1 航标灯配光分析及其影响
对航标灯而言,主要的观察方向在水平方向上,因此要求光强最大值位于V=0°区域。同时,航标灯的主要光度指标之一就是射程,要达到较远的射程,要求中心光强足够大,相应地光束角不宜过大。否则,过多的扩散光不仅大大降低了光通利用率,而且易造成不必要的光污染。因此,航标灯在垂直方向上的配光很窄,一般半值全宽度角为8°,即使考虑浮标的颠簸摇摆,垂直扩散角度一般也不会超过20°。
然而,对于水平角度而言,观察者对航标灯的观察方向是全方位的,可能来自于各个方向,因此要求H=0~360°的范围内,光分布均匀,避免某些方向过于黯淡而不易于被察觉。
2 光源的选择
航标灯的特殊配光要求,给LED的排布带来了一定困难。作为航标灯的传统光源,白炽灯具有除插口处外全方位均匀的光辐射,而LED的光分布特点之一就是方向性好。因此,使用一般的光学器件,单个LED无法达到360°的环带光输出。所以,LED不能象其他信号灯一样排布在平面PCB的单侧上,而需要图10所示,呈环状排布。
在各种不同封装结构、功率大小的LED中,我们选择传统Φ5mm LED作为光源,主要原因有以下几点:
(1)Φ5mm LED的配光较窄,在垂直方向上便于收集光源光通,可有效提高光通利用率;
(2)虽然Φ5mm LED的窄配光对航标灯水平配光均匀度会带来一定影响,但可以通过合理选择和有效排列来尽量消除这一不利影响。目前,市场上有椭圆配光的LED,似乎可适用于航标灯这一特殊配光要求,但由于只用于指数作用,中心光强很小,因此不予采用。
(3)与Φ5mm LED相比,食人鱼LED散热结构好,驱动电流大,因此单颗功率略大,效率也略有提高。但是食人鱼的管脚间距大,用于LED的排管方式时,要求PCB厚度大大增加,会导致生产成本不必要的增加。
为了满足航标灯水平方向配光均匀度的要求,设计中应选择半值全扩散角度为25°左右的LED,则可确保水平方向配光均匀度到达85%以上。虽然Φ5mm LED有小角度产品,可以获得较大的中心光强,但整体发光效率较低,且影响灯具整体配光均匀性。