專利名稱：環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交通用的信號(hào)燈、航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)燈、航空障礙燈等光信號(hào)的信號(hào)燈具，尤其涉及一種環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)交通用的信號(hào)燈、航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)燈、航空障礙燈等的信號(hào)燈具通常使用白熾燈作為光源，但是白熾光源的弱點(diǎn)是發(fā)光效率較低，因此作為信號(hào)燈尤其是在較差工況環(huán)境中使用的航標(biāo)燈與同功率的半導(dǎo)體發(fā)光光源相比，其亮度較低，使之在使用中不夠理想。
隨著半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)的發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱LED器件)具有色譜純和顏色光源的高光效，因此越來越多的信號(hào)燈具—如交通信號(hào)燈、航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)燈、航空障礙燈等，開始采用LED器件作發(fā)光光源由于LED器件的光輸出不是在4π立體角內(nèi)全向發(fā)散輸出，而是僅限于在某一特定的立體角內(nèi)有光輸出，現(xiàn)有技術(shù)在上述各類信號(hào)燈具上用LED器件作信號(hào)燈具發(fā)光光源存在以下問題由于發(fā)光板是在圓周上排列多個(gè)LED器件所形成，其發(fā)光光源在圓周上，但是由于目前使用的設(shè)在發(fā)光板外的普通菲乃爾透鏡其焦點(diǎn)位置設(shè)計(jì)在發(fā)光板的圓心位置，然而在發(fā)光板的圓心上并無發(fā)光光源。由此可見，由于透鏡焦點(diǎn)位置上不存在真正的發(fā)光光源，因此透鏡無法會(huì)聚不在焦點(diǎn)上的發(fā)光光源，所以普通菲乃爾透鏡事實(shí)上根本起不到聚光作用，從而既影響了LED器件的光效率，使信號(hào)燈具無法達(dá)到應(yīng)有的亮度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡能在燈具發(fā)光板發(fā)光圓周上形成有無窮多個(gè)焦點(diǎn)，并最大程度地將發(fā)光體發(fā)出的光會(huì)聚，通過該透鏡射出帶有垂直發(fā)散角的平行光，從而使信號(hào)燈具達(dá)到高光效的亮度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，包括一底座，位于底座上的燈殼，垂直設(shè)置在燈殼上的支撐架，至少一水平設(shè)置在支撐架上的發(fā)光板，發(fā)光板圓周上依次排列的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，以及，對(duì)應(yīng)設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管外的透鏡，安置在發(fā)光板上部的頂罩；其特點(diǎn)是所述的透鏡包括主透鏡和副透鏡，主透鏡設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管外側(cè)，主透鏡的焦點(diǎn)位于所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)光中心上，副透鏡由分別設(shè)置在主透鏡上下，且至少由一上副透鏡和一下副透鏡組成；還包括，一紅外接收器，該紅外接收器設(shè)置在燈殼上。
在上述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中，其中，所述的設(shè)置在主透鏡上下的上下副透鏡的層數(shù)范圍是一層至五層。
在上述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中，其中，所述的主透鏡呈凸出的圓弧形狀；所述的設(shè)置在主透鏡上下位置的每一層上下副透鏡呈上下對(duì)稱的圓弧棱。
在上述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中，其中，所述的主透鏡和副透鏡連接在一體形成完整的透鏡。
在上述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中，其中，所述的設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管外的透鏡和安置在發(fā)光板上部的頂罩呈一體。
在上述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中，其中，所述的設(shè)置在燈殼上的紅外接收器與設(shè)置在燈殼下側(cè)的閃光電路控制板連接。
本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本發(fā)明由于將主透鏡的焦點(diǎn)設(shè)置在發(fā)光板圓周的半導(dǎo)體發(fā)光二極管上，即在發(fā)光板圓周上設(shè)置有無窮多個(gè)焦點(diǎn)，從而使透鏡能將排列在發(fā)光板圓周上的半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)出的光會(huì)聚在一起，起到了聚光作用；2.本發(fā)明由于采用了由主透鏡和上、下多層副透鏡組成環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡，主透鏡會(huì)聚半導(dǎo)體發(fā)光二極管所發(fā)出的全部光輸出的±IO/2部分的光，而上、下多層副透鏡則分別會(huì)聚了半導(dǎo)體發(fā)光二極管所發(fā)出的全部光輸出的±IO/2-±IO/10之間的光輸出，因此提高了光源的利用率；3.本發(fā)明由于采用了焦點(diǎn)位置在發(fā)光板發(fā)光圓周上、由主透鏡和上、下多層副透鏡組成的透鏡結(jié)構(gòu)，使半導(dǎo)體發(fā)光二極管所發(fā)出的光在透鏡的出射面上輸出呈帶有一定垂直發(fā)散角的平行光，因此有較大的光輸出效率；4.本發(fā)明由于主透鏡和上、下多層副透鏡組成的透鏡結(jié)構(gòu)，使得在發(fā)光板上圓周排列的任何兩個(gè)相鄰的半導(dǎo)體發(fā)光二極管其視角交叉覆蓋大于50％時(shí)，有大于85％的水平配光均勻度，且光輸出在水平方向連續(xù)。
5.本發(fā)明由于在燈殼上設(shè)置紅外接收器，通過紅外發(fā)射器向位于信號(hào)燈上的紅外接收器發(fā)射信號(hào)，即可立即改變信號(hào)燈閃光燈質(zhì)，由此可將燈具制成水密結(jié)構(gòu)，提高了信號(hào)燈的安全性能和工作效率。


通過以下對(duì)本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具的若干實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第一實(shí)施例智能冷光源航標(biāo)燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管光輸出會(huì)聚成15°立體角的光輸出特性的示意圖；圖4是圖1中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管光輸出會(huì)聚成30°立體角的光輸出特性的示意圖；圖5是圖4中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管30°立體角的光輸出特性與現(xiàn)有技術(shù)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖6是本發(fā)明針對(duì)圖4中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管30°立體角的光輸出特性采用菲乃爾透鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖7是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第二實(shí)施例高空障礙燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第三實(shí)施例高光強(qiáng)航標(biāo)燈的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參見圖1所示，這是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第一實(shí)施例智能冷光源航標(biāo)燈的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，包括一底座10，位于底座10上的是一航標(biāo)燈的燈殼20，在燈殼20上垂直設(shè)置了發(fā)光板支撐架21，在該支撐架21上至少水平設(shè)置一發(fā)光板30，在發(fā)光板30的圓周上依次排列有許多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管31，在半導(dǎo)體發(fā)光二極管31外設(shè)置了能會(huì)聚光能量的透鏡40，以及，安置在發(fā)光板30上部的頂罩50。
眾所周知，航標(biāo)燈是為在航行中的交通工具提供助航作用，因此希望航標(biāo)燈具有遠(yuǎn)距離的目視效果。為此環(huán)向的LED航標(biāo)燈在發(fā)光板30的圓周上依次均勻排列有許多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管31；根據(jù)不同航標(biāo)燈的要求，可以設(shè)置一個(gè)發(fā)光板30，也可以設(shè)置多個(gè)發(fā)光板30，以增加航標(biāo)燈的亮度。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖2至圖4所示，圖2單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管31的結(jié)構(gòu)示意圖。位于發(fā)光板30上的每一LED單體器件主要由半導(dǎo)體發(fā)光體和凸透鏡組成，當(dāng)接通電源后，發(fā)光體PN結(jié)發(fā)光，通過器件頭部的凸透鏡將發(fā)光體發(fā)出的光會(huì)聚成一定α立體角的光輸出。從中可見LED單體器件前部凸透鏡不同，其光輸出特性也不同，即光輸出會(huì)聚成不同的立體角(如15°、30°、60°等)輸出光能量。請(qǐng)參見圖3和圖4所示，圖3是單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管光輸出會(huì)聚成15°立體角的光輸出特性的示意圖，圖4是單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管光輸出會(huì)聚成30°立體角的光輸出特性的示意圖。圖5是圖4中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管30°立體角的光輸出特性與現(xiàn)有技術(shù)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖5所示，圖5是圖4中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管30°立體角的光輸出特性與現(xiàn)有技術(shù)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，由此可見，半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED器件是在一定立體角內(nèi)(例15°、30°、60°等)輸出光能量的特殊光源，而不是一個(gè)在4π立體角內(nèi)全向發(fā)散的點(diǎn)光源，現(xiàn)有技術(shù)透鏡僅會(huì)聚了對(duì)著凸透鏡部分的光源，而其他的光源并沒有會(huì)聚，從而損失了相當(dāng)一部分的光源。為此本發(fā)明對(duì)透鏡采用了特殊設(shè)計(jì)。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖6所示，圖6是本發(fā)明對(duì)圖4中單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管30°立體角的光輸出特性采用環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。在本發(fā)明中，所述的透鏡40包括主透鏡41和副透鏡42，其中，主透鏡41設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管31外側(cè)，主透鏡41的焦點(diǎn)位于所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管31上，副透鏡42由分別設(shè)置在主透鏡41上下的至少一上副透鏡42和一下副透鏡42’組成；至于設(shè)置多少層副透鏡42則根據(jù)需要定，通常上下副透鏡42、42’的層數(shù)范圍是一層至五層。在圖6中，副透鏡42由設(shè)置在主透鏡41上的兩上副透鏡421、422和設(shè)置在主透鏡41下的兩下副透鏡421’、422’組成；主透鏡41會(huì)聚±IO/2以上的光強(qiáng)，上副透鏡421、422和下副透鏡421’、422’會(huì)聚了±I0/2-±IO/10之間的光強(qiáng)，然后在透鏡40出射面上疊加后輸出，并且當(dāng)圓周排列的任何兩個(gè)相鄰LED器件，其視角交叉覆蓋大于50％時(shí)，有大于85％的水平配光均勻度，且光輸出在水平方向連續(xù)；在圖1的實(shí)施例中，副透鏡42設(shè)置有三層；而若單個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管以60°立體角光輸出時(shí)，副透鏡42的層數(shù)應(yīng)更多。
在上述的實(shí)施例中，主透鏡41呈凸出的球面或非球面形狀，用以有效會(huì)聚±IO/2之間的光強(qiáng)；設(shè)置在主透鏡41上下位置的每一層上下副透鏡42、42’呈上下對(duì)稱的球面棱形狀，用以有效會(huì)聚±IO/2-±IO/10之間的光強(qiáng)，主、副透鏡會(huì)聚的光在透鏡40的出射面上以帶有一定垂直發(fā)散角的平行光輸出。
請(qǐng)參見圖1所示，在本實(shí)施例中，所述的主透鏡41和副透鏡42連接成一體，形成完整的透鏡40；并且，設(shè)置在發(fā)光板30上部的頂罩50也與設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管31外的透鏡40連接成一體，使頂罩50也成為透鏡40的一部分，從而可提高機(jī)械裝配精度。
在本發(fā)明中還設(shè)置有一控制電路，該控制電路包括，一設(shè)置在燈殼20上的紅外接收器61，該紅外接收器61與設(shè)置在燈殼20下的閃光電路控制板62連接，電纜線63通過設(shè)置在底座10側(cè)壁11上的水密結(jié)12向外引出。本發(fā)明中設(shè)置有256種所規(guī)定的航標(biāo)燈閃光燈質(zhì)，當(dāng)需要改變航標(biāo)燈閃光燈質(zhì)時(shí)，通過一手持式紅外遙控編程控制器向紅外接收器發(fā)出命令信號(hào)，可方便地改變閃光燈質(zhì)從而可使信號(hào)燈制成水密結(jié)構(gòu)，提高安全性能。
請(qǐng)參見圖7所示，這是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第二實(shí)施例航空障礙燈的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，因航空障礙燈亮度要求，設(shè)置了三個(gè)發(fā)光板30。發(fā)光板30圓周上依次排列的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管31；副透鏡42設(shè)置有上下三層，并且主透鏡41和副透鏡42連接在一體，形成完整的透鏡40，頂罩50也與透鏡40連接成一體，使透鏡40延伸至頂罩50部分，從而提高了機(jī)械裝配精度，為高空導(dǎo)航提供了明亮的標(biāo)示。
請(qǐng)參見圖8所示，這是本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具中第三實(shí)施例高光強(qiáng)航標(biāo)燈的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，由于設(shè)置有八個(gè)發(fā)光板30，并且相鄰兩發(fā)光板30之間設(shè)置隔離板32，為此透鏡40采用了主透鏡41部分。
綜上所述，本發(fā)明環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，由于將主透鏡的焦點(diǎn)設(shè)置在發(fā)光板圓周的半導(dǎo)體發(fā)光二極管上，從而使透鏡起到了聚光作用；同時(shí)，由于透鏡采用了由主透鏡和上、下多層副透鏡組合，因此基本能會(huì)聚半導(dǎo)體發(fā)光二極管所發(fā)出的全部光能量，提高了光源的利用率，并且能輸出帶有垂直發(fā)散角的平行光；當(dāng)兩個(gè)相鄰半導(dǎo)體發(fā)光二極管所發(fā)出的光，其視角交叉覆蓋大于50％時(shí)，有大于85％的水平配光均勻度，且光輸出在水平方向連續(xù)，因此光輸出效率高。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，包括一底座(10)，位于底座(10)上的燈殼(20)，垂直設(shè)置在燈殼(20)上的支撐架(21)，至少一水平設(shè)置在支撐架(21)上的發(fā)光板(30)，發(fā)光板(30)圓周上依次排列的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(31)，以及，對(duì)應(yīng)設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管(31)外的透鏡(40)，安置在發(fā)光板(30)上部的頂罩(50)；其特征在于所述的透鏡(40)包括主透鏡(41)和副透鏡(42)，主透鏡(41)設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(31)外側(cè)，主透鏡(41)的焦點(diǎn)位于所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(31)發(fā)光中心上，副透鏡(42)由分別設(shè)置在主透鏡(41)上下，且至少由一上副透鏡(42)和一下副透鏡(42’)組成；還包括，一紅外接收器(61)，該紅外接收器(61)設(shè)置在燈殼(20)上。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，其特征在于所述的設(shè)置在主透鏡(41)上下的上下副透鏡(42、42’)的層數(shù)范圍是一層至五層。
3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，其特征在于所述的主透鏡(41)呈凸出的圓弧形狀；所述的設(shè)置在主透鏡(41)上下位置的每一層上下副透鏡(42、42’)呈上下對(duì)稱的圓弧棱。
4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，其特征在于所述的主透鏡(41)和副透鏡(42)連接在一體形成完整的透鏡(40)。
5.如權(quán)利要求1或5所述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，其特征在于所述的設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管(31)外的透鏡(40)和安置在發(fā)光板(30)上部的頂罩(50)呈一體。
6.如權(quán)利要求1所述的環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，其特征在于所述的設(shè)置在燈殼(20)上的紅外接收器(61)與設(shè)置在燈殼(20)下側(cè)的閃光電路控制板(62)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)向復(fù)合菲乃爾透鏡半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈具，包括一底座，位于底座上的燈殼，垂直設(shè)置在燈殼上的支撐架，至少一水平設(shè)置在支撐架上的發(fā)光板，發(fā)光板圓周上依次排列的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，對(duì)應(yīng)設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光二極管外的透鏡，安置在發(fā)光板上部的頂罩；其特點(diǎn)是透鏡包括主透鏡和副透鏡，主透鏡設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管外側(cè)，主透鏡的焦點(diǎn)位于所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)光中心上，副透鏡由分別設(shè)置在主透鏡上下，且至少由一上副透鏡和一下副透鏡組成；還包括一設(shè)置在燈殼上的紅外接收器。由此本發(fā)明使透鏡不僅起到聚光作用，并且能會(huì)聚發(fā)光二極管所發(fā)出的全部光能量，提高了光源利用率且具有高光輸出效率。
文檔編號(hào)F21S4/00GK1553075SQ0312895
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者王偉時(shí) 申請(qǐng)人:王偉時(shí)