[发明专利]透镜和具有该透镜的照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于照明装置的透镜。此外，本发明还涉及一种具有上述类型的透镜的照明装置，尤其是一种隧道灯。

背景技术

LED发光组件被广泛的应用在隧道照明中。但是，LED发光组件的光分布性能不能满足隧道照明的要求，因此必须在LED发光组件的顶部加装一个二次透镜。几乎所有现有的透镜都是基于光照度均匀度理论设计的。通过这种类型的透镜能够使隧道灯获得非常均匀的光照度。但是，观察者的眼睛接收来自路面的亮度，而亮度本身取决于光照度和路面的反射系数，在观察者相对于隧道灯处于不同位置时，路面的反射系数也会有不同的变化，但是通过根据现有技术的透镜获得的光照度是均匀的，也就是说，隧道灯发射的光线在不同的位置的光照度是相同的，那么观察者在处于不同的位置所接收到的亮度是不同的，这导致一个问题，即采用现有技术中的透镜的照明装置发射的光线的光照度是均匀的，但是隧道中的路面反射出的光线的亮度不够。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于照明装置，尤其是隧道灯的透镜，该透镜基于亮度均匀度理论设计，通过根据本发明的透镜出射的光线通过隧道中的路面反射后具有均匀的亮度。此外，本发明还涉及一种具有上述类型的透镜的照明装置，尤其是一种隧道灯。

本发明的第一个目的通过一种用于照明装置，尤其是隧道灯的透镜由此实现，即该透镜具有底面和在底面上隆起的出射面，底面包括凹进区域，凹进区域形成入射面，其中，出射面和入射面如此设计，使得入射到入射面并经出射面出射的光线在由照明装置的光源的光轴和垂直于光轴的第一直线限定的第一截面的两侧形成镜像对称的光斑，并且在由光轴和垂直于第一直线的第二直线限定的第二截面的两侧形成非镜像对称的光斑，其中，从出射面出射的光线经被照射面的各个位置反射之后产生均匀的亮度。根据本发明的透镜基于亮度均匀度理论设计，也就是说，首先设定经过被照射面的的各个位置反射后的光线的亮度为相同的，从而反向推算出入射面和出射面的曲线轮廓。

根据本发明的一个优选的设计方案提出，出射面和入射面如此设计，使得从出射面出射的光线具有在远离垂直于被照射面的垂直轴线的方向上递减的光照度，光照度与被照射面的不同位置的反射系数相匹配。根据光照度与亮度的关系可知，亮度不仅取决于光照度，而且还取决于被照射面的不同位置的反射系数。在确定了亮度的前提下，可推算出从出射面出射的光线的光照度在远离垂直轴线的方向上递减。

根据本发明进一步提出，出射面和入射面如此设计，使得从出射面出射的光线获得预定的出射角γ和光强I，以获得在远离垂直轴线的方向上递减的光照度，其中出射角为从出射面出射的光线与垂直轴线的夹角。优选的是，光照度通过以下公式计算获得：其中，H为光源距离被照射面的垂直高度。在本发明的设计方案中，光照度实质上取决于从出射面出射的光线的出射角和光强。在设计根据本发明的透镜时，由于被照射面的各个位置反射给观察者的亮度是相同的，那么可以获得从透镜出射的各条光线的出射角和光强，由此可以通过专用的光学模型获知由各条光线与入射面和出射面相交的点在三维空间中的坐标，从而确定入射面和出射面的曲线轮廓。

根据本发明的一个优选的设计方案提出，根据出射角和偏移角计算出反射系数，其中偏移角为垂直轴线与被照射面的第一交点至从出射面出射的光线与被照射面的第二交点之间的第一连线与观察者在被照射面上所处的位置与第二交点的第二连线的反向延长线之间的夹角。在本发明的设计方案中，出射角的角度范围在0度至90度之间并且偏移角的角度范围在0度至180度之间。

优选的是，出射面包括由底面截取的第一曲线、由第一截面截取的第二曲线和由第二截面截取的第三曲线，并且入射面包括由底面截取的第四曲线、由第一截面截取的第五曲线和由第二截面截取的第六曲线。出射面与入射面的各条曲线相互配合从而产生具有预定的出射角和光强的出射的光线。

有利的是，第一曲线在底面中的以光源为原点的xy坐标系中包括处于xy坐标系的第一象限和第二象限中的第一上部曲线和处于第三象限和第四象限中的第一下部曲线，其中第一上部曲线根据以下公式获得：f(a)=0f(-a)=0f(0)=b；第一下部曲线根据以下公式获得：f(a)=0f(-a)=0f(0)=-c，其中，a为第一曲线在x轴的正半轴上距离原点的距离，-a为第一曲线在x轴的负半轴上距离原点的距离，b为第一曲线在y轴的正半轴上距离原点的距离，-c为第一曲线在y轴的负半轴上距离原点的距离，其中b<c。