CN107448784A - 一种led为光源的精密进近航道指示器的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，依序由一组含透镜的红光LED和白光LED阵列的光源组件，以及一组分成两半的透镜和夹在分成两半的透镜之间的一块隔板，一组棱镜组件和一组透镜组件组成光学系统，红光LED和白光LED阵列经过透镜阵列后，红光在上，白光在下；紧邻进入分成两半的透镜，红光在上，白光在下；所述棱镜组件的中心分界面与隔板共面，紧邻排列，红光通过上半棱镜，白光通过下半棱镜；调整透镜组件和棱镜组件的位置，使棱镜组件出光面的中心线位于透镜组件的焦平面处或附近。优点是：在于提供一种发光效率高、系统能耗低、使用寿命长、颜色的准确性和可靠性好的飞机精密进近航道指示器的光学系统。

Description

一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统
技术领域
本发明涉及光学技术，特别是涉及一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统。
背景技术
目前机场使用的飞机精密进近航道指示系统（PAPI）能够为飞行员提供5种坡度信号，分别为：高于进近航道、稍高于进近航道、在进近航道、稍低于进近航道和低于进近航道。正确的进近航道坡度为3°。
系统采用4台能发出红白两种颜色光的灯具，每台灯具为3套光轴在同一水平面上的光学单元组成。光学单元通常采用功率为105-300W的卤钨灯作为光源，通过由反射器、滤色片以及光学透镜组组成的光学系统，使得出射的指示信号能够达到相关标准。
根据MH5001-2006民用机场飞行区技术标准、中华人民共和国民用航空行业标准—精密进近航道指示系统技术条件和美国联邦航空局（FAA）的相关标准，PAPI系统需要在300米处形成一个水平方向±10°，垂直方向±4°椭圆的光斑，椭圆的上半部分为白光，下半部分为红光，红光和白光之间的中心过渡角度应当小于3′，边缘过渡角小于5′。
现行PAPI 的光学系统存在以下几方面的缺陷：
1、使用卤钨灯作为光源，要能够产生满足要求的信号，其功率要求非常高，因而系统的运行成本很高；
2、系统需要长时间运行，卤钨灯的寿命相对较短，灯泡损坏会对飞机的降落带来安全隐患，因而需要机场频繁更换灯泡，维护成本也较高；
3、由于卤钨灯光衰的原因使得系统在运行一段时间后发出的信号可能出现误差，对飞机的降落产生安全隐患；
4、由于信号需要红光和白光两部分，卤钨灯系统采用红色滤光片产生红光，其实降低了光能的利用率；并且红光难以满足纯度要求。
申请号201010603774.5公开了一种以LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统。该光学系统由一组含反射器的红光LED阵列和含反射器的白光LED阵列,以及一块直角棱镜和一块非球面镜组成；其中，经准直的红光LED阵列和白光LED阵列相对放置，红光在上，白光在下；直角棱镜设置于红光LED阵列和白光LED阵列的平分面上；非球面镜放置于直角棱镜前；调整两个LED阵列和棱镜的位置,使直角棱镜的直角棱位于非球面镜的焦平面处或附近。使用该光学系统的指示器能够发出完全满足相关国际标准的光束信号，以帮助飞行员进近航道时调整飞机坡度安全降落。
发明内容
本发明的目的在于：提供发光效率高、系统能耗低、使用寿命长、颜色的准确性和可靠性好的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统。
针对现有技术，本发明目的通过下述方案实现：一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，包括红光LED和白光LED作为光源，其特征在于：依序由一组含透镜的红光LED和白光LED阵列的光源组件，以及一组分成两半的透镜和夹在分成两半的透镜之间的一块隔板，一组棱镜组件和一组透镜组件组成光学系统，其中，红光LED和白光LED阵列经过透镜后，红光在上，白光在下；自分成两半的透镜聚光后进入红光在上，白光在下棱镜组件；所述的棱镜组件分为上棱镜组件和下棱镜组件，且上、下棱镜组件的中心分界面上下不透光，所述的棱镜组件的出光面的中心线靠近一组透镜组件的焦平面处。
在上述方案基础上，所述棱镜组件的出光面的中心线没有倒边。
在上述方案基础上，所述棱镜组件除通光面外，其余面镀有反光膜。
在上述方案基础上，所述光源组件采用红光LED和白光LED作为光源，由红光LED阵列和白光LED阵列分别固定在PCB板的上、下部，组成光源阵列，将透镜对应LED放置，通过该透镜的作用，使得出射的光束汇聚。
在上述方案基础上，所述的红光LED阵列有12个红光LED排布在PCB板上部；与之对称的，所述的白光LED阵列有12个白光LED排布在PCB板下部。
在上述方案基础上，所述透镜设有不透明材质的透镜外壳。
在上述方案基础上，所述夹在分成两半的透镜作为一只透镜的组成部分分为上、下半透镜，所述的隔板不透明材质，夹在上、下半透镜，使红光通过上半透镜，白光通过下半透镜。
在上述方案基础上，所述隔板与棱镜组件的中心分界面共面，紧邻排列；红光通过上半棱镜，白光通过下半棱镜。
在上述方案基础上，透镜组件由一片或多片组成，调整透镜组件与所述的棱镜组件的间距，使棱镜组件出光面的中心线靠近透镜组件的焦平面处。
本发明还提供一种所述光学系统在LED为光源的精密进近航道指示器。
本发明使用红光和白光LED阵列取代卤钨灯作为光源，降低系统的能耗，通过光学设计使系统不但发出满足国际标准要求的光信号并且提高其对光能的利用率。
附图说明
图1为本发明的光学系统的示意图；
图2为本发明的红光LED和白光LED阵列组件11的示意图；
图3为本发明的光学系统的透镜12的示意图；
图中标号说明：
1——光源组件；
11——红光LED和白光LED阵列组件；111——PCB板；
12——透镜；
13——透镜外壳；14——红光LED；15——白光LED；
2——隔板；
3——分成两半的透镜；
31——上半透镜；32——下半透镜；
4——棱镜组件；
41——上半棱镜；42——下半棱镜；
43——棱镜组件出光面的中心线；44——棱镜组件的中心分界面；
5——透镜组。
具体实施方式
如图1为本发明的光学系统的示意图和图2为本发明的红光LED和白光LED阵列组件11的示意图所示：
提供一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，包括红光LED和白光LED作为光源，依序由作为光源的一组含透镜的红光LED和白光LED阵列的光源组件1，以及一组分成两半的透镜3和夹在分成两半的透镜3之间的一块隔板2，一组棱镜组件4和一组透镜组件5组成光学系统，其中，红光LED14和白光LED15阵列经过透镜12后，红光在上，白光在下；紧邻进入两半透镜3，隔板2夹在上、下半透镜31、32之间，红光在上，白光在下；所述的棱镜组件4分为上棱镜组件41和下棱镜组件42，且上、下棱镜组件41、42的中心分界面44上下不透光，该中心分界面44与隔板2共面，紧邻排列，所述的棱镜组件4的出光面的中心线43靠近一组透镜组件5的焦平面处。
所述棱镜组件4的出光面的中心线43没有倒边。
所述棱镜组件4除通光面外，其余面镀有反光膜。红光通过上半棱镜41，白光通过下半棱镜42；所述透镜组5放置于棱镜组件4后，调整透镜组5和棱镜组4的位置，使棱镜组件4出光面的中心线43位于透镜组的焦平面处或附近。
本发明所述光源组件1采用红光LED14和白光LED15作为光源，由红光LED阵列14和白光LED阵列15分别固定在PCB板111的上、下表面，组成光源阵列11，将透镜12对应LED放置，通过该透镜的作用，使得出射的光束汇聚。
如图2所示，所述的红光LED14阵列有12个红光LED排布在PCB板111上部；与之对称的，所述的白光LED15阵列有12个白光LED排布在PCB板111下部。
如图3本发明的光学系统的透镜12的示意图所示，所述透镜12设有不透明材质的透镜外壳13。
如图1所示，所述夹在分成两半的透镜3作为一只透镜的组成部分分为上、下半透镜31、32，所述的隔板2采用不透明材质，夹在上、下半透镜31、32，使红光通过上半透镜31，白光通过下半透镜32。
所述隔板2与棱镜组件4的中心分界面44共面，紧邻排列；红光通过上半棱镜41，白光通过下半棱镜42。
透镜组件5由一片或多片组成，调整透镜组件5与所述的棱镜组件4的间距，使棱镜组件4出光面的中心线43靠近透镜组件5的焦平面处。
本光学系统的制作如下：
1、为了能够提高效率，并且得到红白两色光束，系统采用红光LED14和白光LED15作为光源，其中，红光LED14和白光LED15焊接在PCB板上，组成光源阵列11，该阵列可由12pcs红光LED和12pcs白光LED组成，但不限于这个数量；红光LED14位于PCB板111上部，白光LED15位于PCB板111下部；
2、将透镜12对应LED放置，形成含透镜的红光LED和白光LED阵列组件1，通过该透镜的作用，使得出射的光束汇聚；
3、隔板2夹在两半透镜3之间；红光通过上半透镜，白光通过下半透镜，使得光束再次汇聚；
4、将棱镜组件4的中心分界面44与隔板2共面，紧邻排列；
5、将透镜组5放置于棱镜组件4后，透镜组5作为投射物镜，使两色光束按照一定的视场角和光强分布，以及在300米处两色光过渡区角度的要求投射出去；
6、调整透镜组5的前后位置，使棱镜组件4的出光面中心线43位于透镜组5的焦平面附近，使得水平方向和垂直方向所展开的视场角满足相关国际标准。
7、经透镜组5后，能够出射满足相关标准的光束，即形成一两色光束，上半部分为白光，下半部分为红光；在300m处，红白两色光束的中心过渡角小于3′，边缘过渡角小于5′；光束水平方向视场角大于±10°，垂直方向视场角大于±4° ；红光中心光强大于15000cd，白光的中心光强为相应红光区光强的2-6.5倍，在整个视角范围内，光强分布可以满足相关要求。
光路原理是：红光LED14和白光LED15阵列经过透镜12阵列后，红光在上，白光在下；紧邻进入分成两半的透镜3，隔板2夹在上、下半透镜31、32之间，红光在上，白光在下；所述棱镜组件4的中心分界面44与隔板2共面，紧邻排列，红光通过上半棱镜41，白光通过下半棱镜42；所述透镜组5放置于棱镜组件4后，调整透镜组5和棱镜组4的位置，使棱镜组4的出光面的中心线43位于透镜组的焦平面处或附近。
采用该发明的光学系统可以制成精密进近航道指示器。可以使用若干台精密进近航道指示器来组成精密进近航道指示系统，帮助飞行员降落飞机。

Claims (10)

1.一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，包括红光LED和白光LED作为光源，其特征在于：依序由一组含透镜的红光LED（14）和白光LED（15）阵列的光源组件（1），以及一组分成两半的透镜（3）和夹在分成两半的透镜（3）之间的一块隔板（2），一组棱镜组件（4）和一组透镜组件（5）组成光学系统，其中，红光LED（14）和白光LED（15）阵列经过透镜（12）后，红光在上，白光在下；自分成两半的透镜（3）聚光后进入红光在上，白光在下棱镜组件（4）；所述的棱镜组件（4）分为上棱镜组件（41）和下棱镜组件（42），且上、下棱镜组件（41、42）的中心分界面（44）上下不透光，所述的棱镜组件（4）的出光面的中心线（43）靠近一组透镜组件（5）的焦平面处。
2.根据权利要求1所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述棱镜组件（4）的出光面的中心线（43）没有倒边。
3.根据权利要求1或2所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述棱镜组件（4）除通光面外，其余面镀有反光膜。
4.根据权利要求1所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述光源组件（1）采用红光LED和白光LED作为光源，由红光LED（14）阵列和白光LED（15）阵列分别固定在PCB板（111）的上、下部，结构对称的组成光源阵列（11），将透镜（12）对应LED放置，通过该透镜的作用，使得出射的光束汇聚。
5.根据权利要求4所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述的红光LED阵列（14）有12个红光LED排布在PCB板上；与之对称的，所述的白光LED阵列（15）有12个白光LED排布在PCB板下表面。
6.根据权利要求1或4所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述透镜（12）设有不透明材质的透镜外壳（13）。
7.根据权利要求1所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述夹在分成两半的透镜（3）作为一只透镜的组成部分分为上、下半透镜（31、32），所述的隔板（2）不透明材质，夹在上、下半透镜（31、32），使红光通过上半透镜（31），白光通过下半透镜（32）。
8.根据权利要求1或7所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：所述隔板（2）与棱镜组件（4）的中心分界面（44）共面，紧邻排列；红光通过上半棱镜（41），白光通过下半棱镜（42）。
9.根据权利要求1所述的一种LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统，其特征在于：透镜组件（5）由一片或多片组成，调整透镜组件（5）与所述的棱镜组件（4）的间距，使棱镜组件（4）出光面的中心线（43）靠近透镜组件（5）的焦平面处。
10.一种根据权求1至9之任一项所述的光学系统在LED的为光源的精密进近航道指示器上的应用。
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