一种LED反光杯矿灯及其设计优化方法与流程

本发明属于矿灯照明技术领域，具体涉及一种LED反光杯矿灯及其设计优化方法。

背景技术：

随着LED的发展，LED灯具在采矿业的应用也越来越多。LED矿灯轻便小巧，照明效果好，寿命长，且免维护，与传统矿灯相比有明显的优势，大有取代传统矿灯的趋势；目前的LED矿灯聚光效果差，在较远的照射区域难以形成明亮清晰的光斑，所以急需开发一种克服现有问题的矿灯。

技术实现要素：

本发明提供了一种LED反光杯矿灯及其设计优化方法，通过全反光角为165～175°的LED光源、二次曲面反光杯以及弧形前端透镜解决了现有技术聚光效果差的问题,能在1000mm处形成直径为80～120mm的光斑。

本发明为一种LED反光杯矿灯,包括LED光源、LED反光杯、矿灯前透镜,其特征在于：所述LED反光杯为二次曲面, LED反光杯的曲率半径为15～15.05mm，所述LED光源全发光角为165～175°，光通量为95～105lm ，LED光源设置在LED反光杯的反光杯内壁的尾部,所述矿灯前透镜设置在LED反光杯前端开口处，所述矿灯前透镜的曲率半径为86.5～87mm，矿灯前透镜的内表面为凹形，外表面为凸形。

进一步，所述LED反光杯内直径为78mm。

进一步，所述矿灯前透镜直径为78mm。

一种LED反光杯矿灯的设计优化方法，首先，将现有市场矿灯的一般设计参数,包括形状、半径、曲率、光源位置等,作为本矿灯的LED反光杯和矿灯前透镜的初始参数，并将初始参数输入光学设计软件LightTools中进行初始成像；其次，由于初始成像投射出来的光线很少且杂乱无序，投射出来的光斑形状也极不规则，需要通过光学设计软件LightTools中的系统综合优化功能进行系统优化，将矿灯的LED反光杯和矿灯前透镜的形状、半径、曲率及光源位置参数设置为可变量，待系统优化完成之后，将优化后的形状、半径、曲率和光源位置参数作为系统优化参数；再次，由于系统优化后的矿灯成像光斑的直径和照度仍未达到预期效果，需要进行手动优化，即在系统优化的基础之上，基于实践经验和反复调整，不断地修改LED反光杯和矿灯前透镜的形状、半径、曲率及光源位置的系统优化参数，最终确定出参数指标，使得本矿灯能在1000mm处形成一个直径为80～120mm的明显光斑。

由于采用了上述技术方案，和现有技术相比，本发明解决了现有技术聚光效果差的问题,能在1000mm处形成直径为80～120mm的光斑，还具有环保、高效、节能、安全、寿命长、耐振动、易于维护、体积很小、响应度快等优点。

附图说明

图1是LED反光杯矿灯结构的示意图；

图2是LED反光杯矿灯光照模拟的示意图；

图3是矿灯前透镜结构的示意图；

图4 LED反光杯矿灯的光栅测试结果图，X/毫米， Y/毫米；

图5是LED反光杯矿灯的表面照度测试结果图，X/毫米， Y/毫米，W/毫米；

图6是LED反光杯矿灯的照度测试结果图，X/毫米，Y/毫米，W/毫米^2。

附图标记说明：1－LED光源，2－LED反光杯， 3－矿灯前透镜，4－反光杯内壁, 5－内表面, 6－外表面, 7－光。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

一种LED反光杯矿灯,包括LED光源1、LED反光杯 2、矿灯前透镜3,：所述LED反光杯2为抛物线形, LED反光杯2的曲率半径为15～15.05mm，所述LED光源1全发光角a为165～175°，光通量为95～105lm ，LED光源1设置在LED反光杯 2的反光杯内壁4的尾部,所述矿灯前透镜3设置在LED反光杯 2前端开口处，所述矿灯前透镜3的曲率半径为86.5～87mm，矿灯前透镜3的内表面5为凹形，外表面6为凸形。

所述LED反光杯系统2内直径为78mm。

所述矿灯前透镜3直径为78mm。

一种LED反光杯矿灯的设计优化方法，首先，通过市场调研，将现有市场矿灯的一般设计参数,包括形状、半径、曲率、光源位置等,作为本矿灯的LED反光杯和矿灯前透镜的初始参数，并将初始参数输入光学设计软件LightTools中进行初始成像；其次，由于初始成像投射出来的光线很少且杂乱无序，投射出来的光斑形状也极不规则，需要通过光学设计软件LightTools中的系统综合优化功能进行系统优化，将矿灯的LED反光杯和矿灯前透镜的形状、半径、曲率及光源位置参数设置为可变量，待系统优化完成之后，将优化后的形状、半径、曲率和光源位置参数作为系统优化参数；再次，由于系统优化后的矿灯成像光斑的直径和照度仍未达到预期效果，需要进行手动优化，即在系统优化的基础之上，基于实践经验和反复调整，不断地修改LED反光杯和矿灯前透镜的形状、半径、曲率及光源位置的系统优化参数，最终确定出参数指标，使得本矿灯能在1000mm处形成一个直径为80～120mm的明显光斑。

实施例1：本发明涉及一种LED反光杯矿灯,包括LED光源1、LED反光杯2、矿灯前透镜3, 所述LED反光杯2为铝合金做成的抛物线形结构，LED反光杯2的内直径为78mm，曲率半径为15mm，厚度为0.1mm；所述LED光源1光源安置在LED反光杯2内壁尾部，LED光源1全发光角为165°，扩大了照射范围，光通量为95lm；所述矿灯前透镜3与LED反光杯2前端开口内直径配合连接，矿灯前透镜3直径为78mm，厚度为0.1mm，曲率半径为86mm，矿灯前透镜的内表面5为凹形，外表面6为凸形,材质可以为PMMA，腐蚀性，耐振动更好;接通电源后，如图2所示，LED光源1发出的光7通过反光杯内壁4和矿灯前透镜3后形成一束近似平行的光7，能在1000mm处形成直径为80～120mm的光斑。

实施例2: 一种LED反光杯矿灯,包括LED光源1、LED反光杯2、矿灯前透镜3, 所述LED反光杯2为铝合金做成的抛物线形结构，LED反光杯2的内直径为78mm，曲率半径为15.5mm，厚度为0.1mm；所述LED光源1光源安置在LED反光杯2内壁尾部，LED光源1全发光角为175°，扩大了照射范围，光通量为105lm；所述矿灯前透镜3与LED反光杯2前端开口内直径配合连接，矿灯前透镜3直径为78mm，厚度为0.1mm，曲率半径为87mm，矿灯前透镜的内表面5为凹形，外表面6为凸形,材质可以为PMMA，腐蚀性，耐振动更好;接通电源后，如图2所示，LED光源1发出的光7通过反光杯内壁4和矿灯前透镜3后形成一束近似平行的光7，能在1000mm处形成直径为80～120mm的光斑。

实施例3: 一种LED反光杯矿灯,包括LED光源1、LED反光杯2、矿灯前透镜3, 所述LED反光杯2为铝合金做成的抛物线形结构，LED反光杯2的内直径为78mm，曲率半径为15.0376mm，厚度为0.1mm；所述LED光源1光源安置在LED反光杯2内壁尾部，LED光源1全发光角为170°，扩大了照射范围，光通量为100lm；所述矿灯前透镜3与LED反光杯2前端开口内直径配合连接，矿灯前透镜3直径为78mm，厚度为0.1mm，曲率半径为86.6mm，矿灯前透镜的内表面5为凹形，外表面6为凸形,材质可以为PMMA，腐蚀性，耐振动更好;接通电源后，如图2所示，LED光源1发出的光7通过反光杯内壁4和矿灯前透镜3后形成一束近似平行的光7，能在1000mm处形成直径为80～120mm的光斑。

本发明具有环保、高效、节能、安全、寿命长、耐振动、易于维护、体积很小、响应度快等优点。

图4的测试结果图反映了本矿灯发射出的光投射在1000mm处的接收面上形成了一个直径为80～120mm的光斑。与市场现有同类矿灯在1000mm处成像光斑的大小相比，本矿灯的成像光斑更大。所以，在同等照射需求下，本矿灯更加环保和节能。

图5和图6的测试结果图反映了本矿灯发射出的光投射在1000mm处的接收面上形成光斑的辐照度分布。该光斑的辐照度最大达到了6×10-6W/mm2，光斑更明显，空间利用系数也更高，即从矿灯光源放射出来的光束投射到1000mm处接收面的比例更高，所以更加高效节能。