FI108160B - Maa- ja vesiliikenteen ohjausvalojen valaisin - Google Patents

Description

MAA- JA VESILIIKENTEEN OHJAUSVALOJEN VALAISIN 108160 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen maa- ja vesiliikenteen ohjausvalojen, kuten 5 liikennevalojen, rautatien valo-opastimen tai vesiliikenteen linjavalon, valaisin.

Nykyään käytetään maa- ja vesiliikenteen ohjausvaloissa pääasiassa hehkulamppuvalaisimia. Hehkulamppujen ongelmana ovat 10 suuri tehon kulutus, lyhyt kestoikä ja siitä johtuvat suuret kunnossapitokustannukset. Erityisesti rautateillä on valo-opastinten hehkulamppujen vaihtaminen erittäin hankalaa johtuen pitkistä välimatkoista ja valaisimen sijoituksesta korkealle valo-opastimen pylvääseen lähelle jännitteellistä 15 ajojohtoa.

WO-julkaisussa 95/25244 AI on esitetty erityisesti liikennevaloihin tarkoitettu valaisin, jossa valonlähteenä käytetään valodiodeja (LED = Light Emitting Diode). Valaisimessa on 20 muovimateriaalia, edullisesti polykarbonaattia, oleva kupu, jonka ulkopuoli on tasainen, ja sisäpuolella on kunkin valo-diodin kohdalle sovitettu prisma. Prismat taittavat valo-diodien valonsäteet esimerkiksi liikennevaloissa tarvittavan valaistuskuvion aikaansaamiseksi.

2*5

Epäkohtana ko. julkaisun mukaisessa ratkaisussa on rakenteen monimutkaisuus. Prismoissa on vinot taittopinnat, joiden suunnat ja kulmat joudutaan tekemään eri prismoissa erilaisiksi halutun valaistuskuvion aikaansaamiseksi, jolloin kuvun - 3Ό valmistaminen on hankalaa. Lisäksi ko. julkaisun mukaisessa ratkaisussa joudutaan käyttämään hyvin kapean valokeilan ' omaavia valodiodeja.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan 35 epäkohdat ja saada aikaan tunnettuja ratkaisuja yksinkertai sempi valaisin maa- ja vesiliikenteen ohjauskäyttöön. Kek- 2 - 108160 sinnön mukainen ratkaisu perustuu Fresnel-linssien käyttöön. Fresnel-linssi on osiin hajotettu linssi, joka muodostuu, kun yhtenäinen linssi leikataan optisen akselin suunnassa eri säteen omaaviksi linssirenkaiksi ja ko. renkaat siirretään 5 optisen akselin suunnassa samaan tasoon. Fresnel-linsseissä on siten keskellä pyöreä yhtenäinen linssiosa ja sen ympärillä kehämäiset linssirengasosat. Käytettäessä Fresnel-linssejä voidaan käyttää valodiodeja, joilla on leveämpi valokeila. Fresnel-linssien avulla muodostetaan valodiodien valonsäteis-10 tä yhdensuuntainen valokeila, joka soveltuu keksinnön mukaisiin sovellutuksiin. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa linssirengasosat ovat suoria linssipinnaltaan siten, että kunkin linssirengasosan linssipinta muodostaa pienen kulman linssin ulkopinnan tasoon nähden. Yksityiskohtaisesti keksinnön mu-15 kaiselle ratkaisulle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukainen valaisin on rakenteeltaan erittäin yksinkertainen. Valaisimen kaikki Fresnel-linssit voivat olla 20 täysin samanlaisia. Tämä helpottaa valaisimen valmistusta. Lisäksi erityisesti edellä mainitussa WO-julkaisussa esitettyyn ratkaisuun nähden kupu voi olla paljon litteämpi, eikä . siinä ole litteiden Fresnel-linssien vuoksi kuvun pinnasta sisäänpäin työntyviä osia.

25

Keksinnön mukainen valaisin soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi esimerkiksi rautateiden valo-opastimissa. Fresnel-linssit ohjaavat valokiilan siten, että se erittäin hyvin näkyy kauempaa lähestyvän junan veturiin, mutta myös opasti-30 men lähellä olevan veturin kuljettaja näkee hajavalon ansiosta hyvin opastimen valon.

Lisäksi esimerkiksi liikenne- ja linjavaloja valoja ajatel-• Ien tarvittavan valaistuskuvion aikaansaaminen on paljon 108160 3 helpompaa kuin tunnetuissa ratkaisuissa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin/ joissa 5 kuvio 1 esittää keksinnön mukaista valo-opastimen valaisinta räj äytyskuvana, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen valaisimen linssikupua, 10 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisessa valaisimessa käytettävää Fresnel-linssiä/ ja kuviot 4a ja 4b esittävät valodiodien sijoittamista Fresnel-15 linssin taakse.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista rautateiden valo-opastimen valaisinta/ joka on toteutettu valodiodeilla. Valaisimesta saadaan yhdensuuntainen valokeila, joka suunna-20 taan 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 10, jossa on reunalaippa 11 sen kiinnittämiseksi olemassa oleviin opastimiin hehkulamppu-valaisimien sijasta. 25 Runko-osan 10 sisään voidaan sovittaa muuntaja ja muita valaisimen ohjaukseen tarvittavia laitteita. Runko-osan yläreunassa 12 on reiät 13 seuraavassa esitettävien osien kiinnittämiseksi siihen ruuveilla.

30 Piirilevyn 14 yhteyteen on sovitettu tarvittava ohjauselekt- < roniikka. Sen pintaan on kytketty valodiodit 15, joista kuviossa 1 on esitetty vain puolet. Ne on sijoitettu suoriin riveihin sekä pysty- että vaakasuunnassa. Valodiodien kokonaismäärä on tyypillisesti yli 100. Piirilevyn 14 päälle 4 108160 tulee muovinen, esimerkiksi polykarbonaattia, oleva väritön tai värjätty, läpinäkyvä linssikupuosa 16, jossa on sileä ja tasomainen ulkopinta, joka siis muodostaa valaisimen ulkopinnan ja on helppo pitää puhtaana, ja jonka sisäpuolella on 5 Fresnel-linssejä.

Linssikuvun 16 halkaisija on tyypillisesti n. 50 - 300 mm, ja paksuus 1-3 mm. Siinä on reunalaippa 17 kiinnitystä varten. Sen päällä on vielä kiinnitysrengas 18, jossa on 10 reiät linssikuvun 16 kiinnittämiseksi runko-osaan 10 ruuvein.

Kuviossa 2 on esitetty linssikupuosa 16 alhaalta päin. Siinä näkyy lähes koko linssikuvun alueelle kunkin valodiodin 15 kohdalle sijoitettu Fresnel-linssi 20 sekä piirilevyn 14 kierteitetyt holkkikiinnikkeet 21, joihin piirilevy 14 on kiinnitetty ruuvein. Kuten valodiodejakin, Fresnel-linssejä on tyypillisesti yli 100, esimerkiksi 120, ja tässä 226. Fresnel-linssien 20 välissä on valoa läpäisevät, muodoltaan 20 hieman neliömäiset aukot 22 hajavaloa varten. Hajavalo osuu kuvion 2 esittämässä tapauksessa neljään suuntaan jakautuneena tasaisesti ympyrän kehän alueelle vinosti linssikuvun 16 pinnan normaalin suuntaiseen keskiakseliin 9 (kuv. 1) eli valaisimen optiseen akseliin nähden. Sijoittamalla va-25 laisin siten, että yksi hajavalokeiloista näyttää alaspäin, voi myös lähellä olevan veturin kuljettaja nähdä opastimen valon riittävän selvästi.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisessa kuvussa käytettävää 30 pyöreää Fresnel-linssiä 20. Siinä on keskellä pyöreä yhtenäinen linssiosa 30 ja sen ympärillä tässä tapauksessa kolme kehämäistä linssirengasosaa 31 - 33 samankeskisesti keskiak-selin 34 ympärille sijoittuneena. Fresnel-linssien 20 kes-kiakseli on yhtenevä Fresnel-linssin optisen akselin kanssa, 108160 5 ja kaikkien Fresnel-linssien optiset akselit ovat yhdensuuntaisia keskenään ja valaisimen optisen akselin 9 (kuv. 1) kanssa. Fresnel-linssin 20 halkaisija voi olla esimerkiksi n. 15 mm.

5

Kuten kuviosta 3 havaitaan, on linssirengasosat 31 - 33 hiottu ideaalisesta Fresnel-linssistä poiketen tasaisiksi linssipinnaltaan siten, että kunkin rengaslinssiosan 31 - 33 linssipinnan taso muodostaa Fresnel-linssin ulkoreunaan päin 10 kallellaan olevan kulman linssikuvun ulkopinnan tason 35 kanssa, joka on kohtisuorassa optiseen akseliin 34 nähden. Ko. kulma on n. 30° sisimmällä linssirengasosalla 31, seu-raavalla linssirengasosalla 32 hieman suurempi ja uloimmalla linssirengasosalla 33 suurin.

15

Kunkin Fresnel-linssirengasosan 30 - 33 polttopiste sijaitsee keskiviivalla 34, mutta kunkin Fresnel-linssirengasosan polttopiste ei välttämättä sijaitse samassa pisteessä kuin muut, vaan hieman eri etäisyydellä. Tällöin valodiodi voi-20 daan sijoittaa tietylle alueelle keskiakselilla, ns. poltto-pistealueelle, haluttuun pisteeseen, jossa saadaan toivottu valovoima ja -keila.

Myös valaisimessa käytetyn valodiodin ominaisuuksilla on 25 merkitystä sen sijoitukseen Fresnel-linssiin nähden. On muun muassa havaittu, että valodiodin muodostaman valonlähteen pistemäisyys muuttuu siten, että suuren valon avautumiskul-man omaavat valodiodit muodostavat suhteellisen pistemäisen valolähteen, ja avautumiskulman pienentyessä valonlähteen 30 pistemäisyys vähenee.

Lisäksi markkinoilla olevien valodiodien ominaisuudet vaih- televat eri valmistajien eri valodiodityyppien mukaan. Valo- opasteissa käytettävillä punaisilla ja keltaisilla valo- 6 108160 diodeilla on leveä valokeila, ja niissä ^valovoiman keila-kulma (eli kaksi kertaa keskiakseliin nähden ilmoitettu h-valovoiman kulma), jossa valovoima on 50% pienempi kuin suoraan eteenpäin suuntautuva valovoima, on tyypillisesti 5 50° - 90°. Tämän esimerkin mukaiseen valo-opasteeseen sopi valla vihreällä taas ko. ^-valovoiman keilakulma on tyypillisesti n. 30°. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tulee valo-diodin keilakulman olla niin suuri, että sen eteen voidaan sijoittaa valoa keskittävästi Fresnel-linssi. Tämä ei onnis-10 tu, jos valonlähde ei ole tarpeeksi pistemäinen.

Kuviossa 4a on esitetty erään punaisen nelijalkaisen valo-diodin 40 sijoitus piirilevylle Fresner-linssin taakse halutulle polttopistealueelle. Piirilevy 14 sijaitsee n. 9-15 15 mm päässä Fresnel-linssistä. Tällöin katkoviivoin esitetty keilakulma a valodiodista linssin reunoihin on n. 120°. Kun H-valovoiman keilakulma on 90°, tulee linssin alueelle suurin osa, jopa 90% valovirrasta. Pieni osa valosta menee kuitenkin myös hajavalona ohi linssin.

20

Kuviossa 4b on esitetty erään kaksijalkaisen vihreän valo-diodin 40' sijoitus piirilevylle. Tällainen vihreä valodiodi on jonkin verran korkeampi kuin nelijalkainen valodiodi, jolloin piirilevy sijoitetaan kauemmas, esim. n. 15 - 20 mm 25 päähän linssikuvusta. Kun vihreän valodiodin ^-valovoiman keilakulma on esimerkiksi 30°, pääosa valosta kulkee nyt Fresnel-linssin keskiosan 30 kautta. Jonkin verran kulkee valoa myös rengaslinssiosien 31 - 33 kautta; lisäksi jonkin verran hajavaloa kulkee myös linssin ohi.

30

Liikennevalon valaisimen tapauksessa tarvitaan valaisimen eteen sen horisontaalitason alapuolelle suorakaiteen muotoinen valonjakokuvio. Tämä voidaan saavuttaa keksinnön mukaisella linssikupurakenteella sijoittamalla ainakin osa valo- 7 108160 diodeista hieman sivuun polttopistealueesta, esimerkiksi sen , yläpuolelle, jolloin valo keskittyy valaisimen keskiviivan horisontaalitason alapuolelle. Sen lisäksi osa valodiodeista poikkeutetaan myös vaakasuunnassa keskiviivasta siten, että 5 tarvittava valonjako saavutetaan. Tällöin osa valodiodeista voidaan edelleen sijoittaa vaakasuunnassa polttopistealueel-le, mutta osa sijoitetaan pienen vaakasuuntaisen etäisyyden päähän siitä.

10 Vastaavasti linjavaloissa muuttamalla valodiodien sekä lins-sikuvun keskinäistä etäisyyttä voidaan säätää keilan leveyttä.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-15 tusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne vaihtelevat jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Luonnollisesti voidaan käyttää punaisen, keltaisen ja vihreän lisäksi muitakin värejä sekä valkoista, ja niiden asentaminen tapahtuu ko. valo-20 diodien ominaisuuksien mukaisesti.

Claims (4)

8 108160 * »

1. Maa- ja vesiliikenteen ohjausvalojen, kuten liikennevalon, rautatien valo-opastimen tai vesiliikenteen linjavalon, va- 5 laisin, johon kuuluu runko-osa (10), valonlähdeosa (14) sekä linssikupuosa (16), joka valonlähdeosa koostuu piirilevystä, ohjauselektronii-kasta ja piirilevylle kytketyistä valodiodeista (15), 10 johon linssikupuosaan on sovitettu kunkin valodiodin kohdalle valonsuuntauselimet (20) valodiodien lähettämän valon suuntaamiseksi, jotka valonsuuntauselimet ovat Fresnel-linssejä, joissa on keskilinssiosa (30) sekä sen ympärillä linssiren-15 gasosat (31-33) , jossa linssikupuosassa on sileä ulkopinta ja valonsuuntauselimet (20) valodiodien lähettämän valon suuntaamiseksi on sovitettu linssikupuosan sisäpuolelle, ja 20 jossa valonsuuntauselimien yhteyteen on järjestetty valoa läpi päästävät hajavaloalueet (22), joilla osa valodiodeista saatavasta valosta ohjataan hajavalona valonsuuntauselimien määräämästä suunnasta poikkeavaan suuntaan, 25 tunnettu siitä, että linssirengasosat (31-33) ovat suoria linssipinnaltaan siten, että kunkin linssirengasosan linssi-pinta muodostaa pienen kulman, edullisesti alle 60°, linssin ulkopinnan tasoon nähden. 30

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että hajavaloalueet ovat Fresnel-linssien väliin jääviä, muodoltaan esimerkiksi neliömäisiä, myös sisäpinnaltaan tasaisia alueita. 9 108160

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että halutun valaistuskuvion aikaansaamiseksi ainakin osa valodiodeista voidaan sijoittaa linssin (20) optiseen akse- 5 liin nähden kohtisuorassa suunnassa poikkeutetusti linssin optiseen akseliin nähden.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisin, tunnettu siitä, että linssistä (20) saatavan valokeilan leveyden säätämiseksi 10 voidaan vaihdella valodiodien ja linssikuvun välistä etäisyyttä. * 10 108160