多用途發光二極體環射信號燈的製作方法

2023-07-18 20:43:11

專利名稱：多用途發光二極體環射信號燈的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及信號燈的改造，特別是一種新型的多用途發光二極體環射信號燈。
隨著發光二極體(LED)晶片技術的不斷發展以及發光二極體(LED)封裝型式的多樣化，使得(LED)在各種新型燈器領域中的應用越來越廣泛，產品大多數為LED汽車燈具以及交通信號燈，都是採用了小視角，高光強輸出的發光二極體，組成定向光信號燈。而LED發光二極體在環射信號燈產品上的成功應用範例卻鮮為人見，人們通常是把發光二極體直接配置在燈器的圓周面上，或是以儘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光陣所發出的光線呈360°方向散射來滿足各種環射燈的使用要求，而這樣的應用形式其所得到的圓周方向上的光強輸出特性曲線往往是呈齒輪狀，從而造成燈器在圓周方向上出現有規劃的暗區，光線的均勻性和連續性很差。為了滿足在圓周方向每個點上的輸出光強都能達到使用要求，往往需要配置數量很多的LED，並且其結構鬆散，製作工藝性也很差。因此目前常用的環射信號燈很少能使用LED作為光源如車頂的信號燈使用白熾燈配以環繞旋轉反光鏡，耗能高發光效率低結構複雜，故障率高。
本實用新型的目的就是為了解決目前常用環射信號燈的問題，克服LED光源在環射燈產品的應用當中所存在的上述種種缺陷而設計的一種全新的LED環射信號燈。
本實用新型的構成包括一種多用途發光二極體環射信號燈，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於印刷電路板上的發光二極體、平凸會聚透鏡、拋物面反射鏡組成，所述折射鏡為圓錐形折射鏡，其錐尖置於光源組件定向光線射出方向上，光線呈圓周360°方向擴散發射。
本實用新型的優點是1、LED光源組件採用了兩次集光技術原理，使得由LED晶片所發出的原始散射光被最大限度地收集並根據使用要求作定向發射，其對LED光源部份的技術設計構思新穎，在較少數量的LED資源配置條件下，發光亮度更高，射出光線連續性、均勻性更好。
2、LED光源實現了平面結構形式配置、緊湊、合理、生產工藝性好，有利於大批量機械化生產，而環圓周狀LED的光源配置形式則不具有這樣的優點。
3、LED光源的發光響應速度快，抗振性能好，能源消耗低，使用壽命長與傳統形式的環射信號燈相比，由於不需要旋轉反光鏡機構及燈泡等易損零部件，其故障率極低，特別適合於在顛波，振動，搖擺，高空維修不便，能源供應不足及高速運行的場合下使用，如用作特種車輛警示燈，航標燈，高空障礙燈及船用桅燈等。


圖1是本實用新型兩次集光技術原理及其光學設計的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例之一的單錐結構LED環射信號燈結構剖視圖；圖3是圖2的A-A截面剖視圖；圖4是本實用新型實施例之二的雙錐組合形式LED環射信號燈結構剖視圖；圖5是本實用新型實施例之三的車用警示燈-LED環射信號燈組合燈排示意圖。
以下結合附圖對本實用新型的結構原理及實施例作詳細的說明
圖1是本實用新型兩次集光技術原理及其光學設計的結構示意圖，圖中1為LED發光二極體，2為與LED光源1對應配套的拋物面反射鏡，3為與LED光源1對應配套的平凸會聚透鏡，4為圓錐形折射鏡，5為LED印刷電路板。首先我們把LED光源1頭部的透明環氧半球封裝體看作是另一個具有光學會聚特性的透鏡L，由LED晶片發出的散射光線，其經透鏡L的折射後形成了該發光二極體的固有散射角度為2θ的光線輸出，並且它的能量密度已為相對較高，當它與平凸透鏡3的孔徑角(亦可理解為該透鏡對散射光線進行有效會聚的收集角)重合時，透鏡3把2θ角度的散射光線會聚折射成具有相應截面積的定向光束輸出。
當由N個LED及對應的N個平凸透鏡密排成一塊平面光陣時，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，它的能量密度已經是相當地高，並且可以被認為是相對均勻連續的輸出。該集束光在圓錐形折射鏡4的折射作用下向水平360°方向連續均勻射出，形成了燈器的主體環射光(圖示中的箭頭實線部分)輸出。
由LED光源1發出的散射光線，其在平凸透鏡3的孔徑角(或是LED光源1的標準視角2θ)所包含的範圍外的部分，則被拋物面反射鏡2有效地反射會聚成具有相當能量的定向平行光束射向平凸透鏡3，並透過平凸透鏡3輸出有效光強，這部分的定向光束在平凸透鏡3的折射作用下，形成了相當能量的定向折射光線，並經過圓錐形折射透鏡4的折射，使該環射信號燈除了在環360°水平方向有高光強的連續均勻光線輸出以外，其垂直方向上也有相當大的非水平折射光(圖示中的箭頭虛線部分)輸出，形成了LED環射信號燈的有效垂直散射角，擴大了LED環射信號在垂直方向上的可視角度。
根據上述結構和原理設計的單錐結構LED環射信號燈，參見圖2、圖3。如圖所示，光源組件12由平凸會聚透鏡3，拋物面反射鏡2等光學結構零件和發光二極體1以及LED印刷電路板5組成，整個光源組件用密封矽膠在該組件的電路板背面嚴密地封蓋起來，可靠地保證了該光源組件的整體密封性。
對於上述光源組件它所採用的平凸透鏡形式，完全取決於技術設計與結構設計以及加工製作工藝需要，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計採用菲涅爾會聚透鏡時，可以是外梯菲涅爾透鏡形式，也可以是內梯菲涅爾透鏡形式。圓錐折射鏡4置於透明燈罩7內其錐尖對向光源組件12，即置於光源組件定向光線射出方向上使光線呈圓周360°方向擴散發射折，射鏡4固定密封在透明燈罩7內，再將裝有光源組件12和圓錐反射鏡4的燈罩7的底部經螺釘6聯接固定於燈底座11上，燈底座11內可安裝有多功能電子閃光器9，該閃光器9可以設計成一個獨立的產品配套部件，可根據需要設置為定光或閃光兩種狀態，並且其閃光功能可以是多種閃光燈質可調，其工作電壓也可以分為固定電壓或寬電壓範圍可調兩種形式，而所有這些功能的實現使得本實用新型的實際應用範圍更廣。
本實用新型的另一個實施例是雙錐組合形式LED環射信號燈(參見圖4)。與上述實施例結構原理相同，所不同的是本實施例LED環射信號燈具有兩個圓錐形折射鏡4和4a以及與該兩個圓錐形折射鏡對應的LED光源組件12和12a，其中光源組件12a與圓錐形折射鏡4a組合應用，形成燈具上半部分環射光輸出光源組件12與圓錐形折射鏡4組合應用，形成燈具的下半部分環射光輸出。由透明燈罩7把上述兩部分的發光體包容成一個完整密閉的燈體，用聯接螺釘6把該燈體固定在燈殼底座11上。
本實施例的LED環射信號燈是一種典型的遠距離信號指示燈具，其輸出光強很高，並具較大的垂直發散角，特別適用於作海上浮標航標燈和高層建築航空障礙燈。
在本實施例LED環射信號燈中，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(圖示箭頭實線)部分被根據需要調製成具有一定的散射角度，經過圓錐形折射鏡4a的折射以後形成一個垂直散射角度為β的燈具上半部分主體環射光，其與燈具下半部分成相對水平發射的主體環射光合成，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所示散射光線一起作為燈具的環射光輸出，除了有相當高的環射光中心光強以外，其在一定的垂直發散角範圍內的光強也很高，該燈具用作海上浮標燈時，能有效克服由於浮標在水中激烈搖擺所造成的信號燈光閃光頻數的缺失現象，而它的高光強低功耗特性對於海上能源供應不足的使用場合來說，更能體現出它極大的實用價值。
當本實施例LED環射信號燈被用於高層建築航空障礙燈時，圓錐折射鏡4a的錐尖角α可根據需要被製成大於90°，它使得燈具的上半部分主體環射光的出射方向偏於水平向上的方向，這對於航行高度高於建築物的飛機駕駛員及時發現障礙物來說十分有利，而這種LED燈具的超長使用壽命對於高空維修不便的使用場合來說，更能顯示出它的極大的優越性。
圖5是本實用新型實施例之三的車用警示燈-LED環射信號燈組合燈排。圖中1為組合燈排安裝底座，2為LED環射信號燈體，3為組合燈排透明罩殼，4為組合燈排安裝夾箍。本實施例的燈具可有多個LED環射信號燈體組合成一燈排形式，成左紅右蘭光色對半配置(或為單色紅光、單色蘭色及單色黃光配置)，用安裝夾箍4將燈排固定在車輛頂部，可廣泛應用於警車、救護車、消防車及工程搶險車等特種車輛上作警示燈。
權利要求1.一種多用途發光二極體環射信號燈，主要包括光源組件、折射鏡、燈罩和燈座，其特徵在於所述光源組件由固定於印刷電路板上的發光二極體、平凸會聚透鏡、拋物面反射鏡組成，所述折射鏡為圓錐形折射鏡，其錐尖置於光源組件定向光線射出方向上，光線呈圓周360°方向擴散發射。
2.根據權利要求1所述的多用途發光二極體環射信號燈，其特徵在於所述平凸會聚透鏡為球面正透鏡或菲涅爾透鏡。
專利摘要多用途發光二極體環射信號燈包括光源組件、折射鏡、燈罩和燈座,所述光源組件由固定於印刷電路板上的發光二極體、平凸會聚透鏡、拋物面反射鏡組成,所述折射鏡為圓錐形折射鏡,其錐尖置於光源組件定向光線射出方向上,光線呈圓周360°方向擴散發射。本實用新型採用了兩次集光技術原理,將LED晶片所發出的光最大限度地收集並根據使用要求作定向發射,抗振性能好,能耗低,適用於特種車輛警示燈、航標燈、高空障礙燈及船用桅燈等。
文檔編號F21V13/04GK2462230SQ0026856
公開日2001年11月28日 申請日期2000年12月28日 優先權日2000年12月28日
發明者張文虎 申請人:張文虎