CN103900025A - 一种光线准直装置及其在led列车大灯中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光线准直装置，由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，其特征在于所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。并将其应用于一种LED列车大灯，由LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和反光杯组成，所述LED芯片阵列是由1个或者多个位于同一个平面或球面上的LED芯片组成，所述菲涅尔透镜阵列是由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，且所述每个菲涅尔透镜在位置上都对应于一个所述LED芯片，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，所述LED芯片阵列靠近所述菲涅尔透镜阵列的下表面，所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直，其特征在于所述LED列车大灯还包括远程荧光片，所述LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和远程荧光片依次平行排列，所述反光杯也包围了所述远程荧光片。
Description
技术领域
本发明涉及一种改变LED光源方向的装置及其在铁路列车照明技术中的应用。具体的是指利用菲尼尔透镜阵列和反光杯的组合来准直光线，并把其应用于铁路列车车前灯中。
背景技术
《LED绿色照明及其非成像光学设计》（《物理通报》2012年第2期）中提出了一种LED投射照明系统，此时光源需要有高效、准直的远场分布，例如，汽车前大灯、列车前大灯、手电筒等。具体思路是前端采用LED芯片，后端采用反光杯和自由曲面菲涅耳透镜组合进行光线准直。该论文提出可以采用小角度的光线利用菲涅耳透镜进行准直，大角度的光线采用自由曲面反光杯准直，最终获得满足要求的准直照明。但是在列车大灯实践应用中，这种方式在进行远程照明的时候仍然不能使光线有很小的发散角度，而且会导致一部分LED光线从系统中漏出无法产生足够的远程照度。
发明内容
本发明的主要目的是设计一种光线准直装置，以提高LED的远射性能、减少光散射、令聚焦更准确、使光束平行射出。本发明的另一个目的是设计一款在远程仍然有良好照度、光线有很少发散角度的LED列车大灯。
为实现上述目的，本发明的基本思路如下：
一种光线准直装置，由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，其特征在于所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。
优选的，其特征在于所述每个菲涅尔透镜透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。
优选的，所述光线准直装置还包括一个反光杯，其特征为所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直。
优选的，所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面。
优选的，所述菲涅尔透镜的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面。
优选的，所述的自由曲面满足方程 
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
一种LED列车大灯，由LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和反光杯组成，所述LED芯片阵列是由1个或者多个位于同一个平面或球面上的LED芯片组成
，所述菲涅尔透镜阵列是由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，且所述每个菲涅尔透镜在位置上都对应于一个所述LED芯片，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，所述LED芯片阵列靠近所述菲涅尔透镜阵列的下表面，所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直，其特征在于所述LED大灯还包括远程荧光片，所述LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和远程荧光片依次平行排列，所述反光杯也包围了所述远程荧光片。
优选的，所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。
优选的，所述每个菲涅尔透镜透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。
优选的，所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。
优选的，所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面。
优选的，所述菲涅尔透镜的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面。
优选的，所述的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
优选的，所述远程荧光片的荧光粉是涂在一个基底上，形成了所述远程荧光片。
优选的，所述反光杯的反光面的面型是自由曲面。
优选的，所述反光杯的反光面的面型是自由曲面，其特征在于所述的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
优选的，所述反光杯的出光口放置一个圆环状的遮光板。
优选的，所述遮光板外环口径与反光杯的出口外口径相等，所述遮光板的内环直径比外口径小4-10mm。
采用本方案以后，该光线准直系统特殊的配光设计，使光线发散角非常小。此外该款列车大灯保证了足够的远程照度，同时采用了远程荧光技术，可以有效地防止由于LED的热效应导致荧光粉的性能变化，从而引起的色温变化。
附图说明
图1 LED列车大灯侧面剖视图
图 2 LED列车大灯正视图
其中： 1——LED芯片阵列、2——菲涅尔透镜阵列、3——反光杯、4——远程荧光片、5——遮光板
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种光线准直装置，由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，其特征在于所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。所述每个菲涅尔透镜透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。所述光线准直装置还包括一个反光杯，其特征为所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直。
所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面。所述菲涅尔透镜的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面。所述的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
如图1所示，本发明还公开了一种LED列车大灯，由分封装在一起的LED芯片阵列1和菲涅尔透镜阵列2以及反光杯3组成，所述LED芯片阵列1是由1个或者多个位于同一个平面或球面上的LED芯片组成，所述菲涅尔透镜阵列2是由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，且所述每个菲涅尔透镜在位置上都对应于一个所述的LED芯片，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，所述LED芯片阵列1靠近所述菲涅尔透镜阵列的下表面2而且2者封装在一起成为一个整体，所述反光杯3包围所述菲涅尔透镜阵列2，所述反光杯3对经过所述菲涅尔透镜阵列2仍然有比较大发散角的光线进一步准直，所述LED大灯还包括远程荧光片4，所述LED芯片阵列1、菲涅尔透镜阵列2和远程荧光片4依次平行排列，所述反光杯3也包围了所述远程荧光片4。使用远程荧光片4可以避免荧光粉直接涂在LED光源表面导致的老化速度快、对均匀性要求高的缺点。
所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。
所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面。所述菲涅尔透镜1的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面。所述的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
所述远程荧光片4的荧光粉是涂在一个基底上，形成了所述远程荧光片。
所述反光杯3的反光面的面型是自由曲面.其特征在于所述的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
所述反光杯3的出光口放置一个圆环状的遮光板5。滤掉系统中的杂散光，以避免影响附近轨道上行驶车辆的安全行驶。所述遮光板5外环口径与反光杯的出口外口径相等，所述遮光板的内环直径比外口径小4-10mm。
Claims (10)
1.一种光线准直装置，由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，其特征在于所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。
2.根据权利要求1所述的光线准直装置，其特征在于所述每个菲涅尔透镜透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。
3.如权利要求2所述的光线准直装置，其特征为所述光线准直装置还包括一个反光杯，其特征为所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直。
4.如权利要求3所述的光线准直装置，其特征在于所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面，所述菲涅尔透镜的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面，所述的菲涅尔透镜反射部分的自由曲面和所述菲涅尔透镜的菲涅尔面的自由曲面满足方程 
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
5.一种LED列车大灯，由LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和反光杯组成，所述LED芯片阵列是由1个或者多个位于同一个平面或球面上的LED芯片组成，所述菲涅尔透镜阵列是由1个或者多个位于同一个平面或者球面上的菲涅尔透镜组成，且所述每个菲涅尔透镜在位置上都对应于一个所述LED芯片，所述菲涅尔透镜的上表面是菲涅尔面，所述LED芯片阵列靠近所述菲涅尔透镜阵列的下表面，所述反光杯包围所述菲涅尔透镜阵列，所述反光杯对经过所述菲涅尔透镜阵列仍然有比较大发散角的光线进一步准直，其特征在于所述LED大灯还包括远程荧光片，所述LED芯片阵列、菲涅尔透镜阵列和远程荧光片依次平行排列，所述反光杯也包围了所述远程荧光片。
6.根据权利要求5所述的LED列车大灯，其特征在于所述菲涅尔透镜采用中心小角度区域透射，而大角度区域全反射设计。
7.根据权利要求6所述的LED列车大灯，其特征在于所述每个菲涅尔透镜透射与反射的临界角度为A,A的取值范围35-55度，即前端光源出射光线小于A的可以通过透射部分透过，大于等于A的光线通过反射部分出射。
8.根据权利要求7所述的LED列车大灯，其特征在于所述菲涅尔透镜的每个菲涅尔面区域是自由曲面，所述菲涅尔透镜的反射部分也是自由曲面，所述菲涅尔透镜的菲涅尔面采用的自由曲面可以为球面，椭球面，抛物面，双曲面，非球面，及任意形状的旋转对称曲面，所述的菲涅尔透镜反射部分的自由曲面和所述菲涅尔透镜的菲涅尔面的自由曲面满足方程
，这种面型既可以做成旋转对称的，又可以做成非对称的。
9.根据权利要求8所述的LED列车大灯，其特征在于所述远程荧光片的荧光粉是涂在一个基底上，形成了所述远程荧光片。
10.根据权利要求9所述的LED列车大灯，其特征在于在所述反光杯的出光口放置一个圆环状的遮光板，所述遮光板外环口径与反光杯的出口外口径相等，所述遮光板的内环直径比外口径小4-10mm。
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2013
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