CN101382252A - 大功率led透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光斑均匀度平均、结构合理、便于安装的大功率LED透镜，其能满足路灯的大功率照明需要。其造型精美，光斑均匀、安装方便等特点。本发明包含有安装基体，安装基体上设有一内凹的U型凹槽，U型凹槽内设有LED灯泡，U型凹槽上面设有四个分别为第一抛物线非球面、第二抛物线非球面、第三抛物线非球面、第四抛物线非球面，第一抛物线非球面与另外三个抛物线非球面、第三抛物线非球面、第四抛物线非球面对称。本发明按路面矩形光斑分布的理念来设计LED透镜，利用二次光学原理使LED透镜的四个面光斑分布均匀，路面光斑照度均匀，光线分布合理，减少光线的无效损失，且价格低，安装方便，具有推广的意义。

Description

大功率LED透镜

技术领域

本发明涉及一种LED照明技术，通过二次光学透镜、基面、入光面、出光面共同界定出二次光透镜的本体，尤其涉及一种大功率LED透镜。

背景技术

目前，世界范围内的能源紧张引起了各国对节能技术的高度重视，在大力开发诸如太阳能、风能等可再生清洁能源的同时，各国也在合理地利用能源方面加大了开发力度，现在道路上使用的路灯都是150W～400W，而照明的电力来源是耗电能很大，出于一般的路灯需求电力供应量很大的，给能源的消耗带来了很大压力，这其中发光二极管，大功率LED路灯已开始应用在道路照明上。目前现有LED路灯，在路面上形成的光斑，可分为矩形光斑、圆形光斑和椭圆光斑，而其中矩形光斑光线分布最为合理，减少了光线的无效损失；但现有的大功率LED路灯，二次发光条件一般分为两种，一是利用光杯，二是利用透镜，前一种的缺点是光斑过于分散，照度不均匀，必须增加功率才能达到路面要求的光斑效果，这就带来了大功率LED路灯散热等问题，并且增加了成本，无法达到节约成本的目的。后一种的缺点是光斑过于集中，具体表现在路面光斑中心照度非常高，例如中心照度达到35LUX，而边沿或路灯灯杆间存在照度低的现象或存在有阴影的现象，照度只在1LUX以下。影响人们的正常生活和大功率LED路灯的推广和使用，所以大功率LED透镜光斑均匀度问题就是迫切需要解决的难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种光斑均匀度平均、结构合理、便于安装的大功率LED透镜，其能满足路灯的大功率照明需要。其造型精美，光斑均匀、安装方便等特点。

为达上述目的，本发明的大功率LED透镜结构，采用以下的技术方案：

一种大功率LED透镜，包含有安装基体，安装基体上设有一内凹的U型凹槽，U型凹槽内设有LED灯泡，U型凹槽上面设有四个分别为第一抛物线非球面、第二抛物线非球面、第三抛物线非球面、第四抛物线非球面，第一抛物线非球面与另外三个抛物线非球面、第三抛物线非球面、第四抛物线非球面对称。

进一步，所述第一抛物线非球面与第三抛物线非球面呈对角线对称，第二抛物线非球面与第四抛物线非球面呈对角线对称，第一抛物线非球面与第二抛物线非球面呈垂直对称，第一抛物线非球面与第四抛物线非球面呈水平对称，第三抛物线非球面与第四抛物线非球面呈左右对称，第一抛物线非球面、第二抛物线非球面、第三抛物线非球面与第四抛物线非球面符合如下非球面方程光学公式，

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

            x axis    y axis

c           0.056123  0.023927

k           -3.66229  -18.7744

a1          0         0

a2          0         -1.1E-06

a3          0         -1.3E-07

a4          0         -4.5E-09

a5          0         -1.3E-10

a6          0         0

a7          0         0

a8          0         0

Z＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α1---α8代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

第一抛物线非球面与第三抛物线非球面用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度二分之一光斑和设定路面宽度的光斑，特征表现为：第二抛物线非球面与第四抛物线非球面设定路面的宽度光斑的另一边和路面长度的二分之一光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀；第二抛物线非球面与第四抛物线非球面用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度二分之一光斑和设定路面宽度的光斑，特征表现为：第一抛物线非球面与第三抛物线非球面设定路面光斑的宽度的另一边和路面长度的二分之一光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀。

第一抛物线非球面与第二抛物线非球面用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，特征表现为：第三抛物线非球面与第四抛物线非球面设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀；第三抛物线非球面与第四抛物线非球面用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，特征表现为：第一抛物线非球面与第二抛物线非球面设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀。

上述的第一抛物线非球面、第二抛物线非球面、第三抛物线非球面、第四抛物线非球面的路面矩形光斑宽长比例为：1：4(宽为1，长为4)。

本发明按路面矩形光斑分布的理念来设计LED透镜，利用二次光学原理使LED透镜的四个面光斑分布均匀，使LED透镜光斑达到矩形的效果；利用二次光学原理使LED透镜的四个面出光角度使光斑的要求达到路面光斑的要求，具体表现在：在不增加LED功率的情况下，路面光斑照度均匀，光线分布合理，减少光线的无效损失，不存在杆间照度低或有阴影的现象，且价格低，安装方便，具有推广的意义。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的剖面图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明相关结构主要包括以下零部件(或装置)：第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2、第三抛物线非球面3、第四抛物线非球面4、U型凹槽5、安装基体6。

结构器件如附图1、附图2所示，本发明的LED透镜，包括LED透镜的第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2、第三抛物线非球面3、第四抛物线非球面4，利用二次光学的原理，合理对光线重新分配，使LED光斑的照度最大限度的均匀，按路面条件要求设计，减少无效的光损失，使光斑达到路面条件的矩形光斑；第一抛物线非球面1与第三抛物线非球面3呈对角线对称，第二抛物线非球面2与第四抛物线非球面4呈对角线对称，第一抛物线非球面1与第二抛物线非球面2呈垂直对称，第一抛物线非球面1与第四抛物线非球面4呈水平对称，第三抛物线非球面3与第四抛物线非球面4呈左右对称。

第一抛物线非球面1与第二抛物线非球面2用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，特征表现为：第三抛物线非球面3与第四抛物线非球面4设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀；第三抛物线非球面3与第四抛物线非球面4用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，特征表现为：第一抛物线非球面1与第二抛物线非球面2设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边，使光斑的最大限度的均匀。第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2、第三抛物线非球面3、第四抛物线非球面4的路面矩形光斑宽长比例为：1：4(宽为1，长为4)。

第一抛物线非球面1、第三抛物线非球面3的特征是：利用二次光学原理，运用非球面方程光学公式使光斑达到路面要求设定长度二分之一光斑和设定路面宽度的光斑；第二抛物线非球面2、第四抛物线非球面4的特征是：利用二次光学原理，运用非球面方程光学公式使光斑达到路面要求长度二分之一光斑和宽度的光斑，并填补与重叠；第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2的特征是：利用二次光学原理，运用非球面方程光学公式使光斑达到路面要求设定长度光斑和设定路面宽度的二分之一光斑；第三抛物线非球面3、第四抛物线非球面4的特征是：利用二次光学原理，运用非球面方程光学公式使光斑达到路面要求长度的光斑和宽度的三分之一光斑，并填补与重叠第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2的光斑，使光斑的最大限度的均匀；U型凹槽5其特征是：通过光线的反射和折射，利用二次光学原理，使光线合理地分布到第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2、第三抛物线非球面3、第四抛物线非球面4的抛物线非球面上，使光斑达到路面条件的矩形光斑，并最大限度的均匀；安装设置6其特征是：安装基体，其特征是安装方便。路面矩形光斑宽长比例为：1：4(宽为1，长为4)

第一抛物线非球面1、第二抛物线非球面2、第三抛物线非球面3与第四抛物线非球面4符合如下非球面方程光学公式，光学公式如下：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

        x axis    y axis

c       0.056123  0.023927

k       -3.66229  -18.7744

a1      0         0

a2      0         -1.1E-06

a3      0         -1.3E-07

a4      0         -4.5E-09

a5      0         -1.3E-10

a6      0         0

a7      0         0

a8      0         0

Z＝＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α₁---α₈代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

本发明公开了大功率LED透镜，包括特定设计内凹的U型凹槽5，利用光学的二次透镜原理，矩形光斑分布的理念，有利于光线的合理分配；包括特定设计四个抛物线的非球面，利用二次光学的原理，合理对光重新分配，使LED光斑的照度最大限度的均匀，按路面条件要求设计，使光斑达到路面条件的矩形光斑，减少无效的光损失。本发明LED透镜可应用在LED大功率路灯上或其他照明灯具上，具有安装方便，光斑照度均匀，达到路面的光斑要求矩形光斑，且透光率高，价格比较低等特点。

本发明按路面矩形光斑分布的理念来设计LED透镜，利用二次光学原理使LED透镜的四个面光斑分布均匀，使LED透镜光斑达到矩形的效果；利用二次光学原理使LED透镜的四个面出光角度使光斑的要求达到路面光斑的要求，具体表现在：在不增加LED功率的情况下，路面光斑照度均匀，不存在杆间照度低或有阴影的现象，且价格低，安装方便，具有推广的意义。

以上所举实施例仅用为方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (6)

1、一种大功率LED透镜，包含有：安装基体(6)，其特征在于：所述安装基体(6)上设有一内凹的U型凹槽(5)，U型凹槽(5)内设有LED灯泡，U型凹槽(5)上面设有四个分别为第一抛物线非球面(1)、第二抛物线非球面(2)、第三抛物线非球面(3)、第四抛物线非球面(4)，第一抛物线非球面(1)与另外三个抛物线非球面(2)、第三抛物线非球面(3)、第四抛物线非球面(4)对称。

2、根据权利要求1所述的大功率LED透镜，其特征在于：所述第一抛物线非球面(1)与第三抛物线非球面(3)呈对角线对称，第一抛物线非球面(1)与第三抛物线非球面(3)符合如下非球面方程光学公式，

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

       x axis    y axis

c      0.056123  0.023927

k      -3.66229  -18.7744

a1     0         0

a2     0         -1.1E-06

a3     0         -1.3E-07

a4     0         -4.5E-09

a5     0         -1.3E-10

a6     0         0

a7     0         0

a8     0         0

Z＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α₁---α₈代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

第一抛物线非球面(1)与第三抛物线非球面(3)用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度二分之一光斑和设定路面宽度的光斑，第二抛物线非球面(2)与第四抛物线非球面(4)设定路面的宽度光斑的另一边和路面长度的二分之一光斑的另一边。

3、根据权利要求1所述的大功率LED透镜，其特征在于：所述第二抛物线非球面(2)与第四抛物线非球面(4)呈对角线对称，第二抛物线非球面(2)与第四抛物线非球面(4)符合如下非球面方程光学公式，

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

        x axis    y axis

c       0.056123  0.023927

k       -3.66229  -18.7744

a1      0         0

a2      0         -1.1E-06

a3      0         -1.3E-07

a4      0         -4.5E-09

a5      0         -1.3E-10

a6      0         0

a7      0         0

a8      0         0

Z＝＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α₁---α₈代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

第二抛物线非球面(2)与第四抛物线非球面(4)用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度二分之一光斑和设定路面宽度的光斑，第一抛物线非球面(1)与第三抛物线非球面(3)设定路面光斑的宽度的另一边和路面长度的二分之一光斑的另一边。

4、根据权利要求1所述的大功率LED透镜，其特征在于：所述第一抛物线非球面(1)与第二抛物线非球面(2)呈垂直对称，第一抛物线非球面(1)与第四抛物线非球面(4)(2)呈水平对称，第一抛物线非球面(1)与第二抛物线非球面(2)符合如下非球面方程光学公式，

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

        x axis    y axis

c       0.056123  0.023927

k       -3.66229  -18.7744

a1      0         0

a2      0         -1.1E-06

a3      0         -1.3E-07

a4      0         -4.5E-09

a5      0         -1.3E-10

a6      0         0

a7      0         0

a8      0         0

Z＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α₁---α₈代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

第一抛物线非球面(1)与第二抛物线非球面(2)用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，第三抛物线非球面(3)与第四抛物线非球面(4)设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边。

5、根据权利要求1所述的大功率LED透镜，其特征在于：所述第三抛物线非球面(3)与第四抛物线非球面(4)呈左右对称，第三抛物线非球面(3)与第四抛物线非球面(4)符合如下非球面方程光学公式，

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

          x axis    y axis

c         0.056123  0.023927

k         -3.66229  -18.7744

a1        0         0

a2        0         -1.1E-06

a3        0         -1.3E-07

a4        0         -4.5E-09

a5        0         -1.3E-10

a6        0         0

a7        0         0

a8        0         0

Z＝＝非球面方程

C代表：曲率半径

K代表：圆锥系数

α₁---α₈代表：非球面系数

r代表：半径

X、Y：坐标

第三抛物线非球面(3)与第四抛物线非球面(4)用以对光线重新分配，其光斑达到路面要求设定长度的光斑和设定路面宽度二分之一的光斑，第一抛物线非球面(1)与第二抛物线非球面(2)设定路面光斑的宽度二分之一光斑的另一边和路面长度的光斑的另一边。

6、根据权利要求1所述的大功率LED透镜，其特征在于：所述第一抛物线非球面(1)、第二抛物线非球面(2)、第三抛物线非球面(3)、第四抛物线非球面(4)的路面矩形光斑宽长比例为：1：4。

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