本發(fā)明涉及一種雙橢球反光器、使用該雙橢球反光器的LED發(fā)光裝置，以及使用該LED發(fā)光裝置的燈具。

背景技術(shù)：
航空工業(yè)采用一種地埋式安裝于跑道上的強(qiáng)發(fā)光燈具，例如跑道燈和跑道邊燈，以幫助飛行員在飛機(jī)降落前精確定準(zhǔn)定位跑道。這種燈具因?yàn)椴荒茉斐娠w機(jī)滑行過程中磕碰顛簸而不能突出地面過多，所以，能夠用于投射發(fā)光的出光口非常小，一般來說要求小于18毫米。而引導(dǎo)飛機(jī)降落的燈具又需要較強(qiáng)的發(fā)光，跑道燈為11度主投光角的平均光強(qiáng)不能小于10000cd，跑道邊燈的光強(qiáng)要求略弱。高光強(qiáng)要求為總光通量小的LED光源應(yīng)用于跑道導(dǎo)航燈造成了技術(shù)屏障。傳統(tǒng)跑道導(dǎo)航燈一般采用白熾類的鹵素光源，能耗高，常用250W。壽命短，一般壽命為約3000小時(shí)，機(jī)場一般每年最少要更換三次。而現(xiàn)代機(jī)場非常繁忙，很多機(jī)場只能在凌晨的2-5點(diǎn)之間進(jìn)行維護(hù)更換，帶來很高的工作強(qiáng)度和安排復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本申請的雙橢球反光器、LED發(fā)光裝置和燈具能夠很好地解決以上兩大問題。本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠在狹小的發(fā)光口徑下發(fā)射出滿足引導(dǎo)飛機(jī)降落要求的光強(qiáng)值的LED光源光學(xué)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一目的是以低功耗、使用壽命長的發(fā)光裝置實(shí)現(xiàn)地面照明。本發(fā)明提出一種雙橢球反光器，包括由兩個(gè)橢球部的反光器主體，所述兩個(gè)橢球部的形狀基本相同，每個(gè)橢球部的沿長軸的兩端從平行于橢圓短軸并且包含焦點(diǎn)的平面被截除，其中第一焦點(diǎn)所在的一端為封閉的，用以容納用于發(fā)光的元件，第二焦點(diǎn)所在的一端為空，形成光出射口，從而光從其經(jīng)過并射出，兩個(gè)橢球部在沿長軸的橢球面的一部分也被分別截除并且剩余的橢球面沿邊緣處相互接觸以形成交疊部，該交疊部是中空的，所述雙橢球反光器的內(nèi)表面為橢球反光曲面，從而反射光源發(fā)出的光并匯集至出光口；其中，來自第一焦點(diǎn)處的作為光束主體的投射光直接投射到光出射口，來自第一焦點(diǎn)處的剩余的發(fā)散光將被每個(gè)橢球的內(nèi)表面反射，從第二焦點(diǎn)處射出。其中，所述雙橢球反光器是沿兩個(gè)橢球的軸心線的平面分割為全對稱的上下兩部分，也就是每一部分為前后對稱狀，可以以鑄造工藝一體成型完成兩部分之一，因其對稱的結(jié)構(gòu)，將兩部分之一反轉(zhuǎn)與另一個(gè)對接構(gòu)成一個(gè)完整的雙橢球反光器。其中，雙橢球反光器采用玻璃壓鑄成型，反光曲面以真空鍍膜工藝處理。其中，所述雙橢球反光器的高度為45-54mm，光出射口處的通徑為16-22mm，交疊部的高度為26-29mm，交疊部的寬度為14-17mm，兩個(gè)橢球的長軸之間的距離為28-32mm。其中，所述雙橢球反光器的高度為50mm，通光出射口處的徑為18mm，交疊部的高度為28mm，交疊部的寬度為15.56mm，兩個(gè)橢球的長軸之間的距離為30mm。每個(gè)橢球部沿橢球短軸方向的短軸長度為假設(shè)包括被截除部分時(shí)的完整橢球短軸長度的80％-90％。從該雙橢球反光器中發(fā)出的光形成17°-19°的發(fā)光角度。本發(fā)明還提出一種LED發(fā)光裝置，包括以下組件：兩個(gè)LED光源，兩個(gè)一次聚光元件，分別位于兩個(gè)LED光源的前端，用于將兩個(gè)LED光源發(fā)出的光分別匯聚為小于10度的發(fā)光；前述的雙橢球反光器，其中將兩個(gè)LED光源和兩個(gè)一次聚光元件分別置于每個(gè)雙橢球反光器的遠(yuǎn)離光出射口的第一焦點(diǎn)的位置。其中，還包括光整形機(jī)構(gòu)，所述光整形機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)透鏡，該光整形機(jī)構(gòu)位于雙橢球反光器的第二焦點(diǎn)處，用于將從雙橢球反光器發(fā)出的光進(jìn)一步整形為具有需要的角度和光強(qiáng)的光。其中，一次聚光元件包括光束角為4度-7度的光學(xué)透鏡或反光器。其中，一次聚光元件包括光束角為5度的光學(xué)透鏡或反射器。其中，光整形機(jī)構(gòu)為依次并列放置的兩個(gè)凸透鏡，其中之一的焦距為128-139mm，另一個(gè)的焦距為50-60mm。其中，所述并列放置的兩個(gè)凸透鏡是彼此接觸的，其中一個(gè)焦距為135mm，另一個(gè)焦距為50mm。本發(fā)明進(jìn)一步提出一種LED發(fā)光裝置，包括兩組前述的LED發(fā)光裝置，兩組LED發(fā)光裝置之間的間隔為至少為5mm。本發(fā)明還提出一種燈具，包括前述LED發(fā)光裝置以及位于LED發(fā)光裝置外部的外殼，所述外殼包括堅(jiān)固的側(cè)部和底部以及透明且耐壓的前部。本申請的光學(xué)結(jié)構(gòu)支持以14W以下的光源能耗代替過去的250W，節(jié)能90％以上，以首都機(jī)場逾30000只燈具計(jì)，可年節(jié)能逾675萬瓦，日節(jié)能超過5萬度電。LED光源的理論使用壽命為50000小時(shí)，以日使用時(shí)間8小時(shí)計(jì)，理論上可使用17年無需維護(hù)更換。所以，采用LED光源制造跑道導(dǎo)航燈能夠大幅減少燈具的損壞率，從而大幅降低維護(hù)工作難度和工作量，有利于航空安全。附圖說明為了更好的理解本發(fā)明的實(shí)施例的各示例，現(xiàn)在將僅通過示例的方式參考附圖，在附圖中：圖1表示對目前要求的飛機(jī)跑道燈的光強(qiáng)和光分布的圖表。圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的雙橢球反光器的正面視圖。圖3示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的雙橢球反光器的A-A剖面圖。圖4示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的雙橢球反光器的俯視圖。圖5示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的雙橢球反光器的B-B剖面圖。圖6示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的俯視圖。圖7示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的側(cè)面視圖。圖8示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的正面視圖。圖9示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的剖面圖。圖10示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的兩個(gè)雙橢球反光器的設(shè)置方式。圖11示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的光路圖。圖12示意性地表示根據(jù)本發(fā)明——較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的組合光的光路圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的雙橢球反光器和LED發(fā)光裝置也主要用于嵌入地面中以進(jìn)行地面照明的照明系統(tǒng)。當(dāng)前廣場大面積的地面照明只能采用燈具突出于地面之上的燈具向下或斜下照射才能將地面照亮，可是，突出地面之上的燈具對廣場的人群集聚要求和美觀要求有—定損害。本發(fā)明提供一種嵌入地面突出地面20mm的燈具制造方案，該燈具可以將光緊貼地面投射出窄角度約5米距離寬角度約2米距離，并將光經(jīng)過的地面照亮。以此可以滿足廣場建設(shè)地面無突出物的應(yīng)用要求。目前采用的跑道導(dǎo)航燈的光學(xué)要求指標(biāo)如圖1所示，11°主光束角的平均光強(qiáng)值不小于10000cd，11°等光強(qiáng)曲線的最低光強(qiáng)不小于5000cd，15°光場角的等光強(qiáng)曲線光強(qiáng)不小于1000cd，18°外延角的等光強(qiáng)曲線光強(qiáng)不小于500cd。光投射上仰5°角。按曲線按公式x2/a2+y2/b2＝1算出：A5.57.59B4.568.5本發(fā)明的雙橢球反光器的一較佳實(shí)施方式如圖2-5所示。其中該雙橢球反光器1采用雙光源模塊，也就是每個(gè)模塊使用2粒LED光源，可以為每粒LED光源加裝一種一級鏡頭，該一級鏡頭將在下面的實(shí)施例中詳述。圍繞每一粒LED光源，配置雙橢球反光器的一部分，而對于兩粒LED光源，設(shè)置一個(gè)完整的雙橢球反光器。因兩粒光源以彼此接近的方式排布以縮小光學(xué)結(jié)構(gòu)體積的要求，故雙橢球反光器并非是兩個(gè)完整的橢球，而是兩個(gè)具有橢球的大半部分的半橢球，根據(jù)圖示方向，橢球的上方、下方和左(右)側(cè)方分別被截除一部分，其中上方和下方沿著平行于橢圓的短軸并且包含焦點(diǎn)的平面截除。該兩個(gè)半橢球在彼此相對的分開的左(右)側(cè)面處是重疊的，也就是在橢球的中部位置有部分重疊以減小體積。該雙橢球反光器可將兩個(gè)反光器結(jié)合形成為一個(gè)整體的反光模塊。重疊位置也被稱為交疊部。該雙橢球反光器中的每個(gè)橢球的具體計(jì)算公式為p＝2b2/a，h2＝a2-b2，其中p表示通徑，即軸心線截面高度，a表示長半軸，b表示短半軸，h表示橢球的兩個(gè)焦點(diǎn)的距離，即焦距。在本發(fā)明中，第一焦點(diǎn)(f1)與第二焦點(diǎn)(f2)的距離h為45-54mm，優(yōu)選為47mm，更優(yōu)選為49mm，更優(yōu)選為51、52或53mm，最優(yōu)選為50mm，光出射口處的通徑d1為16-22mm，優(yōu)選為17mm，更優(yōu)選為21、20、19mm，最優(yōu)選為18mm。雖然兩個(gè)橢球無重疊分別獨(dú)立工作是最佳狀態(tài)，但不重疊的方案會產(chǎn)生兩個(gè)橢球平置占用空間過大的問題，因而在兩個(gè)橢球發(fā)光器之間仍然要設(shè)置重疊位置以壓縮空間占用，該重疊位置也被稱為交疊部，該交疊部設(shè)置為使得從一個(gè)橢球發(fā)光器發(fā)出的光盡量不會通過該交疊部進(jìn)入另一橢球發(fā)光器，從而實(shí)現(xiàn)壓縮體積與減少對另一橢球中的光干擾之間相平衡的問題。因燈具體積限制不易使雙橢球并列的橫向尺寸過大所以兩個(gè)橢球需要有一定重疊，而兩個(gè)橢球及各自代表的每一個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)含聚光鏡頭、整形光鏡頭為獨(dú)立光學(xué)系統(tǒng)，兩個(gè)橢球重疊過多就會產(chǎn)生相互之間的光干擾，也損失了重疊中空部位的反射面而造成光損失。為了更好地使光透過并且不使光產(chǎn)生干擾，每個(gè)橢球可以被認(rèn)為是被截除一部分以形成交疊部，每個(gè)橢球沿橢球短軸方向的寬度約為如果包括被截除部分時(shí)的完整橢球?qū)挾鹊?0％-90％，優(yōu)選為82％-88％，更優(yōu)選為85％-86％。以本發(fā)明的這種設(shè)置方式，在壓縮體積最大的前提下，使得進(jìn)入另一橢球的光盡可能少，這非常少量的光即使進(jìn)入另一橢球中，也不會給另一橢球中的出射光帶來影響。在此實(shí)施例中，兩個(gè)橢球的交疊處的開口長度h2為26-29mm，優(yōu)選為28mm，交疊處的開口寬度r1為14-17mm，優(yōu)選為15mm，最優(yōu)選為15.56mm。雙橢球反光器的寬度w2為62-66mm，優(yōu)選為63-65mm，最優(yōu)選為64.5mm，兩個(gè)橢球的長軸之間的距離w1為28-32mm，優(yōu)選為29-31mm，最優(yōu)選為30mm。LED光源置于橢球的第一焦點(diǎn)位置。出光口設(shè)為第二焦點(diǎn)。其中，當(dāng)焦距為50mm并且焦點(diǎn)軸心線截面高度為18mm時(shí)，獲得的LED光源的11°主光束角的光強(qiáng)可以達(dá)到10000cd。至此，本雙橢球反光器的光學(xué)結(jié)構(gòu)原理為：使得LED光源的發(fā)光經(jīng)一次集聚投射向出光口，而未被集聚的散溢光和經(jīng)集聚但投射到狹小出光口以外的光經(jīng)雙橢球反光器的收集而反射匯聚至出光口，也就是第二焦點(diǎn)。以兩次光集聚，最大限度地將LED光源的發(fā)光匯集到出光口。本發(fā)明的雙橢球反光器可以采用玻璃壓鑄成型，反光曲面以真空鍍膜工藝處理，以保證批量生產(chǎn)能夠達(dá)到最高的反射率和曲面維持度。利用以上雙橢球反射器可以構(gòu)成一種LED發(fā)光裝置，以實(shí)現(xiàn)低功率高亮度的地面照明。本發(fā)明一較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置如圖6-9所示。該LED發(fā)光裝置包括光源2、一次聚光元件3，雙橢球反射器1和光整形機(jī)構(gòu)4。本發(fā)明中的LED發(fā)光裝置中，對于每個(gè)雙橢球反射器采用兩個(gè)LED光源，每個(gè)LED光源可以是單個(gè)LED，也可以是多個(gè)LED構(gòu)成的組。在本申請中，例如可以采用4粒低功率多芯片的芯片集成式點(diǎn)發(fā)光LED作為單個(gè)LED發(fā)光光源。目前被廣泛應(yīng)用的包括CREE公司的MXL型4芯片LED光源，每芯片滿負(fù)荷為3W，理論總負(fù)荷為12W，廠家標(biāo)稱功率為10W。在該實(shí)施方式中可以只采用小于7W以滿足長效應(yīng)用的要求。隨LED科技發(fā)展，未來亦可采用其它性能更優(yōu)的芯片用于本光學(xué)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明較佳實(shí)施方式的LED發(fā)光裝置中，一次聚光元件3采用光束角為大約5度的光學(xué)透鏡或反光器，例如反光杯，將光源發(fā)出的光進(jìn)行一次集聚投射。當(dāng)然，光束角當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)為4度或7度或9度?？刹捎门cLED光源相配的光源專配鏡頭或反光器，其要義為將LED光源發(fā)射出的光收集集聚該從LED光源發(fā)出的光一般為約120°的發(fā)光，當(dāng)然也可以是其他角度的發(fā)光，根據(jù)光源決定。將光源發(fā)光的主體投射到終極鏡頭，也就是發(fā)光口。將LED光源和一次聚光元件置于雙橢球反光器內(nèi)，雙橢球反光器可以是如上面的實(shí)施例所述的反光器，LED光源置于橢球的第一焦點(diǎn)位置。在每一粒LED光源的出光口，也就是雙橢球反光器的兩個(gè)第二焦點(diǎn)位置分別加裝光整形機(jī)構(gòu)4，該光整形機(jī)構(gòu)可以包括焦距為128-139mm、優(yōu)選為131mm、132mm、133mm、134mm、136mm、137mm、最優(yōu)選為135mm的凸透鏡和焦距為50-60mm的凸透鏡，這兩個(gè)凸透鏡并列防止并且間距盡可能小，間距可以為0，也就是彼此接觸。通過一次聚光元件第一次聚光并經(jīng)過雙橢球反光器進(jìn)行第二次聚光匯集到一起的光經(jīng)過以上兩個(gè)凸透鏡投射出光學(xué)裝置，整合為需要的投射角度和滿足光強(qiáng)要求的光分布。采用兩個(gè)凸透鏡的原因?yàn)?，跑道燈需要?1°主光斑內(nèi)的中心光強(qiáng)要求高，故采用趨近雙橢球焦距的50-60mm凸透鏡以提升光斑中心光強(qiáng)；同時(shí)因短焦距鏡頭不足以形成需要的投射角寬度，所以選用例如135mm長焦距凸透鏡具發(fā)光點(diǎn)短于焦距的距離對投射光斑進(jìn)行放大形成需要的投光角寬度。采用兩粒光源分別進(jìn)行一次聚光、二次聚光和凸透鏡整形聚光后的光為獨(dú)立的兩道光路投射出本光學(xué)結(jié)構(gòu)，在行程中這兩道光路重合為一道光，兩道光路的重合度在3米后能夠達(dá)到95％以上。為便于制造和生產(chǎn)，以上的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)可以合二為一，將之設(shè)計(jì)為一個(gè)光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊還可以被稱為雙橢球模塊。并且在批量生產(chǎn)中，該模塊為燈具制造的光學(xué)組件。至此，本光學(xué)結(jié)構(gòu)的原理為：LED光源的發(fā)光經(jīng)一次集聚投射向出光口，而未被集聚的散溢光和經(jīng)集聚但投射到狹小出光口以外的光經(jīng)橢球反光杯的收集而反射匯聚至出光口，也就是第二焦點(diǎn)。以兩次光集聚，最大限度地將LED光源的發(fā)光匯集到出光口。而后通過兩個(gè)凸透鏡將投射光斑調(diào)制成需要的光強(qiáng)和角度。如圖11所示，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的LED發(fā)光裝置的光路圖。左圖為側(cè)面的剖面圖，右圖為正面的剖視圖。其中可以看出，從光源2發(fā)出并從一次聚光元件3散溢出的光被該橢球的橢球反光曲面反射，并經(jīng)由位于橢球的出口處的凸透鏡4調(diào)制后發(fā)出，調(diào)制后的光線所構(gòu)成的角度大概為18°。而散溢到交疊部的光雖然在圖中有表示，但其是非常微量的，幾乎不會對另一橢球內(nèi)部的光線產(chǎn)生影響。由此，從該雙橢球反光器構(gòu)成的LED發(fā)光裝置的元件可以實(shí)現(xiàn)光源發(fā)光的充分使用。經(jīng)雙橢球反光器反射并合成的LED光源發(fā)光的光已經(jīng)進(jìn)行了以上三次光學(xué)處理，經(jīng)過該三次光學(xué)處理后投射出的光在光強(qiáng)和發(fā)光角度及分布方面均能夠滿足國際標(biāo)準(zhǔn)要求。如因投射彩色光，光源光通量降低或經(jīng)濾光光通量降低而無法滿足光強(qiáng)值的要求時(shí)，燈具可采用2個(gè)或多個(gè)雙橢球模塊構(gòu)成的LED發(fā)光裝置，如圖10所示，兩組LED發(fā)光裝置間隔6mm，發(fā)出的光構(gòu)成4條光路，在4條光路合成后的光即可滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的光強(qiáng)要求。如圖12所示，從如圖10所示的兩組雙橢球反光器發(fā)出的組合光的光路，可以清楚地看到，該LED發(fā)光裝置發(fā)出的光形成大約17°-19°的發(fā)光，優(yōu)選為18°的發(fā)光，從而滿足所需要的地面照明。根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的燈具包括上述LED發(fā)光裝置和位于該LED發(fā)光裝置外部的外殼。該外殼包括堅(jiān)固的側(cè)部和底部以及透明且耐壓的前部，在使用過程中，該外殼可以位于地面以下以提供地面照明。這種雙光源模塊可疊加使用是滿足經(jīng)濟(jì)制造、長效耐用、多種光強(qiáng)要求實(shí)際應(yīng)用、和未來LED技術(shù)發(fā)展的靈活燈具制造模式，亦為本光學(xué)結(jié)構(gòu)的組成部分。本發(fā)明可以用于跑道導(dǎo)航燈、跑道邊燈或廣場地埋燈。對于跑道導(dǎo)航燈，該LED發(fā)光裝置以5度角上仰置于燈具內(nèi)，形成導(dǎo)航燈所需的照射上仰角。對光強(qiáng)要求在10000cd以下的應(yīng)用，可以選用一個(gè)雙橢球模塊。對光強(qiáng)要求高的應(yīng)用，優(yōu)選為采用兩個(gè)雙橢球模塊。對于跑道邊燈，其投光與跑道燈相仿，但光強(qiáng)要求略低，優(yōu)選為采用一個(gè)雙橢球模塊。對于以地面照明為照明目的廣場地埋燈，將光貼地投射。凸透鏡可以根據(jù)需求改變，當(dāng)需要窄光束時(shí)采用焦距小于70mm的凸透鏡，將雙橢球模塊略微高于地面平置于燈具內(nèi)。當(dāng)需要貼地大角度掃射光時(shí)，選用柱面鏡橫置于雙橢球反光器出光口，略微高于地面置于燈具內(nèi)。盡管在前面的說明中盡力將注意引向被認(rèn)為是對本發(fā)明而言特別重要的那些特征，但是應(yīng)當(dāng)理解，無論是否對其進(jìn)行特別地強(qiáng)調(diào)，申請人請求保護(hù)在上文中提到的和/或在附圖中圖示的任何具有專利性的特征或特征的組合。