[發明專利]基于LED為光源的精密進近航道指示器的光學系統

無效

• 申請號: 201010603774.5
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102072466A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 葛愛明;魏敏晨;王巍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: F21V13/00
• 分類號: F21V13/00;F21W111/06;F21Y101/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光學技術領域，具體涉及一種能夠引導飛行員在進近航道時正確調整飛機坡度的新型飛機精密進近航道指示器的光學系統。

技術背景

目前機場使用的飛機精密進近航道指示系統（PAPI）能夠為飛行員提供5種坡度信號，分別為：高于進近航道、稍高于進近航道、在進近航道、稍低于進近航道和低于進近航道。正確的進近航道坡度為3°。

系統采用4臺能發出紅白兩種顏色光的燈具，每臺燈具為3套光軸在同一水平面上的光學單元組成。光學單元通常采用功率為200-300W的鹵鎢燈作為光源，通過由反射器、濾色片以及凸透鏡組成的光學系統，使得出射的指示信號能夠達到相關標準。

根據MH5001-2006民用機場飛行區技術標準、中華人民共和國民用航空行業標準——精密進近航道指示系統技術條件和美國聯邦航空局（FAA）的相關標準，PAPI系統需要在300米處形成一個水平方向±10?°，垂直方向±4°橢圓的光斑，橢圓的上半部分為白光，下半部分為紅光，紅光和白光之間的過渡角度應當小于3分。

現行PAPI的光學系統存在以下幾方面的缺陷：

1使用鹵鎢燈作為光源，要能夠產生滿足要求的信號，其功率要求非常高，因而系統的運行成本很高；

2系統需要長時間運行，鹵鎢燈的壽命相對較短，因而需要機場頻繁更換燈泡，維護成本也較高；

3由于光衰的原因使得系統在運行一段時間后發出的信號可能出現誤差，對飛機的降落產生安全隱患；

4由于信號需要紅光和白光兩部分，系統采用紅色濾光片產生紅光，其實降低了光能的利用率。

針對上述缺陷，本發明使用紅光陣列和白光LED陣列取代鹵鎢燈作為光源，降低系統的能耗，通過光學設計使系統發出滿足要求的信號并且提高其對光能的利用率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種發光效率高、系統能耗低、使用壽命長、信號的準確性和可靠性好的飛機精密進近航道指示器的光學系統。

本發明提供的飛機精密進近航道指示器的光學系統，由作為光源的一組含反射器的紅光LED陣列和含反射器的白光LED陣列，以及一塊直角棱鏡和一塊非球面鏡組成；其中，經準直的紅光LED陣列和白光LED陣列相對放置，紅光在上，白光在下；所述直角棱鏡設置于紅光LED陣列和白光LED陣列的平分面上，該直角棱鏡的兩個直角面分別與準直的白光和紅光成45°角，直角棱朝前；所述非球面鏡放置于直角棱鏡前，調整兩個LED陣列和棱鏡的位置，使直角棱鏡的直角棱位于非球面鏡的焦平面處或附近；該非球面鏡的凸面朝外。其結構如圖1所示。

本發明有以下特點：

1用LED作為光源，減少系統能耗，降低運行成本；

2使用紅光LED來得到紅光光束，改變了原來使用紅色濾光片的方法，提高了整個系統地效率；

3利用LED單色性強、壽命長的特點，增強信號的準確性和可靠性，并且降低其維護成本。

發明的光學系統可以制成精密進近航道指示器。可以使用若干臺指示器來組成精密進近航道指示系統，幫助飛行員降落飛機。

附圖說明

圖1是應用LED的新型精密進近航道指示器光學系統的示意圖。

圖中標號：1為帶有反射器的紅光LED陣列，2為帶有反射器的白光LED陣列，3為直角棱鏡，4為非球面鏡。

具體實施方式

1、為了能夠提高效率，并且得到紅白兩色光束，系統采用紅光LED和白光LED作為光源；?

2、紅光LED陣列和白光LED陣列均由若干帶有反射器的紅光LED和白光LED組成，通過該反射器的作用，使得出射的光束均接近于平行光；

3、將兩組經準直的LED陣列相對放置，紅光在上，白光在下。在其平分面上放置一直角棱鏡，該直角棱鏡的兩個直角面分別與準直的白光和紅光成45°角，直角棱朝前；

4、經直角棱鏡反射后的形成一水平光束，光束上半部分為紅光，下半部分為白光；

5、在直角棱鏡前放置一非球面鏡，該非球面鏡的凸面朝外，面形如為輪胎面，使得光束在水平方向和垂直方向所展開視場角滿足相關國際標準；

6、調整兩個LED陣列和直角棱鏡的位置，使得直角棱鏡的直角棱位于非球面鏡D的焦平面附近；而非球面鏡D也作為投射物鏡，將兩色光束按照一定的視場角和光強分布，以及在300米處兩色光過渡區角度的要求投射出去；

7、經非球面鏡后，能夠出射滿足國際標準的光束，即形成一兩色光束，上半部分為白光，下半部分為紅光；在1000英尺（300m）處，紅白兩色光束的中心過渡角小于3′，邊緣過渡角小于5′；光束水平方向視場角為±10°，垂直方向視場角為±4°；白光的中心光強大于45000cd，紅光中心光強大于15000cd，在整個視角范圍內，光強分布應滿足相關要求。