FI117178B - LED-valaisin liikenteen ohjaamiseksi - Google Patents

Description

117178

LED-VALAIS1N LIIKENTEEN OHJAAMISEKSI

Tämän keksinnön kohteena on liikenteen ohjauksessa käytettävien ohjausvalojen, kuten liikennevalojen, rautatien valo-opastimen tai vesiliikenteen linjavalon, valai-5 sin, jossa valaisimessa valonlähde muodostuu LEDeistä, jotka on sovitettu kytken-täalustalle, ja jossa on järjestetty optinen takaisinkytkentä valaisimen toiminnan valvomiseksi ja säätämiseksi.

Nykyään käytetään maa- ja vesiliikenteen ohjausvaloissa vielä hehkuviin valoläh-10 teisiin kuten hehkulamppuihin perustuvia valaisimia. Hehkulamppujen ongelmana ovat suuri tehonkulutus aikaansaatuun valomäärään nähden, lyhyt kestoikä ja siitä johtuvat suuret kunnossapitokustannukset.

LEDeillä on perinteisesti huomattavasti pienempi tehonkulutus kuin hehkulampuil-15 la. Lisäksi niillä on pitempi kestoikä, jolloin ne soveltuvat erittäin hyvin käytettäviksi esimerkiksi liikenteen ohjausvaloissa. Esimerkiksi Fl-patenttihakemuksessa nro 20002733 on liikenteen ohjausvalaisin, jossa valaisimessa valonlähde muodostuu LEDeistä, jotka on sovitettu kytkentäalustalle. Ko. julkaisussa on esitetty pienitehoisille LEDeille, joiden teho on alle 1 W, tarkoitettu valaisin ja sen valvonta la itteis-20 to. Ko. julkaisun mukaisessa valvontalaitteistossa käytetään hyväksi optista takaisin kytkentää, jolla voidaan seurata ja säätää valonlähteenä käytettävien LEDien toimintaa, jolloin saadaan kaikissa tilanteissa tietoa ohjausvalaisimen todellisesta toimintakunnosta. Lisäksi optista takaisinkytkentää voidaan käyttää hyväksi valon- * .* lähteen valovoiman säädössä.

i I · ft ft · . 25 * ft ·

Ko. julkaisussa piirilevyn pintaan on kytketty LEDejä. Niiden lukumäärä on tyypilli- • * sesti yli 10. Piirilevyn päällä on muovinen, esimerkiksi polykarbonaattia, oleva väri-tön tai värjätty, läpinäkyvä linssikupuosa, jonka sisäpuolella on kunkin LEDin koh- * * ’···* dalla Fresnel-linssi. Valaisimen toiminnan valvomiseksi on siihen järjestetty optinen 30 takaisinkytkentä, jolla seurataan LEDien toimintaa ohjaamalla osa LEDin valosta optisen takaisinkytkennän avulla ohjauselektroniikkaan, jossa suoritetaan valoläh-*.[[[: teen valovoiman ilmaisu ja säätö, tasomittaus ja vikailmaisu vika- ja häiriötilanteita : varten. Optista takaisinkytkentää varten on piirilevylle LEDien väliin järjestetty piiri- * ί levyn samalle puolelle valoherkkiä transistoreita, jotka ilmaisevat LEDeistä tulevan 35 valon linssien väliin kiinnitettyjen heijastimien avulla, • * · • * · » · « « ft « « • ·« • · 2 117178 LEDien teho on kasvanut viime aikoina voimakkaasti. Nykyään on jo saatavissa suuritehoisia LEDejä, joiden teho on yii 1 W, jopa 10 W. Tällaisten suuritehoisten LEDien avulla voidaan liikenteen ohjausvaloissa tarvittavien LEDien määrää pienentää merkittävästi ja saada pienemmällä LEDien määrällä sama valoteho kuin 5 aiemmin saatiin suurella määrällä pienitehoisia LEDejä.

Tällaiset suuritehoiset LEDit on kiinnitetty piirilevyn pintaan, piirilevyn materiaalina käytetään paremman lämmönjohtavuuden aikaansaamiseksi usein alumiinia tai keraamista materiaalia, mutta myös tavanomaisen lasikuitupiirilevyn käyttö on 10 usein mahdollista. Suuritehoiset LEDit voidaan kiinnittää myös suoraan jäähdytys-levyn pintaan.

Kukin LED on varustettu ulkoisella optisella linssillä, linssi kiinnitetään LEDiä ympäröivään linssinpitimeen. Normaalisti linssinpidin on läpinäkymätöntä materiaalia, 15 mutta valmistamalla linssinpidin läpinäkyvästä materiaalista voidaan linssinpitimen läpi saada näyte LEDistä lähtevästä valosta, joka suuritehoisissa LEDeissä suuntautuu erittäin suureen aukaisukulmaan, tyypillisesti jopa yli 100*, LEDin pystysuuntaan. Tunnetuissa ratkaisuissa iinssinpitimet estävät kokonaan valon suuntautumisen LEDistä sivulle päin.

20 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan nimenomaan suuritehoisille * · · LEDeille soveltuva liikenteen ohjausvalaisin, jossa on optinen takaisinkytkentä, jol-: loin saadaan Fl-patenttihakemuksen nro 20002733 tavoin tietoa ohjausvalaisimen : todellisesta toimintakunnosta. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa linssinpidin on « *4 25 ainakin osittain valoa läpäisevä, ja valoherkät elimet on järjestetty kytkentäal usta Ile ottamanaan vastaan nimenomaan tätä sivulle suuntautuvaa valoa. Yksityiskohta!- * sesti keksinnön mukaiselle laitteistolle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa **·' patenttivaatimuksissa.

* 30 Keksinnön avulla aikaansaadaan eritäin yksinkertainen ja toimintavarma valvonta-järjestely nimenomaan suuritehoisille, yli 1 W, LEDeille liikenteen ohjausvalaisimi-en valvomiseksi. Lisäksi optista takaisinkytkentää voidaan käyttää hyväksi valon-lähteen valovoiman säädössä.

4 4 M * : 35 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaa- maila oheiseen piirustukseen, jossa kuviot 1 ja 2 esittävät perspektiivikuvaa kek- 3 117178 sinnön mukaisesta liikenteen ohjausvaloihin soveltuvasta LED-ohjausvalaisimesta, jossa on keksinnön mukainen optinen takaisinkytkentä.

Kuviot 1 ja 2 esittävät esimerkiksi rautateiden valo-opastimen valaisinta, jossa va-5 lonlähteenä käytetään suuritehoisia, yli 1 W, LEDejä.. Valaisimesta saadaan yhdensuuntainen valokeila, joka suunnataan kaukaa lähestyvän junan veturiin siten, että veturin kuljettaja voi havaita hyvissä ajoin opastimen antaman valon ja toimia sen antaman värin mukaisesti. Valaisimessa on runko-osa jossa on esimerkiksi reunalaippa sen kiinnittämiseksi opastimiin esimerkiksi hehkulamppu-valaisimien 10 sijasta. Runko-osan sisään voidaan sovittaa muuntaja ja muita valaisimen ohjaukseen tarvittavia laitteita sekä pyöreä piirilevy 1. Piirilevyn 1 yhteyteen tai erilliselle piirilevylle on sovitettu ohjauselektroniikka (ei esitetty).

Piirilevyn 1 pintaan on kytketty LEDit 2 sekä niitä ympäröivät linssinpitimet 3, lins-15 sinpitimet kytkentään piirilevylle 1 esimerkiksi linssinpitimissä olevien kytkentänas-tojen tai liiman avulla, LEDit kytkentään piirilevylle 1 tyypillisesti juottamalla tai liiman avulla. LEDien lukumäärä on tässä sovellutusesimerkissä 18, ja tyypillisesti yli 10, mutta valontehon tarpeesta riippuen voidaan käyttää myös pienempää lukumäärää. Piirilevyn 1 päälle tulee muovinen, esimerkiksi polykarbonaattia, oleva vä-20 ritön tai värjätty, läpinäkyvä linssikupuosa. Tämän linssin ulkopinta voi olla sileä ja tasomainen, jolloin linssien muodostaessa valaisimen ulkopinnan ne on helppo pi-tää puhtaana.

« « · • · * :j‘: Valaisimen toiminnan valvomiseksi on siihen järjestetty optinen takaisinkytkentä, ·:··· 25 jolla seurataan LEDien toimintaa ohjaamalla osa LEDin 2 valosta optisen takaisin- kytkennän avulla ohjauselektroniikkaan, jossa voidaan suorittaa valolähteen valo-voiman ilmaisu ja säätö, tasomittaus ja vikailmaisu vika-ja häiriötilanteita varten.

* · . Optista takaisinkytkentää varten on piirilevylle 1 LEDien väliin järjestetty piirilevyn 1 ·«· *;*! 30 samalle puolelle valoherkkiä transistoreita 4, jotka ilmaisevat LEDeistä sivulle tule- '···· van valon ja joiden antamat signaalit johdetaan ohjauselektroniikkaan. Osa LEDeistä 2 tulevasta valosta johdetaan siis suoraan, so. ilman heijastimia tai muita • # ohjauselimiä piirilevyä vasten oleviin valotransistoreihin 4 läpinäkyvän linssinpiti-men 3 läpi sivulle piirilevyä päin hieman alaviistoon tulevana valona.

• · * : .· 35 • · « « * • «· • » 4 117178

Vaiotransistorit voidaan kytkeä valvomaan joko yhtä LEDiä, jolloin LEDin vieressä voi olla oma valotransistori kuvion 1 mukaisesti, tai sitten LED-ryhmää, jolloin valo-transistori on sijoitettu esimerkiksi neljän LEDin keskelle.

5 Linssikupuosan sisäpuolella voi olla kuvion 2 mukaisesti joka LEDin kohdalla revitetty levy 5, joka kiinnitetään piirilevyyn ruuvikiinnityksellä 6. Reikä levy 5 estää valaisimen ulkopuolelta tulevan valon pääsyn valotransistorille 4, joten valaisimen ulkopuoliset valaistusolosuhteet eivät vaikuta häiritsevästi ohjausvalaisimen valvonta- ja säätölaitteiston toimintaan. Lisäksi levy suojaa ilmaisimia valaisimen ul-10 kopuolelta tulevalta muulta haitalliselta säteilyltä (esim. UV-ja IR-säteily). Reikäle-vy myös varmistaa mekaanisesti linssien kiinnipysymisen linssipitimissään, joten valolaitteeseen kohdistuvat iskut ja tärinä eivät pääse irrottamaan linssejä paikoiltaan.

15 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Valotransistoreita voidaan sijoittaa tarvittava määrä valaisimeen siten, että saadaan riittävän luotettava kuva valaisimen toiminnasta.

20 Läpinäkyvän linssinpitimen sijasta voidaan linssinpitimiin järjestää esimerkiksi auk- • 1 9 koja sivulle tulevan valon ohjaamiseksi valoherkille transistoreille.

• · · • « · • · 1 • · · • φ ·

B B

• · «

B

• MV MV

• »

• Ψ VM

• VM *· B · · • · • ·

VM

B

* « « 9 Φ

• M

• B •

• B

•

• V V

• V V

• · • » · • » «

* M

« ·

Claims (7)

117178

1. Liikenteen ohjauksessa käytettävien ohjausvalojen, kuten liikennevalojen, rau-5 tätien valo-opastimen tai vesiliikenteen Itnjavalon, valaisin, jossa valaisimessa valonlähde muodostuu yhdestä tai useammasta LEDistä (2), jotka on sovitettu linssinpitimiin (3), joiden avulla ne on kytkettävissä kytkentäalustalle (1), ja jossa on järjestetty optinen takaisinkytkentä, jossa valonlähteenä käytettävien LEDien yhteyteen on kytkentäalustalle (1) järjestetty yksi tai useampia valo-10 herkkiä ilmaisimia (4), joihin LEDeistä tulevaa valoa ohjataan, ja joiden avulla muodostetaan optinen takaisinkytkentä valaisimen toiminnan valvomiseksi ja/tai säätämiseksi, tunnettu siitä, että linssinpitimet (3) ovat ainakin osittain valoa läpäiseviä siten, että LEDeistä sivulle tuleva valo on ohjattavissa kytkentäalus-talle sovituille valoherkille ilmaisimille. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että linssinpitimet ovat ainakin valoherkän elimen suunnassa läpinäkyvää muovimateriaalia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että ilmaisimet on kyt-20 ketty kytkentäalustalle (1) linssinpitimen (3) alaosan tasolle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että valoherkät elimet :.:.5 on sovitettu valvomaan yhtä LEDiä, jolloin LEDin vieressä on oma valoherkkä :elin. • · » ·:··: 25

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että valoherkät elimet .···. on sovitettu valvomaan LED-ryhmää, jolloin valotransistori on sijoitettu usean 9 9 LEDin keskelle tai viereen. 117178