一种方形透镜、发光结构及其灯具的制作方法

本实用新型涉及一种光学元件，具体涉一种方形透镜、发光结构及其灯具。

背景技术：

透镜是用于将一侧照射的光线折射到另外一侧，实现光线的照射的调整以及照射范围的调整。配合以上透镜使用的照明工具可以广泛的应用于各行各业；例如路灯、植物生长领域用灯。

就植物生长领域用灯来说，植物灯用于没有天然发光或需要补光的应用中。由于光照与作物的生长有密切的关系。近年来由于市场需求的推动，普遍采用温室大棚生产反季节花卉、瓜果、蔬菜等，由于冬春两季日照时间短，作物生长缓慢，产量低，因此急需进行补光；传统的补光灯照明光斑一般为圆形，并且中间亮边缘暗，而大棚内部的作物种植都是矩形排布的，这样就会导致照度不均匀使得作物生长不均匀，照明区域与作物种植区域不匹配导致能量浪费，增加了成本；而最大限度的捕捉光能，充分发挥植物光合作用的潜力，将直接关系到农业生产的效益。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种方形透镜、发光结构及其灯具，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：

一种方形透镜，包括第一曲线、第二曲线、第三曲线；第一曲线表达式为：

y1＝a10++a11x1+a12x1²+a13x1³；其中

a10∈(11.92,11.94)；a11∈(0.06327,0.07064)；a12∈(-0.0223,-0.02147)；a13∈(2.319e-05,4.934e-05)

x1∈(0,22)

第二曲线表达式为：y2＝a20++a21x2+a22x2²+a23x2³+a24x2⁴+a25x2⁵+a26x2⁶；其中

a20∈(25.12,25.72)；a21∈(0.7355,1.357)；a22∈(-0.5419,-0.3409)；a23∈(0.06064,0.08853)

a24∈(-0.006836,-0.004966)；a25∈(0.0001857,0.0002454)；a26∈(-3.338e-06,-2.609e-06)

x2∈(0,26.5)

第三曲线表达式为：y3＝a30++a31x3+a32x3²+a33x3³+a34x3⁴；其中

a30∈(20.55,20.66)；a31∈(0.4791,0.5434)；a32∈(-0.03841,-0.02784)；

a33∈(0.001587,0.00222)；a34∈(-8.384e-05,-7.144e-05)；

x3∈(0,25.5)；

第一曲线和第二曲线组成s2平面，且第一曲线和第二曲线形成第一轮廓边界线；

第一曲线和第三曲线组成s3平面，且第一曲线和第三曲线形成第二轮廓边界线；

s2平面与s3平面之间形成45°夹角；s2平面垂直于s1平面，s3平面垂直于s1平面，s3平面与s1平面交线为h；s1平面垂直于中心轴，

第一曲线、第二曲线、第三曲线均为关于中心轴的旋转阵列结构；

分别以第一轮廓边界线和第二轮廓线为轮廓边界线进行放样得到第一单体；第一单体以h为轴对称翻转得到第二单体；第二单体以中心轴为圆心环形阵列，阵列角度是90°，得到方形透镜主体；其中第一曲线所在面为入射面，第二曲线和第三曲线所在面为出射面；所述透镜主体使光线从入射面进入从出射面射出，形成方形照射面。

本透镜通过第一单体、翻转得到第二单体、再进行阵列最终的透镜为方形，本方形透镜可以让折射光实现方形的照射面，通过入射面和出射面使照射范围得到扩展，并且在扩展范围内照射强度基本一致，可以保证照射的均匀度，均匀光效果稳定可靠；另外照射强度大致相同也不会引起照射的局部高温，使用更加安全可靠；大大提高了照明均匀性和能量利用率。

在做放样拟合过程中，从第二曲线到第三曲线拟合过程中，不对拟合曲线数量做限制，可以三条、四条、五条或是更多条曲线作为出射面的轮廓形成部分，以保证出射面弧度圆润无尖锐或是突出的棱角，既保证了出射面的折射照射面无黑点，同时保证整个透镜无应力集中点。

优选的，一圆顶半径为8mm的球体，其球心落在中心轴上的球体，所述球体与出射面相切。这样可以保证出射面顶端无凹凸不平情况。

优选的，其中：a10＝11.93；a11＝0.06696；a12＝-0.02189；a13＝3.627e-05；

a20＝25.42；a21＝1.046；a22＝-0.4414；a23＝0.07458；

a24＝-0.005901；a25＝0.0002156；a26＝-2.974e-06；

a30＝20.6；a31＝0.5113；a32＝-0.03312；a33＝0.001903；a34＝-7.764e-05。

以上的最佳值，是在折射情况下最佳的，配合光源使用效果最佳。

优选的，所述的透镜材质的折射率为1.4—1.6的透明材质。优选的透镜折射率是1.4936。

在这个折射率下，首选为pmma透镜，便于加工制造，另外这个折射率可以很好的控制配光分布情形。

一种包括上述方形透镜的发光结构，包括单个所述的透镜和置于透镜下的led发光体，所述的led发光体的发光面为关于旋转轴的旋转结构。发光体的选择可以是led发光体、ld发光体或是其他的发光体，在此不做限定。

且所述led发光体的发光面与所述入射面的距离为3.7mm。

所述的led发光体的发光面为矩形，发光面长度为16～23mm，宽度为16～23mm。

优选的是所述的led发光体由24颗3535排列而成的矩形。这里不对led具体颗数和具体型号做限制，根据实际使用需要调节选择。

在这里提供一种与上述透镜配合的发光结构，通过以上透镜的折射，可以有效的将发光面发出的光源折射到有需要照射的区域。

发光面与入射面的最佳距离是3.7mm，这时满足设计标准，效果最佳。

一种包括上述发光结构的led灯具，包括若干个呈直线排列的所述发光结构。

灯具的具体结构不做限定，根据实际使用的需要做选择，例如台灯、路灯或是植物生长照射灯等等。相邻的两个发光结构发出的光线叠加形成均匀连续的光斑，更好的提供照明。可以保证尤其适合植物生长照射用。

所述的发光结构可以根据实际的需要设置数量为三个一件体或四个与件体或是五个一件体或是其他数量。排列方式根据照明的需求以直线最佳，也可以采用其他方式排布。

本实用新型的技术效果是：

本实用新型中的透镜是通过一系列几何变化直接制作成为方形透镜，而非切割成的方形透镜；在加工制作过程中减少了切割过程，在加工过程中只需要制作1/8的单体就可以拼出本透镜。

本透镜可以将光源照射面形成方形，在照明领域，可以满足须以方形光型实现之环境要求，例如植物生长领域的补光照明，使照明区域与作物种植区域匹配，不但可以提高光能利用率同时大幅改善光照的均匀性，充分发挥植物光合作用的潜力，提高农业生产的效益。

无论是普通照明领域还是植物生长所需的照明都适用；同时在上述的透镜的基础上提供了相应的发光结构以及照明用灯具，方便人们在实际生产生活中的使用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1是本实用新型各个曲线位置示意图；

图2是出射面形成示意图一；

图3是出射面形成示意图二；

图4是出射面形成示意图三；

图5是本实用新型的整体结构示意图；

图6是图5中a-a剖视结构示意图；

图7是图5中b-b剖视结构示意图；

图8是光源通过本透镜的照射光斑示意图；

图9是普通光源照射的光斑示意图；

图10灯具的结构示意图一；

图11灯具的结构示意图二；

图12灯具的结构示意图三；

其中，上述附图包括以下附图标记：

中心轴0，第一曲线1，第二曲线2，第三曲线3，发光体4。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种方形透镜，包括第一曲线、第二曲线、第三曲线；第一曲线表达式为：y1＝a10++a11x1+a12x1²+a13x1³；其中

第二曲线表达式为：y2＝a20++a21x2+a22x2²+a23x2³+a24x2⁴+a25x2⁵+a26x2⁶；其中

a20＝25.42；a21＝1.046；a22＝-0.4414；a23＝0.07458；

a24＝-0.005901；a25＝0.0002156；a26＝-2.974e-06；

x2∈(0,26.5)

第三曲线表达式为：y3＝a30++a31x3+a32x3²+a33x3³+a34x3⁴；其中

a30＝20.6；a31＝0.5113；a32＝-0.03312；a33＝0.001903；a34＝-7.764e-05；

x∈(0,25.5)。

如图1—图7所示，第一曲线和第二曲线组成s2平面，且第一曲线和第二曲线形成第一轮廓边界线。第一曲线和第三曲线组成s3平面，且第一曲线和第三曲线形成第二轮廓边界线。

s2平面与s3平面之间形成45°夹角；s2平面垂直于s1平面，s3平面垂直于s1平面，s3平面与s1平面交线为h；s1平面垂直于中心轴。

第一曲线1、第二曲线2、第三曲线3均为关于中心轴0的旋转阵列结构。

如图2所示，分别以第一轮廓边界线和第二轮廓线为轮廓边界线进行放样拟合得到第一单体v1。

如图3所示，第一单体v1以h为轴对称翻转得到第二单体v2。

如图4所示，第二单体v2以中心轴0为圆心环形阵列，阵列角度是90°(即阵列项数是4)，得到方形透镜主体。

其中第一曲线所在面为入射面，第二曲线和第三曲线所在面为出射面；所述透镜主体使光线从入射面进入从出射面射出，形成方形照射面。

优选的是透镜折射率为1.4936的pmma透镜，便于加工制造，另外这个折射率可以很好的控制配光分布情形。

如图6所示，本入射曲面和出射面，通过第一曲线的光线再经过第二曲线以及第三曲线，折射的角度可以让折射光实现方形的照射面。

若干个单个透镜组成透镜模组，每一单个透镜可以实现折射光的范围扩展，并且在扩展范围内照射强度基本一致，可以保证照射的均匀度；相邻两透镜可以将光斑连续无间隙的叠加，实现整个照射面是矩形；若干单个透镜可以让整个需要光照的光照面都均匀稳定，提高能量利用率；尤其适用于大棚内的植物生长补光照射使用。

如图5所示，在这里还提供了一种包括上述方形透镜的发光结构，包括单个所述的透镜和置于透镜下的led发光体4，led发光体的发光面距离入射面的距离为3.7mm。所述的led发光体由24颗3535排列而成，整体发光面为矩形。

如图9所示，光源穿过普通透镜或是无透镜形成的照射光斑是圆形；如图8所示，本透镜与发光面形成的照射光斑是方形，进而可以连续叠加为任意矩形，在实际的任何需要方形照射的环境中都可以使用本结构。

另外，在这里还提供了一种上述发光结构的led灯具，包括若干个呈直线排列的所述发光结构。

如图10、图11、图12所示，根据使用需要可以组合成为“l”“t”“i”的灯具应用于实际生产生活中。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。