtdichte in einerDue to this arrangement, each light element is assigned a radiation direction, so that the luminance in a
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bestimmten Abstrahlrichtung von der Leuchtdichteverteilung für andere Abstrahlrichtungen weitgehend entkoppelt ist. Mit Vorteil kann durch diese Anordnung eine bestimmte, vorgegebene Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung einzig durch die Anordnung der LED-Halbleiterkörper auf der Grundplatte erreicht werden.certain radiation direction is largely decoupled from the luminance distribution for other radiation directions. This arrangement advantageously allows a certain, predetermined radiation characteristic or luminance distribution to be achieved solely by arranging the LED semiconductor bodies on the base plate.
Die LED-Halbleiterkörper sind dabei direkt auf die Grundplatte aufgebracht. Hierunter ist zu verstehen, daß die LED-Halbleiterkörper als solche auf der Grundplatte befestigt sind und nicht wie sonst üblich in Gehäuse eingebaut und diese Gehäuse auf die Grundplatte montiert sind. Für die direkte Aufbringung der LED-Halbleiterkörper wird vorzugsweise eine Chip-On-Board-Technologie eingesetzt. Zur Befestingung können die LED-Halbleiterkörper auf die Grundplatte aufgelötet oder mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs aufgeklebt werden.The LED semiconductor bodies are attached directly to the base plate. This means that the LED semiconductor bodies are attached to the base plate as such and not, as is usually the case, built into housings and these housings are mounted on the base plate. Chip-on-board technology is preferably used for the direct attachment of the LED semiconductor bodies. The LED semiconductor bodies can be attached by soldering them to the base plate or by gluing them using an electrically conductive adhesive.
Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß die Erzielung einer bestimmten, geforderten Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung in einer optischen Signalgebereinrichtung durch einen erheblich vereinfachten optischen Aufbau erzielt werden kann. Es kann nämlich auf die im Stand der Technik zwingend erforderliche Streuscheibe für die Erzeugung der Lichtverteilung verzichtet werden.The invention has the great advantage that a certain, required radiation characteristic or luminance distribution can be achieved in an optical signal generator device by means of a considerably simplified optical structure. This is because the diffuser plate, which is absolutely necessary in the prior art for generating the light distribution, can be dispensed with.
Weiterhin ist durch die direkte Aufbringung der LED-Halbleiterkörper eine höhere Leuchtdichte erreichbar, da die LED-Halbleiterkörper enger benachbart angeordnet werden können 0 als LED-Bauelemente mit Gehäuse. Zudem ist die Wärmaableitung vorteilhaft verbessert.Furthermore, a higher luminance can be achieved by directly applying the LED semiconductor bodies, since the LED semiconductor bodies can be arranged closer together than LED components with a housing. In addition, heat dissipation is advantageously improved.
Als Kondensor kann bei der Erfindung eine Standard-Fresnellinse verwendet werden. Die Fresnellinse projiziert die Lichtquelle ins Unendliche. Damit jedoch nicht das Raster der Anordnung der LED-Halbleiterkörper ins Unendliche abgebildet wird, kann der Kondensor derart von der Ebene der LED-Halb-A standard Fresnel lens can be used as a condenser in the invention. The Fresnel lens projects the light source into infinity. However, so that the grid of the arrangement of the LED semiconductor bodies is not projected into infinity, the condenser can be positioned in such a way that it is above the plane of the LED semiconductor
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leiterkörper beabstandet werden, daß die LED-Halbleiterkörper geringfügig außerhalb der Fokusebene des Kondensors liegen. Alternativ dazu kann auch die Fokusbedingung exakt erfüllt werden, jedoch auf dem Kondensor, insbesondere auf dessen den LED-Halbleiterkörpern zugewandten Oberfläche optische Strukturen für eine gezielte Defokussierung, insbesondere Kugellinsen angeordnet werden.conductor bodies are spaced apart so that the LED semiconductor bodies are slightly outside the focal plane of the condenser. Alternatively, the focus condition can be met exactly, but optical structures for targeted defocusing, in particular spherical lenses, can be arranged on the condenser, in particular on its surface facing the LED semiconductor bodies.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die LED-Halbleiterkörper mit einer Vergußmasse, vorzugsweise einem Reaktionsharz wie beispielsweise einem transparenten oder semitransparenten Epoxidharz, Silikonharz oder Acrylharz zumindest teilweise umhüllt. Durch eine solche Umhüllung wird aufgrund einer Brechungsindexanpassung die Strahlungsausbeute erhöht. Zudem werden die Halbleiterkörper vor nachteiligen Umgebungseinflüssen geschützt.In an advantageous development of the invention, the LED semiconductor bodies are at least partially coated with a casting compound, preferably a reactive resin such as a transparent or semi-transparent epoxy resin, silicone resin or acrylic resin. Such a coating increases the radiation yield due to a refractive index adjustment. In addition, the semiconductor bodies are protected from adverse environmental influences.
Die Grundplatte ist bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Platine, insbesondere eine Metallkernplatine, die zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr zusätzlich auf einen geeigneten Kühlkörper aufgebracht sein kann.In the present invention, the base plate is preferably a circuit board, in particular a metal core circuit board, which can additionally be applied to a suitable heat sink to further improve heat dissipation.
In einer vorzugsweise für Straßenverkehrsampeln verwendeten Ausführungsform sendet die optische Signalgebereinrichtung 5 kein Licht in Richtung schräg nach oben, so daß auch umgekehrt von schräg oben einfallendes Sonnenlicht nicht auf die LED-Halbleiterkörper auftreffen kann und diese somit kein Phantomlicht erzeugen können. Um auch bei allen anderen denkbaren Ausführungsformen das Auftreten von PhantomlichtrefIexen zu vermeiden, kann die Grundplatte außerhalb der LED-Halbleiterkörper schwarz eingefärbt sein.In an embodiment preferably used for traffic lights, the optical signal generator device 5 does not emit light in an upward direction, so that, conversely, sunlight falling from above cannot hit the LED semiconductor bodies and they cannot therefore produce phantom light. In order to avoid the occurrence of phantom light reflections in all other conceivable embodiments, the base plate outside the LED semiconductor bodies can be colored black.
Weiterhin beschreibt die Erfindung eine optische Signalgebereinrichtung mit einer Mehrzahl von LED-Halbleiterkörpern, die direkt auf eine Grundplatte aufgebracht sind, und einem Kondensor, der in einem festgelegten Abstand von den LED-Halbleiterkörpern auf einer optischen Achse angeordnet ist,Furthermore, the invention describes an optical signal generator device with a plurality of LED semiconductor bodies which are applied directly to a base plate and a condenser which is arranged at a fixed distance from the LED semiconductor bodies on an optical axis,
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um das von den LED-Halbleiterkörpern abgestrahlte Licht ins Unendliche zu projizieren, wobei eine bestimmte, vorgegebene Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung durch die Anordnung der LED-Halbleiterkörper auf der Grundplatte und/oder durch die optischen Eigenschaften einer gegebenenfalls vorhandenen Streulinse nach gewählten Vorgaben erzielt wird, und wobei der Kondensor nach außen gewölbt ist.to project the light emitted by the LED semiconductor bodies into infinity, wherein a certain, predetermined radiation characteristic or luminance distribution is achieved by the arrangement of the LED semiconductor bodies on the base plate and/or by the optical properties of a possibly present scattering lens according to selected specifications, and wherein the condenser is curved outwards.
Eine derartige optische Signalgebereinrichtung weist eine erheblich effizientere Lichtsammeicharakteristik auf. Auch hier besteht der Kondensor vorzugsweise aus einer Fresnellinse. Da Fresnellinsen für derartige Anwendungszwecke besonders vorteilhaft aus Kunststoff im Spritzgußverfahren herstellbar sind, können auch erfindungsgemäß gekrümmte Fresnellinsen relativ problemlos hergestellt werden.Such an optical signal generator device has a considerably more efficient light collection characteristic. Here too, the condenser preferably consists of a Fresnel lens. Since Fresnel lenses for such applications can be manufactured particularly advantageously from plastic using an injection molding process, curved Fresnel lenses according to the invention can also be manufactured relatively easily.
Bei einer vorteilhaften Weiterbilderung der Erfindung sind die LED-Halbleiterkörper elektrisch parallel oder in Serie geschalten. Eine Parallelschaltung weist dabei den Vorteil auf, daß auch bei Ausfall einzelner LED-Halbleiterkörper die Signalgebereinrichtung funktionsfähig bleibt.In an advantageous further development of the invention, the LED semiconductor bodies are electrically connected in parallel or in series. A parallel connection has the advantage that the signal generator device remains functional even if individual LED semiconductor bodies fail.
Bei einer Serienschaltung kann die Signalgeberschaltung mit höheren Betriebsspannungen bei reduziertem Betriebsstrom ver-5 sorgt werden. Mit Vorteil können die hierfür nötigen Spannungen und Ströme leichter aus den üblichen Versorgungsnetzen bereit gestellt werden.In a series connection, the signal generator circuit can be supplied with higher operating voltages at a reduced operating current. The advantage is that the voltages and currents required for this can be more easily provided from the usual supply networks.
Um beide Vorteile zu kombinieren, ist eine Gruppierung der 0 LED-Halbleiterkörper in eine Mehrzahl von Parallelschaltungen, die wiederum in Serie geschalten sind, besonders bevorzugt . Alternativ können die LED-Halbleiterkörper zu einer Mehrzahl von Serienschaltungen zusammengefaßt werden, die wiederum parallelgeschalten sind.
35In order to combine both advantages, a grouping of the 0 LED semiconductor bodies into a plurality of parallel circuits, which in turn are connected in series, is particularly preferred. Alternatively, the LED semiconductor bodies can be combined into a plurality of series circuits, which in turn are connected in parallel.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the present invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawing figures. They show:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Signalgebereinrichtung, Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an optical signal generator device according to the invention,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optiFigure 2 is a schematic sectional view of another embodiment of an optical device according to the invention.
schen Signalgebereinrichtung,signaling device,
Figur 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Signalgebereinrichtung,Figure 3 is a schematic perspective view of another embodiment of an optical signal generator device according to the invention,
Figur 4 eine schematische Aufsicht auf eine Platine enthaltend eine Leiterbahnstruktur für die Aufnahme von LED-Halbleiterkörpern einer erfindungsgemäßen opti-0 sehen Signalgebereinrichtung undFigure 4 is a schematic plan view of a circuit board containing a conductor track structure for receiving LED semiconductor bodies of an optical signal generator device according to the invention and
Figur 5 zwei elektrische Schaltungsvarianten der LED-Halbleiterkörper einer erfindungsgemäßen optischen Signalgebereinrichtung .Figure 5 shows two electrical circuit variants of the LED semiconductor bodies of an optical signal generator device according to the invention.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine optische Signalgebereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung perspektivisch dargestellt. Auf einer Grundplatte 1, vorzugsweise einer Platine, einer Metallkernplatine oder dergleichen, ist eine Mehrzahl von LED-Halbleiterkörpern 2 (im folgenden kurz als "LEDs" bezeichnet) in einer vorgegebenen Verteilung angeordnet. Die LEDs 2 sind dazu mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff auf entsprechende Kontaktflächen der Grundplatte aufgeklebt.In Fig. 1, a first embodiment of an optical signal generator device according to the present invention is shown in perspective. A plurality of LED semiconductor bodies 2 (hereinafter referred to as "LEDs") are arranged in a predetermined distribution on a base plate 1, preferably a circuit board, a metal core circuit board or the like. The LEDs 2 are glued to corresponding contact surfaces of the base plate using an electrically conductive adhesive.
Die Verteilung der LEDs 2 bestimmt die Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung der optischen Signalgebereinrich-The distribution of the LEDs 2 determines the radiation characteristics or luminance distribution of the optical signaling device.
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tung. Die Grundplatte 1 kann auf einen zusätzlichen metallischen Kühlkörper aufgebracht sein, um die Wärmeableitung von den LEDs zusätzlich zu verbessern, so daß diese mit höherem Strom betrieben werden können und somit die Lichtausbeute gesteigert werden kann. Die Grundplatte 1 kann in einer Steckvorrichtung mit einer schlitzförmigen Öffnung aufgenommen werden, welche gleichzeitig als Spannungsversorgung für die LEDs dient.The base plate 1 can be mounted on an additional metal heat sink to further improve the heat dissipation from the LEDs so that they can be operated with higher current and thus the light output can be increased. The base plate 1 can be accommodated in a plug-in device with a slot-shaped opening, which simultaneously serves as a voltage supply for the LEDs.
Auf einer optischen Achse A ist in einem vorgegebenen Abstand von der Grundplatte 1 ein Kondensor 3, vorzugsweise eine Fresnellinse derart angeordnet, daß die optische Achse A durch ihren Mittelpunkt verläuft. Als Fresnellinse kann eine Standard-Fresnellinse verwendet werden, die üblicherweise aus Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt wird und die Form einer Kreisscheibe mit einem Durchmesser von z. B. 200 mm aufweist. Der Kondensor 3 hat die Aufgabe, das von den LEDs abgestrahlte Licht ins Unendliche zu projizieren. In Strahlrichtung kann hinter dem Kondensor 3 noch zusätzlich 0 eine Abschlußscheibe 4 verwendet werden. Als AbschlußscheibeA condenser 3, preferably a Fresnel lens, is arranged on an optical axis A at a predetermined distance from the base plate 1 in such a way that the optical axis A runs through its center. A standard Fresnel lens can be used as a Fresnel lens, which is usually made from plastic using an injection molding process and has the shape of a circular disk with a diameter of e.g. 200 mm. The condenser 3 has the task of projecting the light emitted by the LEDs into infinity. In the beam direction, an additional cover plate 4 can be used behind the condenser 3. The cover plate
4 kann die in üblichen Straßenverkehrssignalen bereits im Einsatz befindliche Streuscheibe verwendet werden, die jedoch auf die Abstrahlcharakteristik keinen wesentlichen Einfluß mehr hat.
254, the diffuser already in use in conventional road traffic signals can be used, although this no longer has any significant influence on the radiation characteristics.
25
Vorteilhaft ist es, wenn lediglich die Leuchtdichteverteilung der LEDs ins Unendliche projiziert wird, nicht jedoch die Punktmatrix der LEDs, wenn also die optische Abbildung nicht exakt ausgeführt wird. Dies kann zum einen dadurch erreicht 0 werden, daß die Grundplatte 1 nicht exakt in der Brennebene des Kondensors 3 angeordnet wird.It is advantageous if only the luminance distribution of the LEDs is projected to infinity, but not the dot matrix of the LEDs, i.e. if the optical image is not carried out precisely. This can be achieved by not arranging the base plate 1 exactly in the focal plane of the condenser 3.
Eine andere Variante ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Anordnung sitzt die Grundplatte 1 bzw. die LEDs 2 exakt in 5 der Fokusebene des Kondensors 3, dieser weist jedoch auf seiner den LEDs 2 zugewandten Oberfläche zusätzlich kleine optische Strukturen auf, die zu einer gezielten DefokussierungAnother variant is shown in Fig. 2. In this arrangement, the base plate 1 or the LEDs 2 sit exactly in the focal plane 5 of the condenser 3, but the latter has additional small optical structures on its surface facing the LEDs 2, which allow for targeted defocusing.
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führen. Bevorzugterweise werden die optischen Strukturen durch kleine, nicht den einzelnen LEDs zugeordneten Kugellinsen mit einer relativ zu dem Abstand der Grundplatte 1 zu dem Kondensor 3 kleinen Brennweite gebildet. Insbesondere hat sich gezeigt, daß bei einer standardmäßigen Verkehrssignalanlage aufgrund der darin gegebenen Abmessungen Kugellinsen mit einer Brennweite von 1/6 des Abstandes Grundplatte-Kondensor vorteilhaft eingesetzt werden können.Preferably, the optical structures are formed by small spherical lenses that are not assigned to the individual LEDs and have a small focal length relative to the distance between the base plate 1 and the condenser 3. In particular, it has been shown that in a standard traffic signal system, spherical lenses with a focal length of 1/6 of the distance between the base plate and the condenser can be used advantageously due to the dimensions given therein.
Durch die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anordnungen kann ohne komplizierte optische Strukturen erreicht werden, daß eine normgerechte Lichtstärke- und Leuchtdichteverteilung gegeben ist. Da sich der Abstrahlbereich fast ausschließlich auf den Raumbereich unterhalb der optischen Achse A beschränkt, sind von Phantomlichtquellen (Sonneneinstrahlung), die von oberhalb der optischen Achse A auf die Signalgebereinrichtung einstrahlen, keine störenden Reflexe zu erwarten, da die Strahlung einer Lichtquelle, die von oben auf die Signalgebereinrichtung einstrahlt, durch die Fresneloptik auf 0 einen Punkt fokussiert wird, der außerhalb der LED-Anordnung auf der Grundplatte 1 liegt. Die Grundplatte 1 kann zur zusätzlichen Unterdrückung von Phantomlichtreflexen an den Stellen, an denen keine LEDs positioniert sind, auch noch schwarz eingefärbt sein.The arrangements shown in Figures 1 and 2 make it possible to achieve a standardized light intensity and luminance distribution without complicated optical structures. Since the radiation area is almost exclusively limited to the area of space below the optical axis A, no disturbing reflections are to be expected from phantom light sources (sunlight) shining onto the signaling device from above the optical axis A, since the radiation from a light source shining onto the signaling device from above is focused by the Fresnel optics to a point that lies outside the LED arrangement on the base plate 1. The base plate 1 can also be colored black to further suppress phantom light reflections at the points where no LEDs are positioned.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Metallisierungsstruktur auf einer Platine zum Aufbringen der LEDs dargestellt. Durch die resultierende Verteilung der LEDs wird eine normgerechte Abstrahlcharakteristik einer Signalgebereinrichtung erzielt. Durch die großflächigen Anschlußpads +/- wird die gesamte elektrische Schaltung in dem Steckverbinder elektrisch kontaktiert. Die Verwendung von LED-Halbleiterkörpern ermöglicht aufgrund der kleinen Baugröße den Einsatz vieler voneinander unabhängiger Einzel-LEDs, was bei geeigneter Bestromung die Funktionsfähigkeit des Signals trotz eines eventuellen Ausfalles einzelner LEDs gewährleistet. Dieser Aspekt ist vor allem für den Einsatz in Berei-Fig. 4 shows an example of a metallization structure on a circuit board for applying the LEDs. The resulting distribution of the LEDs achieves a standard-compliant radiation characteristic of a signal generator device. The large-area connection pads +/- electrically contact the entire electrical circuit in the connector. The use of LED semiconductor bodies enables the use of many independent individual LEDs due to their small size, which, with suitable power supply, ensures the functionality of the signal despite the possible failure of individual LEDs. This aspect is particularly important for use in areas where
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chen des Schienenverkehrs (Bahnübergänge) von Bedeutung, da hier besonders hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit der Signale gestellt werden.areas of rail traffic (level crossings), since particularly high demands are placed on the operational safety of the signals here.
Die Abstrahlcharakteristik der optischen Signalgebereinrichtung der vorliegenden Erfindung ist über die Anordnung der LED-Halbleiterkörper exakter einstellbar als über komplizierte optische Strukturen. Es ist nur die Anordnung der LEDs auf der Grundplatte 1 und eine Standard-Fresneloptik notwendig. Die in Ampel- und Signalanlagen üblicherweise bereits eingebaute Abschlußstreuscheibe kann weiterverwendet werden, da sie keinen wesentlichen Beitrag zur Lichtverteilung mehr liefert.The radiation characteristics of the optical signal generator device of the present invention can be adjusted more precisely by arranging the LED semiconductor bodies than by using complicated optical structures. Only the arrangement of the LEDs on the base plate 1 and a standard Fresnel optic are necessary. The cover diffuser that is usually already installed in traffic lights and signal systems can continue to be used, since it no longer makes a significant contribution to the light distribution.
In Fig. 3 ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt, der von der Art und Weise der Erzielung der Abstrahlcharakteristik oder Leuchtdichteverteilung unabhängig zu sehen ist. Eine in Fig. 3 gezeigte Signalgebereinrichtung weist eine Grundplatte 1 und eine Mehrzahl darauf angeordne-0 ter LED-Halbleiterkörper 2 auf. In einem Abstand davon ist auf einer optischen Achse A ein Kondensor 3, vorzugsweise eine Fresnellinse, angeordnet, deren Aufgabe es ist, das von den LED-Halbleiterkörpern 2 abgestrahlte Licht ins Unendliche zu projizieren. Die Grundplatte 1 mit den LED-Halbleiterkör-5 pern 2 ist im wesentlichen in der Brennebene der Fresnellinse angeordnet. Um die Lichtsammeicharakteristik der Fresnellinse zu erhöhen, ist dieser nach außen gewölbt. Anders gesagt, ist die Fresnellinse derart geformt, daß vom Mittelpunkt bis zum Rand verlaufende Linien einen Bogen um die Grundplatte 1 beschreiben, also in Richtung auf die Grundplatte 1 gekrümmt sind.Fig. 3 shows a further aspect of the present invention which is independent of the manner in which the radiation characteristics or luminance distribution are achieved. A signal generator device shown in Fig. 3 has a base plate 1 and a plurality of LED semiconductor bodies 2 arranged thereon. At a distance from this, on an optical axis A, a condenser 3, preferably a Fresnel lens, is arranged, the task of which is to project the light emitted by the LED semiconductor bodies 2 into infinity. The base plate 1 with the LED semiconductor bodies 2 is arranged essentially in the focal plane of the Fresnel lens. In order to increase the light-collecting characteristics of the Fresnel lens, it is curved outwards. In other words, the Fresnel lens is shaped in such a way that lines running from the center to the edge describe an arc around the base plate 1, i.e. are curved in the direction of the base plate 1.
Da als Fresnellinse eine kreisförmige Standard-Fresnelscheibe verwendet wird, die aus einem Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt wird, läßt sich eine derartige Scheibe relativ einfach mit einer gewünschten Krümmung herstellen. Durch die Verwendung einer derartigen Fresnellinse kann somit dieSince a circular standard Fresnel disc is used as a Fresnel lens, which is made from a plastic by injection molding, such a disc can be produced relatively easily with a desired curvature. By using such a Fresnel lens, the
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Lichtausbeute einer erfindungsgemäßen optischen Signalgebereinrichtung gesteigert werden.The light output of an optical signal generator device according to the invention can be increased.
Die beiden Aspekte der vorliegenden Erfindung können auch miteinander kombiniert werden. Ein - wie in Figur 3 beschrieben - gewölbter Kondensor 3 kann demgemäß auch bei einer wie in den Figuren 1, 2 und 4 dargestellten Ausführungsform einer optischen Signalgebereinrichtung zum Einsatz kommen.The two aspects of the present invention can also be combined with one another. A curved condenser 3 - as described in Figure 3 - can accordingly also be used in an embodiment of an optical signal generator device as shown in Figures 1, 2 and 4.
In Figur 5 sind zwei vorteilhafte Schaltungsvarianten einer erfindungsgemäßen Signalgebereinrichtung dargestellt. In Figur 5a sind 100 LEDs in 20, jeweils 5 LEDs enthaltende Serienschaltungen zusammengefaßt. Diese 20 Serienschaltungen werden in Parallelschaltung betrieben.Figure 5 shows two advantageous circuit variants of a signal generator device according to the invention. In Figure 5a, 100 LEDs are combined in 20 series circuits, each containing 5 LEDs. These 20 series circuits are operated in parallel.
Bei der in Figur 5b gezeigten Schaltung sind von 100 LEDs jeweils 10 LEDs parallel geschalten. Jeweils fünf dieser Parallelschaltungen sind in zwei Serienschaltungen zusammengefaßt, die wiederum parallel angesteuert werden.In the circuit shown in Figure 5b, 10 out of 100 LEDs are connected in parallel. Five of these parallel circuits are combined in two series circuits, which are in turn controlled in parallel.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20019735U DE20019735U1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | LED signaling device for road traffic signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20019735U DE20019735U1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | LED signaling device for road traffic signals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20019735U1 true DE20019735U1 (en) | 2001-01-25 |
Family
ID=7949082
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE20019735U Expired - Lifetime DE20019735U1 (en) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | LED signaling device for road traffic signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20019735U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1445638A2 (en) | 2003-02-07 | 2004-08-11 | R. Stahl Schaltgeräte GmbH | Projector with LEDs and refractive elements, in particular a pocket lamp |
| DE10142582B4 (en) * | 2001-08-31 | 2006-10-26 | Signalbau Huber Gmbh | Bulb signal element, light signal device and light signal system |
-
2000
- 2000-11-21 DE DE20019735U patent/DE20019735U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10142582B4 (en) * | 2001-08-31 | 2006-10-26 | Signalbau Huber Gmbh | Bulb signal element, light signal device and light signal system |
| EP1445638A2 (en) | 2003-02-07 | 2004-08-11 | R. Stahl Schaltgeräte GmbH | Projector with LEDs and refractive elements, in particular a pocket lamp |
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