專利名稱：一種用于大功率led交通信號燈的光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通信號燈領(lǐng)域，特別是涉及一種用于大功率LED交通信號燈 的光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，新材料|、新技術(shù)在道路交通領(lǐng)域不斷得到應(yīng)用，尤其是發(fā)光二極 管(LED)在道路交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用更是有目共睹。1999年我國部分城市開 始試用LED光源的道路交通信號燈。LED道路交通信號燈的光源是由很多的小 功率LED組成，按一定規(guī)則的排列成相應(yīng)的圖案，因此該類產(chǎn)品是點光源而是 不是面光源。由于以往的交通信號燈由串、并聯(lián)電路組成的LED陣列組成。個 別LED損壞將會使幾個LED管不亮。嚴(yán)重的影響整燈的美觀，經(jīng)?？梢钥吹降?路上的信號燈存在缺塊現(xiàn)象。另外一個信號燈往往由幾十個到幾百個發(fā)光管組 成，裝配麻煩，焊點多，故障率高。印刷線路板大，加工線路板也污染環(huán)境。 而且看到的圖案也總是由點光源組成。
而如今，隨著大功率LED封裝技術(shù)的發(fā)展，它的封裝外殼帶有扁平導(dǎo)熱板， 從而縮短發(fā)光管芯片結(jié)點與導(dǎo)熱板的距離，大大的降低了熱阻，能把熱量很快 地散發(fā)出來，使用能耐高溫的環(huán)氧樹脂，解決了高溫和散熱問題，因此可以利 用大芯片進(jìn)行封裝，致使其工作電流可由一般的20mA增大到500mA甚至 1000mA,其功率可達(dá)到5W到10W。但是單顆大功率LED作為光源時，如何 能夠射出射光均勻光問題，又是一個新面臨的問題，如果不是均勻光，則交通 信號燈的外表看起來就是中間亮而越往外就越暗，也不符合交通信號燈標(biāo)準(zhǔn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種既可采用大功率LED光源又可射 出勻光的用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)。
一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，包括大功率LED光源，還包括非 球面凹透鏡、菲涅爾凸透鏡，所述大功率LED光源發(fā)出的光線通過非球面凹透 鏡形成光圓盤折射到菲涅爾凸透鏡，所述菲涅爾凸透鏡將該光圓盤折射為平行 光線射出。
作為優(yōu)選，所述非球面凹透鏡的入光面為凹面，所述非球面凹透鏡的出光 面為凸曲面，且所述入光面與出光面的折射率為1.4-2.0; 所述菲涅爾凸透鏡的焦距為125mm-160mm。
作為優(yōu)選，所述入光面與出光面的折射率為1.65，所述菲涅爾凸透鏡的焦 距為130rnrn。
作為優(yōu)選，所述非球面凹透鏡呈圓臺狀，其左底面中心設(shè)有作為入光面的 凹面，其右底面設(shè)有作為出光面的凸曲面，所述的凹面從左至右由圓臺凹面和 圓錐凹面組成，所述左底面直徑小于右底面直徑。
作為優(yōu)選，所述圓錐凹面的母線與非球面凹透鏡的中心線形成的角度a為 30°-37.5°，所述圓臺凹面的母線與中心線形成的角度P為32.5°-42.5°，所述 非球面凹透鏡的母線與中心線形成的角度Y為12°-16° ;其中以中心線為Z軸， 以中心線與凸曲面的頂點為坐標(biāo)原點(0， 0 )，所述凸曲面由曲線<formula>formula see original document page 5</formula>繞原點(0，0)沿z軸旋轉(zhuǎn)360°而成，其中
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作為優(yōu)選，所述圓錐凹面的母線與非球面凹透鏡的中心線形成的角度a為 32°，所述圓臺凹面的母線與中心線形成的角度P為35°,所述非球面凹透鏡的母線與中心線形成的角度Y為13° 。
作為優(yōu)選，所述左底面直徑為18mm-25mm，所述圓臺凹面的底面的直徑為 15mm-23mm，所述圓臺凹面的高為1. 3,-2,，所述圓錐凹面的高為1. 8mm-2. 5mm， 所述左底面中心點至凸曲面頂點的距離為15腿-25mm。
作為優(yōu)選，所述左底面直徑為23mm，所述圓臺凹面的底面的直徑為20mm， 所述圓臺凹面的高為1.7mm，所述圓錐凹面的高為2mm，所述左底面中心點至凸 曲面頂點的距離為20im。
作為優(yōu)選，所述非球面凹透鏡和菲涅爾凸透鏡由亞克立材料壓鑄而成。
作為優(yōu)選，所述大功率LED光源的功率為IOW。
按本發(fā)明的技術(shù)方案，將大功率LED光源與透鏡光系統(tǒng)相結(jié)合，對大功率 LED光源射出的光線進(jìn)行勻光處理，形成面光源。使交通信號燈達(dá)到能耗低、視 角大、亮度恒定、制造方便、提高平均無故障工作時間等特點。而且采用非球 面凹透鏡，將大功率LED燈發(fā)出的25度左右的光線散焦到菲涅爾透鏡上形成均 勻的光圓盤，從而通過菲涅爾凸透鏡，把非球面凹透鏡來的光線折射為平行光 線。


圖l為本發(fā)明中光系統(tǒng)中的光路示意圖。 圖2為本發(fā)明中非球面凹透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明中非球面凹透鏡中凸曲面形成坐標(biāo)圖。 圖4為本發(fā)明中非球面凹透鏡中心剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1圖2附圖3附圖4與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)
描述實施例l
一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，包括大功率LED光源1，還包括非 球面凹透鏡2、菲涅爾凸透鏡3，所述大功率LED光源1發(fā)出的光線通過非球面 凹透鏡2形成光圓盤折射到菲涅爾凸透鏡3，所述菲涅爾凸透鏡3將該光圓盤折 射為平行光線射出，其中所述非球面凹透鏡2和菲涅爾凸透鏡3由亞克立材 料即PMMA材料壓鑄而成，所述非球面凹透鏡2，其主要是將大功率LED燈發(fā)出 的25度左右的光線散焦到菲涅爾透鏡上形成均勻的圓光斑，而菲涅爾凸透鏡， 其表面是有許多斜齒狀等距離的同心圓構(gòu)成，斜齒上面的斜度，與同心圓離圓 心的距離是成正比的，越接近圓心它的斜度就越小，在光學(xué)作用上等同于凸透 鏡，而宏觀看，其為平面狀，其主要為將非球面凹透鏡2來的光線折射為平行 光線，其焦距等于菲涅爾凸透鏡的中心到圓光斑的虛焦距5。也正因為有了菲涅 爾凸透鏡，才使得最后發(fā)射出的光的效果為面光源。
為了適應(yīng)交通信號燈的效果， 一般所述菲涅爾凸透鏡3的焦距為 125mm-160mm，而且所述光圓盤，即大功率LED燈發(fā)出的25度左右的光線經(jīng)過 非球面凹透鏡2其折射后的光線形成圓盤狀，該光圓盤的直徑一般可達(dá)到 380mm-410mm，所述大功率LED光源中心點距離該光圓盤為145mm-155mm。
而本實施例中其大功率LED光源的功率為IOW，其發(fā)光角度為25度左右，而 菲涅爾凸透鏡3的焦距為130mm即可，而且形成的光圓盤的直徑為400mm,正好 與菲涅爾凸透鏡3匹配。所述大功率LED光源中心點距離光圓盤為130mm。而且 所述非球面凹透鏡2的入光面22采用凹面，所述非球面凹透鏡2的出光面21 采用凸曲面，且所述入光面22與出光面21的折射率在1.5-2.0，為了更好的形 成直徑為400mra的光圓盤，其折射率一般為1. 56即可。
同時，本實施例中所述非球面凹透鏡2其形狀采用圓臺狀，在其左底面中心設(shè)有作為入光面22的凹面，其右底面設(shè)有作為出光面21的凸曲面，所述的 凹面從左至右由圓臺凹面221和圓錐凹面222組成，所述左底面直徑小于右底 面直徑。而且所述圓錐凹面222的母線與非球面凹透鏡2的中心線4形成的角 度CL為32。，所述圓臺凹面222的母線與中心線4形成的角度0為35°，所述非 球面凹透鏡2的母線與中心線4形成的角度Y為13 ° ;其中以中心線4為Z軸， 以中心線與凸曲面的頂點為坐標(biāo)原點(0， 0)，所述凸曲面由曲線
丄/
Z = ~~,及 +々4+丑/+0/繞原點(0， 0)沿Z軸旋轉(zhuǎn)360 。而成，即如
圖3中所示曲線211，其中及=—6.35, /fc = -62， 4 = -1.76566e-5， ￡ = 2.41448e.7 ， C = -3.16532rie。同時，所述左底面直徑為23mm，所述圓臺凹面221的底面的直 徑為20ram，所述圓臺凹面221的高為1. 7ram，所述圓錐凹面222的高為2mm，所 述左底面中心點至凸曲面頂點的距離為20腿。
其基本結(jié)構(gòu)與實施例1相同，不同之處為，大功率LED光源的功率為20W， 其發(fā)光角度為35度左右，而菲涅爾凸透鏡3的焦距為150mm即可，而且形成的 光圓盤的直徑為410腿，正好與菲涅爾凸透鏡3匹配。所述大功率LED光源中心 點距離光圓盤為150mm。且所述入光面22與出光面21的折射率為1. 8。而且所 述圓錐凹面222的母線與非球面凹透鏡2的中心線4形成的角度a為35° ，所述 圓臺凹面222的母線與中心線4形成的角度P為40° ，所述非球面凹透鏡2的母 線與中心線4形成的角度Y為15 。所述非球面凹透鏡2的左底面直徑為24mm， 其上圓臺凹面221的底面的直徑為22mm，所述圓臺凹面221的高為1. 9iran，所 述圓錐凹面222的高為2. 3ram，所述左底面中心點至凸曲面頂點的距離為24mm。
實施例2當(dāng)然，本發(fā)明的技術(shù)方案，還可以有其他形式，而本實施例中只給出了一
種比較具體的方式，為了適應(yīng)交通信號燈的效果，非球面凹透鏡的圓錐凹面222 的母線與非球面凹透鏡2的中心線4形成的角度a為30°-37. 5° ，所述圓臺凹面 222的母線與中心線4形成的角度3為32. 5°-42. 5° ，所述非球面凹透鏡2的母 線與中心線4形成的角度^為12°-16°;且左底面直徑為18mm-25mm，所述圓臺 凹面的底面直徑為15mm-23mm，所述圓臺凹面的高為1. 3mm-2mm,所述圓錐凹面 高為1.8-2.5mm，所述左底面中心點至凸曲面頂點的距離為15-25mm，較佳，而 非球面凹透鏡2也還可以有其他形式的形狀。
權(quán)利要求
1.一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，包括大功率LED光源(1)，其特征在于，還包括非球面凹透鏡(2)、菲涅爾凸透鏡(3)，所述大功率LED光源(1)發(fā)出的光線通過非球面凹透鏡(2)形成光圓盤折射到菲涅爾凸透鏡(3)，所述菲涅爾凸透鏡(3)將該光圓盤折射為平行光線射出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于，所述非球面凹透鏡(2)的入光面(22)為凹面，所述非球面凹透鏡(2)的出光面(21)為凸曲面，且所述入光面(22)與出光面(21)的折射率為1.4-2.0;所述菲涅爾凸透鏡(3)的焦距為125mm-160mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于，所述入光面(22)與出光面(21)的折射率為1.65，所述菲涅爾凸透鏡(3)的焦距為130mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于，所述非球面凹透鏡(2)呈圓臺狀，其左底面中心設(shè)有作為入光面(22)的凹面，其右底面設(shè)有作為出光面(21)的凸曲面，所述的凹面從左至右由圓臺凹面(221)和圓錐凹面(222)組成，所述左底面直徑小于右底面直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐凹面(222)的母線與非球面凹透鏡(2)的中心線(4)形成的角度a為30°-37.5°,所述圓臺凹面(222)的母線與中心線(4)形成的角度P為32.5°-42.5°，所述非球面凹透鏡(2)的母線與中心線(4)形成的角度Y為12。-16。 ，其中以中心線(4)為Z軸，以中心線與凸曲面的頂點為坐標(biāo)原點(0, 0)，所述凸曲面由曲線Z-+ ^4+辦6+08繞原點(0， 0)沿Z軸旋轉(zhuǎn)360 °而成，其中/ = -6.35， A = -62， 2 = -1.76566e-5， 5 = 2.41448^7， C = -3.16532e-10 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于， 所述圓錐凹面的母線與非球面凹透鏡的中心線形成的角度a為32° ，所述圓臺凹 面的母線與中心線(4)形成的角度P為35°，所述非球面凹透鏡的母線與中心線形成的角度y為l3、
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于， 所述左底面直徑為18mm-25ram，所述圓臺凹面的底面直徑為15mm-23mm，所述圓 臺凹面高為1. 3mm-2mm，所述圓錐凹面高為1. 8mm-2. 5mm，所述左底面中心點至 凸曲面頂點的距離為15mm-25mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，其特征在于, 所述左底面直徑為23mm，所述圓臺凹面(221)的底面的直徑為20mm,所述圓 臺凹面(221)的高為1.7mm，所述圓錐凹面(222)的高為2mm，所述左底面中 心點至凸曲面頂點的距離為20mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述一種用于大功率LED交通信號的光系統(tǒng)，其特征在于， 所述非球面凹透鏡(2)和菲涅爾凸透鏡(3)由亞克立材料壓鑄而成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述一種用于大功率LED交通信號的光系統(tǒng)，其特征在于， 所述大功率LED光源(1)的功率為10W。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于大功率LED交通信號燈的光系統(tǒng)，包括大功率LED光源，還包括非球面凹透鏡、菲涅爾凸透鏡，所述大功率LED光源發(fā)出的光線通過非球面凹透鏡形成圓盤形光斑折射到菲涅爾凸透鏡，所述菲涅爾凸透鏡將該圓盤形光斑折射為平行光線射出。按本發(fā)明技術(shù)方案，將大功率LED光源與透鏡光系統(tǒng)相結(jié)合，對大功率LED光源射出的光線進(jìn)行勻光處理，形成面光源，使交通信號燈達(dá)到能耗低、視角大、亮度恒定、制造方便、提高平均無故障工作時間等特點。
文檔編號F21W111/02GK101556002SQ200810060268
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者占曉斌, 王軍華, 胡立平, 敏 郭, 琳 陳 申請人:陳 琳;胡立平