一種用于飛機前航行燈的led透鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，包括用于收集LED光源發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統，以及用于調整內部全反射系統出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統，所述內部全反射系統上設有用于收集LED光源發出的光線的凹槽。本LED透鏡可滿足飛機前航行燈的配光要求，實現方式簡單，而且可以一體成型，安裝較為簡單，成本較低，還降低了維修難度以及維修隱患，有助于推廣LED光源在飛機前航行燈中的應用，可廣泛應用于飛機前航行燈中。
【專利說明】—種用于飛機前航行燈的LED透鏡
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種LED透鏡，特別是一種用于飛機前航行燈的LED透鏡。
【背景技術】
[0002]LED光源作為一種新的照明光源正在快速進入照明領域，相比于傳統光源，LED光源具有高光效、低能耗、長壽命、高可靠性等優點，在照明領域具有鮮明的優勢。
[0003]隨著LED技術的發展，LED照明也逐步向特種照明領域滲透，目前已經在汽車、鐵路、船舶及航天等領域得到大量應用。航天領域中，飛機航行燈用于在夜間飛行時，引起在相同空間飛行的其它飛機的注意，以避免飛機之間發生碰撞。傳統的飛機航行燈中主要使用的是白熾燈，其本身使用壽命有限，而且在惡劣的飛行環境中，其壽命進一步縮短，而因航行燈壽命問題而帶來的頻繁更換航行燈的情況，不僅導致高昂的維修費用，嚴重時還會導致航班晚點，因此將LED光源應用在飛機航行燈中是重要而迫切的。由于LED光源發出的光線具有良好的可控性，因此可以設計不同的透鏡對其發出的光線進行重新分配，以滿足應用要求。
[0004]但是，對飛機前航行燈來說，因為其光學分布具有特定的要求，如圖1和圖2所示，圖1是飛機右前航行燈的水平截面的配光要求示意圖，其為非對稱配光，以飛機飛行前進方向為0°角，右邊機翼前航行燈在O度角方向至順時針10°方向角內的光強的最小值為40cd，10°方向角至順時針20°的方向角內的光強的最小值為30cd，20°方向角至順時針110°方向角內的光強的最小值5cd。左邊機翼的飛機左前航行燈的水平截面的配光要求與圖1中的對稱。圖2是飛機前航行燈的垂直截面的水平面以上的配光要求示意圖，以飛機前進方向作為0°方向角，在0°方向角往上至5°的方向角內，光強的最小值應為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.9倍，在5°方向角往上至10°的方向角內，光強的最小值為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.8倍，在10°方向角往上至15°的方向角內，光強的最小值為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.7倍，在15°方向角往上至20°的方向角內，光強的最小值為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.5倍，在20°方向角往上至30°的方向角內，光強的最小值為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.3倍，在30°方向角往上至40°的方向角內，光強的最小值為飛機前航行燈前行方向上最大值的0.1倍。水平面以下(即0°方向角往下)的角度內的光強分布要求與圖2的分布對稱。目前的用于LED光源的透鏡一般只能簡單地對光線進行聚攏或擴散等，無法滿足圖1和圖2中的飛機前航行燈的配光要求，因此可能需要采用多個LED光源結合多個透鏡的方式或者采用補充光照的方式來實現前航行燈方案，方案復雜、成本高，而且安裝繁瑣，維修隱患也大，不利于LED光源在飛機前航行燈中的應用。
實用新型內容
[0005]為了解決上述的技術問題，本實用新型的目的是提供一種用于飛機前航行燈的LED透鏡。[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]—種用于飛機前航行燈的LED透鏡，包括用于收集LED光源發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統，以及用于調整內部全反射系統出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統，所述內部全反射系統上設有用于收集LED光源發出的光線的凹槽。
[0008]進一步，所述內部全反射系統包括第一全反射面、第二全反射面、光學折射面以及出射面，所述LED光源發出的光線通過光學折射面入射到內部全反射系統中，經第一全反射面和/或第二全反射面全反射后通過出射面出射。
[0009]進一步，所述光學棱鏡系統包括入射面、折射反射面、第一出光面和第二出光面，內部全反射系統的出射面出射的光線從入射面入射到光學棱鏡系統中并入射到折射反射面上，其中一部分光線經折射反射面折射后出射，剩余光線在折射反射面處發生全反射，然后一部分全反射光線經由第一出光面折射后出射，剩余的全反射光線經由第二出光面折射后出射。
[0010]進一步，所述折射反射面包括第一折射反射面和第二折射反射面，在第一折射反射面處發生全反射的光線經由第一出光面折射后出射，而在第二折射反射面處發生全反射的光線經由第二出光面折射后出射。
[0011]進一步，所述第一出光面包括折射出光面一和折射出光面二，所述折射出光面一為平面或曲面，所述折射出光面二為曲面。
[0012]進一步，所述第一折射反射面、第二折射反射面和第二出光面為平面或曲面。
[0013]進一步，所述第一全反射面、第二全反射面、光學折射面以及出射面為平面或曲面。
[0014]進一步，所述內部全反射系統和光學棱鏡系統采用光學塑料或光學玻璃。
[0015]本實用新型的有益效果是:本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，包括用于收集LED光源發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統，以及用于調整內部全反射系統出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統，所述內部全反射系統上設有用于收集LED光源發出的光線的凹槽，本LED透鏡通過合理設置內部全反射系統以及光學棱鏡系統的結構，可滿足飛機前航行燈的配光要求，實現方式簡單，而且可以一體成型，安裝較為簡單，成本較低，還降低了維修難度以及維修隱患，有助于推廣LED光源在飛機前航行燈中的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0017]圖1是飛機右前航行燈的水平截面的配光要求示意圖；
[0018]圖2是飛機前航行燈的垂直截面的水平面以上的配光要求示意圖；
[0019]圖3是本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡的第一示意圖；
[0020]圖4是本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡的第二示意圖；
[0021]圖5是本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡的第三示意圖；
[0022]圖6是本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡的第四示意圖；
[0023]圖7是對本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡進行光線追跡的第一示意圖；
[0024]圖8是對本實用新型的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡進行光線追跡的第二示意圖；
[0025]圖9是本實用新型的具體實施例的第一次配光示意圖；
[0026]圖10是本實用新型的具體實施例的第二次配光示意圖；
[0027]圖11是本實用新型的具體實施例的第三次配光示意圖。
【具體實施方式】
[0028]參照圖3和圖4，本實用新型提供了一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，包括用于收集LED光源11發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統12，以及用于調整內部全反射系統12出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統13，所述內部全反射系統12上設有用于收集LED光源11發出的光線的凹槽。
[0029]進一步作為優選的實施方式，參照圖5，所述內部全反射系統12包括第一全反射面121、第二全反射面122、光學折射面123以及出射面124，所述LED光源11發出的光線通過光學折射面123入射到內部全反射系統12中，經第一全反射面121和/或第二全反射面122全反射后通過出射面124出射。
[0030]進一步作為優選的實施方式，所述光學棱鏡系統13包括入射面130、折射反射面131、第一出光面132和第二出光面133，內部全反射系統12的出射面124出射的光線從入射面130入射到光學棱鏡系統13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光線經折射反射面131折射后出射,剩余光線在折射反射面131處發生全反射,然后一部分全反射光線經由第一出光面132折射后出射，剩余的全反射光線經由第二出光面133折射后出射。
[0031]進一步作為優選的實施方式，參照圖6，所述折射反射面131包括第一折射反射面1311和第二折射反射面1312，在第一折射反射面1311處發生全反射的光線經由第一出光面132折射后出射，而在第二折射反射面1312處發生全反射的光線經由第二出光面133折射后出射。
[0032]進一步作為優選的實施方式，所述第一出光面132包括折射出光面一 1321和折射出光面二 1322，所述折射出光面一 1321為平面或曲面，所述折射出光面二 1322為曲面。
[0033]進一步作為優選的實施方式，所述第一折射反射面1311、第二折射反射面1312和第二出光面133為平面或曲面。
[0034]進一步作為優選的實施方式，所述第一全反射面121、第二全反射面122、光學折射面123以及出射面124為平面或曲面。
[0035]進一步作為優選的實施方式，所述內部全反射系統12和光學棱鏡系統13米用光學塑料或光學玻璃。
[0036]下面結合【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明，參照圖3?圖11，本實用新型提供了一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，如圖3和圖4所示，包括用于收集LED光源11發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統12，以及用于調整內部全反射系統12出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統13，內部全反射系統12上設有用于收集LED光源11發出的光線的凹槽，如圖3所示，在全反射系統12上設置一個凹槽，安裝LED光源11時將LED光源11的發光面安裝在凹槽內，因此可以收集更多的光線使其進入全反射系統12，提高光線利用率。
[0037]參照圖5，內部全反射系統12包括第一全反射面121、第二全反射面122、光學折射面123以及出射面124，LED光源11發出的光線通過光學折射面123入射到內部全反射系統12中，經第一全反射面121和/或第二全反射面122全反射后通過出射面124出射。光學棱鏡系統13包括入射面130、折射反射面131、第一出光面132和第二出光面133，內部全反射系統12的出射面124出射的光線從入射面130入射到光學棱鏡系統13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光線經折射反射面131折射后出射，剩余光線在折射反射面131處發生全反射，然后一部分全反射光線經由第一出光面132折射后出射，剩余的全反射光線經由第二出光面133折射后出射。
[0038]參照圖6，折射反射面131包括第一折射反射面1311和第二折射反射面1312，如圖7所示，在第一折射反射面1311處發生全反射的光線經由第一出光面132折射后出射，而在第二折射反射面1312處發生全反射的光線經由第二出光面133折射后出射，參照圖8所不。第一出光面132包括折射出光面一 1321和折射出光面二 1322,折射出光面一 1321為平面或曲面，折射出光面二 1322為曲面。因此，由折射出光面二 1322折射后出射的光線將具有更大的折射角度，反映在圖7中則表現為出射方向往右邊偏轉。通過合理設計第一折射反射面1311和第二折射反射面1312的傾斜角度或形狀，可以控制全反射光線的出射角度和方向，還可以控制從第一折射反射面1311和第二折射反射面1312處折射出去的光線的比例，而通過合理設計折射出光面一 1321和折射出光面二 1322的傾斜角度或形狀，則可以控制從本LED透鏡出射的光線的出射角度和方向，通過控制第二出光面133的尺寸和形狀，則可以控制由第二出光面133折射后出射的光線的比例和方向，本實施例中，調整光線的光學分布指的是調整光線在各個方向出射的光線的比例。總的來說，本LED透鏡的光學棱鏡系統13用于調整光線的出光方向及光學分布，從而使最后出射的光線滿足飛機前航行燈的照明要求。
[0039]第一折射反射面1311、第二折射反射面1312、第二出光面133、第一全反射面121、第二全反射面122、光學折射面123以及出射面124為平面或曲面，即以上的各個面均可以制作成平面或曲面。本實施例中的曲面指自由曲面，其具體曲面形狀、尺寸及詳細參數依據其使用的LED光源11的不同而變化。
[0040]內部全反射系統12和光學棱鏡系統13采用光學塑料或光學玻璃等光學材料。
[0041]本實施例主要是以用于飛機右前航行燈的LED透鏡為例，飛機前航行燈是安裝在機翼的，左邊機翼安裝紅色光源，右邊機翼安裝綠色光源，因此飛機左前航行燈使用的LED光源為紅光LED，飛機右前航行燈使用的LED光源為綠光LED，因為兩邊的光源顏色不一樣，折射率不一樣，因此應用在左航行燈和右航行燈上的LED透鏡的具體參數略有不同。
[0042]下面結合具體配光的變化來描述本LED透鏡的工作原理。
[0043]LED光源11發出的光線經過內部全反射系統12進行全反射后，其呈小角度出射，此為第一次配光,此時出射光線的配光曲線201如圖9所示，由圖中坐標系與飛機14的位置關系可以看出，圖中的直角坐標系統的Y軸方向為飛機14的航行方向，本實施例中，配光曲線201的發光角度202為40度，實際應用中，并不對發光角度202做任何限制，只要能滿足圖2中飛機前航行燈的垂直界面的配光要求的角度都是可以的。
[0044]從內部全反射系統12出射的小角度光線從光學棱鏡系統13的入射面130入射到光學棱鏡系統13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光線經折射反射面131折射后出射，剩余光線在折射反射面131處發生全反射，此為第二次配光，此時在折射反射面131處全反射后的光線的配光曲線301如圖10所示，與圖9中坐標系與飛機14的位置關系類似，圖中的直角坐標系統的Y軸方向為飛機14的航行方向，配光曲線301的最大光強值的點與直角坐標系的Y軸形成夾角302，夾角302的大小可根據飛機前航行燈的配光要求進行調整，本實施例中，通過調整折射反射面131的第一折射反射面1311和第二折射反射面1312的傾斜角，將夾角302調整到16度。
[0045]參照圖11所示，同樣的，與圖9中坐標系與飛機14的位置關系類似，圖中的直角坐標系統的Y軸方向為飛機14的航行方向。在折射反射面131處發生全反射后，一部分全反射光線經由第一出光面132折射后出射，該部分出射光的配光曲線為圖11中的配光曲線401，剩余的全反射光線經由第二出光面133折射后出射，形成圖11中的配光曲線402，這里即為第三次配光。圖11中的配光曲線402滿足圖1中的20°方向角至順時針110°方向角內的光強值。因此，本LED透鏡滿足飛機前航行燈的配光要求，直接結合LED光源跟本LED透鏡即可構造飛機前航行燈，實現方式簡單，而且可以一體成型，安裝較為簡單、方便，成本較低，還降低了維修難度以及維修隱患，有助于推廣LED光源在飛機前航行燈中的應用，具有重要的推廣意義。
[0046]以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，包括用于收集LED光源(11)發出的光線并對其進行全反射使其呈小角度出射的內部全反射系統(12)，以及用于調整內部全反射系統(12)出射的小角度光線的出光方向及光學分布的光學棱鏡系統(13)，所述內部全反射系統(12)上設有用于收集LED光源(11)發出的光線的凹槽。
2.根據權利要求1所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述內部全反射系統(12)包括第一全反射面(121 )、第二全反射面(122)、光學折射面(123)以及出射面(124)，所述LED光源(11)發出的光線通過光學折射面(123)入射到內部全反射系統(12)中，經第一全反射面(121)和/或第二全反射面(122)全反射后通過出射面(124)出射。
3.根據權利要求2所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述光學棱鏡系統(13)包括入射面(130)、折射反射面(131)、第一出光面(132)和第二出光面(133)，內部全反射系統(12)的出射面(124)出射的光線從入射面(130)入射到光學棱鏡系統(13)中并入射到折射反射面(131)上，其中一部分光線經折射反射面(131)折射后出射，剩余光線在折射反射面(131)處發生全反射，然后一部分全反射光線經由第一出光面(132)折射后出射，剩余的全反射光線經由第二出光面(133)折射后出射。
4.根據權利要求3所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述折射反射面(131)包括第一折射反射面(1311)和第二折射反射面(1312)，在第一折射反射面(1311)處發生全反射的光線經由第一出光面(132)折射后出射，而在第二折射反射面(1312)處發生全反射的光線經由第二出光面(133)折射后出射。
5.根據權利要求4所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述第一出光面(132)包括折射出光面一(1321)和折射出光面二(1322)，所述折射出光面一(1321)為平面或曲面，所述折射出光面二(1322)為曲面。
6.根據權利要求4所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述第一折射反射面(1311)、第二折射反射面(1312)和第二出光面(133)為平面或曲面。
7.根據權利要求2所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述第一全反射面(121)、第二全反射面(122)、光學折射面(123)以及出射面(124)為平面或曲面。
8.根據權利要求1所述的一種用于飛機前航行燈的LED透鏡，其特征在于，所述內部全反射系統(12)和光學棱鏡系統(13)采用光學塑料或光學玻璃。
【文檔編號】F21W101/06GK203784830SQ201420091007
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】蘇丹, 鐘雄 申請人:深圳市九洲光電科技有限公司