CN103868022A - 一种用于飞机前航行灯的led透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机前航行灯的LED透镜，包括用于收集LED光源发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统，以及用于调整内部全反射系统出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统，所述内部全反射系统上设有用于收集LED光源发出的光线的凹槽。本LED透镜可满足飞机前航行灯的配光要求，实现方式简单，而且可以一体成型，安装较为简单，成本较低，还降低了维修难度以及维修隐患，有助于推广LED光源在飞机前航行灯中的应用，可广泛应用于飞机前航行灯中。

Description

一种用于飞机前航行灯的LED透镜

技术领域

本发明涉及一种LED透镜，特别是一种用于飞机前航行灯的LED透镜。

背景技术

LED光源作为一种新的照明光源正在快速进入照明领域，相比于传统光源，LED光源具有高光效、低能耗、长寿命、高可靠性等优点，在照明领域具有鲜明的优势。

随着LED技术的发展，LED照明也逐步向特种照明领域渗透，目前已经在汽车、铁路、船舶及航天等领域得到大量应用。航天领域中，飞机航行灯用于在夜间飞行时，引起在相同空间飞行的其它飞机的注意，以避免飞机之间发生碰撞。传统的飞机航行灯中主要使用的是白炽灯，其本身使用寿命有限，而且在恶劣的飞行环境中，其寿命进一步缩短，而因航行灯寿命问题而带来的频繁更换航行灯的情况，不仅导致高昂的维修费用，严重时还会导致航班晚点，因此将LED光源应用在飞机航行灯中是重要而迫切的。由于LED光源发出的光线具有良好的可控性，因此可以设计不同的透镜对其发出的光线进行重新分配，以满足应用要求。

但是，对飞机前航行灯来说，因为其光学分布具有特定的要求，如图1和图2所示，图1是飞机右前航行灯的水平截面的配光要求示意图，其为非对称配光，以飞机飞行前进方向为0°角，右边机翼前航行灯在0度角方向至顺时针10°方向角内的光强的最小值为40cd，10°方向角至顺时针20°的方向角内的光强的最小值为30cd，20°方向角至顺时针110°方向角内的光强的最小值5cd。左边机翼的飞机左前航行灯的水平截面的配光要求与图1中的对称。图2是飞机前航行灯的垂直截面的水平面以上的配光要求示意图，以飞机前进方向作为0°方向角，在0°方向角往上至5°的方向角内，光强的最小值应为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.9倍，在5°方向角往上至10°的方向角内，光强的最小值为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.8倍，在10°方向角往上至15°的方向角内，光强的最小值为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.7倍，在15°方向角往上至20°的方向角内，光强的最小值为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.5倍，在20°方向角往上至30°的方向角内，光强的最小值为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.3倍，在30°方向角往上至40°的方向角内，光强的最小值为飞机前航行灯前行方向上最大值的0.1倍。水平面以下（即0°方向角往下）的角度内的光强分布要求与图2的分布对称。目前的用于LED光源的透镜一般只能简单地对光线进行聚拢或扩散等，无法满足图1和图2中的飞机前航行灯的配光要求，因此可能需要采用多个LED光源结合多个透镜的方式或者采用补充光照的方式来实现前航行灯方案，方案复杂、成本高，而且安装繁琐，维修隐患也大，不利于LED光源在飞机前航行灯中的应用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种用于飞机前航行灯的LED透镜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于飞机前航行灯的LED透镜，包括用于收集LED光源发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统，以及用于调整内部全反射系统出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统，所述内部全反射系统上设有用于收集LED光源发出的光线的凹槽。

进一步，所述内部全反射系统包括第一全反射面、第二全反射面、光学折射面以及出射面，所述LED光源发出的光线通过光学折射面入射到内部全反射系统中，经第一全反射面和/或第二全反射面全反射后通过出射面出射。

进一步，所述光学棱镜系统包括入射面、折射反射面、第一出光面和第二出光面，内部全反射系统的出射面出射的光线从入射面入射到光学棱镜系统中并入射到折射反射面上，其中一部分光线经折射反射面折射后出射，剩余光线在折射反射面处发生全反射，然后一部分全反射光线经由第一出光面折射后出射，剩余的全反射光线经由第二出光面折射后出射。

进一步，所述折射反射面包括第一折射反射面和第二折射反射面，在第一折射反射面处发生全反射的光线经由第一出光面折射后出射，而在第二折射反射面处发生全反射的光线经由第二出光面折射后出射。

进一步，所述第一出光面包括折射出光面一和折射出光面二，所述折射出光面一为平面或曲面，所述折射出光面二为曲面。

进一步，所述第一折射反射面、第二折射反射面和第二出光面为平面或曲面。

进一步，所述第一全反射面、第二全反射面、光学折射面以及出射面为平面或曲面。

进一步，所述内部全反射系统和光学棱镜系统采用光学塑料或光学玻璃。

本发明的有益效果是：本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，包括用于收集LED光源发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统，以及用于调整内部全反射系统出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统，所述内部全反射系统上设有用于收集LED光源发出的光线的凹槽，本LED透镜通过合理设置内部全反射系统以及光学棱镜系统的结构，可满足飞机前航行灯的配光要求，实现方式简单，而且可以一体成型，安装较为简单，成本较低，还降低了维修难度以及维修隐患，有助于推广LED光源在飞机前航行灯中的应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是飞机右前航行灯的水平截面的配光要求示意图；

图2是飞机前航行灯的垂直截面的水平面以上的配光要求示意图；

图3是本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜的第一示意图；

图4是本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜的第二示意图；

图5是本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜的第三示意图；

图6是本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜的第四示意图；

图7是对本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜进行光线追迹的第一示意图；

图8是对本发明的一种用于飞机前航行灯的LED透镜进行光线追迹的第二示意图；

图9是本发明的具体实施例的第一次配光示意图；

图10是本发明的具体实施例的第二次配光示意图；

图11是本发明的具体实施例的第三次配光示意图。

具体实施方式

参照图3和图4，本发明提供了一种用于飞机前航行灯的LED透镜，包括用于收集LED光源11发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统12，以及用于调整内部全反射系统12出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统13，所述内部全反射系统12上设有用于收集LED光源11发出的光线的凹槽。

进一步作为优选的实施方式，参照图5，所述内部全反射系统12包括第一全反射面121、第二全反射面122、光学折射面123以及出射面124，所述LED光源11发出的光线通过光学折射面123入射到内部全反射系统12中，经第一全反射面121和/或第二全反射面122全反射后通过出射面124出射。

进一步作为优选的实施方式，所述光学棱镜系统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，内部全反射系统12的出射面124出射的光线从入射面130入射到光学棱镜系统13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光线经折射反射面131折射后出射，剩余光线在折射反射面131处发生全反射，然后一部分全反射光线经由第一出光面132折射后出射，剩余的全反射光线经由第二出光面133折射后出射。

进一步作为优选的实施方式，参照图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处发生全反射的光线经由第一出光面132折射后出射，而在第二折射反射面1312处发生全反射的光线经由第二出光面133折射后出射。

进一步作为优选的实施方式，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为平面或曲面，所述折射出光面二1322为曲面。

进一步作为优选的实施方式，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为平面或曲面。

进一步作为优选的实施方式，所述第一全反射面121、第二全反射面122、光学折射面123以及出射面124为平面或曲面。

进一步作为优选的实施方式，所述内部全反射系统12和光学棱镜系统13采用光学塑料或光学玻璃。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，参照图3~图11，本发明提供了一种用于飞机前航行灯的LED透镜，如图3和图4所示，包括用于收集LED光源11发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统12，以及用于调整内部全反射系统12出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统13，内部全反射系统12上设有用于收集LED光源11发出的光线的凹槽，如图3所示，在全反射系统12上设置一个凹槽，安装LED光源11时将LED光源11的发光面安装在凹槽内，因此可以收集更多的光线使其进入全反射系统12，提高光线利用率。

参照图5，内部全反射系统12包括第一全反射面121、第二全反射面122、光学折射面123以及出射面124，LED光源11发出的光线通过光学折射面123入射到内部全反射系统12中，经第一全反射面121和/或第二全反射面122全反射后通过出射面124出射。光学棱镜系统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，内部全反射系统12的出射面124出射的光线从入射面130入射到光学棱镜系统13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光线经折射反射面131折射后出射，剩余光线在折射反射面131处发生全反射，然后一部分全反射光线经由第一出光面132折射后出射，剩余的全反射光线经由第二出光面133折射后出射。

参照图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，如图7所示，在第一折射反射面1311处发生全反射的光线经由第一出光面132折射后出射，而在第二折射反射面1312处发生全反射的光线经由第二出光面133折射后出射，参照图8所示。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为平面或曲面，折射出光面二1322为曲面。因此，由折射出光面二1322折射后出射的光线将具有更大的折射角度，反映在图7中则表现为出射方向往右边偏转。通过合理设计第一折射反射面1311和第二折射反射面1312的倾斜角度或形状，可以控制全反射光线的出射角度和方向，还可以控制从第一折射反射面1311和第二折射反射面1312处折射出去的光线的比例，而通过合理设计折射出光面一1321和折射出光面二1322的倾斜角度或形状，则可以控制从本LED透镜出射的光线的出射角度和方向，通过控制第二出光面133的尺寸和形状，则可以控制由第二出光面133折射后出射的光线的比例和方向，本实施例中，调整光线的光学分布指的是调整光线在各个方向出射的光线的比例。总的来说，本LED透镜的光学棱镜系统13用于调整光线的出光方向及光学分布，从而使最后出射的光线满足飞机前航行灯的照明要求。

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、光学折射面123以及出射面124为平面或曲面，即以上的各个面均可以制作成平面或曲面。本实施例中的曲面指自由曲面，其具体曲面形状、尺寸及详细参数依据其使用的LED光源11的不同而变化。

内部全反射系统12和光学棱镜系统13采用光学塑料或光学玻璃等光学材料。

本实施例主要是以用于飞机右前航行灯的LED透镜为例，飞机前航行灯是安装在机翼的，左边机翼安装红色光源，右边机翼安装绿色光源，因此飞机左前航行灯使用的LED光源为红光LED，飞机右前航行灯使用的LED光源为绿光LED，因为两边的光源颜色不一样，折射率不一样，因此应用在左航行灯和右航行灯上的LED透镜的具体参数略有不同。

下面结合具体配光的变化来描述本LED透镜的工作原理。

LED光源11发出的光线经过内部全反射系统12进行全反射后，其呈小角度出射，此为第一次配光，此时出射光线的配光曲线201如图9所示，由图中坐标系与飞机14的位置关系可以看出，图中的直角坐标系统的Y轴方向为飞机14的航行方向，本实施例中，配光曲线201的发光角度202为40度，实际应用中，并不对发光角度202做任何限制，只要能满足图2中飞机前航行灯的垂直界面的配光要求的角度都是可以的。

从内部全反射系统12出射的小角度光线从光学棱镜系统13的入射面130入射到光学棱镜系统13中并入射到折射反射面131上，其中一部分光线经折射反射面131折射后出射，剩余光线在折射反射面131处发生全反射，此为第二次配光，此时在折射反射面131处全反射后的光线的配光曲线301如图10所示，与图9中坐标系与飞机14的位置关系类似，图中的直角坐标系统的Y轴方向为飞机14的航行方向，配光曲线301的最大光强值的点与直角坐标系的Y轴形成夹角302，夹角302的大小可根据飞机前航行灯的配光要求进行调整，本实施例中，通过调整折射反射面131的第一折射反射面1311和第二折射反射面1312的倾斜角，将夹角302调整到16度。

参照图11所示，同样的，与图9中坐标系与飞机14的位置关系类似，图中的直角坐标系统的Y轴方向为飞机14的航行方向。在折射反射面131处发生全反射后，一部分全反射光线经由第一出光面132折射后出射，该部分出射光的配光曲线为图11中的配光曲线401，剩余的全反射光线经由第二出光面133折射后出射，形成图11中的配光曲线402，这里即为第三次配光。图11中的配光曲线402满足图1中的20°方向角至顺时针110°方向角内的光强值。因此，本LED透镜满足飞机前航行灯的配光要求，直接结合LED光源跟本LED透镜即可构造飞机前航行灯，实现方式简单，而且可以一体成型，安装较为简单、方便，成本较低，还降低了维修难度以及维修隐患，有助于推广LED光源在飞机前航行灯中的应用，具有重要的推广意义。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种用于飞机前航行灯的LED透镜，其特征在于，包括用于收集LED光源（11）发出的光线并对其进行全反射使其呈小角度出射的内部全反射系统（12），以及用于调整内部全反射系统（12）出射的小角度光线的出光方向及光学分布的光学棱镜系统（13），所述内部全反射系统（12）上设有用于收集LED光源（11）发出的光线的凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，其特征在于，所述内部全反射系统（12）包括第一全反射面（121）、第二全反射面（122）、光学折射面（123）以及出射面（124），所述LED光源（11）发出的光线通过光学折射面（123）入射到内部全反射系统（12）中，经第一全反射面（121）和/或第二全反射面（122）全反射后通过出射面（124）出射。

3.根据权利要求2所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，其特征在于，所述光学棱镜系统（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），内部全反射系统（12）的出射面（124）出射的光线从入射面（130）入射到光学棱镜系统（13）中并入射到折射反射面（131）上，其中一部分光线经折射反射面（131）折射后出射，剩余光线在折射反射面（131）处发生全反射，然后一部分全反射光线经由第一出光面（132）折射后出射，剩余的全反射光线经由第二出光面（133）折射后出射。

4.根据权利要求3所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，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）处发生全反射的光线经由第一出光面（132）折射后出射，而在第二折射反射面（1312）处发生全反射的光线经由第二出光面（133）折射后出射。

5.根据权利要求4所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，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）为平面或曲面，所述折射出光面二（1322）为曲面。

6.根据权利要求4所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，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）为平面或曲面。

7.根据权利要求2所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，其特征在于，所述第一全反射面（121）、第二全反射面（122）、光学折射面（123）以及出射面（124）为平面或曲面。

8.根据权利要求1所述的一种用于飞机前航行灯的LED透镜，其特征在于，所述内部全反射系统（12）和光学棱镜系统（13）采用光学塑料或光学玻璃。

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