CN101545609B - Led路灯多曲面反射器 - Google Patents

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Abstract

LED路灯多曲面反射器，包括一个圆锥曲面和两个呈镜像对称的连续抛物曲面，圆锥曲面与两个抛物曲面之间通过连接部连接为一体，构成一个闭合的多曲面反射体环，固定安装在LED芯片底座上，用于光的反射。本发明的LED路灯多曲面反射器可以使LED路灯的发光角度发生偏移，合理地分布在路面的有效区域内，形成一条照度均匀的光带，相邻光斑之间不会出现阴影，更符合交通道路照明设计要求，无论在照射距离还是在均匀度上都比传统路灯有较大的提升。

Description

LED路灯多曲面反射器
技术领域
本发明涉及灯具的反射器，具体涉及一种应用于LED路灯的反射器。本发明的反射器由多个曲面连接构成，主要是针对集成封装大功率LED芯片进行配光设计。
背景技术
大功率LED芯片的研发成功，将LED照明的应用由小区域照明推向了大面积(车头灯、路灯、隧道灯、广场照明、公园灯等等)的照明领域。特别是与传统使用的路灯光源如水银灯、高压钠灯或卤化金属灯等比较，采用LED光源的路灯具有使用寿命长、不需要维修的优势，而且LED光源没有传统光源向四面发光的缺点，其高方向性的单面发光特性可以提升灯具的出光效率。
现有LED路灯的配光曲线(如图3所示)与常规光源一样，呈广角圆周正态分布，且光斑的照度由中央区域向外衰减较快，在配光设计方面存在着照射面积小，远端照度低，难以满足道路路面照射要求的问题。依照现在的交通照明管理设计标准，道路方向灯的间距一般是3倍于灯高。这样就会造成路灯间的不匹配现象，光的能量没有完全照射到路面的有效区域内。一方面，光源沿道路方向上的照射距离短，在相邻路灯光斑之间的路面上形成无法照明的黑暗地带，另一方面，又有一部分光不能照射在路面上，而是纵向照射，浪费在了路边照明上。同时，LED路灯的照度均匀度也不够理想。这不仅造成了能源的浪费，也给夜间行驶带来了很大的不便，产生了安全隐患。
为解决上述问题，现在惯用的做法是设计一种光学透镜为LED光源做配光设计，并将其封装在大功率LED光源上。通过该透镜对LED光源的发光方向作出改变，使其传播方向发生偏移，以消除相邻光斑之间的阴影，在路面上形成一条长方形的光带，达到提高灯具照明利用率，保证夜间行车安全的目的。
但是使用光学透镜为LED光源做配光设计还存在许多缺点：
1、不同特性的LED芯片需要配用不同曲光度的光学透镜，透镜与LED芯片之间的互换性不好。
2、如果采用玻璃材料制作透镜，加工复杂，造价较高，而采用PC树脂制作透镜又存在寿命问题，一般使用期不超过一年。如果直接使用传统灯罩，还会与集成封装式LED光源不匹配，产生很多缺点。
3、光源的能量没有完全照射到路面的有效区域内，沿道路方向上的照射距离较短，照度的均匀度不够理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED路灯多曲面反射器，以解决目前大功率LED路灯在配光设计方面面临的照射面积小，远端照度低，难以满足道路路面照射要求的缺点，提高LED路灯的照明效率和道路路面的照射均匀度。
本发明的多曲面反射器主要是针对单颗集成封装大功率LED路灯光源可以近似看作为朗伯发光体以及发光面较大的两个发光特点而进行配光设计，其设计是基于以下原则进行的：
1、采用反光挡板的方式，在靠近光源处对朗伯发光体发出的光进行有效束缚，使其分布在道路上的有效区域里。
2、将其中的一块挡板制成以光源的发光面中心为焦点，并且焦距比较短的抛物曲面，利用抛物曲面对面光源非完全聚光的特点，进行道路的远端照明。
3、将另一块挡板制成曲面，以合理地调整光源的中心照度，并且提高光源的照度均匀度。
基于以上原则，本发明的LED路灯多曲面反射器包括有一个圆锥曲面和两个呈镜像对称的连续抛物曲面，圆锥曲面与两个抛物曲面之间通过连接部连接为一体，构成一个闭合的多曲面反射体环，固定安装在LED芯片底座上，用于光的反射。
其中，所述的两个镜像对称的抛物曲面主要是用于解决沿道路方向远端照明的问题。本发明中两个抛物曲面的焦点重合，并设置在LED芯片底座上方安装的LED芯片发光面的中心点处。这样就可以利用抛物反射面的聚光原理，将LED芯片发出的后向光利用起来，对远端进行光能的重新分配，使远端的路面照度有较大的提高。
一般地，两个抛物曲面的轴线间的夹角设置为50～100°，抛物曲面的轴线与LED芯片中心轴线的夹角设置为30～60°。
所述的圆锥曲面的主要作用是收集前向光，使光能能够较为合理地分布在所需的路面带，特别是使路灯下方中心区域的照度提高。本发明中圆锥曲面的轴线从LED芯片的中心点处穿过，并且圆锥曲面的轴线与LED芯片中心轴线的夹角为0～20°。
进一步地，可以设置使圆锥曲面的轴线与LED芯片中心轴线重合，即圆锥曲面的轴线与LED芯片中心轴线的夹角为0°。
所述圆锥曲面的圆锥角一般设置为20～60°。
本发明通过对LED路灯反射器的形状进行特殊的合理设计，可以使LED路灯的发光角度发生偏移，有效地利用了光源发出的能量，合理地分布在路面的有效区域内，在路面上形成一条明亮的照度均匀的光带，相邻的光斑之间不会出现阴影，更符合现在交通道路的照明设计要求。
本发明的设计提高了LED路灯的照明效率，提升了路边照明利用率，降低了道路的照明功率密度，无论在照射距离还是在均匀度上都比传统路灯有较大的提升。
附图说明
图1是本发明LED路灯多曲面反射器的结构示意图；
图2是本发明LED路灯多曲面反射器的曲面位置布置示意图；
图3是采用传统灯罩的LED路灯的路面照度模拟图片；
图4是应用本发明多曲面反射器的LED路灯的路面照度模拟图片；
图5是应用本发明多曲面反射器的LED路灯的配光曲线图。
具体实施方式
本发明的LED路灯多曲面反射器结构如图1所示。设置有两个连续的抛物曲面4，且两个抛物曲面4呈镜像对称。在与两个抛物曲面4正对的位置上设置有一个圆锥曲面1。将圆锥曲面1与两个抛物曲面4之间用两个较窄的连接部3连接在一起，使其构成一个连续的闭合多曲面反射体环。在多曲面反射器的下部为一个水平截面，多曲面反射器可以通过该水平截面固定安装在LED芯片底座5上，并使底座5上安装的LED芯片2置于多曲面反射器的环内。
上述各曲面间及各曲面与LED芯片间的位置关系如图2所示，以LED芯片的中心点o为轴心，引出一条垂直于LED芯片平面(xoy)的中心轴线aa′，并将两个抛物曲面的焦点均设置在o点处。由o点引出两个抛物曲面的轴线ob和oc，并设计ob和oc之间的夹角β(∠boc)＝80°，且由抛物曲面的轴线与中心轴线aa′形成的夹角γ(∠aob、∠aoc)＝45°。设计将圆锥曲面的轴线与中心轴线aa′重合，其圆锥顶点位于中心轴线向下的延长线oa′上，且圆锥曲面的圆锥角α＝35°。
在一盏90W的LED路灯上安装上述结构的多曲面反射器后，将路灯固定在一根10m的灯杆上进行试验，得到图4所示的路面照度模拟图片。图中的照度平均值＝91ux，照度均匀度X＝0.4。
同样将一盏没有安装多曲面反射器的90W LED路灯固定在10m灯杆上进行试验，得到图3所示的路面照度模拟图片。
将两张路面照射效果图进行对比可以看出，安装了多曲面反射器的LED路灯灯光照射范围沿路面呈长条形分布，减少了路面暗斑，照明效果有了很大的提高，说明针对集成封装LED光源设计的多曲面反射器对道路的整体照明效果还是比较理想的，能够满足道路照明的要求。
图5是上述安装有多曲面反射器的90W LED路灯在10m灯杆上进行试验时发光强度在空间极坐标系的分布曲线图。图中4条曲线分别代表发光强度沿道路方向上的分布，与道路方向垂直方向的发光强度分布，以及与道路方向夹角为45°和135°的发光强度分布曲线。其中可以看出，在沿道路方向上的配光曲线为“蝙蝠状”曲线，达到了路灯设计的要求。

Claims (7)

1.LED路灯多曲面反射器，固定安装在LED芯片底座(5)上，用于光的反射，其包括有：
一个圆锥曲面(1)和两个抛物曲面(4)；
且
所述的两个抛物曲面(4)是连续的，两个抛物曲面(4)呈镜像对称，圆锥曲面(1)与两个抛物曲面(4)之间通过连接部(3)连接为一体，构成一个闭合的多曲面反射体环。
2.根据权利要求1所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的两个抛物曲面(4)的焦点重合，位于LED芯片底座(5)上方安装的LED芯片(2)的中心点处。
3.根据权利要求1所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的两个抛物曲面(4)的轴线与LED芯片(2)中心轴线的夹角为30～60°。
4.根据权利要求1所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的两个抛物曲面(4)的轴线间的夹角为50～100°。
5.根据权利要求1所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的圆锥曲面(1)的轴线通过LED芯片(2)的中心点，与LED芯片(2)中心轴线的夹角为0～20°。
6.根据权利要求5所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的圆锥曲面(1)的轴线与LED芯片(2)中心轴线重合。
7.根据权利要求1所述的LED路灯多曲面反射器，其特征是所述的圆锥曲面(1)的圆锥角为20～60°。
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