用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构和光学组件的制作方法

本实用新型涉及机场助航灯技术领域，具体涉及一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构和光学组件。

背景技术：

跑道边灯是为飞行员在日间和夜间飞行(包括起飞和降落)时能够识别跑道边界的一种引导灯具，该灯具为双向发光灯具，且灯具在光强、角度和颜色上均有严格要求。

传统的跑道边灯一般以卤钨灯作为光源，但是，传统卤钨光源发白光，需要通过滤光片达到色度标准，使得灯具结构复杂，且由于吸收导致光能量损失大。卤钨灯为整个空间4π立体角发光，而跑道边灯只需要相反方向的两侧光，且卤钨灯光效低，仅为15-20lm/W左右，总的来说光能利用率很低，造成能源的浪费，其寿命也仅有1500小时，机场一般5～6个月就需更换一次光源，耗费的维护成本较高。

光源作为一种单色性好、光效高、体积小、可靠性高的照明光源被广泛使用，LED助航灯具具有寿命长、光效高、结构简单、耗能少、维护成本低、稳定性好等优点。现有的LED跑道边灯一般是立式跑道边灯，灯具体积大，灯具内部结构复杂，且安装在地面之上，不利于机场维护。

而嵌入式跑道边灯属于大功率灯具，需要在狭小空间内实现高光强窄光束的出射光，需要尽可能降低嵌入式跑道边灯的功率，提高光能利用率。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构和光学组件，光效高、耗能低，结构简单，体积轻巧，能够在狭小空间内满足跑道边灯低功耗高光强窄光束等要求。

第一方面，本实用新型提供的一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学组件，其特征在于，包括：LED光源；透镜，所述LED光源设置在所述透镜的入射面中心的正下方，所述透镜的入射面为凸面；棱镜，所述棱镜包括棱镜入射面、棱镜反射面和棱镜出射面，所述棱镜设置在所述透镜的上方，所述棱镜入射面与所述透镜的出射面的夹角为2°～5°；其中，所述LED光源发出的光经所述透镜会聚准直后从所述棱镜入射面进入所述棱镜，经所述棱镜反射面全反射后从所述棱镜出射面射出。

优选地，所述透镜的出射面附加多个相互平行的三维纹理。

优选地，所述棱镜入射面与所述透镜的出射面的夹角为3.5°或4.5°。

优选地，所述LED光源固定在铝基板上，所述透镜固定在透镜支架上，所述透镜支架和所述铝基板两端均设有透镜定位孔，所述透镜定位孔用于所述铝基板和所述透镜支架之间的定位。

优选地，所述铝基板和所述透镜支架之间通过透镜定位螺丝以及定位柱共同形成定位连接。

优选地，所述棱镜反射面镀有高反射介质膜。

优选地，所述棱镜的材料为玻璃。

优选地，所述透镜的材料为耐高温材料。

优选地，所述透镜的材料为聚碳酸酯。

第二方面，本实用新型提供的一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构，其特征在于，包括两列本实用新型第一方面所述的光学组件，两列所述光学组件平行且轴对称，两列所述光学组件的出光方向相反。

本实用新型提供的一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构和光学组件，应用边缘光线扩展度守恒、折射、透射、全反射原理设计包括透镜、棱镜在内的光学元件，调整LED光源的分布方式，使整体结构能够满足国际民航标准对嵌入式跑道边灯的要求；采用LED作为光源，利用LED体积小，光效高，单色性好的特性，结合透镜和棱镜，在缩小跑道边灯体积的同时，实现了在有限空间内窄光束高光强、尽可能降低整体功率的技术要求，可以有效节约机场能耗成本；LED长达50000h的使用寿命，降低了机场更换光源的频率，有效降低维护成本；通过光学结构中棱镜与透镜的错位入射来满足跑道边灯内倾角的要求，使得调节内倾角更为方便，可以满足不同跑道宽度上对应的等光强曲线不同。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例提供的用于嵌入式LED跑道边灯的光学组件的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于嵌入式LED跑道边灯的光学组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构的示意图。

附图标记：

10-LED光源；20-透镜；21-入射面；22-出射面；30-棱镜；31-棱镜入射面；32-棱镜反射面；33-棱镜出射面；40-铝基板；50-透镜支架；60-透镜定位孔；70-透镜定位柱；80-光学组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学组件80，包括LED光源10、透镜20和棱镜30，LED光源10设置在透镜20的入射面21中心的正下方，透镜20的入射面21为凸面；棱镜30包括棱镜入射面31、棱镜反射面32和棱镜出射面33，棱镜30设置在透镜20的上方。透镜20的出射面附加多个相互平行的三维纹理，三维纹理的设计扩大了光斑范围，使光线均匀化分布，避免中心光强过大形成眩光，有效利用LED光能量。

其中，LED光源10发出的光从透镜20的入射面21入射，经透镜20会聚准直，并均匀化扩展，从透镜20的出射面22射出，准直扩展后的光线进入棱镜入射面31，经棱镜反射面32全反射，从棱镜出射面33射出。

光学组件80光效高、耗能低，结构简单，体积轻巧，能够在狭小空间内满足跑道边灯低功耗高光强窄光束等要求。

如图2所示，棱镜入射面31与透镜20的出射面22的夹角为2°～5°，LED光源10和透镜20作为一个整体与棱镜30形成错位入射，以满足跑道边灯出射光线的需求，使得飞行员在飞机降落在跑道前，能最大程度的看清跑道。

棱镜入射面31与透镜20的出射面22的夹角优选为3.5°，来满足《国际民航公约附件十四》中对于跑道宽度45m跑道边灯的内倾角要求。

棱镜入射面31与透镜20的出射面22的夹角优选为4.5°，来满足《国际民航公约附件十四》中对于跑道宽度60m跑道边灯的内倾角要求。

通过机械调节结构即可方便的调节棱镜入射面31与透镜20的出射面22的夹角，以满足不同宽度的跑道对跑道边灯的内倾角不同要求。

根据标准对等光强的要求，可在光学组件80中设置多个LED光源10，并设置与LED光源10数量相同的透镜20，每个LED光源10均放置在与其对应的透镜20的入射面21中心的正下方。

LED光源10固定在铝基板40上，透镜20固定在透镜支架50上，铝基板40和透镜支架50两端均对称设有透镜定位孔60，铝基板40上的透镜定位孔60和透镜支架50上的透镜定位孔60相配合，用于铝基板40和透镜支架50之间的定位，透镜支架50两端还设有4个透镜定位柱70，铝基板40和透镜支架50之间通过透镜定位螺丝以及透镜定位柱70共同形成定位连接，使得LED光源10与透镜20之间、透镜20与棱镜30之间的相对距离更精确，降低安装误差带来的光损失。

棱镜30的材料为玻璃，耐候性好、硬度高、耐摩擦。棱镜反射面32镀有高反射介质膜，可以提高光的反射效率。

由于透镜20紧靠LED光源10，LED光源10工作时会散发出大量的热量，长期曝露在高温环境中的透镜20存在发生形变的风险，进而影响光路的稳定性，因此，透镜20选用耐高温材料制成，优选材料为聚碳酸酯。

基于上述用于嵌入式LED跑道边灯的光学组件，本实施例提供的一种用于嵌入式LED跑道边灯的光学结构，如图3所示，包括两列光学组件80，两列光学组件80平行且轴对称，两列光学组件的出光方向相反，以满足双向发光的要求。嵌入式LED跑道边灯内的所有光学组件80均固定在同一平面上。安装嵌入式LED跑道边灯时，使光学组件80的棱镜入射面31与水平面平行，由于光学组件80中的棱镜入射面31与透镜20的出射面的具有一定夹角，使得嵌入式LED跑道边灯射出的两个方向的光均能满足来《国际民航公约附件十四》中对于跑道边灯的内倾角要求。

单组光学组件80的出光强度无法满足标准等光强要求，通过多组组合方式可以达到标准要求。

本实施例应用边缘光线扩展度守恒、折射、透射、全反射原理设计包括透镜、棱镜在内的光学元件，调整LED光源的分布方式，使整体结构能够满足国际民航标准对嵌入式跑道边灯的要求；采用LED作为光源，利用LED体积小，光效高，单色性好的特性，结合透镜和棱镜，在缩小跑道边灯体积的同时，实现了在有限空间内窄光束高光强、尽可能降低整体功率的技术要求，可以有效节约机场能耗成本；LED长达50000h的使用寿命，降低了机场更换光源的频率，有效降低维护成本；通过光学结构中棱镜与透镜的错位入射来满足跑道边灯内倾角的要求，使得调节内倾角更为方便，可以满足不同跑道宽度上对应的等光强曲线不同。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。