[發(fā)明專利]一種基于復合型菲涅爾透鏡的航標燈光學裝置

在審

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• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN107178726A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉華松;吳允平;劉規(guī)東;高博
• 申請（專利權）人: 福建吉星智能科技股份有限公司
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V3/02;F21V19/00;F21V29/50;F21V29/85;F21W111/04;F21Y115/10
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技術領域

本發(fā)明涉及一種包含復合型菲涅爾透鏡的LED燈珠、PCB鋁基板、散熱支架、透明塑料燈罩構成的航標燈光學裝置。

背景技術

航標燈是為保證船舶在夜間安全航行而安裝在某些設施上的一種交通燈。1912年瑞典工程師古斯塔夫·達倫因發(fā)明航標燈塔自動控制裝置保障航行安全獲諾貝爾物理學獎。1966年，IALA（國際航標組織）公布了關于航標燈光強和射程之間的關系，其主要目的是規(guī)范在不同氣象能見度下的燈光有效射程，從而為航標燈的設計提供參考依據(jù)。一般認知下，在同等能耗情況下，盡可能地提高燈光射程，是提高保障船舶夜行安全能力的有效手段。

航標燈主要由能源系統(tǒng)、光源、光學裝置等組成，各組成部份隨著科技的發(fā)展而發(fā)展。目前，能源系統(tǒng)主要以蓄電池儲能、太陽能板充電為主要應用形態(tài)，光源則以多顆LED串聯(lián)、并聯(lián)等為主，光學裝置以菲涅爾燈罩為主，它可將由LED發(fā)出的光線匯聚在一定角度范圍內(nèi)發(fā)射出去以提高燈的有效射程。

菲涅爾透鏡是由法國物理學家Augustin-Jean Fresnel在1822年發(fā)明的。從剖面看，其表面是由一系列鋸齒型臺階組成，每個臺階都可以看做一個獨立的小透鏡，從而把光線調(diào)整成平行光或聚光，其聚光效果比普通的凸透鏡好很多，因此菲涅爾透鏡被廣泛的應用于對光束的準直和聚焦方面的整形。例如專利US7800840B2提供了一種應用在LED照明、手機或相機的閃光光學裝置領域的菲涅爾透鏡的設計方法，可將LED光束整形成具有空間對稱性的類橢圓光斑，大幅度的提升中心峰值光強；專利US2004095777A提出了一種高效LED航標燈器，將菲涅爾透鏡準直和聚焦方面的優(yōu)點應用于航標燈燈罩，有效的提高了光能利用率。

由于航標燈應用的特點，再加上菲涅爾燈罩的鋸齒狀結構，長期暴露在重鹽霧、大濕度、大溫差等惡劣環(huán)境下的航標燈，其菲涅爾燈罩表面極易沉積灰塵、油污，從而影響燈光的透射率，且鋸齒狀結構的菲涅爾燈罩并不方便清潔和維護，長期應用的效果受到影響；有數(shù)據(jù)表明兩三年后燈光的亮度衰減降低，甚至達20-30%。

光源也是影響航標燈燈光效率的一個重要因素。現(xiàn)有的航標燈，多采用直插型小功率LED燈珠，此類燈珠一般為環(huán)氧樹脂封裝透鏡，這種環(huán)氧樹脂是熱的不良導體，導熱系數(shù)一般為0.2W/(m.K)，環(huán)氧樹脂長時間工作在較高溫度下容易老化，從而產(chǎn)生光衰，且直插型LED燈珠采用普通基材覆銅板(CCL)進行電氣連接，不利于LED散熱，嚴重的縮短了LED使用壽命。2005年2月Zheng Dai-shun, Qian Ke-yuan, Luo Yi等在《Semiconductor Optoelectronics》發(fā)表《Life Test and Failure Mechanism Analyses for High-power LED》，詳細分析了LED的光衰特性及產(chǎn)生的原因，指出溫度升高及紫外照射造成的環(huán)氧樹脂透明度嚴重下降，是LED光衰的一個重要原因。

隨著科學技術的發(fā)展，LED燈珠的封裝技術工藝也得到了進一步發(fā)展，體現(xiàn)在LED的功率更高、亮度更亮、光源集中、裝配容易、封裝散熱方式更為先進等優(yōu)點，因此采用大功率LED作為航標燈的燈源，無疑是本領域的發(fā)展趨勢，但與其相應的光學裝置亦需要進一步設計。例如專利CN200710117721.0提出了一種航標燈單元及其應用。該發(fā)明能夠?qū)腖ED光源發(fā)出的光線在一個方向上準直壓縮，同時能夠在另一個垂直的方向非常準確的控制光強分布，從而可以根據(jù)實際的照明需求設計出結構非常緊湊的光學裝置。

因此，根據(jù)行業(yè)應用的特點，結合科技水平的發(fā)展，對航標燈各組成部份的再創(chuàng)新設計，無疑是有助于滿足航標燈“燈光明亮、視距足夠”的總體目標和要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的航標燈光學裝置，該裝置能有效解決LED散熱通道不佳、光衰嚴重，不易清潔維護等缺點。

本案申請人提出了“一種適用于航標燈光學裝置的復合型菲涅爾透鏡”（已同日提出實用新型專利申請）。本發(fā)明裝置如附圖所示，LED燈珠512回流焊接在PCB鋁基板113上,與復合型菲涅爾透鏡111、散熱支架114一同組成一個發(fā)光單元11，并以一定數(shù)量以圓周陣列的方式排布。散熱支架114和上述發(fā)光單元11間均勻涂抹導熱硅脂，有利于減小散熱支架與PCB鋁基板之間的熱阻，保證了該航標燈光學裝置的散熱性能。

所述發(fā)光單元11外部用透明塑料燈罩14包圍，該塑料燈罩腔體部分的軸截面由兩段光滑連接的直線211、212組成，呈上小下大且表面光滑的圓錐狀，便于雨水沖洗。