CN112325184B - 配光透镜及含有该配光透镜的照明灯 - Google Patents

配光透镜及含有该配光透镜的照明灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配光透镜，包括透镜基底，所述透镜基底上设置有多个凸起，所述凸起上设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述凸起的突出方向相反，所述凹槽的内壁构成光线入射面，所述凸起的外表面构成光线出射面；以所述透镜基底为基准平面，所述基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于所述基准平面的z轴与所述x轴和所述y轴构成直角坐标系；所述光线入射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；所述光线出射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；所述光线入射面与所述光线出射面之间的厚度不相同。本发明能够对LED光源的大角度光束进行光束整形，改善照射出的光斑中心及外围具有黄斑的现象，提高照相效果。

Description

配光透镜及含有该配光透镜的照明灯
技术领域
本发明涉及照明领域，更具体地，涉及一种配光透镜及含有该配光透镜的照明灯。
背景技术
LED灯具作为新型节能环保灯具，已经在地下矿井逐步得到推广和使用，传统光源(金卤灯、钠灯)市场份额逐步减少。
但是目前市场上的矿用隔爆型LED照明灯良莠不齐，大多数照明灯的光斑中心或外围有黄斑，导致照明效果亮暗不均，影响工作人员工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种配光透镜及含有该配光透镜的照明灯，改善黄斑现象，提高照明效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种配光透镜，包括透镜基底，所述透镜基底上设置有多个凸起，所述凸起上设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述凸起的突出方向相反，所述凹槽的内壁构成光线入射面，所述凸起的外表面构成光线出射面；
以所述透镜基底的背离所述凸起的一面为基准平面，所述基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于所述基准平面的z轴与所述x轴和所述y轴构成直角坐标系；
所述光线入射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线出射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线入射面与所述光线出射面之间的厚度不相同。
本发明还提供了一种包括上述配光透镜的照明灯。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明实施例通过在透镜基底上形成多个设有凹槽的凸起，并且使凹槽的内壁构成光线入射面，凸起的外表面构成光线出射面，通过设置光线入射面和光线出射面分别为非旋转对称曲面，以及使光线入射面与光线出射面之间的厚度不相同，使该凸起能够对LED光源的大角度光束进行光束整形，改善照射出的光斑中心及外围具有黄斑的现象，提高照相效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本发明实施例1的配光透镜的光线入射侧的俯视图。
图2是图1所示的配光透镜的光线出射侧的俯视图。
图3是沿图2中B-B方向的截面结构示意图。
图4是沿图2中A-A方向的截面结构示意图。
图5是图1所示的配光透镜的配光曲线图。
图6是本发明实施例2的配光透镜的光线入射侧的俯视图。
图7是图6所示的配光透镜的光线出射侧的俯视图。
图8是图6所示的配光透镜的配光曲线图。
图9是本发明实施例3的配光透镜的光线入射侧的俯视图。
图10是图9所示的配光透镜的光线出射侧的俯视图。
图11是图9所示的配光透镜的配光曲线图。
图12是本发明实施例4的照明灯的爆炸结构示意图。
图13是图12所示的照明灯的一视角下的结构示意图。
图14是图12所示的照明灯的另一视角下的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1～图4，本发明公开了一种配光透镜110，包括透镜基底119，透镜基底119上设置有多个凸起111，凸起111上设有凹槽112，凹槽112的开口方向与凸起111的突出方向相反，凹槽112的内壁构成光线入射面，凸起111的外表面构成光线出射面；该设有凹槽112的凸起111构成能够对光线进行汇聚整形的小透镜单元，从而将LED光源的大角度光(120°左右)汇聚成小角度光(5°～80°)，使照射出的光线过渡自然，光斑中心及外围无黄斑，提高照明效果。
以透镜基底119的背离所述凸起的一面为基准平面，基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于基准平面的z轴与x轴和y轴构成直角坐标系，坐标系原点位于凸起的中心，即每个凸起具有局部坐标系，下文所述均为局部坐标系下的描述，图1中所展现的x轴和y轴即为该凸起的局部坐标系坐标轴。为了对光线进行汇聚，本发明使光线入射面为相对于z轴的非旋转对称曲面，即，光线入射面为非球面结构，使光线出射面为相对于z轴的非旋转对称曲面，即，光线出射面也为非球面结构，以及使光线入射面与光线出射面之间的厚度不相同。
参考图1～图4，光线入射面在x轴和y轴构成的xOy平面上的投影形成第一曲线S1113，第一曲线S1 113为闭合曲线，可以为任意形状，例如圆形、椭圆形、闭合样条图形等。
光线出射面在x轴和y轴构成的xOy平面上的投影形成第二曲线S2 114，第一曲线S1 113也为闭合曲线，可以为任意形状，例如圆形、椭圆形、闭合样条图形等。
光线入射面在x轴和z轴构成的xOz平面上的投影形成第三曲线S3 115，第三曲线S3 115为样条曲线，例如，三次样条曲线或四次样条曲线等。
光线出射面在x轴和z轴构成的xOz平面上的投影形成第四曲线S4 116，第四曲线S4 116为样条曲线，例如，三次样条曲线或四次样条曲线等。
光线入射面在y轴和z轴构成的yOz平面上的投影形成第五曲线S5 117，第五曲线S5 117为样条曲线，例如，三次样条曲线或四次样条曲线等。
光线出射面在x轴和z轴构成的yOz平面上的投影形成第六曲线S6 118，第六曲线S6 118为样条曲线，例如，三次样条曲线或四次样条曲线等。
在本具体实施例中，光线入射面由第一曲线S1 113、第三曲线S3 115和第五曲线S5 117放样确定，光线出射面由由第二曲线S1 114、第四曲线S4 116和第六曲线S6 118放样确定。
第一曲线S1 113为由第三曲线S3 115、第五曲线S5 117两条曲线与xOy平面相交的四个交点确定的闭合样条曲线。
第二曲线S2 114为由第四曲线S4 116、第六曲线S6 118两条曲线与透镜基底119上表面相交的四个交点确定的闭合样条曲线。
第三曲线S3 115定义于xOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第三曲线S3 115在x轴一侧的曲线(即光线入射面长轴方向)由以下公式决定：
z＝0.1121*x3-0.3166*x2+0.3976*x-2.5538，x的取值范围为0～3.50151069。
第四曲线S4 116定义于xOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第四曲线S4 116在x轴一侧的曲线(即光线出射面短轴方向)由以下公式决定：
z＝0.0266*x3-0.0069*x2+0.1174*x-5.0159，x的取值范围为0～4.56818516。
第五曲线S5 117定义于yOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第五曲线S5 117在y轴一侧的曲线(即光线入射面短轴方向)由以下公式决定：
z＝0.1588*y3-0.1714*y2+0.2334*y-2.5271，y的取值范围为0～2.50454005。
第六曲线S6 118定义于yOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第六曲线S6 118在y轴一侧的曲线(即光线出射面长轴方向)由以下公式决定。
z＝0.0578*y3-0.2575*y2+0.5153*y-5.1087，y的取值范围为0～5.49665857。
在本具体实施例中，凸起111的数量一共是42个。
本具体实施的配光透镜110沿长轴方向的光分布较宽，沿短轴方向的光分布较窄，适合在狭长空间使用。
在本具体实施例中，配光透镜110的透镜基底119和凸起111的材质为整张透镜，其材质为玻璃，当然，在其它可实施的实施例中，也可以为硅胶、PMMA、PC等。
参考图5，可见，本实施例的配光透镜的光线分布长而窄。
实施例2
实施例2与实施例1相比的不同之处仅仅在于，光线入射面和光学出射面的曲面形状不同，本实施例中，配光透镜210包括透镜基底219，透镜基底219上设有凸起211，凸起上设有凹槽212。
参考图6和图7，在本具体实施例中，光线入射面由第一曲线S1和第三曲线S3放样确定，光线出射面由第二曲线S2和第四曲线S4放样确定。
第一曲线S1为由第三曲线S3与xOy平面相交的2个交点为直径所确定的圆曲线。
第二曲线S2为由第四曲线S4两条曲线与透镜基底219上表面相交的2个交点为直径所确定的圆曲线。
第一曲线S1和第二曲线S2为同心圆。
第三曲线S3定义于xOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第三曲线S3在x轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝-0.0077*x3+0.2376*x2-0.0286*x-1.9706，x的取值范围为0～3.10791304。
第四曲线S4定义于xOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第四曲线S4在x轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.0054*x3+0.0206*x2+0.0217*x-5.4655，x的取值范围为0～5.45288201。
本具体实施的配光透镜的在任意方向的光分布均匀，属于泛光透镜，适合在空旷开阔空间使用。
参考图8，可见，本实施例的配光透镜的各个方向的光照距离接近。
实施例3
实施例3与实施例1相比的不同之处仅仅在于，光线入射面和光学出射面的曲面形状不同，本实施例中，配光透镜310包括透镜基底319，透镜基底319上设有凸起311，凸起上设有凹槽312。
参考图9和图10，在本具体实施例中，光线入射面由第一曲线S1、第三曲线S3、第五曲线S5放样确定，光线出射面由第二曲线S2、第四曲线S4、第六曲线放样S6确定。
第一曲线S1为闭合样条曲线且关于y轴对称，第一曲线S1与x轴两交点之间的距离大于第一曲线S1与y轴两交点之间的距离。具体的，在本具体实施例中，第一曲线S1为由第三曲线S3、第五曲线S5两条曲线与xOy平面相交的四个交点确定的闭合样条曲线。
第二曲线S2为闭合样条曲线且关于y轴对称，第二曲线S2与x轴两交点之间的距离小于第二曲线S2与y轴两交点之间的距离，第二曲线S2与y轴的两交点到x轴的距离不相等；具体的，在本具体实施例中，第二曲线S2为由第四曲线S4、第六曲线S6两条曲线与透镜基底319上表面相交的四个交点确定的闭合样条曲线。
第三曲线S3定义于xOz平面内，具体的，在本具体实施例中，第三曲线S3在x轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.0263*x3+0.0648*x2+0.2081*x-3.0346，x的取值范围为0～3.66406318。
在x轴另一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.2206*x3-0.5576*x2+0.6203*x-3.1039，x的取值范围为0～3.01679057。
第四曲线S4定义于xOz平面内，分布在x轴的一侧，具体的，在本具体实施例中，第四曲线S4在x轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.0187*x3-0.0201*x2+0.132*x-5.0203，x的取值范围为0～5.33179737。
在x轴另一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.0417*x3+0.0182*x2+0.062*x-5.0076，x的取值范围为0～3.99382436。
第五曲线S5定义于yOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第五曲线S5在y轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.2206*y3-0.5576*y2+0.6203*y-3.1039，y的取值范围为0～3.01679057。
第六曲线S6定义于yOz平面内，关于z轴对称，具体的，在本具体实施例中，第六曲线S6在y轴一侧的曲线由以下公式决定：
z＝0.0284*y3-0.0836*y2+0.2471*xy-5.0708，y的取值范围为0～5.74572172。
本具体实施的配光透镜310的在任意方向的光分布均匀，属于偏光透镜，适合在空旷开阔空间使用。
图11给出了本实施例的配光透镜310的配光曲线，可见，可以在70°范围内实现高照明强度。
实施例1～3的配光透镜310，可以满足不同宽度巷道、煤炭采掘面的照明要求，通过多盏灯的配合，现场照度均匀度好，完美实现地下矿井各部分的照亮工程。并且灯具显色指数高，能保证地下矿井的照明效果。
实施例4
参考图12～图14，本发明还公开了一种照明灯，包括上述实施例1～3中任意一个实施例的配光透镜10(110、210或310)。配光透镜10对大角度光线进行汇聚，防止产生黄斑现象，提高照明亮度和均匀度，提高照相效果。
本发明的照明灯，还包括与配光透镜10的凹槽12(112、212或312)一一对应的光源20，光源20悬置于凹槽12内，光源20与凹槽12之间具有缝隙，该缝隙便于光源20的散热。
优选的，光源20为LED光源。为了提高照明亮度，优选高显色指数的LED，例如，显色指数范围为80～90，能更好的满足工作照明需求。
在本具体实施例中，光源20安装于光源安装板21上。
在本具体实施例中，照明灯还包括框架30、灯罩40和安装支架60，光源安装板21、配光透镜10和灯罩40沿光源20光线出射方向依次排列，光源安装板21、配光透镜10和灯罩40均与框架30固定连接，框架30的两侧设置旋转轴50，框架30通过旋转轴50与安装支架60转动连接，安装支架60用于安装固定照明灯，可以调整框架30的角度，以调节照明灯的照射角度。优选的，灯罩40与地面呈60°，保证煤炭采掘面或地面的照度，同时减少向上的光线，最大程度的利用光线。
灯罩40上设置有用于出射光线的导光板41，在本具体实施例中，导光板41为玻璃。
在本具体实施例中，照明灯还包括散热器，散热器用于为光源20散热。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配光透镜，其特征在于，包括透镜基底，所述透镜基底上设置有多个凸起，所述凸起上设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述凸起的突出方向相反，所述凹槽的内壁构成光线入射面，所述凸起的外表面构成光线出射面；
以所述透镜基底的背离所述凸起的一面为基准平面，所述基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于所述基准平面的z轴与所述x轴和所述y轴构成直角坐标系；
所述光线入射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线出射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线入射面与所述光线出射面之间的厚度不相同；
所述光线入射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第一曲线S1；
所述光线出射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第二曲线S2；
所述光线入射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第三曲线S3，所述第三曲线S3为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第四曲线S4，所述第四曲线S4为样条曲线；
所述光线入射面在所述y轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第五曲线S5，所述第五曲线S5为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第六曲线S6，所述第六曲线S6为样条曲线；
所述光线入射面由所述第一曲线S1和所述第三曲线S3确定，所述光线出射面由所述第二曲线S2和所述第四曲线S4确定；
所述第一曲线S1和所述第二曲线S2为同心圆曲线；
所述第三曲线S3关于所述z轴对称；
所述第四曲线S4关于所述z轴对称。
2.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，所述第三曲线S3、所述第四曲线S4、所述第五曲线S5和所述第六曲线S6均为三次样条曲线。
3.一种配光透镜，其特征在于，包括透镜基底，所述透镜基底上设置有多个凸起，所述凸起上设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述凸起的突出方向相反，所述凹槽的内壁构成光线入射面，所述凸起的外表面构成光线出射面；
以所述透镜基底的背离所述凸起的一面为基准平面，所述基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于所述基准平面的z轴与所述x轴和所述y轴构成直角坐标系；
所述光线入射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线出射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线入射面与所述光线出射面之间的厚度不相同；
所述光线入射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第一曲线S1；
所述光线出射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第二曲线S2；
所述光线入射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第三曲线S3，所述第三曲线S3为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第四曲线S4，所述第四曲线S4为样条曲线；
所述光线入射面在所述y轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第五曲线S5，所述第五曲线S5为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第六曲线S6，所述第六曲线S6为样条曲线；
所述光线入射面由所述第一曲线S1、所述第三曲线S3和所述第五曲线S5确定，所述光线出射面由所述第二曲线S2、所述第四曲线S4和所述第六曲线S6确定；
所述第一曲线S1为椭圆曲线，所述第一曲线S1的长轴位于所述y轴上，所述第一曲线S1的短轴位于所述x轴上；
所述第二曲线S2为椭圆曲线，所述第二曲线S2的长轴位于所述x轴上，所述第二曲线S2的短轴位于所述y轴上；
所述第三曲线S3关于所述z轴对称；所述第四曲线S4关于所述z轴对称；
所述第五曲线S5关于所述z轴对称；所述第六曲线S6关于所述z轴对称。
4.根据权利要求3所述的配光透镜，其特征在于，所述第三曲线S3、所述第四曲线S4、所述第五曲线S5和所述第六曲线S6均为三次样条曲线。
5.一种配光透镜，其特征在于，包括透镜基底，所述透镜基底上设置有多个凸起，所述凸起上设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述凸起的突出方向相反，所述凹槽的内壁构成光线入射面，所述凸起的外表面构成光线出射面；
以所述透镜基底的背离所述凸起的一面为基准平面，所述基准平面具有相互垂直的x轴和y轴，垂直于所述基准平面的z轴与所述x轴和所述y轴构成直角坐标系；
所述光线入射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线出射面为相对于所述z轴的非旋转对称曲面；
所述光线入射面与所述光线出射面之间的厚度不相同；
所述光线入射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第一曲线S1；
所述光线出射面在所述x轴和所述y轴构成的xOy平面上的投影形成第二曲线S2；
所述光线入射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第三曲线S3，所述第三曲线S3为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的xOz平面上的投影形成第四曲线S4，所述第四曲线S4为样条曲线；
所述光线入射面在所述y轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第五曲线S5，所述第五曲线S5为样条曲线；
所述光线出射面在所述x轴和所述z轴构成的yOz平面上的投影形成第六曲线S6，所述第六曲线S6为样条曲线；
所述光线入射面由所述第一曲线S1、所述第三曲线S3和所述第五曲线S5确定，所述光线出射面由所述第二曲线S2、所述第四曲线S4和所述第六曲线S6确定；
所述第一曲线S1为闭合样条曲线且关于所述y轴对称，所述第一曲线S1与所述x轴两交点之间的距离大于所述第一曲线S1与所述y轴两交点之间的距离；
所述第二曲线S2为闭合样条曲线且关于所述y轴对称，所述第二曲线S2与所述x轴两交点之间的距离小于所述第二曲线S2与所述y轴两交点之间的距离，所述第二曲线S2与所述y轴的两交点到所述x轴的距离不相等；
所述第四曲线S4关于所述z轴对称；
所述第六曲线S6关于所述z轴对称。
6.根据权利要求5所述的配光透镜，其特征在于，所述第三曲线S3、所述第四曲线S4、所述第五曲线S5和所述第六曲线S6均为三次样条曲线。
7.一种照明灯，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的配光透镜。
8.根据权利要求7所述的照明灯，其特征在于，还包括与所述凹槽一一对应的光源，所述光源悬置于所述凹槽内，所述光源与所述凹槽之间具有缝隙。
9.根据权利要求8所述的照明灯，其特征在于，所述光源为LED光源。
10.根据权利要求7或8所述的照明灯，其特征在于，还包括框架和安装支架，所述框架与所述光源固定连接，所述框架与所述配光透镜固定连接，所述框架与所述安装支架转动连接。
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