CN101556002B - 一种用于大功率led交通信号灯的光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，包括大功率LED光源，还包括非球面凹透镜、菲涅尔凸透镜，所述大功率LED光源发出的光线通过非球面凹透镜形成圆盘形光斑折射到菲涅尔凸透镜，所述菲涅尔凸透镜将该圆盘形光斑折射为平行光线射出。按本发明技术方案，将大功率LED光源与透镜光系统相结合，对大功率LED光源射出的光线进行匀光处理，形成面光源，使交通信号灯的达到能耗低、视角大、亮度恒定、制造方便、提高平均无故障工作时间等特点。

Description

一种用于大功率LED交通信号灯的光系统

技术领域

本发明属于交通信号灯领域，特别是涉及一种用于大功率LED交通信号灯的光系统。

背景技术

近年来，新材料、新技术在道路交通领域不断得到应用，尤其是发光二极管(LED)在道路交通领域的广泛应用更是有目共睹。1999年我国部分城市开始试用LED光源的道路交通信号灯。LED道路交通信号灯的光源是由很多的小功率LED组成，按一定规则的排列成相应的图案，因此该类产品是点光源而是不是面光源。由于以往的交通信号灯由串、并联电路组成的LED阵列组成。个别LED损坏将会使几个LED管不亮。严重的影响整灯的美观，经常可以看到道路上的信号灯存在缺块现象。另外一个信号灯往往由几十个到几百个发光管组成，装配麻烦，焊点多，故障率高。印刷线路板大，加工线路板也污染环境。而且看到的图案也总是由点光源组成。

而如今，随着大功率LED封装技术的发展，它的封装外壳带有扁平导热板，从而缩短发光管芯片结点与导热板的距离，大大的降低了热阻，能把热量很快地散发出来，使用能耐高温的环氧树脂，解决了高温和散热问题，因此可以利用大芯片进行封装，致使其工作电流可由一般的20mA增大到500mA甚至1000mA，其功率可达到5W到10W。但是单颗大功率LED作为光源时，如何能够射出射光均匀光问题，又是一个新面临的问题，如果不是均匀光，则交通信号灯的外表看起来就是中间亮而越往外就越暗，也不符合交通信号灯标准。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种既可采用大功率LED光源又可射出匀光的用于大功率LED交通信号灯的光系统。

一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，包括大功率LED光源，还包括非球面凹透镜、菲涅尔凸透镜，所述大功率LED光源发出的光线通过非球面凹透镜形成光圆盘折射到菲涅尔凸透镜，所述菲涅尔凸透镜将该光圆盘折射为平行光线射出，所述非球面凹透镜呈圆台状，其左底面中心设有作为入光面的凹面，其右底面设有作为出光面的凸曲面，所述的凹面从左至右由圆台凹面和圆锥凹组成，所述左底面直径小于右底面直径。

作为优选，所述非球面凹透镜的入光面为凹面，所述非球面凹透镜的出光面为凸曲面，且所述非球面凹透镜的折射率为1.4-2.0；

所述菲涅尔凸透镜的焦距为125mm-160mm。

作为优选，所述非球面凹透镜的折射率为1.65，所述菲涅尔凸透镜的焦距为130mm。

作为优选，所述圆锥凹面的母线与非球面凹透镜的中心线形成的角度α为30°-37.5°，所述圆台凹面的母线与中心线形成的角度β为32.5°-42.5°，所述非球面凹透镜的母线与中心线形成的角度γ为12°-16°；其中以中心线为Z轴，以中心线与凸曲面的顶点为坐标原点(0，0)，所述凸曲面由曲线

绕原点(0，0)沿Z轴旋转360°而成，其中R＝-6.35，k＝-62，A＝-1.76566e^-5，B＝2.41448e^-7，C＝-3.16532e^-10。

作为优选，所述圆锥凹面的母线与非球面凹透镜的中心线形成的角度α为32°，所述圆台凹面的母线与中心线形成的角度β为35°，所述非球面凹透镜的母线与中心线形成的角度γ为13°。

作为优选，所述左底面直径为18mm-25mm，所述圆台凹面的底面的直径为15mm-23mm，所述圆台凹面的高为1.3mm-2mm，所述圆锥凹面的高为1.8mm-2.5mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为15mm-25mm。

作为优选，所述左底面直径为23mm，所述圆台凹面的底面的直径为20mm，所述圆台凹面的高为1.7mm，所述圆锥凹面的高为2mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为20mm。

作为优选，所述非球面凹透镜和菲涅尔凸透镜由亚克立材料压铸而成。

作为优选，所述大功率LED光源的功率为10W。

按本发明的技术方案，将大功率LED光源与透镜光系统相结合，对大功率LED光源射出的光线进行匀光处理，形成面光源。使交通信号灯达到能耗低、视角大、亮度恒定、制造方便、提高平均无故障工作时间等特点。而且采用非球面凹透镜，将大功率LED灯发出的25度左右的光线散焦到菲涅尔透镜上形成均匀的光圆盘，从而通过菲涅尔凸透镜，把非球面凹透镜来的光线折射为平行光线。

附图说明

图1为本发明中光系统中的光路示意图。

图2为本发明中非球面凹透镜的结构示意图。

图3为本发明中非球面凹透镜中凸曲面形成坐标图。

图4为本发明中非球面凹透镜中心剖视图。

具体实施方式

下面结合附图1图2附图3附图4与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，包括大功率LED光源1，还包括非球面凹透镜2、菲涅尔凸透镜3，所述大功率LED光源1发出的光线通过非球面凹透镜2形成光圆盘折射到菲涅尔凸透镜3，所述菲涅尔凸透镜3将该光圆盘折射为平行光线射出，其中：所述非球面凹透镜2和菲涅尔凸透镜3由亚克立材料即PMMA材料压铸而成，所述非球面凹透镜2，其主要是将大功率LED灯发出的25度左右的光线散焦到菲涅尔透镜上形成均匀的圆光斑，而菲涅尔凸透镜，其表面是有许多斜齿状等距离的同心圆构成，斜齿上面的斜度，与同心圆离圆心的距离是成正比的，越接近圆心它的斜度就越小，在光学作用上等同于凸透镜，而宏观看，其为平面状，其主要为将非球面凹透镜2来的光线折射为平行光线，其焦距等于菲涅尔凸透镜的中心到圆光斑的虚焦距5。也正因为有了菲涅尔凸透镜，才使得最后发射出的光的效果为面光源。

为了适应交通信号灯的效果，一般所述菲涅尔凸透镜3的焦距为125mm-160mm，而且所述光圆盘，即大功率LED灯发出的25度左右的光线经过非球面凹透镜2其折射后的光线形成圆盘状，该光圆盘的直径一般可达到380mm-410mm，所述大功率LED光源中心点距离该光圆盘为145mm-155mm。

而本实施例中其大功率LED光源的功率为10W，其发光角度为25度左右，而菲涅尔凸透镜3的焦距为130mm即可，而且形成的光圆盘的直径为400mm，正好与菲涅尔凸透镜3匹配。所述大功率LED光源中心点距离光圆盘为130mm。而且所述非球面凹透镜2的入光面22采用凹面，所述非球面凹透镜2的出光面21采用凸曲面，且所述非球面凹透镜的折射率在1.5-2.0，为了更好的形成直径为400mm的光圆盘，其折射率一般为1.56即可。

同时，本实施例中所述非球面凹透镜2其形状采用圆台状，在其左底面中心设有作为入光面22的凹面，其右底面设有作为出光面21的凸曲面，所述的凹面从左至右由圆台凹面221和圆锥凹面222组成，所述左底面直径小于右底面直径。而且所述圆锥凹面222的母线与非球面凹透镜2的中心线4形成的角度α为32°，所述圆台凹面222的母线与中心线4形成的角度β为35°，所述非球面凹透镜2的母线与中心线4形成的角度γ为13°；其中以中心线4为Z轴，以中心线与凸曲面的顶点为坐标原点(0，0)，所述凸曲面由曲线绕原点(0，0)沿Z轴旋转360°而成，即如图3中所示曲线211，其中R＝-6.35，k＝-62，A＝-1.76566e^-5，B＝2.41448e^-7，C＝-3.16532e^-10。同时，所述左底面直径为23mm，所述圆台凹面221的底面的直径为20mm，所述圆台凹面221的高为1.7mm，所述圆锥凹面222的高为2mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为20mm。

实施例2

其基本结构与实施例1相同，不同之处为，大功率LED光源的功率为20W，其发光角度为35度左右，而菲涅尔凸透镜3的焦距为150mm即可，而且形成的光圆盘的直径为410mm，正好与菲涅尔凸透镜3匹配。所述大功率LED光源中心点距离光圆盘为150mm。且所述非球面凹透镜2的折射率为1.8。而且所述圆锥凹面222的母线与非球面凹透镜2的中心线4形成的角度α为35°，所述圆台凹面222的母线与中心线4形成的角度β为40°，所述非球面凹透镜2的母线与中心线4形成的角度γ为15°所述非球面凹透镜2的左底面直径为24mm，其上圆台凹面221的底面的直径为22mm，所述圆台凹面221的高为1.9mm，所述圆锥凹面222的高为2.3mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为24mm。

当然，本发明的技术方案，还可以有其他形式，而本实施例中只给出了一种比较具体的方式，为了适应交通信号灯的效果，非球面凹透镜的圆锥凹面222的母线与非球面凹透镜2的中心线4形成的角度α为30°-37.5°，所述圆台凹面222的母线与中心线4形成的角度β为32.5°-42.5°，所述非球面凹透镜2的母线与中心线4形成的角度γ为12°-16°；且左底面直径为18mm-25mm，所述圆台凹面的底面直径为15mm-23mm，所述圆台凹面的高为1.3mm-2mm，所述圆锥凹面高为1.8-2.5mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为15-25mm，较佳，而非球面凹透镜2也还可以有其他形式的形状。

Claims (9)

1.一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，包括大功率LED光源(1)，非球面凹透镜(2)、菲涅尔凸透镜(3)，所述大功率LED光源(1)发出的光线通过非球面凹透镜(2)形成光圆盘折射到菲涅尔凸透镜(3)，所述菲涅尔凸透镜(3)将该光圆盘折射为平行光线射出，其特征在于，所述非球面凹透镜(2)呈圆台状，其左底面中心设有作为入光面(22)的凹面，其右底面设有作为出光面(21)的凸曲面，所述的凹面从左至右由圆台凹面(221)和圆锥凹面(222)组成，所述左底面直径小于右底面直径。

2.根据权利要求1所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述非球面凹透镜(2)的入光面(22)为凹面，所述非球面凹透镜(2)的出光面(21)为凸曲面，且非球面凹透镜(2)的折射率为1.4-2.0；

所述菲涅尔凸透镜(3)的焦距为125mm-160mm。

3.根据权利要求2所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述非球面凹透镜(2)的折射率为1.65，所述菲涅尔凸透镜(3)的焦距为130mm。

4.根据权利要求1所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述圆锥凹面(222)的母线与非球面凹透镜(2)的中心线(4)形成的角度α为30°-37.5°，所述圆台凹面(222)的母线与中心线(4)形成的角度β为32.5°-42.5°，所述非球面凹透镜(2)的母线与中心线(4)形成的角度γ为12°-16°；其中以中心线(4)为Z轴，以中心线与凸曲面的顶点为坐标原点(0，0)，所述凸曲面由曲线

绕原点(0，0)沿Z轴旋转360°而成，其中R＝-6.35，k＝-62，A＝-1.76566e^-5，B＝2.41448e^-7，C＝-3.16532e^-10。

5.根据权利要求4所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述圆锥凹面的母线与非球面凹透镜的中心线形成的角度α为32°，所述圆台凹面的母线与中心线(4)形成的角度β为35°，所述非球面凹透镜的母线与中心线形成的角度γ为13°。

6.根据权利要求5所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述左底面直径为18mm-25mm，所述圆台凹面的底面直径为15mm-23mm，所述圆台凹面高为1.3mm-2mm，所述圆锥凹面高为1.8mm-2.5mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为15mm-25mm。

7.根据权利要求6所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述左底面直径为23mm，所述圆台凹面(221)的底面的直径为20mm，所述圆台凹面(221)的高为1.7mm，所述圆锥凹面(222)的高为2mm，所述左底面中心点至凸曲面顶点的距离为20mm。

8.根据权利要求7所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述非球面凹透镜(2)和菲涅尔凸透镜(3)由亚克立材料压铸而成。

9.根据权利要求8所述一种用于大功率LED交通信号灯的光系统，其特征在于，所述大功率LED光源(1)的功率为10W。

Images