专利名称：环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交通用的信号灯、航标灯、铁路信号灯、航空障碍灯等光信号的信号灯具，尤其涉及一种环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具。
背景技术：
现有技术交通用的信号灯、航标灯、铁路信号灯、航空障碍灯等的信号灯具通常使用白炽灯作为光源，但是白炽光源的弱点是发光效率较低，因此作为信号灯尤其是在较差工况环境中使用的航标灯与同功率的半导体发光光源相比，其亮度较低，使之在使用中不够理想。
随着半导体发光技术的发展，尤其是半导体发光二极管(以下简称LED器件)具有色谱纯和颜色光源的高光效，因此越来越多的信号灯具—如交通信号灯、航标灯、铁路信号灯、航空障碍灯等，开始采用LED器件作发光光源由于LED器件的光输出不是在4π立体角内全向发散输出，而是仅限于在某一特定的立体角内有光输出，现有技术在上述各类信号灯具上用LED器件作信号灯具发光光源存在以下问题由于发光板是在圆周上排列多个LED器件所形成，其发光光源在圆周上，但是由于目前使用的设在发光板外的普通菲乃尔透镜其焦点位置设计在发光板的圆心位置，然而在发光板的圆心上并无发光光源。由此可见，由于透镜焦点位置上不存在真正的发光光源，因此透镜无法会聚不在焦点上的发光光源，所以普通菲乃尔透镜事实上根本起不到聚光作用，从而既影响了LED器件的光效率，使信号灯具无法达到应有的亮度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，环向复合菲乃尔透镜能在灯具发光板发光圆周上形成有无穷多个焦点，并最大程度地将发光体发出的光会聚，通过该透镜射出带有垂直发散角的平行光，从而使信号灯具达到高光效的亮度。
本发明的目的是这样实现的一种环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，包括一底座，位于底座上的灯壳，垂直设置在灯壳上的支撑架，至少一水平设置在支撑架上的发光板，发光板圆周上依次排列的多个半导体发光二极管，以及，对应设置在半导体发光二极管外的透镜，安置在发光板上部的顶罩；其特点是所述的透镜包括主透镜和副透镜，主透镜设置在所对应的半导体发光二极管外侧，主透镜的焦点位于所对应的半导体发光二极管发光中心上，副透镜由分别设置在主透镜上下，且至少由一上副透镜和一下副透镜组成；还包括，一红外接收器，该红外接收器设置在灯壳上。
在上述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中，其中，所述的设置在主透镜上下的上下副透镜的层数范围是一层至五层。
在上述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中，其中，所述的主透镜呈凸出的圆弧形状；所述的设置在主透镜上下位置的每一层上下副透镜呈上下对称的圆弧棱。
在上述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中，其中，所述的主透镜和副透镜连接在一体形成完整的透镜。
在上述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中，其中，所述的设置在半导体发光二极管外的透镜和安置在发光板上部的顶罩呈一体。
在上述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中，其中，所述的设置在灯壳上的红外接收器与设置在灯壳下侧的闪光电路控制板连接。
本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本发明由于将主透镜的焦点设置在发光板圆周的半导体发光二极管上，即在发光板圆周上设置有无穷多个焦点，从而使透镜能将排列在发光板圆周上的半导体发光二极管发出的光会聚在一起，起到了聚光作用；2.本发明由于采用了由主透镜和上、下多层副透镜组成环向复合菲乃尔透镜，主透镜会聚半导体发光二极管所发出的全部光输出的±IO/2部分的光，而上、下多层副透镜则分别会聚了半导体发光二极管所发出的全部光输出的±IO/2-±IO/10之间的光输出，因此提高了光源的利用率；3.本发明由于采用了焦点位置在发光板发光圆周上、由主透镜和上、下多层副透镜组成的透镜结构，使半导体发光二极管所发出的光在透镜的出射面上输出呈带有一定垂直发散角的平行光，因此有较大的光输出效率；4.本发明由于主透镜和上、下多层副透镜组成的透镜结构，使得在发光板上圆周排列的任何两个相邻的半导体发光二极管其视角交叉覆盖大于50％时，有大于85％的水平配光均匀度，且光输出在水平方向连续。
5.本发明由于在灯壳上设置红外接收器，通过红外发射器向位于信号灯上的红外接收器发射信号，即可立即改变信号灯闪光灯质，由此可将灯具制成水密结构，提高了信号灯的安全性能和工作效率。
通过以下对本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具的若干实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第一实施例智能冷光源航标灯的结构示意图；图2是图1中单个半导体发光二极管的结构示意图；图3是图1中单个半导体发光二极管光输出会聚成15°立体角的光输出特性的示意图；图4是图1中单个半导体发光二极管光输出会聚成30°立体角的光输出特性的示意图；图5是图4中单个半导体发光二极管30°立体角的光输出特性与现有技术透镜的光学系统示意图；图6是本发明针对图4中单个半导体发光二极管30°立体角的光输出特性采用菲乃尔透镜的光学系统示意图；图7是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第二实施例高空障碍灯的结构示意图；图8是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第三实施例高光强航标灯的结构示意图。
具体实施例方式
请参见图1所示，这是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第一实施例智能冷光源航标灯的结构示意图。本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，包括一底座10，位于底座10上的是一航标灯的灯壳20，在灯壳20上垂直设置了发光板支撑架21，在该支撑架21上至少水平设置一发光板30，在发光板30的圆周上依次排列有许多个半导体发光二极管31，在半导体发光二极管31外设置了能会聚光能量的透镜40，以及，安置在发光板30上部的顶罩50。
众所周知，航标灯是为在航行中的交通工具提供助航作用，因此希望航标灯具有远距离的目视效果。为此环向的LED航标灯在发光板30的圆周上依次均匀排列有许多个半导体发光二极管31；根据不同航标灯的要求，可以设置一个发光板30，也可以设置多个发光板30，以增加航标灯的亮度。
请结合图1参见图2至图4所示，图2单个半导体发光二极管31的结构示意图。位于发光板30上的每一LED单体器件主要由半导体发光体和凸透镜组成，当接通电源后，发光体PN结发光，通过器件头部的凸透镜将发光体发出的光会聚成一定α立体角的光输出。从中可见LED单体器件前部凸透镜不同，其光输出特性也不同，即光输出会聚成不同的立体角(如15°、30°、60°等)输出光能量。请参见图3和图4所示，图3是单个半导体发光二极管光输出会聚成15°立体角的光输出特性的示意图，图4是单个半导体发光二极管光输出会聚成30°立体角的光输出特性的示意图。图5是图4中单个半导体发光二极管30°立体角的光输出特性与现有技术透镜的光学系统示意图。
请结合图1参见图5所示，图5是图4中单个半导体发光二极管30°立体角的光输出特性与现有技术透镜的光学系统示意图，由此可见，半导体发光二极管LED器件是在一定立体角内(例15°、30°、60°等)输出光能量的特殊光源，而不是一个在4π立体角内全向发散的点光源，现有技术透镜仅会聚了对着凸透镜部分的光源，而其他的光源并没有会聚，从而损失了相当一部分的光源。为此本发明对透镜采用了特殊设计。
请结合图1参见图6所示，图6是本发明对图4中单个半导体发光二极管30°立体角的光输出特性采用环向复合菲乃尔透镜的光学系统示意图。在本发明中，所述的透镜40包括主透镜41和副透镜42，其中，主透镜41设置在所对应的半导体发光二极管31外侧，主透镜41的焦点位于所对应的半导体发光二极管31上，副透镜42由分别设置在主透镜41上下的至少一上副透镜42和一下副透镜42’组成；至于设置多少层副透镜42则根据需要定，通常上下副透镜42、42’的层数范围是一层至五层。在图6中，副透镜42由设置在主透镜41上的两上副透镜421、422和设置在主透镜41下的两下副透镜421’、422’组成；主透镜41会聚±IO/2以上的光强，上副透镜421、422和下副透镜421’、422’会聚了±I0/2-±IO/10之间的光强，然后在透镜40出射面上叠加后输出，并且当圆周排列的任何两个相邻LED器件，其视角交叉覆盖大于50％时，有大于85％的水平配光均匀度，且光输出在水平方向连续；在图1的实施例中，副透镜42设置有三层；而若单个半导体发光二极管以60°立体角光输出时，副透镜42的层数应更多。
在上述的实施例中，主透镜41呈凸出的球面或非球面形状，用以有效会聚±IO/2之间的光强；设置在主透镜41上下位置的每一层上下副透镜42、42’呈上下对称的球面棱形状，用以有效会聚±IO/2-±IO/10之间的光强，主、副透镜会聚的光在透镜40的出射面上以带有一定垂直发散角的平行光输出。
请参见图1所示，在本实施例中，所述的主透镜41和副透镜42连接成一体，形成完整的透镜40；并且，设置在发光板30上部的顶罩50也与设置在半导体发光二极管31外的透镜40连接成一体，使顶罩50也成为透镜40的一部分，从而可提高机械装配精度。
在本发明中还设置有一控制电路，该控制电路包括，一设置在灯壳20上的红外接收器61，该红外接收器61与设置在灯壳20下的闪光电路控制板62连接，电缆线63通过设置在底座10侧壁11上的水密结12向外引出。本发明中设置有256种所规定的航标灯闪光灯质，当需要改变航标灯闪光灯质时，通过一手持式红外遥控编程控制器向红外接收器发出命令信号，可方便地改变闪光灯质从而可使信号灯制成水密结构，提高安全性能。
请参见图7所示，这是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第二实施例航空障碍灯的结构示意图。在本实施例中，因航空障碍灯亮度要求，设置了三个发光板30。发光板30圆周上依次排列的多个半导体发光二极管31；副透镜42设置有上下三层，并且主透镜41和副透镜42连接在一体，形成完整的透镜40，顶罩50也与透镜40连接成一体，使透镜40延伸至顶罩50部分，从而提高了机械装配精度，为高空导航提供了明亮的标示。
请参见图8所示，这是本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具中第三实施例高光强航标灯的结构示意图。在本实施例中，由于设置有八个发光板30，并且相邻两发光板30之间设置隔离板32，为此透镜40采用了主透镜41部分。
综上所述，本发明环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，由于将主透镜的焦点设置在发光板圆周的半导体发光二极管上，从而使透镜起到了聚光作用；同时，由于透镜采用了由主透镜和上、下多层副透镜组合，因此基本能会聚半导体发光二极管所发出的全部光能量，提高了光源的利用率，并且能输出带有垂直发散角的平行光；当两个相邻半导体发光二极管所发出的光，其视角交叉覆盖大于50％时，有大于85％的水平配光均匀度，且光输出在水平方向连续，因此光输出效率高。
权利要求
1.一种环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，包括一底座(10)，位于底座(10)上的灯壳(20)，垂直设置在灯壳(20)上的支撑架(21)，至少一水平设置在支撑架(21)上的发光板(30)，发光板(30)圆周上依次排列的多个半导体发光二极管(31)，以及，对应设置在半导体发光二极管(31)外的透镜(40)，安置在发光板(30)上部的顶罩(50)；其特征在于所述的透镜(40)包括主透镜(41)和副透镜(42)，主透镜(41)设置在所对应的半导体发光二极管(31)外侧，主透镜(41)的焦点位于所对应的半导体发光二极管(31)发光中心上，副透镜(42)由分别设置在主透镜(41)上下，且至少由一上副透镜(42)和一下副透镜(42’)组成；还包括，一红外接收器(61)，该红外接收器(61)设置在灯壳(20)上。
2.如权利要求1所述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，其特征在于所述的设置在主透镜(41)上下的上下副透镜(42、42’)的层数范围是一层至五层。
3.如权利要求1所述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，其特征在于所述的主透镜(41)呈凸出的圆弧形状；所述的设置在主透镜(41)上下位置的每一层上下副透镜(42、42’)呈上下对称的圆弧棱。
4.如权利要求1所述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，其特征在于所述的主透镜(41)和副透镜(42)连接在一体形成完整的透镜(40)。
5.如权利要求1或5所述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，其特征在于所述的设置在半导体发光二极管(31)外的透镜(40)和安置在发光板(30)上部的顶罩(50)呈一体。
6.如权利要求1所述的环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，其特征在于所述的设置在灯壳(20)上的红外接收器(61)与设置在灯壳(20)下侧的闪光电路控制板(62)连接。
全文摘要
本发明涉及一种环向复合菲乃尔透镜半导体发光二极管信号灯具，包括一底座，位于底座上的灯壳，垂直设置在灯壳上的支撑架，至少一水平设置在支撑架上的发光板，发光板圆周上依次排列的多个半导体发光二极管，对应设置在半导体发光二极管外的透镜，安置在发光板上部的顶罩；其特点是透镜包括主透镜和副透镜，主透镜设置在所对应的半导体发光二极管外侧，主透镜的焦点位于所对应的半导体发光二极管发光中心上，副透镜由分别设置在主透镜上下，且至少由一上副透镜和一下副透镜组成；还包括一设置在灯壳上的红外接收器。由此本发明使透镜不仅起到聚光作用，并且能会聚发光二极管所发出的全部光能量，提高了光源利用率且具有高光输出效率。
文档编号F21S4/00GK1553075SQ0312895
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月30日 优先权日2003年5月30日
发明者王伟时 申请人:王伟时