[发明专利]基于LED为光源的精密进近航道指示器的光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种能够引导飞行员在进近航道时正确调整飞机坡度的新型飞机精密进近航道指示器的光学系统。

技术背景

目前机场使用的飞机精密进近航道指示系统（PAPI）能够为飞行员提供5种坡度信号，分别为：高于进近航道、稍高于进近航道、在进近航道、稍低于进近航道和低于进近航道。正确的进近航道坡度为3°。

系统采用4台能发出红白两种颜色光的灯具，每台灯具为3套光轴在同一水平面上的光学单元组成。光学单元通常采用功率为200-300W的卤钨灯作为光源，通过由反射器、滤色片以及凸透镜组成的光学系统，使得出射的指示信号能够达到相关标准。

根据MH5001-2006民用机场飞行区技术标准、中华人民共和国民用航空行业标准——精密进近航道指示系统技术条件和美国联邦航空局（FAA）的相关标准，PAPI系统需要在300米处形成一个水平方向±10 °，垂直方向±4°椭圆的光斑，椭圆的上半部分为白光，下半部分为红光，红光和白光之间的过渡角度应当小于3分。

现行PAPI的光学系统存在以下几方面的缺陷：

1使用卤钨灯作为光源，要能够产生满足要求的信号，其功率要求非常高，因而系统的运行成本很高；

2系统需要长时间运行，卤钨灯的寿命相对较短，因而需要机场频繁更换灯泡，维护成本也较高；

3由于光衰的原因使得系统在运行一段时间后发出的信号可能出现误差，对飞机的降落产生安全隐患；

4由于信号需要红光和白光两部分，系统采用红色滤光片产生红光，其实降低了光能的利用率。

针对上述缺陷，本发明使用红光阵列和白光LED阵列取代卤钨灯作为光源，降低系统的能耗，通过光学设计使系统发出满足要求的信号并且提高其对光能的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光效率高、系统能耗低、使用寿命长、信号的准确性和可靠性好的飞机精密进近航道指示器的光学系统。

本发明提供的飞机精密进近航道指示器的光学系统，由作为光源的一组含反射器的红光LED阵列和含反射器的白光LED阵列，以及一块直角棱镜和一块非球面镜组成；其中，经准直的红光LED阵列和白光LED阵列相对放置，红光在上，白光在下；所述直角棱镜设置于红光LED阵列和白光LED阵列的平分面上，该直角棱镜的两个直角面分别与准直的白光和红光成45°角，直角棱朝前；所述非球面镜放置于直角棱镜前，调整两个LED阵列和棱镜的位置，使直角棱镜的直角棱位于非球面镜的焦平面处或附近；该非球面镜的凸面朝外。其结构如图1所示。

本发明有以下特点：

1用LED作为光源，减少系统能耗，降低运行成本；

2使用红光LED来得到红光光束，改变了原来使用红色滤光片的方法，提高了整个系统地效率；

3利用LED单色性强、寿命长的特点，增强信号的准确性和可靠性，并且降低其维护成本。

发明的光学系统可以制成精密进近航道指示器。可以使用若干台指示器来组成精密进近航道指示系统，帮助飞行员降落飞机。

附图说明

图1是应用LED的新型精密进近航道指示器光学系统的示意图。

图中标号：1为带有反射器的红光LED阵列，2为带有反射器的白光LED阵列，3为直角棱镜，4为非球面镜。

具体实施方式

1、为了能够提高效率，并且得到红白两色光束，系统采用红光LED和白光LED作为光源； 

2、红光LED阵列和白光LED阵列均由若干带有反射器的红光LED和白光LED组成，通过该反射器的作用，使得出射的光束均接近于平行光；

3、将两组经准直的LED阵列相对放置，红光在上，白光在下。在其平分面上放置一直角棱镜，该直角棱镜的两个直角面分别与准直的白光和红光成45°角，直角棱朝前；

4、经直角棱镜反射后的形成一水平光束，光束上半部分为红光，下半部分为白光；

5、在直角棱镜前放置一非球面镜，该非球面镜的凸面朝外，面形如为轮胎面，使得光束在水平方向和垂直方向所展开视场角满足相关国际标准；

6、调整两个LED阵列和直角棱镜的位置，使得直角棱镜的直角棱位于非球面镜D的焦平面附近；而非球面镜D也作为投射物镜，将两色光束按照一定的视场角和光强分布，以及在300米处两色光过渡区角度的要求投射出去；

7、经非球面镜后，能够出射满足国际标准的光束，即形成一两色光束，上半部分为白光，下半部分为红光；在1000英尺（300m）处，红白两色光束的中心过渡角小于3′，边缘过渡角小于5′；光束水平方向视场角为±10°，垂直方向视场角为±4°；白光的中心光强大于45000cd，红光中心光强大于15000cd，在整个视角范围内，光强分布应满足相关要求。