CN101476695B - 路灯用led光源的透镜以及使用该透镜的路灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及路灯照明领域，尤其涉及一种路灯用LED光源的透镜以及使用该透镜的路灯。路灯用LED光源的透镜，该透镜包括透镜本体，透镜本体的侧面部分或全部为全内反射面，透镜本体的底面为光线出射面，光线出射面的中部设有凹坑，凹坑沿光线射出的方向呈扩散型开口，在凹坑的上表面为射出面，入射在射出面上的光线直接射出透镜，在凹坑的侧面为反射面，入射在反射面上的光线产生全内发射。本发明还公开了使用上述的透镜路灯。本发明的透镜可以有效地分散LED光源光束，控制光线分布使光斑呈矩形，光线在照射区域内照度均匀。

Description

路灯用LED光源的透镜以及使用该透镜的路灯
技术领域
本发明涉及路灯照明领域，尤其涉及一种路灯用LED光源的透镜以及使用该透镜的路灯。
背景技术
目前路灯普遍是汞灯或钠灯，汞灯或钠灯消耗电能较大，属气体放电光源使用寿命较短，容易损坏，维护成本高。LED光源属半导体光电器件，具有寿命长、功耗低、牢固可靠等特点，将在照明领域中特别是路灯方面得到广泛的应用。但是，早先的LED路灯常采用半峰光束角较小LED光源，其方向性很强，采用这些类型LED的路灯，照射到道路上的光束过于集中，光照范围小，在路面上只能形成面积较小的圆型光斑，远不能满足道路照明设计要求。目前的LED路灯大部分采用功率型LED，其光强分布的半峰光束角大多为110°至120°。用这些类型LED的路灯，如未经特殊的配光设计，照在路面上的光形将为面积较大的圆型光斑，而不能形成道路照明所要求的矩形的光斑；也不能满足道路照明设计的“环境比”要求；在路面上所形成的光斑的照度也不够均匀，往往中间照度值高，四周低；而且其中相当一部分光远远照射到道路之外无需照明的区域，不仅降低了光能的利用效率，而且还会对远处的车辆或行人造成眩光。
为了解决上述的问题，中国发明专利(申请号为200710157085.4)公开了一种大光照范围的LED路灯，灯体腔内配合设置凸面发光板，凸面发光板内表面设置散热片，凸面发光板外表面上设置的灯座底部连接LED灯，灯座沿口配合设置光学透镜，灯体沿口表面连接设置透光灯罩。该专利采用凸面发光板有效地扩大地面的受光面积，解决了目前LED路灯照明系统中存在的光照范围小、光束过于集中的技术难题。但是上述的LED路灯并没有解决射到道路上形成的光形为矩形光班的问题，而且凸面上安装LED容易产生眩光，引起光污染。
LED路灯的配光曲线设计中，道路的纵向和横向的蝙蝠翼形光强分布有传统光源路灯设计做借鉴，比较容易实现，但斜方向蝙蝠翼形光形设计就困难得多，即使在LED路灯的配光设计中采用透镜并将透镜设计成六面体，其四个侧面对LED发射的光线进行全反射，在路面上所形成的光斑往往也是椭圆形的或准矩形，其四角的光强弱，光照度低。
中国发明专利申请(申请号为200710118965.0)公开了一种用于LED光源的透镜包括一个上表面，四个侧面和一个下表面；上表面为光线出射面；底面为LED光源光线入射面；四个侧面由两对对称曲面构成，入射其上的光线全部产生全内反射；每对侧表面的横截面上的曲线满足条件：使投射在该侧表面上的光线都发生全内反射并且该反射使光线出射后在相应侧表面的横截面上的投影相对上表面法向的夹角小于θc；入射到侧表面的光线经侧表面反射后再入射到透镜上表面，与不经全内反射直接出射的光线一起经过折射射出透镜；这样从LED光源发出的光经过透镜后将在远场形成一个矩形、正方形或条状的光照范围。但是上述的LED路灯透镜所形成的矩形光斑的四个角上的光线仍然较弱，只能形成准矩形光班。
另外，上述的LED路灯的透镜设计将光强过于集中在矩形光斑内，忽视了道路照明设计对环境比的要求。按道路照明的设计要求，有一个“环境比”的指标，即：车行道外边5m宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5m宽车行道上平均水平照度之比应大于0.5。而现有的LED路灯透镜设计往往只注意道路主要路面(车行道)上照度要求，在路面两边的照度很弱，不能满足环境比的要求。同时，道路纵向的光强设计也过于集中在矩形光斑之内，这样的设计容易形成两灯之间交接处光强不均匀，当光斑有重叠时重叠部分光强过高，当光斑不重叠时拼接处往往容易产生照度过低的间隙，形成所谓“斑马效应”。
发明内容
本发明的目的是提供一种路灯用LED光源的透镜，该透镜可以有效地分散LED光源光束，控制光线分布使光斑呈矩形，光线在照射区域内照度均匀。进一步，本发明满足了道路照明设计环境比需要。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
路灯用LED光源的透镜，该透镜包括透镜本体，透镜本体的侧面部分或全部为全内反射面，透镜本体的底面为光线出射面，光线出射面的中部设有凹坑，凹坑沿光线射出的方向呈扩散型开口，在凹坑的上表面为射出面，入射在射出面上的光线直接射出透镜，在凹坑的侧面为反射面，入射在反射面上的光线产生全内反射。
作为优选，上述的透镜本体的四个侧面为s形，入射在四个侧面中部的光线直接射出透镜。上述的技术方案将LED出射光线的一部分直接射到路面主要矩形光斑以外，在矩形光斑四周形成照度相对低一些的矩形光斑，满足道路照明设计环境比需要，同时也在道路纵向两光斑交接处形成过渡区域，改进该区域照度的均匀性。
作为优选，上述的射出面与反射面处于不同的曲面上。或者，上述的射出面与反射面处于相同的曲面上，所述的曲面为弧面。
作为优选，上述的凹坑为四棱台形，上表面为凹面，四个侧面与透镜本体的四个侧面呈交叉放置；四个棱角朝向透镜本体的四个侧面。LED所发出的光线通过四棱台形凹坑的四个侧面斜方向反射到路面矩形光斑的四角，加强四个角落的照度，形成没有暗角的矩形光斑；同时，将四棱台的上表面设计成向上凹的曲面，将LED中央的部分出射的光线分散到四周，补充由于棱台的四个侧面将光线反射到四角而引起路面上相应部分光强的不足。
作为优选，上述凹坑的反射面为凹形弧面或平面。
作为优选，上述透镜的光线出射面为凹形弧面。光线出射面采用凹形弧面可以进一步扩散光线射出的范围，扩大光照的区域。
作为优选，上述凹坑的射出面为凹形弧面。将LED中央的部分出射的光线分散到四周，补充由于棱台的四个侧面将光线反射到四角而引起路面上相应部分光强的不足。
作为优选，上述的透镜所采用的材料的折射率为1.3～3.5之间。
本发明另外一个目的还提供了采用上述的路灯用LED光源的透镜的LED路灯，采用的技术方案如下：
一种LED路灯，该路灯包括LED芯片和上述任意一个技术方案所述的的路灯用LED光源的透镜，所述的LED芯片设置在透镜本体的LED芯片安装口内。
本发明由于采用了上述的技术方案，使用该透镜可以有效地分散LED光源光束，控制光线分布使光斑呈矩形，光线在照射区域内照度均匀。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为本发明实施例2四个侧面的光线射出的光路示意图。
图4为本发明实施例2凹坑内的光线射出的光路示意图。
图5为现有透镜形成的矩形光斑示意图。
图6为本发明实施例2形成的矩形光斑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例1
如图1所示的路灯用LED光源的透镜，该透镜包括透镜本体1，透镜本体1所采用的材料的折射率为1.3～3.5之间。透镜本体1的上部设有LED芯片安装口6，透镜本体1的下部为光线出射面2，光线出射面2为凹形弧面，透镜本体1的四个侧面分别为全内反射面。光线出射面2的中部设有凹坑5，凹坑5为四棱台形，凹坑5沿光线射出的方向呈扩散型开口，上表面的射出面4为凹面，入射在射出面4上的光线直接射出透镜；凹坑5的四个侧面为反射面3，反射面3也为凹形弧面，入射在反射面3上的光线产生全内发射。四个反射面3与透镜本体1的四个侧面7呈交叉放置；四个棱角朝向透镜本体1的四个侧面7。
实施例2
如图2所示的路灯用LED光源的透镜，该透镜包括透镜本体1，透镜本体1所采用的材料的折射率为1.3～3.5之间。透镜本体1的上部设有LED芯片安装口6，透镜本体1的下部为光线出射面2，光线出射面2为凹形弧面，透镜本体1的四个侧面7分别为s形面。如图3所示，入射在四个侧面中部的光线直接射出透镜，入射在四个侧面7上部和下部的光线形成全内反射。如图4所示，光线出射面2的中部设有凹坑5，凹坑5为四棱台形，凹坑5沿光线射出的方向呈扩散型开口，上表面的射出面4为凹面，入射在射出面4上的光线直接射出透镜；凹坑5的四个侧面为反射面3，反射面3也为凹形弧面，入射在反射面3上的光线产生全内发射。四个反射面3与透镜本体1的四个侧面7呈交叉放置；四个棱角朝向透镜本体1的四个侧面7。本实施例照射路面形成的光斑示意图如图6所示。
实施例3
一种LED路灯，该路灯包括LED芯片和实施例1或实施例2所述的路灯用LED光源的透镜，透镜为多个，并排设置在路灯的灯罩内。透镜本体1上设有安装口6，所述的LED芯片设置在安装口6内。

Claims (3)

1.路灯用LED光源的透镜，其特征在于：该透镜所采用的材料的折射率为1.3～3.5之间；所述的透镜包括透镜本体(1)，透镜本体(1)由上部、底面和四个侧面(7)构成，透镜本体(1)的上部设有LED芯片安装口(6)，四个侧面(7)部分或全部为全内反射面；透镜本体(1)的底面为光线出射面(2)，光线出射面(2)为凹形弧面，光线出射面(2)的中部向内凹陷形成凹坑(5)，凹坑(5)沿光线射出的方向呈扩散型开口，在凹坑(5)的上表面为射出面(4)，射出面(4)为凹形弧面，入射在射出面(4)上的光线直接射出透镜，在凹坑(5)的侧面为反射面(3)，反射面(3)为凹形弧面或平面，入射在反射面(3)上的光线产生全内反射，并且射出面(4)与反射面(3)处于不同的曲面上；所述的凹坑(5)的形状为四棱台形，凹坑(5)的上表面为凹面，凹坑(5)的四个侧面与透镜本体(1)的四个侧面(7)呈交叉放置，凹坑(5)的四个棱角朝向透镜本体(1)的四个侧面(7)。
2.根据权利要求1所述的路灯用LED光源的透镜，其特征在于：透镜本体(1)四个侧面(7)的形状为S形，入射在透镜本体(1)的四个侧面(7)中部的光线直接射出透镜。
3.一种LED路灯，其特征在于：该路灯包括LED芯片和权利要求1或2所述的路灯用LED光源的透镜，所述的LED芯片设置在透镜本体(1)的LED芯片安装口(6)内。
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