LED照明装置的制作方法

本发明涉及一种LED照明装置，尤其在交通，特别是在铁路交通中作为铁路信号灯使用。

背景技术：
对于铁路上使用的信号灯而言，其应用在野外环境中，在各种天气条件下，火车司机必须能够在合理的距离内清楚地看到信号灯所发出的光线，因此在设计信号灯时，必须使信号灯满足国家的相关规定。中国为铁路信号灯制定了相应的标准，其中，信号灯产生的光束的水平光束角要在-2.2度和6度之间，垂直光束角要在-1.02度和6度之间，同时其产生的光斑必须均匀。目前铁路使用的信号灯大都使用卤素灯作为光源，其功率较大，长时间使用将大量浪费能源。此外，作为光源的卤素灯一般均为一盏，当该卤素灯损坏时，如不及时更换，将使信号灯失去作用，故其工作的可靠性相对较差。当今市场上也出现了采用LED作为光源的信号灯。这种类型的信号灯中的光源通常有多个LED构成。由于LED之间在空间上不可避免地存在一定的间距，因此该光源中的每个LED发出的光线都会产生一个光点，传统的信号灯的透镜并不能很好地消除该光点，以获得均匀的光斑。然而，这种光点使信号灯的二次光学设计变得异常困难。

技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提出了一种LED照明装置，该照明装置尤其在交通，特别是在铁路交通中作为铁路信号灯使用。根据本发明的LED照明装置在作为信号灯使用时能够产生均匀的光斑，并且能够良好的满足相关的行业规定。本发明的目的通过一种LED照明装置由此实现，即该LED照明装置包括印刷电路板、设置在印刷电路板上的至少一个LED芯片组以及透镜组件。此外，LED照明装置还包括设置在LED芯片组和透镜组件之间的反射器，该反射器设置为对来自LED芯片组的光线进行漫反射，以使得光线均匀化并在透镜组件的方向上射出。在本发明的设计方案中，LED芯片组中的各个LED芯片的光线首先通过反射器进行漫反射，从而消除了各个LED芯片的光线形成的光点，使输出的光线更加均匀，从而使LED芯片组产生一个均匀的光斑。优选的是，反射器设计成具有通孔的板状体，其中通孔在其面向印刷电路板的一侧形成用于LED芯片组的容纳口，以及在相对的另一侧形成出光口，其中，通孔的内壁形成漫反射区域。该漫反射区域能够有效地对各个LED芯片的光线进行漫反射，从而消除光点。进一步优选的是，通孔的尺寸从容纳口到出光口逐渐减小。由于LED芯片组直接位于容纳口中，来自LED芯片组的光线受到漫反射区域的阻挡，不会直接从出光口中投射出去，因此有效地避免了亮点的形成。可选的是，为形成圆形的光斑，出光口为圆形。根据本发明的一个优选的设计方案提出，LED芯片组包括主LED芯片组和备份LED芯片组，其中主LED芯片组和备份LED芯片组分别包括两个LED芯片，四个LED芯片呈正方形布置在印刷电路板上，并且同组的LED芯片分别布置在正方形的对角上。为了尽量使各个LED芯片发出的光线形成的亮点不被容易的识别出来，LED芯片彼此之间尽可能紧密地布置。在本发明的设计方案中采用了两个LED芯片组。这是因为，作为信号灯的LED照明装置通常应用在野外，其工作条件比较恶劣，在作为光源的LED芯片发生故障时，很有可能对铁路交通造成恶劣影响。设置备份的LED芯片组能够极大地提高整个LED照明装置的安全系数。优选的是，容纳口设计成正方形开口，其尺寸设计成大于或等于LED芯片组的尺寸。由于LED芯片刚好抵靠在正方形开口上，从而进一步避免了LED芯片的光线直接从出光口射出。根据本发明提出，在反射器的远离印刷电路板的相对的另一侧上形成有凸台，出光口形成在凸台上。由于设置了凸台，因此增大了在出光口和容纳口之间的距离，从而显著地增大了漫反射区域的面积，LED芯片的光线可以更加充分地被漫反射。根据本发明的一个优选的设计方案提出，LED照明装置还包括辅助透镜，该辅助透镜设置在反射器和透镜组件之间。该辅助透镜进一步对经过反射器漫反射后的光线进行均匀化，以消除亮点。优选的是，辅助透镜具有包括多个微透镜的蜂窝状的微透镜阵列，其中，每个微透镜都为球面透镜。有利的是，透镜组件由在光线的出射方向上顺序排列的第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜构成。这两个菲涅尔透镜共同形成的透镜组件具有凸透镜的效果，从而对经过反射器漫反射后的光线产生聚焦的作用，以使LED照明装置的光线的指向性更强。优选的是，反射器由PC材料制成。当然，反射器也可以由其他能够进行漫反射的材料制成。附图说明附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：图1是根据本发明的LED照明装置的分解示意图；图2是根据本发明的LED照明装置的反射器的一个侧面的示意图；图3是根据本发明的LED照明装置的反射器的另一个侧面的示意图；图4是根据本发明的LED照明装置的LED芯片组的示意图；图5是根据本发明的LED照明装置的辅助透镜的示意图；图6是辅助透镜的局部放大图；图7是辅助透镜的截面图；图8是图7中示出的截面图的局部放大图；图9是根据本发明的LED照明装置产生的光束的光强分布图；图10是根据本发明的LED照明装置产生的光束的角度分布图。具体实施方式图1示出了根据本发明的LED照明装置的分解示意图。从图中可见，根据本发明的LED照明装置包括印刷电路板1、设置在印刷电路板1上的至少一个LED芯片组2以及透镜组件4。此外，LED照明装置还包括设置在LED芯片组2和透镜组件4之间的反射器3，反射器3设置为对来自LED芯片组2的光线进行漫反射，以使得光线均匀化并在透镜组件4的方向上射出。在本发明的设计方案中，透镜组件4由在光线的出射方向上顺序排列的第一菲涅尔透镜4a和第二菲涅尔透镜4b构成。这两个菲涅尔透镜4a，4b共同形成的透镜组件4具有凸透镜的效果，从而对经过反射器3漫反射后的光线产生聚焦的作用，以使LED照明装置的光线的指向性更强。此外，在反射器3和透镜组件4之间还设置有辅助透镜5。图2和图3分别示出了根据本发明的LED照明装置的反射器3的两个侧面的示意图。从图中可见，该反射器3设计成具有通孔3a的板状体，其中通孔3a在其面向印刷电路板1的一侧形成用于LED芯片组2的容纳口3b(参见图2)，以及在相对的另一侧形成出光口3c(参见图3)，其中，通孔3a的内壁形成漫反射区域3d。此外，从图2中可见，通孔3a的尺寸从容纳口3b到所述出光口3c逐渐减小。在本发明的设计方案中，反射器3由PC材料制成，当然也可以由其他的类型的漫反射材料制成。在图3中可见，反射器3的远离印刷电路板1的相对的另一侧上形成有凸台，出光口3c形成在凸台上。在根据本发明的LED照明装置装配完毕的情况下，辅助透镜5的入射面直接抵靠在该凸台上。此外，从图2和图3中可见，出光口3c为圆形，这非常有利于形成圆形的光斑。另外，容纳口3b设计成正方形开口。图4示出了根据本发明的LED照明装置的LED芯片组2的示意图。根据本发明提出，LED芯片组2包括主LED芯片组2a和备份LED芯片组2b，其中主LED芯片组2a和备份LED芯片组2b分别包括两个LED芯片2a’，2a”；2b’，2b”，LED芯片2a’，2a”；2b’，2b”呈正方形布置在印刷电路板1上，并且同组的LED芯片2a’，2a”；2b’，2b”分别布置在正方形的对角上。这些LED芯片2a’，2a”；2b’，2b”彼此直接尽可能靠近的布置，在本发明的设计方案中采用了OSRAM公司生产的OSLONLED芯片，在采用这种芯片的情况下，相邻的芯片的边缘之间的间距为0.89mm。当然，也可以采用其他类型的LED芯片，在工艺条件允许的情况，需要将相邻的芯片尽量布置得较近。此外，为了尽量避免光线直接从出光口3c中射出，正方形的容纳口3b的尺寸设计成大于或等于LED芯片组2的尺寸。此外，在图5至图8中具体地示出了辅助透镜5的示意图。从图5中可见，辅助透镜5具有包括多个微透镜5a的蜂窝状的微透镜阵列，其中，图6中示出了该微透镜阵列的局部放大图，从图中可见，每个微透镜5a都具有正六边形的轮廓，其中相对的两个边之间的距离为0.6mm。当然也可以根据需要来相应调整正六边形的尺寸。图7示出了辅助透镜5的截面图，而图8是图7中示出的截面图的局部放大图，从图中可见，微透镜阵列中的每个微透镜5a都为球面透镜。图9示出了根据本发明的LED照明装置产生的光束的光强分布图。从图中可见，根据本发明的LED照明装置产生的光斑在正负4.5度的角度范围内具有非常好的均匀性。图10示出了根据本发明的LED照明装置产生的光束的角度分布图。从图中可见，根据本发明的LED照明装置产生的光斑具有良好的指向性，水平光束角和垂直光束角都在合理的范围内，满足行业的相关规定。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。参考标号1印刷电路板2LED芯片组2a主LED芯片组2b备份LED芯片组2a’，2a”；2b’，2b”LED芯片3反射器3a通孔3b容纳口3c出光口3d漫反射区域4透镜组件4a第一菲涅尔透镜4b第二菲涅尔透镜5辅助透镜5a微透镜。