專(zhuān)利名稱(chēng)：多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及信號(hào)燈的改造，特別是一種新型的多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈。
隨著發(fā)光二極管(LED)芯片技術(shù)的不斷發(fā)展以及發(fā)光二極管(LED)封裝型式的多樣化，使得(LED)在各種新型燈器領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，產(chǎn)品大多數(shù)為L(zhǎng)ED汽車(chē)燈具以及交通信號(hào)燈，都是采用了小視角，高光強(qiáng)輸出的發(fā)光二極管，組成定向光信號(hào)燈。而LED發(fā)光二極管在環(huán)射信號(hào)燈產(chǎn)品上的成功應(yīng)用范例卻鮮為人見(jiàn)，人們通常是把發(fā)光二極管直接配置在燈器的圓周面上，或是以盡可能小尺寸的平面光陣單元體按多邊形形式排列在燈器的圓周面上，以使LED或LED光陣所發(fā)出的光線(xiàn)呈360°方向散射來(lái)滿(mǎn)足各種環(huán)射燈的使用要求，而這樣的應(yīng)用形式其所得到的圓周方向上的光強(qiáng)輸出特性曲線(xiàn)往往是呈齒輪狀，從而造成燈器在圓周方向上出現(xiàn)有規(guī)劃的暗區(qū)，光線(xiàn)的均勻性和連續(xù)性很差。為了滿(mǎn)足在圓周方向每個(gè)點(diǎn)上的輸出光強(qiáng)都能達(dá)到使用要求，往往需要配置數(shù)量很多的LED，并且其結(jié)構(gòu)松散，制作工藝性也很差。因此目前常用的環(huán)射信號(hào)燈很少能使用LED作為光源如車(chē)頂?shù)男盘?hào)燈使用白熾燈配以環(huán)繞旋轉(zhuǎn)反光鏡，耗能高發(fā)光效率低結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。
本實(shí)用新型的目的就是為了解決目前常用環(huán)射信號(hào)燈的問(wèn)題，克服LED光源在環(huán)射燈產(chǎn)品的應(yīng)用當(dāng)中所存在的上述種種缺陷而設(shè)計(jì)的一種全新的LED環(huán)射信號(hào)燈。
本實(shí)用新型的構(gòu)成包括一種多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈，主要包括光源組件，折射鏡、燈罩和燈座，所述光源組件由固定于印刷電路板上的發(fā)光二極管、平凸會(huì)聚透鏡、拋物面反射鏡組成，所述折射鏡為圓錐形折射鏡，其錐尖置于光源組件定向光線(xiàn)射出方向上，光線(xiàn)呈圓周360°方向擴(kuò)散發(fā)射。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、LED光源組件采用了兩次集光技術(shù)原理，使得由LED芯片所發(fā)出的原始散射光被最大限度地收集并根據(jù)使用要求作定向發(fā)射，其對(duì)LED光源部份的技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎，在較少數(shù)量的LED資源配置條件下，發(fā)光亮度更高，射出光線(xiàn)連續(xù)性、均勻性更好。
2、LED光源實(shí)現(xiàn)了平面結(jié)構(gòu)形式配置、緊湊、合理、生產(chǎn)工藝性好，有利于大批量機(jī)械化生產(chǎn)，而環(huán)圓周狀LED的光源配置形式則不具有這樣的優(yōu)點(diǎn)。
3、LED光源的發(fā)光響應(yīng)速度快，抗振性能好，能源消耗低，使用壽命長(zhǎng)與傳統(tǒng)形式的環(huán)射信號(hào)燈相比，由于不需要旋轉(zhuǎn)反光鏡機(jī)構(gòu)及燈泡等易損零部件，其故障率極低，特別適合于在顛波，振動(dòng)，搖擺，高空維修不便，能源供應(yīng)不足及高速運(yùn)行的場(chǎng)合下使用，如用作特種車(chē)輛警示燈，航標(biāo)燈，高空障礙燈及船用桅燈等。


圖1是本實(shí)用新型兩次集光技術(shù)原理及其光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例之一的單錐結(jié)構(gòu)LED環(huán)射信號(hào)燈結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3是圖2的A-A截面剖視圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例之二的雙錐組合形式LED環(huán)射信號(hào)燈結(jié)構(gòu)剖視圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例之三的車(chē)用警示燈-LED環(huán)射信號(hào)燈組合燈排示意圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理及實(shí)施例作詳細(xì)的說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型兩次集光技術(shù)原理及其光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管，2為與LED光源1對(duì)應(yīng)配套的拋物面反射鏡，3為與LED光源1對(duì)應(yīng)配套的平凸會(huì)聚透鏡，4為圓錐形折射鏡，5為L(zhǎng)ED印刷電路板。首先我們把LED光源1頭部的透明環(huán)氧半球封裝體看作是另一個(gè)具有光學(xué)會(huì)聚特性的透鏡L，由LED芯片發(fā)出的散射光線(xiàn)，其經(jīng)透鏡L的折射后形成了該發(fā)光二極管的固有散射角度為2θ的光線(xiàn)輸出，并且它的能量密度已為相對(duì)較高，當(dāng)它與平凸透鏡3的孔徑角(亦可理解為該透鏡對(duì)散射光線(xiàn)進(jìn)行有效會(huì)聚的收集角)重合時(shí)，透鏡3把2θ角度的散射光線(xiàn)會(huì)聚折射成具有相應(yīng)截面積的定向光束輸出。
當(dāng)由N個(gè)LED及對(duì)應(yīng)的N個(gè)平凸透鏡密排成一塊平面光陣時(shí)，該平面光陣輸出的是具有與該光陣面積相似的定向集束光，它的能量密度已經(jīng)是相當(dāng)?shù)馗?，并且可以被認(rèn)為是相對(duì)均勻連續(xù)的輸出。該集束光在圓錐形折射鏡4的折射作用下向水平360°方向連續(xù)均勻射出，形成了燈器的主體環(huán)射光(圖示中的箭頭實(shí)線(xiàn)部分)輸出。
由LED光源1發(fā)出的散射光線(xiàn)，其在平凸透鏡3的孔徑角(或是LED光源1的標(biāo)準(zhǔn)視角2θ)所包含的范圍外的部分，則被拋物面反射鏡2有效地反射會(huì)聚成具有相當(dāng)能量的定向平行光束射向平凸透鏡3，并透過(guò)平凸透鏡3輸出有效光強(qiáng)，這部分的定向光束在平凸透鏡3的折射作用下，形成了相當(dāng)能量的定向折射光線(xiàn)，并經(jīng)過(guò)圓錐形折射透鏡4的折射，使該環(huán)射信號(hào)燈除了在環(huán)360°水平方向有高光強(qiáng)的連續(xù)均勻光線(xiàn)輸出以外，其垂直方向上也有相當(dāng)大的非水平折射光(圖示中的箭頭虛線(xiàn)部分)輸出，形成了LED環(huán)射信號(hào)燈的有效垂直散射角，擴(kuò)大了LED環(huán)射信號(hào)在垂直方向上的可視角度。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)和原理設(shè)計(jì)的單錐結(jié)構(gòu)LED環(huán)射信號(hào)燈，參見(jiàn)圖2、圖3。如圖所示，光源組件12由平凸會(huì)聚透鏡3，拋物面反射鏡2等光學(xué)結(jié)構(gòu)零件和發(fā)光二極管1以及LED印刷電路板5組成，整個(gè)光源組件用密封硅膠在該組件的電路板背面嚴(yán)密地封蓋起來(lái)，可靠地保證了該光源組件的整體密封性。
對(duì)于上述光源組件它所采用的平凸透鏡形式，完全取決于技術(shù)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工制作工藝需要，可以是單面球凸透鏡的形式，也可以是雙面球凸透鏡的形式或是設(shè)計(jì)采用菲涅爾會(huì)聚透鏡時(shí)，可以是外梯菲涅爾透鏡形式，也可以是內(nèi)梯菲涅爾透鏡形式。圓錐折射鏡4置于透明燈罩7內(nèi)其錐尖對(duì)向光源組件12，即置于光源組件定向光線(xiàn)射出方向上使光線(xiàn)呈圓周360°方向擴(kuò)散發(fā)射折，射鏡4固定密封在透明燈罩7內(nèi)，再將裝有光源組件12和圓錐反射鏡4的燈罩7的底部經(jīng)螺釘6聯(lián)接固定于燈底座11上，燈底座11內(nèi)可安裝有多功能電子閃光器9，該閃光器9可以設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品配套部件，可根據(jù)需要設(shè)置為定光或閃光兩種狀態(tài)，并且其閃光功能可以是多種閃光燈質(zhì)可調(diào)，其工作電壓也可以分為固定電壓或?qū)掚妷悍秶烧{(diào)兩種形式，而所有這些功能的實(shí)現(xiàn)使得本實(shí)用新型的實(shí)際應(yīng)用范圍更廣。
本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例是雙錐組合形式LED環(huán)射信號(hào)燈(參見(jiàn)圖4)。與上述實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理相同，所不同的是本實(shí)施例LED環(huán)射信號(hào)燈具有兩個(gè)圓錐形折射鏡4和4a以及與該兩個(gè)圓錐形折射鏡對(duì)應(yīng)的LED光源組件12和12a，其中光源組件12a與圓錐形折射鏡4a組合應(yīng)用，形成燈具上半部分環(huán)射光輸出光源組件12與圓錐形折射鏡4組合應(yīng)用，形成燈具的下半部分環(huán)射光輸出。由透明燈罩7把上述兩部分的發(fā)光體包容成一個(gè)完整密閉的燈體，用聯(lián)接螺釘6把該燈體固定在燈殼底座11上。
本實(shí)施例的LED環(huán)射信號(hào)燈是一種典型的遠(yuǎn)距離信號(hào)指示燈具，其輸出光強(qiáng)很高，并具較大的垂直發(fā)散角，特別適用于作海上浮標(biāo)航標(biāo)燈和高層建筑航空障礙燈。
在本實(shí)施例LED環(huán)射信號(hào)燈中，光源組件12a的LED平面光陣其由平凸透鏡形成輸出的定向主體集束光(圖示箭頭實(shí)線(xiàn))部分被根據(jù)需要調(diào)制成具有一定的散射角度，經(jīng)過(guò)圓錐形折射鏡4a的折射以后形成一個(gè)垂直散射角度為β的燈具上半部分主體環(huán)射光，其與燈具下半部分成相對(duì)水平發(fā)射的主體環(huán)射光合成，連同由光源組件12a和12中那由拋物面反射鏡所形成的箭頭虛線(xiàn)所示散射光線(xiàn)一起作為燈具的環(huán)射光輸出，除了有相當(dāng)高的環(huán)射光中心光強(qiáng)以外，其在一定的垂直發(fā)散角范圍內(nèi)的光強(qiáng)也很高，該燈具用作海上浮標(biāo)燈時(shí)，能有效克服由于浮標(biāo)在水中激烈搖擺所造成的信號(hào)燈光閃光頻數(shù)的缺失現(xiàn)象，而它的高光強(qiáng)低功耗特性對(duì)于海上能源供應(yīng)不足的使用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，更能體現(xiàn)出它極大的實(shí)用價(jià)值。
當(dāng)本實(shí)施例LED環(huán)射信號(hào)燈被用于高層建筑航空障礙燈時(shí)，圓錐折射鏡4a的錐尖角α可根據(jù)需要被制成大于90°，它使得燈具的上半部分主體環(huán)射光的出射方向偏于水平向上的方向，這對(duì)于航行高度高于建筑物的飛機(jī)駕駛員及時(shí)發(fā)現(xiàn)障礙物來(lái)說(shuō)十分有利，而這種LED燈具的超長(zhǎng)使用壽命對(duì)于高空維修不便的使用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，更能顯示出它的極大的優(yōu)越性。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例之三的車(chē)用警示燈-LED環(huán)射信號(hào)燈組合燈排。圖中1為組合燈排安裝底座，2為L(zhǎng)ED環(huán)射信號(hào)燈體，3為組合燈排透明罩殼，4為組合燈排安裝夾箍。本實(shí)施例的燈具可有多個(gè)LED環(huán)射信號(hào)燈體組合成一燈排形式，成左紅右蘭光色對(duì)半配置(或?yàn)閱紊t光、單色蘭色及單色黃光配置)，用安裝夾箍4將燈排固定在車(chē)輛頂部，可廣泛應(yīng)用于警車(chē)、救護(hù)車(chē)、消防車(chē)及工程搶險(xiǎn)車(chē)等特種車(chē)輛上作警示燈。
權(quán)利要求1.一種多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈，主要包括光源組件、折射鏡、燈罩和燈座，其特征在于所述光源組件由固定于印刷電路板上的發(fā)光二極管、平凸會(huì)聚透鏡、拋物面反射鏡組成，所述折射鏡為圓錐形折射鏡，其錐尖置于光源組件定向光線(xiàn)射出方向上，光線(xiàn)呈圓周360°方向擴(kuò)散發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈，其特征在于所述平凸會(huì)聚透鏡為球面正透鏡或菲涅爾透鏡。
專(zhuān)利摘要多用途發(fā)光二極管環(huán)射信號(hào)燈包括光源組件、折射鏡、燈罩和燈座,所述光源組件由固定于印刷電路板上的發(fā)光二極管、平凸會(huì)聚透鏡、拋物面反射鏡組成,所述折射鏡為圓錐形折射鏡,其錐尖置于光源組件定向光線(xiàn)射出方向上,光線(xiàn)呈圓周360°方向擴(kuò)散發(fā)射。本實(shí)用新型采用了兩次集光技術(shù)原理,將LED芯片所發(fā)出的光最大限度地收集并根據(jù)使用要求作定向發(fā)射,抗振性能好,能耗低,適用于特種車(chē)輛警示燈、航標(biāo)燈、高空障礙燈及船用桅燈等。
文檔編號(hào)F21V13/04GK2462230SQ0026856
公開(kāi)日2001年11月28日 申請(qǐng)日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者張文虎 申請(qǐng)人:張文虎