CN101696784A - 非对称二次光学透镜 - Google Patents

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胡小斌
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Abstract

本发明提供了一种非对称二次光学透镜，涉及LED照明灯具用的二次光学透镜。其由基面、出光面和入光面界定透镜的对称型本体，入光面是一个凹孔，基面是透镜的平面底面，其特征在于所述凹孔中心在透镜本体上横轴轴向偏移设置，凹孔中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比，由光斑偏移角α确定，光斑偏移角α由灯体高度H和路面宽度W确定。将凹孔在透镜上横向移动一定位置，会使光线向透镜一侧偏移。凹孔从透镜中心位置横向移动，光线也会从以透镜中心集中的角度向透镜一侧移动，将此透镜应用于路灯上时，在无仰角的安装方式下，也能达到照射到路面中间的照射效果，克服仰角安装的种种弊端，具有极强的使用价值。

Description

非对称二次光学透镜
技术领域
本发明涉及一种LED照明灯具用的二次光学透镜。
背景技术
与本发明相关的LED灯具照明透镜技术，是专利号为200710123944.8的二次光学透镜，用于LED路灯灯具中，经过透镜封装的LED灯泡的二次光学处理，二次透镜直接与LED灯泡无缝安装使用，杂光损失很少，使得出光率得到极大提高，可有效的控制出光光斑的形状。
透镜外形由基面、出光面和入光面界定透镜本体。入光面即LED安装位置，是一个凹孔；基面是透镜的底面，为平面；出光面是由两个曲面相贯形成，凹孔位于基面中心位置，LED发出的光线向中间集中，灯具与地面平行时，在地面形成矩形光斑，此光斑位于灯具正下方。如图1a、图1b。将此透镜应用于路灯上时，由于路灯灯杆是安装于路边，再由支杆向路面中间处延伸过去，使路灯能照到路面中间处，但支杆长度有限，有些过宽的路面就很难有光线，如图2。为了能使路中间也能被照到，一般的安装方法是将灯体倾斜一定角度(称为灯具仰角)，如图3。这样虽然能照到路中间，但地面上形成的光斑便不再是矩形，而是变成梯形，并且照度也很不均匀。
这种有仰角的安装方式，对于灯具、灯具与支杆之间连接处的受力不协调，容易产生变形；受风力影响较大。
为了解决此问题，使灯具在无仰角的安装方式下，也能照射到路中间，本发明设计一种非对称式透镜以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非对称二次光学透镜，用在LED路灯上使灯具安装无仰角的方式下仍可以使光线向道路中间偏移，在路面形成均匀的矩形光斑，使路面产生非常好的照明效果。
为实现此目的，本发明提供非对称二次光学透镜技术方案，其由基面、出光面和入光面界定透镜的对称型本体，入光面是一个凹孔，基面是透镜的平面底面，上述凹孔中心在透镜本体上横轴轴向偏移设置。
上述凹孔中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比，由光斑偏移角α确定。
上述距离比的比值可以分别为1.2125、13.113和1.4606，以适应路灯的不同安装环境的要求。
本发明提供的非对称光学透镜，使用这种透镜后，会使光线向透镜一侧偏移。凹孔中心从透镜中心位置纵向移动，光线也会从以透镜中心集中的角度向透镜一侧移动，且两者移动的方向相反。将此透镜应用于路灯上时，在无仰角的安装方式下，也能达到照射到路面中间的效果，
以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细的说明。
附图说明
图1a是现有技术二次光学透镜的纵向光路图；
图1b是现有技术二次光学透镜的横向光路图；
图2是现有技术路灯的光路原理示意图；
图3是现有技术路灯带仰角安装模式的光路示意图；
图4a、图4b、图4c、图4d、图4e分别是本发明非对称二次光学透镜的结构图；
图5a是现有技术二次光学透镜光路示意图；
图5b是本发明的二次光学透镜光路示意图；
图6是本发明非对称二次光学透镜的光路图；
图7是本发明路灯的光路原理示意图。
具体实施方式
为了理解本发明，使本领域技术人员能够实现本发明，下面结合附图对本发明进行详细说明。
参照图4a至图4e，以及图5a、图5b和图6，非对称二次光学透镜技术方案，其由基面1、出光面2和入光面3界定透镜的对称型本体，入光面是一个凹孔4，基面是透镜的平面底面，凹孔中心在透镜本体上横轴轴向偏移设置，凹孔中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比，由光斑偏移角α确定，光斑偏移角α的大小视路况和环境的不同而不同。一般由灯体高度H和光斑宽度W确定。
凹孔中心的孔位移动，是在透镜宽度方向上移动，而在透镜长度方向上仍位于中间位置，因此孔位移动主要是造成在透镜宽度方向上光斑的移动，因此，下列说明都是指在透镜宽度方向上的情况。不论孔位在透镜中心位置还是偏移位置，当灯具与地面的距离固定之后，在地面上形成的光斑宽度也确定。也即是说当灯具位于某一高度时，不论孔位有没有偏移，其在地面形成的光斑都具有同样的宽度。见图5a，当孔位于透镜中心时，此时光斑位于透镜正下方；当孔位向右偏移一定位置时，此时光斑会向左偏移一定位置，见图5b。因为此图只是表示孔在透镜宽度方向上的位置，以及光斑在地面上的宽度边界，所以连线用直线代替。
图中字母表示的含义：
H：光源与地面的距离(高度)；
W：地面上形成的光斑的宽度；
a：在透镜宽度方向上，透镜的凹孔中心与透镜“远”侧边缘的距离；
b：在透镜宽度方向上，透镜的凹孔中心与透镜“近”侧边缘的距离；
α：光斑偏移角度；
W1：位于透镜左侧的光斑宽度；
W2：位于透镜右侧的光斑宽度。
对α的说明：光斑的偏移角度，可以认为是光斑中心处的偏移，光斑中心与孔位中心的连线所扫过的角度，即为光斑的偏移角度，可称此连线为光班中心线。因此光斑中心线与竖直方向的夹角，便是光斑的偏移角度，如图5b所示。
a与b之比，亦即凹孔中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比，设定为X，即X＝a/b；上述字母之间存在以下已知关系：W1+W2＝W；通过图形中的关系，我们可以知道：
Figure G2009102108787D0000041
因此光斑偏移角度：
Figure G2009102108787D0000042
在使用环境下可知的字母数据有：H与W。
一般路灯安装高度为8_12米，因此取H＝12米，得出W＝26米，光斑偏移角度等数据计算结果如下表：
  H(米)   12   12   12
  W(米)   26   26   26
  X   1.2125   1.3113   1.4606
  W1(米)   14   14.5   15
  W2(米)   12   11.5   11
  α(角度)   4.763642   7.125016   9.462322
  α(弧度)   0.083141   0.124355   0.165149
得知凹孔中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比X，由此可以根据透镜宽度尺寸计算相应的凹孔偏移距离。
这种无仰角的安装方式为国际路灯安装的通用方式，而带仰角的安装路灯不为常用。

Claims (5)

1.一种非对称二次光学透镜，其由基面、出光面和入光面界定透镜的对称型本体，入光面是一个凹孔，基面是透镜的平面底面，其特征在于：所述凹孔中心在透镜本体上横轴轴向偏移设置。
2.根据权利要求1所述的非对称二次光学透镜，其特征在于：所述凹孔的中心离透镜本体远端和近端边缘的距离比，由光斑偏移角α确定。
3.根据权利要求2所述的非对称二次光学透镜，其特征在于：所述距离比的比值为1.2125。
4.根据权利要求2所述的非对称二次光学透镜，其特征在于：所述距离比的比值为13.113。
5.根据权利要求2所述的非对称二次光学透镜，其特征在于：所述距离比的比值为1.4606。
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