CN104676409B - 机车灯及其发光组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光组件，包括基板、第一透镜、照明LED、第二透镜及信号LED。照明LED及信号LED固定于基板上，第一透镜及第二透镜分别对照明LED及信号LED发出的光线进行配光。通过第一透镜的配光，使得照明LED发出的光线最终的出光角小，光线集中分布，从而有利于照明。而通过第二透镜的配光，使得信号LED发出的光线最终具有较大的出光角，故光线分布比较分散，可照向更广的范围，从而便于起到警示作用。综上可知，上述发光组件可同时满足照明及警示的需求。因此，采用上述发光组件的灯具可取代照明灯和信号灯，从而降低成本。此外，本发明还提供一种机车灯。

Description

机车灯及其发光组件
技术领域
本发明涉及照明技术，特别是涉及一种机车灯及其发光组件。
背景技术
在矿场、煤炭矿井、冶金矿井等巷道内，用于运输的机车两头都要装有照明灯和信号灯，从而使得机车行驶时可用照明灯照明，并通过信号灯起警示作用。照明和警示所需要的光照分布是不同的。因此，照明灯的光照分布方向性好、光照均匀，故照明灯的出光角较小。然而，信号灯的光照分布则要求范围尽可能大，以更好的起到警示作用，因此，信号灯的出光角较大，光线分散。由于照明灯与信号灯光照分布的区别。目前照明灯和信号灯只能独立设计，并分开安装，从而使得成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种可同时实现照明以及警示作用，以降低成本的机车灯及其发光组件。
一种发光组件，包括：
基板，呈板状结构；
第一透镜，安装于所述基板上，所述第一透镜呈旋转对称结构，所述第一透镜包括：
第一底面，为平面，并与所述基板固定连接，所述第一底面向内凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽的底部及侧壁为自由曲面，且所述第一凹槽的底部及侧壁分别为第一正向入射面及第一侧向入射面；
与所述第一底面相对设置的第一出光面，所述第一出光面为平面；
连接所述第一底面与所述第一出光面的第一侧壁，所述第一侧壁为自由曲面，且所述第一侧壁为内侧为第一全反射面；
照明LED，固定于所述基板上，并收容于所述第一凹槽内，所述照明LED用于发出照明光，与所述第一透镜的光轴成±45度的所述照明光从所述第一正向入射面入射后射向所述第一出光面，经所述第一出光面折射后形成与所述第一透镜的光轴成±5度的光束，与所述第一透镜的光轴成±45至±90度的所述照明光从所述第一侧向入射面入射，并射向所述第一全反射面，经过所述第一全反射面反射后，得到与所述第一透镜的光轴平行的光束；
第二透镜，安装于所述基板上，所述第二透镜呈旋转对称结构，所述第二透镜包括：
第二底面，为平面，并与所述基板固定连接，所述第二底面向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽的底部及侧壁为自由曲面，且所述第二凹槽的底部及侧壁分别为第二正向入射面及第二侧向入射面；
与所述第二底面相对设置的第二出光面，所述第二出光面为平面；
连接所述第二底面与所述第二出光面的第二侧壁，所述第二侧壁为自由曲面，且所述第二侧壁为内侧为第二全反射面；
信号LED，固定于所述基板上设置所述照明LED的一侧，并收容于所述第二凹槽内，所述信号LED用于发出信号光，与所述第二透镜的光轴成±50度的所述信号光从所述第二正向入射面入射后射向所述第二出光面，经所述第二出光面折射后形成与所述第二透镜的光轴成±30度的光束，与所述第二透镜的光轴成±50至±90度的所述照明光从所述第二侧向入射面入射，并射向所述第二全反射面，经过所述第二全反射面反射后从所述第二出光面出射，得到与所述第二透镜的光轴成±28至±33度的光束。
在其中一个实施例中，所述基板为铝基板。
在其中一个实施例中，所述基板呈圆形板状结构。
在其中一个实施例中，所述照明LED为6个，且围绕所述基板的边缘等间隔设置，所述信号LED为2个，且位于所述基板的中心。
在其中一个实施例中，所述照明LED为白光LED，所述信号LED为红光LED。
在其中一个实施例中，所述第一凹槽的侧壁与所述第一透镜的光轴形成3度的拔模角。
在其中一个实施例中，所述第二凹槽的侧壁与所述第二透镜的光轴形成2度的拔模角。
在其中一个实施例中，沿所述第一透镜的光轴纵向切面，截得所述第一底面为线段A、第一出光面为线段B、第一正向入射面为曲线C、第一侧向入射面为曲线D及D’、第一全反射面为曲线E及E’，在以第一底面的中心为原点、第一透镜的光轴为X轴的坐标系中，线段A两个端点的坐标分别为a1(0，4.11)及a2(0，-4.11)；线段B两个端点的坐标分别为b1(10.25，9.30)及b2(10.25，-9.30)；曲线C的两个端点的坐标为c1(3.94，2.91)及c2(3.94，-2.91)，且经过点c3(2.47，0)；曲线D的两个端点坐标为d1(0，-3.14)及c2(3.94，-2.91)，且经过点d2(1.97，-3.16)，D’与D相对于X轴对称；曲线E的两个端点坐标为a2(0，-4.11)及e1(8.15，-9.30)，且经过点e2(3.29，-6.50)，E’与E相对于X轴对称。
在其中一个实施例中，沿所述第二透镜的光轴纵向切面，截得所述第一底面为线段F、第一出光面为线段G、第一正向入射面为曲线H、第一侧向入射面为曲线I及I’、第一全反射面为曲线J及J’，在以第二底面的中心为原点、第二透镜的光轴为X轴的坐标系中，线段F两个端点的坐标分别为f1(0，3.80)及f2(0，-3.80)；线段G两个端点的坐标分别为g1(11.00，10.00)及g2(11.00，-10.00)；曲线H的两个端点的坐标为h1(2.87，2.83)及h2(2.87，-2.83)，且经过点h3(1.92，0)；曲线I的两个端点坐标为i1(0，-2.97)及h2(2.87，-2.83)，且经过点i2(1.69，-2.90)，I’与I相对于X轴对称；曲线J的两个端点坐标为f2(0，-3.80)及j1(6.25，-10.00)，且经过点j2(3.31，-7.22)，J’与J相对于X轴对称。
此外，本发明还提供一种机车灯，所述机车灯包括如上述优选实施例中任一项所述发光组件。
上述机车灯及其发光组件，通过第一透镜的配光，使得照明LED发出的光线最终的出光角小，光线集中分布，从而有利于照明。而通过第二透镜的配光，使得信号LED发出的光线最终具有较大的出光角，故光线分布比较分散，可照向更广的范围，从而便于起到警示作用。综上可知，上述机车灯及其发光组件可同时满足照明及警示的需求。因此，上述机车灯可取代照明灯和信号灯，从而降低成本。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中发光组件的结构示意图；
图2为图1所示发光组件中第一透镜的剖面结构示意图；
图3为直角坐标系中第一透镜的坐标示意图；
图4为第一透镜的配光曲线图；
图5为图1所示发光组件中第二透镜的剖面结构示意图；
图6为直角坐标系中第二透镜的坐标示意图；
图7为第二透镜的配光曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明较佳实施例中的发光组件100包括基板110、第一透镜120、照明LED130、第二透镜140及信号LED150。
基板110呈板状结构。在本实施例中，基板110为铝基板。铝为热的良导体，铝基板有利于固定于基板110上的照明LED130及信号LED150散热。可以理解，在其他实施例中，基板110还可由其他金属或者塑料制成。进一步的，基板110呈圆形板状结构。由于圆形为中心对称图形。因此，呈圆形的基板110便于发光组件100后续组装成灯具。
请一并参阅图2，第一透镜120安装于基板110上，且第一透镜120呈旋转对称结构。第一透镜120包括第一底面121、第一出光面125及第一侧壁127。
第一底面121为平面，并与基板110固定连接。第一底面121向内凹陷形成第一凹槽123，第一凹槽123的底部及侧壁为自由曲面，且第一凹槽123的底部及侧壁分别为第一正向入射面1232及第一侧向入射面1234。具体在本实施例中，第一凹槽123的侧壁与第一透镜120的光轴形成3度的拔模角，以便于第一透镜120的加工。第一出光面125与第一底面121相对设置，第一出光面125为平面。第一侧壁127连接第一底面121与第一出光面125。第一侧壁127为自由曲面，且第一侧壁127为内侧为第一全反射面1272。
照明LED130固定于基板110上，并收容于第一凹槽123内，照明LED130用于发出照明光。具体在本实施例中，照明LED130为白光LED。
其中，与第一透镜120的光轴成±45度的所述照明光从第一正向入射面1232入射后射向第一出光面，经第一出光面折射后形成与第一透镜120的光轴成±5度的光束，与第一透镜120的光轴成±45至±90度的照明光从所述第一侧向入射面1234入射，并射向第一全反射面1272，经过第一全反射面1272反射后，得到与第一透镜120的光轴平行的光束。
请一并参阅图3，在本实施例中，沿第一透镜120的光轴纵向切面，截得第一底面121为线段A、第一出光面为线段B、第一正向入射面1232为曲线C、第一侧向入射面1234为曲线D及D’、第一全反射面1272为曲线E及E’。在以第一底面121的中心为原点、第一透镜120的光轴为X轴的坐标系中，线段A两个端点的坐标分别为a1(0，4.11)及a2(0，-4.11)；线段B两个端点的坐标分别为b1(10.25，9.30)及b2(10.25，-9.30)；曲线C的两个端点的坐标为c1(3.94，2.91)及c2(3.94，-2.91)，且经过点c3(2.47，0)；曲线D的两个端点坐标为d1(0，-3.14)及c2(3.94，-2.91)，且经过点d2(1.97，-3.16)，D’与D相对于X轴对称；曲线E的两个端点坐标为a2(0，-4.11)及e1(8.15，-9.30)，且经过点e2(3.29，-6.50)，E’与E相对于X轴对称。
如图4所示，通过对第一透镜120的配光效果进行实验，得到第一透镜120的配光曲线。从图中可知，光线分布在较小的角度范围内，半光强角度为10度左右。因此，第一透镜120可将光线集中，从而有利于照明。
请一并参阅图5，第二透镜140安装于基板110上，第二透镜140呈旋转对称结构。第二透镜140包括第二底面141、第二出光面145及第二侧壁147。
第二底面141为平面，并与基板110固定连接。第二底面141向内凹陷形成第二凹槽143，第二凹槽143的底部及侧壁为自由曲面，且第二凹槽143的底部及侧壁分别为第二正向入射面1432及第二侧向入射面1434。具体在本实施例中，第二凹槽143的侧壁与所述第二透镜140的光轴形成2度的拔模角，以便于第二透镜140的加工。第二出光面145与第二底面141相对设置的，第二出光面145为平面。第二侧壁147连接第二底面141与第二出光面145。第二侧壁147为自由曲面，且第二侧壁147为内侧为第二全反射面1472。
信号LED150固定于基板110上设置照明LED130的一侧，并收容于第二凹槽143内。具体在本实施例中，信号LED150为红光LED。由于红光颜色鲜艳，而且实际生活中常用作警示颜色。因此，采用红光LED比较能引起注意。可以理解，在其他实施例中，信号LED150还可采用绿色、黄色或其他颜色的LED。信号LED150用于发出信号光，与第二透镜140的光轴成±50度的信号光从第二正向入射面1432入射后射向第二出光面145，经第二出光面145折射后形成与第二透镜140的光轴成±30度的光束。与第二透镜140的光轴成±50至±90度的照明光从第二侧向入射面1434入射，并射向第二全反射面1472，经过第二全反射面1472反射后从第二出光面145出射，得到与第二透镜140的光轴成±28至±33度的光束。
请一并参阅图6，在本实施例中，沿第二透镜140的光轴纵向切面，截得第一底面121为线段F、第一出光面为线段G、第一正向入射面1232为曲线H、第一侧向入射面1234为曲线I及I’、第一全反射面1272为曲线J及J’，在以第二底面141的中心为原点、第二透镜140的光轴为X轴的坐标系中，线段F两个端点的坐标分别为f1(0，3.80)及f2(0，-3.80)；线段G两个端点的坐标分别为g1(11.00，10.00)及g2(11.00，-10.00)；曲线H的两个端点的坐标为h1(2.87，2.83)及h2(2.87，-2.83)，且经过点h3(1.92，0)；曲线I的两个端点坐标为i1(0，-2.97)及h2(2.87，-2.83)，且经过点i2(1.69，-2.90)，I’与I相对于X轴对称；曲线J的两个端点坐标为f2(0，-3.80)及j1(6.25，-10.00)，且经过点j2(3.31，-7.22)，J’与J相对于X轴对称。
如图7所示，通过对第二透镜140的配光效果进行实验，得到第二透镜140的配光曲线。从图中可知，光线分布在较大的角度范围内，半光强角度为60度左右。因此，第二透镜120可将光线分布到比较广泛的空间，从而有利于起警示作用。
在本实施例中，照明LED130为6个，且围绕基板110的边缘等间隔设置，信号LED150为2个，且位于基板110的中心。呈环状布置的照明LED130可使光线更加均匀。而信号LED150位于基板110中心，则可使信号LED150发出的信号光在各方向上的分布对称。
本发明还提供了一种机车灯。机车灯包括发光组件100。此外，机车灯还包括一些正常工作所必须的元件，灯壳、灯罩、驱动电路等。
机车灯及其发光组件100，通过第一透镜120的配光，使得照明LED130发出的光线最终的出光角小，光线集中分布，从而有利于照明。而通过第二透镜140的配光，使得信号LED150发出的光线最终具有较大的出光角，故光线分布比较分散，可照向更广的范围，从而便于起到警示作用。综上可知，上述机车灯及其发光组件100可同时满足照明及警示的需求。因此，上述机车灯可取代照明灯和信号灯，从而降低成本。
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本发明专利范围的限制。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 (9)

1.一种发光组件，其特征在于，包括：
基板，呈板状结构；
第一透镜，安装于所述基板上，所述第一透镜呈旋转对称结构，所述第一透镜包括：
第一底面，为平面，并与所述基板固定连接，所述第一底面向内凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽的底部及侧壁为自由曲面，且所述第一凹槽的底部及侧壁分别为第一正向入射面及第一侧向入射面；
与所述第一底面相对设置的第一出光面，所述第一出光面为平面；
连接所述第一底面与所述第一出光面的第一侧壁，所述第一侧壁为自由曲面，且所述第一侧壁为内侧为第一全反射面；
照明LED，固定于所述基板上，并收容于所述第一凹槽内，所述照明LED用于发出照明光，与所述第一透镜的光轴成±45度的所述照明光从所述第一正向入射面入射后射向所述第一出光面，经所述第一出光面折射后形成与所述第一透镜的光轴成±5度的光束，与所述第一透镜的光轴成±45至±90度的所述照明光从所述第一侧向入射面入射，并射向所述第一全反射面，经过所述第一全反射面反射后，得到与所述第一透镜的光轴平行的光束；
第二透镜，安装于所述基板上，所述第二透镜呈旋转对称结构，所述第二透镜包括：
第二底面，为平面，并与所述基板固定连接，所述第二底面向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽的底部及侧壁为自由曲面，且所述第二凹槽的底部及侧壁分别为第二正向入射面及第二侧向入射面；
与所述第二底面相对设置的第二出光面，所述第二出光面为平面；
连接所述第二底面与所述第二出光面的第二侧壁，所述第二侧壁为自由曲面，且所述第二侧壁为内侧为第二全反射面；
信号LED，固定于所述基板上设置所述照明LED的一侧，并收容于所述第二凹槽内，所述信号LED用于发出信号光，与所述第二透镜的光轴成±50度的所述信号光从所述第二正向入射面入射后射向所述第二出光面，经所述第二出光面折射后形成与所述第二透镜的光轴成±30度的光束，与所述第二透镜的光轴成±50至±90度的所述照明光从所述第二侧向入射面入射，并射向所述第二全反射面，经过所述第二全反射面反射后从所述第二出光面出射，得到与所述第二透镜的光轴成±28至±33度的光束；
其中，沿所述第二透镜的光轴纵向切面，截得所述第一底面为线段F、第一出光面为线段G、第一正向入射面为曲线H、第一侧向入射面为曲线I及I’、第一全反射面为曲线J及J’，在以第二底面的中心为原点、第二透镜的光轴为X轴的坐标系中，线段F两个端点的坐标分别为f1(0，3.80)及f2(0，-3.80)；线段G两个端点的坐标分别为g1(11.00，10.00)及g2(11.00，-10.00)；曲线H的两个端点的坐标为h1(2.87，2.83)及h2(2.87，-2.83)，且经过点h3(1.92，0)；曲线I的两个端点坐标为i1(0，-2.97)及h2(2.87，-2.83)，且经过点i2(1.69，-2.90)，I’与I相对于X轴对称；曲线J的两个端点坐标为f2(0，-3.80)及j1(6.25，-10.00)，且经过点j2(3.31，-7.22)，J’与J相对于X轴对称。
2.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述基板为铝基板。
3.根据权利要求2所述的发光组件，其特征在于，所述基板呈圆形板状结构。
4.根据权利要求3所述的发光组件，其特征在于，所述照明LED为6个，且围绕所述基板的边缘等间隔设置，所述信号LED为2个，且位于所述基板的中心。
5.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述照明LED为白光LED，所述信号LED为红光LED。
6.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述第一凹槽的侧壁与所述第一透镜的光轴形成3度的拔模角。
7.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述第二凹槽的侧壁与所述第二透镜的光轴形成2度的拔模角。
8.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，沿所述第一透镜的光轴纵向切面，截得所述第一底面为线段A、第一出光面为线段B、第一正向入射面为曲线C、第一侧向入射面为曲线D及D’、第一全反射面为曲线E及E’，在以第一底面的中心为原点、第一透镜的光轴为X轴的坐标系中，线段A两个端点的坐标分别为a1(0，4.11)及a2(0，-4.11)；线段B两个端点的坐标分别为b1(10.25，9.30)及b2(10.25，-9.30)；曲线C的两个端点的坐标为c1(3.94，2.91)及c2(3.94，-2.91)，且经过点c3(2.47，0)；曲线D的两个端点坐标为d1(0，-3.14)及c2(3.94，-2.91)，且经过点d2(1.97，-3.16)，D’与D相对于X轴对称；曲线E的两个端点坐标为a2(0，-4.11)及e1(8.15，-9.30)，且经过点e2(3.29，-6.50)，E’与E相对于X轴对称。
9.一种机车灯，其特征在于，包括如上述权利要求1～8任一项所述发光组件。
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