CN205897020U - 一种适用于航标灯光学装置的柱状tir透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜,该透镜由凸透镜部分和圆柱体部分组成。其中，凸透镜由第一内部折射面(11)、第二内部折射面（131）、第三外部折射面（132）组成；圆柱体由第一外部折射面（121）、第二外部折射面（122）组成。第一内部折射面（11）、第一外部折射面（121）和第二外部折射面（122）将LED灯珠发出的部分光线汇聚到3°—10°角度范围内；LED灯珠发出的剩余部分的光线由第二内部折射面（131）和第三外部折射面（132）汇聚到0°—‑4°角度范围内。由于本实用新型透镜的光学结构特点，可将大功率LED发出的光束通过凸透镜和顶部带有倒圆锥状全反射面的圆柱体进行有效的传输，基本上无能量损耗，提高了光能利用率，很好地解决了目前航标灯采用多个LED 的使用造成的横向光强分布不均匀，且多颗LED装配复杂等缺点。

Description

一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜

技术领域

本实用新型涉及航标灯光学应用领域，尤其涉及一种柱状TIR透镜。

背景技术

目前，在传统的航标灯器的光学设计中，光源一般是将多个直插型LED 圆形阵列在平面上水平放置，外部采用菲涅尔灯罩对LED发出的光线进行垂直方向上的聚焦整形。此种灯罩与LED光源匹配不良、耗能较大，多个LED 的使用也造成光强分布不均匀，既增加了产品成本，也使航标灯器工作的效果较差。

光源也是影响航标灯灯光效率的一个重要因素。现有的航标灯采用的直插型小功率LED灯珠一般为环氧树脂封装透镜，这种环氧树脂是热的不良导体，导热系数一般为0.2W/(m.K)。环氧树脂若长时间工作在较高温度下容易老化，从而产生光衰。且直插型LED灯珠采用普通基材覆铜板(CCL)进行电气连接，不利于LED散热，严重的缩短了LED使用寿命。2005年2月Zheng Dai-shun, Qian Ke-yuan, Luo Yi等在《SemiconductorOptoelectronics》发表《Life Test and Failure Mechanism Analyses for High-powerLED》，详细分析了LED的光衰特性及产生的原因，指出温度升高及紫外照射造成的环氧树脂透明度严重下降，是LED光衰的一个重要原因。

随着科学技术的发展，LED灯珠的封装技术工艺也得到了进一步发展，体现在LED的功率更高、亮度更亮、光源集中、装配容易、封装散热方式更为先进等优点，因此采用大功率LED作为航标灯的灯源，无疑是本领域的发展趋势。

专利CN 104155745 A公开了一种航标灯用发光透镜。该透镜将从LED光源发出的光线能够以一定的垂直发散角和水平360 度从透镜侧面水平出射，具有较高的光能利用率，配光均匀，优化了系统结构，减小了系统体积，能根据使用条件达到不同光强需求，透镜与单颗LED 的匹配，大大降低了灯器的功耗，能量利用率高。

一般情况下，单颗直插型小功率LED灯珠最大使用电流不超过20MA,单颗功率不超过0.06W。而航标灯需要的射程通常为几个海里，为了达到标准的亮度要求，通常需要几十颗甚至上百颗LED串并联使用。如此庞大数量的LED,由于LED间的个体差异性及装配的精度限制，将导致产生横向光强分布不均匀。

采用单颗散热性能优越的大功率LED作为航标灯光源，可很好解决目前航标灯多个LED 的使用造成的横向光强分布不均匀、且多颗LED装配复杂等缺点，因此研究与大功率LED相配合的光学透镜作为航标灯光源具有非常实用的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种发光系统体积较小，配光均匀，能量利用率高，装配成本低，且适用于航标灯器工作的大功率LED透镜，即一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，该透镜由凸透镜部分和圆柱体部分组成，如图1所示：凸透镜由第一内部折射面11、第二内部折射面131，第三外部折射面132组成。其中，第一内部折射面11、第二内部折射面131为一段圆弧；第三外部折射面132为自由曲面。圆柱体由第一外部折射面121、第二外部折射面122组成。其中，第一外部折射面121为自由曲面，构成倒圆锥状全反射面分布在圆柱体的上端；第二外部折射面122为一条倾斜直线段。

所述透镜的第一内部折射面11、第一外部折射面121和第二外部折射面122将LED灯珠发出的部分光线汇聚到0°—4°角度范围内；LED灯珠发出的剩余部分的光线由第二内部折射面131和第三外部折射面132汇聚到0°—-4°角度范围内。

由于本实用新型透镜的光学结构特点，可将大功率LED发出的光束通过凸透镜和顶部带有倒圆锥状全反射面的柱体进行有效的传输，基本上无能量损耗，提高了光能利用率，且该透镜外部可用光滑的透明塑料灯罩包围，在航标灯使用后期容易进行清洁维护。

本实用新型的目的、特征及优点将通过实施例并结合附图进行详细说明。

附图说明

图1是柱状TIR透镜轴向截面图。

图2是柱状TIR透镜的圆柱体光路原理图。

图3是柱状TIR透镜的凸透镜光路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种适用于航标灯器工作的柱体TIR透镜，如图1所示，该透镜由凸透镜部分和圆柱体部分组成。其中，凸透镜由第一内部折射面11、第二内部折射面131，第三外部折射面132组成；圆柱体由第一外部折射面121、第二外部折射面122组成。

所述第一内部折射面11为向下凸起的球形凸透面，其曲率半径取值范围为14-16mm,优选15.2mm。

所述第二内部折射面131为一段圆弧，其曲率半径取值范围为12-14mm,优选13.6mm。

所述第三外部折射面132为一段自由曲线。

所述第一外部折射面121为一段自由曲线。

所述第二外部折射面122为一条倾斜直线段，其与光轴的倾角范围为：0—5°，优选3°。

如图2所示，通过调整第一内部折射面11、第一外部折射面121和第二外部折射面122，可调整LED发出的-30°到30°角度范围的光线，汇聚到一定的角度范围3°-10°。本实施例中，优选4°。

如图3所示，通过调整第二内部折射面131、第三外部折射面132，可调整LED发出的剩余部分光线汇聚到0°—-4°角度范围内。本实施例中，优选-4°。

由于本实用新型透镜的光学结构特点，可将大功率LED发出的光束通过凸透镜和顶部带有倒圆锥状全反射面的柱体进行有效的传输，基本上无能量损耗，提高了光能利用率，可以很好地克服目前航标灯采用多个LED 的使用造成的横向光强分布不均匀，且多颗LED装配复杂等缺点。

上述具体实施方式只是对本实用新型的技术方案进行详细解释，本实用新型并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本实用新型原理的任何改进或替换，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，由凸透镜部分和圆柱体部分组成；其中，凸透镜部分由第一内部折射面（11）、第二内部折射面（131）、第三外部折射面132组成；圆柱体部分由第一外部折射面（121）、第二外部折射面（122）组成。

2.根据权利要求1所述的一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，其特征在于：所述第一内部折射面（11）为向下凸起的球形凸透面，其曲率半径取值范围为14-16mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，其特征在于：所述第二内部折射面（131）为一段圆弧，其曲率半径取值范围为12-14mm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，其特征在于：所述第二外部折射面（122）为一条倾斜直线段，其与光轴的倾角范围为：0—5°。

5.根据权利要求1所述的一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，其特征在于：通过调整第一内部折射面（11）、第一外部折射面（121）和第二外部折射面（122），可调整LED发出的-30°到30°角度范围的光线，汇聚到一定的角度范围3°-10°。

6.根据权利要求1所述的一种适用于航标灯光学装置的柱状TIR透镜，其特征在于：通过调整第二内部折射面（131）、第三外部折射面（132），可调整LED发出的剩余部分光线汇聚到0°—-4°角度范围内。