專利名稱:Led路燈透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED照明領(lǐng)域，尤其涉及光能利用率較高的LED路燈透鏡。
技術(shù)背景
路燈是城市照明的重要組成部分，傳統(tǒng)的路燈常采用高壓鈉燈，高壓鈉燈整體上光效低的缺點(diǎn)造成了能源的巨大浪費(fèi)。因此，開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、顯色指數(shù)高、環(huán)保的路燈對城市照明節(jié)能具有十分重要的意義。
現(xiàn)今，LED光源作為路燈的應(yīng)用已越來越廣泛。LED光源是光線分布較發(fā)散的光源，為配合道路照明，需要在充分提高光能利用率的基礎(chǔ)上重新配光。
目前市場上LED路燈主要采用兩種配光形式，第一種為將LED發(fā)光模塊拱起或凹進(jìn)，這種配光形式能將光在路面平行方向分布較廣，但光能利用率低，均勻性達(dá)不到要求。 第二種為采用透鏡配光，透鏡材料為PC或PMMA，透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理和材料本身的損耗，光能利用率低。
公開號為C擬842182中國專利公開了一種LED路燈，這種路燈中的LED是密集安裝在安放板上，安放板中部為平面板，周邊向LED的安裝面反方向翹起形成夾角，整個LED 的安裝面呈凸起狀。
公開號為CN1821651的中國專利公開了一種大功率LED路燈，這種路燈燈頭套接有對應(yīng)的透鏡，透鏡通過固定蓋板固定。
公開號為C擬896006的中國專利公開了一種高亮度LED路燈燈頭，燈頭內(nèi)設(shè)置有拱形支架，大功率LED安裝在支架上，每個LED都裝有透鏡。
公開號為CN1936417的中國專利公開了一種LED路燈光源，這種路燈的發(fā)光裝置是LED安裝在散熱上座的底面上，底面由相互間成一定夾角的多個傾斜平面構(gòu)成，LED通過透鏡套住，用透鏡固定架固定透鏡。
公開號為CN101105272中國專利公開了一種LED路燈透鏡，這種透鏡的結(jié)構(gòu)是包含具有圓對稱的凹坑和枕頭形的出射面以及全反射面，透鏡的材料為PC或PMMA。
然而，以上專利文獻(xiàn)揭露的路燈發(fā)光裝置光能利用率很低或均勻性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光利用率高的LED路燈光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到在矩形區(qū)域內(nèi)滿足道路照明的光分布照度要求。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種LED路燈透鏡，所述透鏡安裝在LED光源的上方，所述透鏡和光源的軸線在同一條直線上，所述透鏡包含入射面和出射面、底面、全反射面以及全反射面和出射面的過渡面，所述透鏡包括入射面、出射面以及所述入射面和出射面的過渡面，所述入射面為內(nèi)凹的曲面；所述出射面為一個沿著X軸方向弧形凹下、Y軸方向弧形凸出的花生米形狀的曲面。
較佳地，所述內(nèi)凹曲面為中心對稱的圓弧線、自由曲線垂直拉伸的長條形曲面。[0014]較佳地，在其出射面輪廓圓弧凸出，所述出射面的穿過透鏡中心軸Z軸的橫向截面的輪廓圓弧凸出、穿過透鏡中心軸Z軸的縱向截面的輪廓弧形凹下。
較佳地，所述縱向截面上的正半截面輪廓的線段包括入射面輪廓線段AB，過渡面輪廓曲線BC，出射面輪廓曲線CD。
較佳地，所述⑶曲線的構(gòu)造方法為AB與⑶線構(gòu)成二維透鏡，通過Z軸旋轉(zhuǎn)36 0 度，將光源所發(fā)出的從0度到α角內(nèi)的光能重新分配在目標(biāo)平面的半徑為r圓形區(qū)域內(nèi)， 圓形區(qū)域內(nèi)的照度為常數(shù)，CD上點(diǎn)坐標(biāo)為(χ，z)，光線從光源點(diǎn)到(χ，ζ)經(jīng)過CD上的點(diǎn) (x0, zO)，從而確定光源發(fā)出光線的頂角，再根據(jù)光能經(jīng)過透鏡的能量守恒公式，在頂角內(nèi)的光通量等于對應(yīng)的目標(biāo)平面內(nèi)圓形面積乘以照度，最終根據(jù)滿足上述條件的微分方程解出CD曲線的數(shù)值解。
較佳地，所述橫向截面上的正半截面輪廓的線段包括入射面輪廓包含線段ab，過渡面輪廓為曲線bc，出射面輪廓為曲線Cd。
較佳地，所述cd曲線的構(gòu)造方法為ab與cd線構(gòu)成二維透鏡，通過Z軸旋轉(zhuǎn)360 度，將光源所發(fā)出的從O度到β角內(nèi)的光能重新分配在目標(biāo)平面的半徑為r圓形區(qū)域內(nèi)， cd上點(diǎn)坐標(biāo)為(y，z)，光線從光源點(diǎn)到(y，ζ)為入射光線，從(y，ζ)到目標(biāo)平面為出射光線，根據(jù)光能經(jīng)過透鏡的能量守恒公式，在頂角內(nèi)的光通量等于對應(yīng)的目標(biāo)平面內(nèi)圓形面積乘以照度，最終根據(jù)滿足上述條件的微分方程解出cd曲線的數(shù)值解。
較佳地，所述反光杯的內(nèi)反射面關(guān)于對稱軸左右上下對稱。
較佳地，所述透鏡的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或玻璃。
較佳地，所述發(fā)光單元由多個相應(yīng)的LED光源、反光杯、透鏡構(gòu)成。
使用本發(fā)明的透鏡，LED光源所發(fā)出的光能都能經(jīng)過透鏡曲面的折射傳輸出，因此利用率較高。本發(fā)明的透鏡的出射曲面的獨(dú)特設(shè)計，可以把光能在照射面上很好的分配，因此均勻度較高。


參考下文之現(xiàn)時較佳實(shí)施例的描述以及附圖，可最佳地理解本發(fā)明及其目的與優(yōu)
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圖1是本發(fā)明路燈透鏡立體圖；
圖2是本發(fā)明路燈透鏡的側(cè)視圖；
圖3是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)中透鏡的剖視圖；
圖4是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)中透鏡的上表面立體圖；
圖5是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)中透鏡橫向截面的二維坐標(biāo)標(biāo)記圖；
圖6是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)中透鏡縱向截面的二維坐標(biāo)標(biāo)記圖；
圖7是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)光線傳播圖；
圖8是本發(fā)明路燈光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際安裝照度分布圖；
圖9是本發(fā)明燈光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際安裝配光曲線圖。
附圖符號表
1 第一種路燈光學(xué)系統(tǒng) 11 透鏡
12 反光杯121 反光杯的反光面[0036]122:反光杯的底面13:LED光源
111 透鏡入射面112 透鏡出射面
113 透鏡入射面和出射面的過渡區(qū)域
131 光源所發(fā)出的光線分成小角度光路
132 光源所發(fā)出的光線分成大角度光路
3:目標(biāo)區(qū)域
具體實(shí)施方式
現(xiàn)參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的LED路燈光學(xué)系統(tǒng)的較佳實(shí)施例。
圖1和圖2所示，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例LED路燈應(yīng)用于一般的LED路燈光學(xué)系統(tǒng)1中。光學(xué)系統(tǒng)1包含LED光源13。LED光源13安裝于透鏡11底面。
本實(shí)施例中，LED光源13為單個或多個大功率LED或LED模組。LED光源13發(fā)出角度基本為180度的光。圖2示出了是本發(fā)明路燈透鏡配合兩顆LED系統(tǒng)的剖視圖。
本實(shí)施例中，LED光源13為單個或多個大功率LED或LED模組。LED光源13發(fā)出角度基本為180度的光
透鏡11將LED光源13所發(fā)出光線經(jīng)過重新整形，在一定距離的垂直平面內(nèi)形成矩形光斑的透鏡。如圖3和圖4所示，透鏡包含入射面111和出射面112及入射面和出射面的過渡區(qū)域113。入射面111為圓弧或自由曲線垂直拉伸的曲面，出射面112為一個縱向弧形凹下、橫向弧形凸出的花生米形狀。
現(xiàn)參考圖5和圖6，具體描述透鏡11的結(jié)構(gòu)。
參閱圖5和圖6，定義透鏡中心軸為Z軸，與照明系統(tǒng)的主光軸方向重合，穿過透鏡中心軸的橫向截面為X-Z平面，其出射面輪廓圓弧凸出，穿過透鏡中心軸的縱向截面為Y-Z 平面，其出射面輪廓中心區(qū)域弧形凹下。
透鏡X-Z平面上的正半截面輪廓的線段表示入射面輪廓為線段AB，過渡面輪廓為曲線BC，出射面輪廓為曲線CD。
⑶曲線的構(gòu)造方法為
AB與⑶線構(gòu)成二維透鏡，通過Z軸旋轉(zhuǎn)360度，假設(shè)成三維圓對稱透鏡，將光源所發(fā)出的從0度到α角內(nèi)的光能重新分配在目標(biāo)平面的半徑為r圓形區(qū)域內(nèi)，假設(shè)光源為點(diǎn)光源，⑶上點(diǎn)坐標(biāo)為(X，z)，根據(jù)光線折射定律，確定光線從光源點(diǎn)到(X，ζ)經(jīng)過⑶上的點(diǎn)(xO，c)，從而確定光源發(fā)出光線的頂角，點(diǎn)(xO，zO)通過以下公式求得
權(quán)利要求
1.一種LED路燈透鏡，所述透鏡安裝在LED光源的上方，所述透鏡和光源的軸線在同一條直線上，所述透鏡包含入射面和出射面、底面、全反射面以及全反射面和出射面的過渡面，其特征在于其特征在于，所述入射面為內(nèi)凹的曲面；所述出射面為一個沿著X軸方向弧形凹下、Y軸方向弧形凸出的花生米形狀的曲面，在其出射面輪廓圓弧凸出，所述出射面的穿過透鏡中心軸Z軸的橫向截面的輪廓圓弧凸出、穿過透鏡中心軸Z軸的縱向截面的輪廓弧形凹下，所述縱向截面上的正半截面輪廓的線段包括入射面輪廓線段AB，過渡面輪廓曲線BC，出射面輪廓曲線CD，所述CD曲線的構(gòu)造方法為AB與CD線構(gòu)成二維透鏡，通過Z軸旋轉(zhuǎn)360度，將光源所發(fā)出的從0度到α角內(nèi)的光能重新分配在目標(biāo)平面的半徑為r圓形區(qū)域內(nèi)，圓形區(qū)域內(nèi)的照度為常數(shù)，⑶上點(diǎn)坐標(biāo)為(x，z)，光線從光源點(diǎn)到(x，z)經(jīng)過⑶上的點(diǎn)(xO，zO)，從而確定光源發(fā)出光線的頂角，再根據(jù)光能經(jīng)過透鏡的能量守恒公式，在頂角內(nèi)的光通量等于對應(yīng)的目標(biāo)平面內(nèi)圓形面積乘以照度，最終根據(jù)滿足上述條件的微分方程解出CD曲線的數(shù)值解。
2.如權(quán)利要求
1所述的路燈透鏡，其特征在于，所述內(nèi)凹曲面為中心對稱的圓弧線、自由曲線垂直拉伸的長條形曲面。
3.如權(quán)利要求
1所述的路燈透鏡，其特征在于，所述橫向截面上的正半截面輪廓的線段包括入射面輪廓包含線段ab，過渡面輪廓為曲線bc，出射面輪廓為曲線Cd。
4.如權(quán)利要求
3所述的路燈透鏡，其特征在于，所述cd曲線的構(gòu)造方法為ab與cd 線構(gòu)成二維透鏡，通過Z軸旋轉(zhuǎn)360度，將光源所發(fā)出的從0度到β角內(nèi)的光能重新分配在目標(biāo)平面的半徑為r圓形區(qū)域內(nèi)，cd上點(diǎn)坐標(biāo)為(y，z)，光線從光源點(diǎn)到(y，ζ)為入射光線，從(y，ζ)到目標(biāo)平面為出射光線，根據(jù)光能經(jīng)過透鏡的能量守恒公式，在頂角內(nèi)的光通量等于對應(yīng)的目標(biāo)平面內(nèi)圓形面積乘以照度，最終根據(jù)滿足上述條件的微分方程解出cd 曲線的數(shù)值解。
5.如權(quán)利要求
1所述的路燈透鏡，其特征在于，所述反光杯的內(nèi)反射面關(guān)于對稱軸左右上下對稱。
6.如權(quán)利要求
1所述的路燈透鏡，其特征在于，所述透鏡的材料為聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚碳酸酯(PC)或玻璃。
7.如權(quán)利要求
1所述的路燈透鏡，其特征在于，所述發(fā)光單元由多個相應(yīng)的LED光源、 反光杯、透鏡構(gòu)成。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種LED路燈透鏡，所述透鏡安裝在LED光源的上方，所述透鏡和光源的軸線在同一條直線上，所述透鏡包含入射面和出射面、底面、全反射面以及全反射面和出射面的過渡面，所述透鏡包括入射面、出射面以及所述入射面和出射面的過渡面，所述入射面為內(nèi)凹的曲面；所述出射面為一個沿著X軸方向弧形凹下、Y軸方向弧形凸出的花生米形狀的曲面。
文檔編號F21W131/103GKCN101691915 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200910054938
公開日2012年1月4日 申請日期2009年7月16日
發(fā)明者宋金德, 張茂勝, 王萬林, 王祥偉, 董維勝, 陳志忠 申請人:江蘇伯樂達(dá)光電科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6),