[发明专利]具有精确光束控制的光信号装置

说明书

相关申请

本申请要求申请号为60/594807、申请日为2005年5月9日、名称为 “具有光束整形和均化元件的用于导航的高亮度LED灯光装置”的美国临 时申请的在先权利。并要求申请号为60/595,664、申请日为2005年7月 26日、名称为“用于海上导航的独立LED照明装置”的美国临时申请的 在先权利。在此我们申明上述两项美国临时申请在美国专利法35 USC §119(e)之下的利益，并且上述申请在此被引作参照。

技术领域

本发明涉及一种光信号装置，特别是一种具有精确光束控制的用于 导航的LED信号装置。

背景技术

光信号系统是重要的导航设备，被广泛地应用于飞机，船舶和其他交通 工具。传统的光信号系统通常采用白炽灯或弧光灯作为光源，其发光效率 和使用寿命都很低。现有技术中公开了几种用基于发光二极管(LED)的 光源来替代常规光源的方法。LED光源具有如下优势：大大加长的寿命(超 过10000小时，而白炽灯的使用寿命仅为1000小时)、更低的电功耗和更 小的外形尺寸。

在颁发给Lash等人的美国发明专利6086220(下称″Lash″)中，提出一 种航海用安全灯，用于增加船只在夜晚或其他恶劣天气中对于其他船只的 可见度。该安全灯由LED阵列组成，该阵列由一系列分布成星型结构的 LED组成，该LED阵列优选由6个均匀分布在水平面的白光LED组成， 置于一菲涅尔(Fresnel)透镜中，从而发射出光强在水平方向全方位均匀 分布的光束。但是，在其实施例中，该安全灯的可见范围仅在一海里左右。

为了进一步提高光亮度，一种办法是使用更多数量的LED芯片。然 而，需采用特殊设计的透镜来收集LED阵列的光束。例如，在授予Arimura 的美国发明专利5224773中，公开了一种信号灯塔，它采用薄膜丙烯酸树 脂材料热塑成型的圆筒状菲涅尔(Fresnel)透镜。在授予McDermott的美 国发明专利6048083中，描述了一种成型有多焦点的光学透镜以提高LED 光束的收集和发射效率。

另一种提高LED信号装置亮度的方法是采用高亮度LED芯片，例如 在授予Mohacsi的美国发明专利7021801和Trenchard等人的美国专利申 请20040095777中所描述的。

在美国发明专利7021801中，采用一侧面发光的高亮度LED和一多 镜面反射镜来产生一楔形定向光束，用于船舶导航。这种方式的缺点是， 由于侧面发光的LED形成360°(宽)光束，这种光信号装置很难利用多 个LED芯片来进一步增加其亮度。在美国专利申请20040095777中， Trenchard等人采用12只或更多高光通量LED和一特殊设计的具环形槽的 菲涅尔(Fresnel)透镜及一光学散光片来形成均匀照明。其中光学散光片 包含至少一个随机粗化的表面用以均衡LED光束。这种设计的缺点在于需 要采用一复杂设计的菲涅尔(Fresnel)透镜，另外，随机粗化的光学散光 片的插入损耗也比较大。

虽然已知LED技术近期又有新的发展，单只LED的亮度目前还无 法赶上白炽灯或弧光灯。因此导航信号灯通常需要采用LED阵列来产生与 国家或国际标准(例如FAA，NOAA，ICAO，UK-CAA或NATO等导航信号 灯标准)相匹配的光亮度。另一方面，多数标准还要求导航光束在发散角、 光强分布、仰角等方面满足一定标准。由于LED阵列不能看作是一个点光 源，这些要求无疑对LED信号装置的设计是一个挑战。因此，需要一种导 航用LED信号装置，它具有一系列LED，每个LED产生一部分具有精确 控制的光束。

发明内容

本发明提出一种用于导航的高强度LED信号装置，它具有精确控制 的光束。