CN108105662A - 一种埋入式作业照明灯具光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种埋入式作业照明灯具光学系统，该埋入式作业照明灯具光学系统采用了微曲面阵列反射镜，微曲面阵列反射镜为微反射面阵列形成的曲面。本发明保证灯具突出甲板不高于15mm的前提下，为工作区域提供高照度的照明效果，主光束水平发散角度在‑5°～+5°，垂直发散角度在0°～+9°范围内光强不小于2500cd。

Description

一种埋入式作业照明灯具光学系统

技术领域

本发明涉及灯具技术领域，尤其涉及一种埋入式作业照明灯具光学系统。

背景技术

在机场或舰船上机务人员对飞机作业时需要灯具照亮飞机轮子区域，由于灯具安装的区域处在飞机起飞和降落的跑道区域，故飞机轮子有很大的机率撞到灯具而造成事故，为了避免因灯具的突出部分对飞机造成的危害，要求灯具突出飞机跑道或甲板面的高度不大于15mm，且灯盖要承受2.6MPa的负载冲击，所以灯盖的厚度在8mm左右，故灯具的出光口尺寸很小，这为灯具光学系统设计带来了极大的挑战。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供埋入式作业照明灯具光学系统，用以在保证灯具突出甲板不高于15mm的前提下，为工作区域提供高照度的照明效果。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种埋入式作业照明灯具光学系统，埋入式作业照明灯具光学系统采用了微曲面阵列反射镜，微曲面阵列反射镜为多个微反射面阵列形成的曲面。光学系统结紧凑、体积小、光能利用率高，为曲面阵列反射镜可以整体调整光路，也可以通过微反射面单独调整光路，使得调整后的光路与目标光路更加贴近。

埋入式作业照明灯具光学系统包括：LED光源、微曲面阵列反射镜、棱镜、铝基板；

LED光源位于微曲面阵列反射镜的曲面内侧，LED光源和微曲面阵列反射镜固定在铝基板上；棱镜安装在微曲面阵列反射镜的出射光线的传播方向，且棱镜的出射面为埋入式作业照明灯具光学系统的出光面，铝基板与水平面夹角为25°。

LED光源不限于白光LED，更换为其他颜色的可见光LED便可以做信号灯使用，更换为近红外LED便可以作为夜视灯具。

LED光源设有2个，微曲面阵列反射镜设有2个内凹的曲面，每个LED光源位于微曲面阵列反射镜的一个曲面内侧，LED光源和微曲面阵列反射镜并排固定在铝基板上，LED光源具有绿色环保，能效高，理论寿命长，单颗具有不小于250lm的光通量。

微曲面阵列反射镜采用铝合金材料制成，由4×12个微反射面组成，每个微反射面的高度与宽度相等，且每个微反射面均将入射到该面的光线按相同的出射光角度范围将光线反射出去，使用微曲面阵列反射镜相比传统光滑面反射镜具有更加自由控制光线走向的优势，同时也具有较高的光能利用率。

每个LED光源相对于对应的微曲面阵列反射镜的曲面采用侧入式发光；每个微反射面均镀有反射率为93％的铝膜，保证光线经微反射面反射后不会损失过多的强度，保证光能利用率。

微曲面阵列反射镜的出射光的主光束与水平面的夹角为+30°～+39°，微曲面阵列反射镜的出射光主光束与两个微曲面陈列反射镜交接面所在平面的夹角为-5°～+5°；微曲面阵列反射镜的出射光的次光束与水平面的夹角为+30°～+43°，微曲面阵列反射镜的出射光的次光束与两个微曲面陈列反射镜交接面所在平面的夹角为-7°～+7°。使用微曲面阵列反射镜可以更加自由的控制光线的出射角度，增加照明面的照度与照明均匀性。

棱镜的轴线与微曲面阵列反射镜的出射光的主光束平行，且棱镜的入射面与微曲面阵列反射镜的出射光的主光束垂直；棱镜的出射面倾斜朝上，且棱镜的入射面与出射面的夹角为36°。

棱镜的出射光的主光束与水平面的夹角为0°～+9°，棱镜的出射光与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜中轴线的平面的夹角为-5°～+5°；棱镜的出射光的次光束与水平面的夹角为0°～+13°，棱镜的出射光的次光束与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜中轴线的平面的夹角为-7°～+7°。有效提高光能利用率并使之满足光学配光要求。

埋入式作业照明灯具光学系统均安装在埋入式作业照明灯具的灯体内部；

灯体顶部安装有灯盖，且灯体埋入安装平面以下，灯盖为安装平面以上部分，安装面既可以是地面或路面，也可以是船舶甲板；

埋入式作业照明灯具光学系统的出光口设置在灯盖上。

棱镜固定在所述灯盖上；

灯体内设有散热器，铝基板安装在散热器上；

LED光源通过焊接固定在铝基板上，微曲面阵列反射镜通过螺钉固定在铝基板上。

本发明有益效果如下：

1、本发明的埋入式作业照明灯具的出光口高度不超过8mm，将微曲面阵列反射镜和棱镜组合主光束水平发散角度在-5°～+5°，垂直发散角度在0°～+9°范围内光强不小于2500cd；

2、本发明的埋入式作业照明灯具光学系统的光学系统结紧凑、体积小、光能利用率高；

3、本发明的埋入式作业照明灯具光学系统采用LED光源，具有环保、节能、寿命长的有点，光学系统结构紧凑、体积小、光能利用率高；

4、本发明的埋入式作业照明灯具光学系统的LED光源不限于白光LED，更换为其他颜色的可见光LED便可以做信号灯使用，更换为近红外LED便可以作为夜视灯具。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种埋入式作业照明灯具光学系统的结构示意图；

图2为一种埋入式作业照明灯具光学系统三维结构示意图；

图3为一种埋入式作业照明灯具光学系统的微曲面阵列反射镜三维结构示意图；

图4为一种埋入式作业照明灯具光学系统的棱镜三维结构示意图；

图5为一种埋入式作业照明灯具的结构示意图；

图6为一种埋入式作业照明灯具的光强分布图。

图中：1-LED光源、2-微曲面阵列反射镜、3-棱镜、4-铝基板、5-散热器、6-灯盖、7-灯体、8-微反射面。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1、图2所示，一种埋入式作业照明灯具光学系统，该埋入式作业照明灯具光学系统采用了微曲面阵列反射镜2，微曲面阵列反射镜2为微反射面8阵列形成的曲面。光学系统结紧凑、体积小、光能利用率高，为曲面阵列反射镜可以整体调整光路，也可以通过微反射面8单独调整光路，使得调整后的光路与目标光路更加贴近。

如图1、图2所示，埋入式作业照明灯具光学系统包括：LED光源1、微曲面阵列反射镜2、棱镜3、铝基板4；LED光源1设有2个，微曲面阵列反射镜2设有2个内凹的曲面，每个LED光源1位于微曲面阵列反射镜2的一个曲面内侧，LED光源1和微曲面阵列反射镜2并排固定在铝基板4上；棱镜3安装在微曲面阵列反射镜2的出射光线的传播方向，且棱镜3的出射面为埋入式作业照明灯具光学系统的出光面。光学系统结构简单，仅使用了微曲面阵列反射镜2和棱镜3，避免使用过多的光学器件，能够保证整个光学系统的出射光线的强度。本发明的埋入式作业照明灯具光学系统的LED光源1不限于白光LED，更换为其他颜色的可见光LED便可以做信号灯使用，更换为近红外LED便可以作为夜视灯具

如图3所示，微曲面阵列反射镜2采用铝合金材料制成，由4×12个微反射面8组成，每个微反射面8的高度与宽度均为3mm，且每个微反射面8均将入射到该面的光线按相同的出射光角度范围将光线反射出去，这个目标角度为水平方向-7°～+7，垂直方向+25°～+38°；如图1所示，虚线示意为水平面，铝基板4与水平面夹角为25°，最终使得光学系统的出射光线的目标角度为水平方向-7°～+7，垂直方向0°～+13°；每个微反射面8均镀有反射率为93％的铝膜，保证光线经微反射面8反射后不会损失过多的强度，保证光能利用率。使用微曲面阵列反射镜2相比传统光滑面反射镜具有更加自由控制光线走向的优势，同时也具有较高的光能利用率。

2个LED光源1位于微曲面阵列反射镜2的2个曲面的焦点处，且2个LED光源1之间的距离为10mm-15mm，这样有利于对LED光源1进行散热设计，采用两颗LED光源1的方案可以实现更高照度的照明效果；每个LED光源1相对于对应的微曲面阵列反射镜2的曲面，采用侧入式发光。采用的LED光源1具有绿色环保，能效高，理论寿命长，单颗具有不小于250lm的光通量。

如图1所示，每个微反射面8负责将光束进行汇聚到某个小的角度内，且微曲面阵列反射镜2的每个微反射面8均能够单独调整，微曲面阵列反射镜2的出射光的主光束与水平面的夹角为+30°～+39°，微曲面阵列反射镜2的出射光与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜2中轴线的平面的夹角为-5°～+5°，满足目标角度的范围；微曲面阵列反射镜2的出射光的次光束与水平面的夹角为+30°～+43°，微曲面阵列反射镜2的出射光的次光束与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜2中轴线的平面的夹角为-7°～+7°。使用微曲面阵列反射镜2可以更加自由的控制光线的出射角度，增加照明面的照度与照明均匀性。

如图4所示，由于灯具突出安装平面(路面或甲板面)不能高于15mm，仅用微曲面阵列反射镜2会造成极大部分光线不能从灯具出光口出射，故利用一个异形棱镜3将光线转折，进而使光线从灯具出光口出射，这种方式可以有效提高光能利用率并使之满足光学配光要求。

如图1和图4所示，棱镜3的轴线与微曲面阵列反射镜2的出射光的主光束Ray平行，且棱镜3的入射面S1与微曲面阵列反射镜2的出射光的主光束Ray垂直；棱镜3的出射面S2倾斜朝上，且棱镜3的入射面S1与出射面S2的夹角为36°；

棱镜3的入射端的宽度为50mm，出射端的宽度为48mm；

棱镜3采用钢化玻璃或石英玻璃或PMMA或PC制成，保证棱镜3良好的透光特性。

棱镜3的出射光的主光束与水平面的夹角为0°～+9°，棱镜3的出射光与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜2中轴线的平面的夹角为-5°～+5°；

棱镜3的出射光的次光束与水平面的夹角为0°～+13°，棱镜3的出射光的次光束与垂直于水平面且过微曲面阵列反射镜2中轴线的平面的夹角为-7°～+7°。

如图5所示，埋入式作业照明灯具光学系统均安装在埋入式作业照明灯具的灯体7内部；

灯体7顶部安装有灯盖6，且灯体7埋入安装平面以下，灯盖6为安装平面以上部分；埋入式作业照明灯具光学系统的出光口设置在灯盖6上。棱镜3固定在所述灯盖6上；灯体7内设有散热器5，铝基板4安装在散热器5上；LED光源1通过焊接固定在铝基板4上，微曲面阵列反射镜2通过螺钉固定在铝基板4上。

灯盖6高出安装平面的高度不大于15mm，且出光口高出安装平面的高度不大于8mm，安装面既可以是地面或路面，也可以是船舶甲板。

如图6所示，采用本发明中的照明系统的埋入式安装照明用LED灯具的白光光强模拟图，边界a的角度范围是水平发散角度在-5°～+5°，垂直发散角度在0°～+9°，边界a内的光强大于5000cd，边界c水平发散角度在-7°～+7°，垂直发散角度在0°～+13°，边界c内的光强大于2500cd。

综上所述，本发明实施例提供了一种埋入式作业照明灯具光学系统，本发明保证灯具突出甲板不高于15mm的前提下，为工作区域提供高照度的照明效果，主光束水平发散角度在-5°～+5°，垂直发散角度在0°～+9°范围内光强不小于2500cd。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述埋入式作业照明灯具光学系统采用了微曲面阵列反射镜(2)，所述微曲面阵列反射镜(2)为多个微反射面(8)阵列形成的曲面。

2.根据权利要求1所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述埋入式作业照明灯具光学系统包括：LED光源(1)、微曲面阵列反射镜(2)、棱镜(3)、铝基板(4)；

所述LED光源(1)位于所述微曲面阵列反射镜(2)的曲面内侧，所述LED光源(1)和微曲面阵列反射镜(2)固定在所述铝基板(4)上；所述棱镜(3)安装在所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光线的传播方向，且所述棱镜(3)的出射面为所述埋入式作业照明灯具光学系统的出光面，所述铝基板(4)与水平面夹角为25°。

3.根据权利要求2所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述LED光源(1)设有2个，所述微曲面阵列反射镜(2)设有2个内凹的曲面，每个所述LED光源(1)位于所述微曲面阵列反射镜(2)的一个曲面内侧，所述LED光源(1)和微曲面阵列反射镜(2)并排固定在所述铝基板(4)上。

4.根据权利要求3所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述微曲面阵列反射镜(2)采用铝合金材料制成，由4×12个微反射面(8)组成，每个所述微反射面(8)的高度与宽度相等，且每个所述微反射面(8)均将入射到该面的光线按相同的出射光角度范围将光线反射出去。

5.根据权利要求2所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，每个所述LED光源(1)相对于对应的所述微曲面阵列反射镜(2)的曲面采用侧入式发光；每个所述微反射面(8)均镀有反射率为93％的铝膜。

6.根据权利要求4所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光的主光束与水平面的夹角为+30°～+39°，所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光主光束与两个所述微曲面陈列反射镜(2)交接面所在平面的夹角为-5°～+5°；

所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光的次光束与水平面的夹角为+30°～+43°，所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光的次光束与两个所述微曲面陈列反射镜(2)交接面所在平面的夹角为-7°～+7°。

7.根据权利要求5所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述棱镜(3)的轴线与微曲面阵列反射镜(2)的出射光的主光束平行，且所述棱镜(3)的入射面与所述微曲面阵列反射镜(2)的出射光的主光束垂直；所述棱镜(3)的出射面倾斜朝上，且所述棱镜(3)的入射面与出射面的夹角为36°。

8.根据权利要求7所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述棱镜(3)的出射光的主光束与水平面的夹角为0°～+9°，所述棱镜(3)的出射光与垂直于水平面且过所述微曲面阵列反射镜(2)中轴线的平面的夹角为-5°～+5°；

所述棱镜(3)的出射光的次光束与水平面的夹角为0°～+13°，所述棱镜(3)的出射光的次光束与垂直于水平面且过所述微曲面阵列反射镜(2)中轴线的平面的夹角为-7°～+7°。

9.根据权利要求2至8任一所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述埋入式作业照明灯具光学系统均安装在埋入式作业照明灯具的灯体(7)内部；

所述灯体(7)顶部安装有灯盖(6)，且所述灯体(7)埋入安装平面以下，所述灯盖(6)为安装平面以上部分；

所述埋入式作业照明灯具光学系统的出光口设置在所述灯盖(6)上。

10.根据权利要求9所述的埋入式作业照明灯具光学系统，其特征在于，所述棱镜(3)固定在所述灯盖(6)上；

所述灯体(7)内设有散热器(5)，所述铝基板(4)安装在所述散热器(5)上；

所述LED光源(1)通过焊接固定在所述铝基板(4)上，所述微曲面阵列反射镜(2)通过螺钉固定在所述铝基板(4)上。