专利名称：一种光束调整透镜及包括该透镜的照明装置的制作方法
—种光束调整透镜及包括该透镜的照明装置技术领域
本发明属于照明领域，尤其涉及一种光束调整透镜及包括该透镜的照明装置。
背景技术：
目前的照明灯具多采用圆形的反光杯，其出射光束在受照面上形成的光斑也为圆形，即等光强曲线为圆形。机场进近灯光系统要求的等光强曲线是椭圆形，而通过改变反光杯的结构来获得椭圆形的等光强曲线比较难以实现，因此现有技术通常不对反光杯进行改造，而是使圆形光斑覆盖目标椭圆形光斑，即使圆形的等光强曲线包含目标椭圆形等光强曲线，如图1所示，图中的X轴数据代表光的水平方向发散角度，Y轴数据代表光的竖直方向发散角度，虽然此种方法可以在一定程度上满足进近灯光系统的要求，但是这种方法中圆形等光强曲线超出椭圆形等光强曲线的部分无法利用，造成了光能的严重浪费。发明内容
本发明的目的在于提供一种光束调整透镜，可以对光束进行调整以获得椭圆形光斑，使之符合机场进近灯系统的要求，并且避免光能浪费。
本发明是这样实现的，一种光束调整透镜，包括一透镜本体，所述透镜本体具有两个相对的表面，其中一表面设有多条相互平行的凸棱，每个凸棱均具有两个相对的侧平面，所述的两个侧平面相对向内倾斜形成八字形，所述两个侧平面的夹角为160 170°。
本发明的另一目的在于提供一种照明装置，包括一灯头，在所述灯头的出光口处设有上述的光束调整透镜。
本发明通过在光束调整透镜的表面设置凸棱，使入射光束以大于入射角的角度射出，并沿着与凸棱的取向相垂直的方向向外扩张，使圆形或近似圆形的光束被拉伸为椭圆形，进一步的，将每个凸棱的两个侧平面的夹角限定为160 170°，使变形后的椭圆形光束的等光强曲线符合机场进近灯光系统的要求；另外，与现有技术中采用圆形等光强曲线覆盖目标椭圆形等光强曲线的方法相比，本发明是将原始的圆形光束拉伸为椭圆形，使光能全部被有效利用，没有光浪费区域，具有极佳的节能效果；由于该透镜可避免光浪费，采用这种透镜的照明装置也可以适当降低功率，进而降低生产成本。
图1是现有进近灯的等光强曲线和目标等光强曲线的对照图2是本发明实施例中光束调整透镜的侧视结构示意图3是本发明实施例中光束调整透镜的正视结构示意图4a是本发明实施例中光束调整透镜的凸棱的截面图(一)；
图4b是本发明实施例中光束调整透镜的凸棱的截面图(二)；
图4c是本发明实施例中光束调整透镜的凸棱的截面图(三)；
图5是本发明实施例中光束调整透镜的工作原理图6是本发明实施例中入射光束经光束调整透镜后的等光强曲线和目标等光强曲线的对照图7a是当光束调整透镜的凸棱侧面的倾斜角度较小时获得的等光强曲线和目标等光强曲线的对照图7b是当光束调整透镜的凸棱侧面的倾斜角度较大时获得的等光强曲线和目标等光强曲线的对照图8是本发明实施例中照明装置的侧视结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2、3分别示出了本实施例提供的光束调整透镜的侧视和正视结构示意图，图4a.4b.4c示出了本实施例提供的光束调整透镜的凸棱的三种截面图，图5示出了所述光束调整透镜的工作原理示意图，图6示出了圆形光束经过所述光束调整透镜后的等光强曲线和目标等光强曲线的对照示意图。
参考附图2、3,该光束调整透镜包括一透镜本体201,该透镜本体201具有两个相对的表面，即第一表面202和第二表面203,其中的第二表面203设有多条相互平行的凸棱204，设有凸棱204的第二表面既可以作为光入射面，也可以作为光出射面，对光束的调整效果不会产生差异。每个凸棱均具有两个相对的侧平面2041，这两个侧平面2041相对向内倾斜形成八字形，具体参考附图4a、4b、4c，该凸棱204的横截面具体可以是锥形，如图4a，还可以是梯形，如图4b，也可以是如图4c所示的顶部为弧形的形状。照明光斑的等光强曲线与凸棱204的凸起程度有关，因此本实施例进一步将两个侧平面2041的夹角设定为160 170°，即凸棱204的侧平面2041相对第二表面203的倾斜角度Y为5 10°。该光束调整透镜可安装在灯具的出光口处，用于改变出射光束的形状，参考附图5，圆形光束经过第一表面202射入透镜，并经过具有凸棱204的第二表面203射出，在第一表面202和第二表面203处发生两次折射，经过凸棱204射出的光线以大于入射角α的角度β射出，整个光束经过该透镜后沿着与凸棱204的取向相垂直的方向向外扩张而变为椭圆形，椭圆的长轴方向即与凸棱204的取向垂直。凸棱204的侧平面相对第二表面203的倾斜角度Y为5 10°，该角度设置特别适合将发散角为7 9°的圆形光束变为符合机场进近灯光系统要求的椭圆形光束。具体参考附图6，其中的实曲线L1、L2、L3为目标等光强曲线，虚曲线L4、L5、L6为发散角为7 9°的圆形光束经过该光束调整透镜后的等光强曲线，由图6可见经过透镜调整后的椭圆形等光强曲线与目标曲线十分接近。将本实施例所述的光束调整透镜安装于可产生圆形或近似圆形光斑的灯具前端就可以获得椭圆形光斑，不必对灯具的反光杯进行改进，容易制造和装配。并且，采用这种透镜还具有显著的节能效果，传统灯具需要足够大的功率使其产生的圆形光斑包含目标椭圆形光斑，而该圆形光斑位于椭圆形光斑之外的区域则没有利用价值，这部分光被严重浪费，本实施例将圆形光束调整为椭圆形，使其光能全部被有效利用，没有光浪费区域，因此与现有技术相比，采用本实施例所述透镜可以大幅度的提高光能的利用率，有利于控制生产成本并且节能环保。进一步参考附图6，在机场进近灯照明系统中，理想主光束的目标等光强曲线LI + = 1对应的 IO2 5.52最小光强要求达到lOOOOcd，次光束的目标等光强曲线L2 + = 1对应的最小光强要 142 6.52求达到2000cd，另一次光束的目标等光强曲线L3:^ + ^ = 1对应的最小光强要求达到 152 8.52IOOOcd,若要达到上述要求，所用灯具的功率至少要达到150W，而采用本实施例所述的光束调整透镜后，所用灯具的功率可以降低到100W，其节能效果十分显著。
在本实施例中，透镜表面的凸棱204可以与透镜本体201为一体结构；当然也可以先加工透镜本体201，然后在该透镜本体201的一个表面上采用与透镜本体201相同的材料制作凸棱204，但是这样会增加两个表面，而这两个表面不会做到绝对平整，就会导致光线的传输方向发生改变，不易控制，因此在确定凸棱204的具体结构时就增加了影响因素，进而增加加工难度；另一方面，增加两个表面就会增加两次折射过程，势必会在一定程度上削弱光强。因此本实施例优选凸棱204与透镜本体201采用一体结构，具体可以先制作透镜本体201，然后对该透镜本体201的一个表面进行再次加工以形成凸棱204，还可以直接一次成型带有凸棱204的透镜。
在本实施例中，为了便于凸棱结构的设计和加工制造，透镜本体201的两个表面优选为平面，光束经过平面折射的情况比较简单，而经曲面折射的情况则复杂多变不易控制，因此将第一表面202和第二表面203设计为平面有利于控制光线的传输路径，进而便于凸棱204的结构设计。本实例所述的凸棱204的侧平面相对第二表面203的倾斜角度的设计也比较适合第一表面202和第二表面203均为平面的情况。
当然，第一表面202和第二表面203不必严格局限于平面，还可以是略微凸起的凸面，也可以是凹面，整个透镜本体201可以具有凸透镜的结构，也可以具有凹透镜的结构，但是为了使该透镜本体201与凸棱204相结合后仍然具有较好的拉伸光束的效果，透镜本体201凸起和凹陷的幅度不宜过大。
在本实施例中，等光强曲线的具体形状由透镜的表面结构决定，在加工透镜时，需要根据原始光束的形状、发散角度以及目标等光强曲线的形状综合计算确定透镜的表面结构。对于入射光束为发 散角为7.5 8°的圆形光束,第一表面202和第二表面203优选为平面，凸棱204的侧平面倾斜角度Y优选为7°，即凸棱204的横截面所呈的锥形或梯形的两边夹角为166°，此时获得的椭圆形光束的等光强曲线与目标等光强曲线符合较好，可参考附图6。进一步参考附图7a，当上述倾斜角度Y小于7°甚至更小时，其拉伸程度较小，等光强曲线虽然接近目标曲线，但其长轴较短，而短轴较长，使其在长度方向达不到要求，在宽度方向又存在浪费区域。参考附图7b，当上述倾斜角度大于7°甚至更大时，拉伸程度过大，其在长度方向过长，造成浪费，而在宽度方向却不能达到要求。因此当凸棱204的侧平面相对第二表面203的倾斜角度为7°时，其长轴和短轴的长度与目标曲线符合的较好，光能利用率极高。
进一步的，为了获得亮度均匀的照明光斑，可将多条凸棱204等间距设置。当相邻凸棱204之间的间距不等时，折射光线会变得不均匀，影响照明效果。
在本实施例中，透镜本体201的厚度和相邻凸棱204的间距没有严格的要求，相邻凸棱204的间距可以设置的尽量小，以使照明空间内的光强更加均匀。透镜的材料优选高透光率材料，以尽量降低光能损失。
本发明提供的光束调整透镜适合安装于照明装置的出光口处，用于将光束沿某一方向拉伸以获得椭圆形的照明光斑，因此，本发明进一步提供了一种照明装置，参考附图8，图中仅示出了与本实施例相关的部分，该照明装置包括一灯头，在灯头中设有一反光杯801和光源802，在灯头的出光口处设有本发明所述的光束调整透镜803，该光束调整透镜803设有凸棱的表面可以面向或背向出光口，可以理解,该灯具还包括一反光杯801和光源802,光源802产生的光经过反光杯801反射后形成圆形或近似圆形的光束射出，出射光束再经过光束调整透镜803后改变出射角度，在受照面上形成椭圆形光斑。对于发散角为7 9°的圆形光束，进过该透镜后的椭圆形光束的等光强曲线十分符合机场进近灯光系统的要求。
其中，反光杯801优选为可以产生圆形光斑的反光杯，这样，圆形光束经过光束调整透镜803后可在受照面上形成比较标准的椭圆形光斑。
本发明提供的照明装置可在不需改变反光杯结构的基础上形成椭圆形光斑，其等光强曲线可以很好的满足机场进近灯光系统照明光的要求，同时可以避免对现有灯具进行复杂的结构改造，并且可以提高光能利用率、节约能源，对生产成本的控制具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光束调整透镜，其特征在于，包括一透镜本体，所述透镜本体具有两个相对的表面，其中一表面设有多条相互平行的凸棱，每个凸棱均具有两个相对的侧平面，所述的两个侧平面相对向内倾斜形成八字形，所述两个侧平面的夹角为160 170°。
2.如权利要求1所述的光束调整透镜，其特征在于，所述凸棱的横截面为锥形或梯形。
3.如权利要求1所述的光束调整透镜，其特征在于，所述凸棱的横截面的顶部为弧形。
4.如权利要求1所述的光束调整透镜，其特征在于，所述凸棱与所述透镜本体为一体结构。
5.如权利要求1所述的光束调整透镜，其特征在于，所述各相邻凸棱之间的距离相等。
6.如权利要求1至5任一项所述的光束调整透镜，其特征在于，所述透镜本体具有凸透镜或凹透镜结构。
7.如权利要求1至5任一项所述的光束调整透镜，其特征在于，所述透镜本体的两个相对的表面均为平面。
8.如权利要求7所述的光束调整透镜，其特征在于，所述两个侧平面的夹角为166°。
9.一种照明装置，包括一灯头，其特征在于，在所述灯头的出光口处设有权利要求1至8任一项所述的光束调整透镜。
10.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述灯头为可产生圆形光斑的灯头。
全文摘要
本发明适用于照明技术领域，提供了一种光束调整透镜及包括该透镜的照明装置，光束调整透镜包括一透镜本体，透镜本体具有两个相对的表面，其中一表面设有多条相互平行的凸棱，每个凸棱均具有两个相对的侧平面，两个侧平面相对向内倾斜形成八字形，两个侧平面的夹角为160～170°。本发明通过在光束调整透镜的表面设置凸棱，并将凸棱的两个侧平面的夹角限定为160～170°，使入射光束沿着与凸棱的取向相垂直的方向向外扩张变为椭圆形，且使其等光强曲线符合机场进近灯光系统的要求；与现有技术相比，本发明使光能全部被有效利用，具有极佳的节能效果；采用这种透镜的照明装置也可以适当降低功率，进而降低生产成本。
文档编号F21V5/04GK103185289SQ20111045231
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者周明杰, 黄俊晖 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司