CN101881415A - 大功率led路灯一次配光的光学透镜 - Google Patents

大功率led路灯一次配光的光学透镜 Download PDF

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李效志
安建峰
李辛杰
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Shandong Xuguang Solar PV Co., Ltd.
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Abstract

本发明公开一种以一次配光的光学模式实现大功率LED矩形光斑投光效应的光学透镜。它选用含有抗紫外线高分子耐老化的透明塑胶制作，采用非成像光学的变分积分优化几何近似的方法与自由三维表面剪裁方法，设计出一种呈矩形照度分布的透镜结构，直接作用于LED发光界面，使之实现城市道路照明所要求的给光照度分布。省略了LED封装传统沿用的一次配光罩，不仅减少了一次配光罩所造成的光损，而且规避了一次配光罩与二次配光光学透镜双层折射而容易形成的光紊乱，使LED所发出的光能沿着一个反射表面的给定照度分布进行传递，从而提高其光能利用效率和光照均匀度。

Description

大功率LED路灯一次配光的光学透镜
技术领域：
本发明公开一种适用于大功率LED路灯一次配光的光学透镜。
背景技术：
LED(半导体发光二极管)白光技术自问世以来，在人类照明领域实现了划时代的技术进步，其应用范围越来越广，取得了显著的节能减排的经济和社会效益。随着功率型LED需求日益增大，其在光学结构上也迫切需要进一步优化，以满足LED技术进步的相应需求。
大功率LED在封装工艺上传统采用在LED发光界面上增加一个一定光学曲率的半圆型透明光罩，使LED光束改变为一定辐射夹角的光束，业界称之为一次配光。LED采用这种封装工艺实现了扩大投光范围的技术目的，广泛应用于室内灯、庭院灯、射灯等灯型。然而这种一次配光所形成的圆形光斑却不能满足大功率LED路灯所要求的矩形光斑的技术需求。业界人士为解决大功率LED路灯矩形光斑的技术难题，分别采用过梯形反光罩、椭圆形反光杯等技术措施进行二次配光，然而由于光的多次反射、折射，光能效率受到很大衰减，效果并不理想。继之有业界人士采用双向聚焦式光学透镜与LED一次配光的光罩结合一起使用，较好地实现了大功率LED路灯所需求的矩型光斑的技术目的，使LED在光学结构方面上了一个新的台阶。然而随着科技的进步，如何将二次配光优化为一次配光的光学模式实现矩形光斑的技术目的，这将是大功率LED光学结构方面新的技术需求。
发明内容：
本发明的目的就是提供一种以一次配光的光学模式实现大功率LED矩形光斑投光效应的光学透镜。它选用含有抗紫外线高分子耐老化的透明塑胶制作，采用非成像光学的变分积分优化几何近似的方法与自由三维表面剪裁方法，设计出一种呈矩形照度分布的一次配光光学透镜，直接作用于LED发光界面，使之实现城市道路照明所要求的给光照度分布。省略了LED封装传统沿用的一次配光罩，不仅减少了一次配光罩所造成的光损，而且规避了一次配光罩与二次配光光学透镜两种不同曲率透镜双层折射所容易形成的光紊乱，使LED发出的光能沿着一个反射表面的给定照度分布进行传递，从而提高其光能利用效率和光照均匀度。
本发明之所以采用非成像光学的变分积分几何近似方法，主要用在求解只有一个反射表面的给定照度分布问题，而自由三维表面剪裁的方法，在原理上构建折射表面的数学模型，目标是能够采用折射表面实现给定照度分布。改变变分积分优化几何近似及三维表面剪裁的数学模型，可以得出折射表面纵向和横向给定照度分布的不同比率，如：2∶1、2.5∶1、3∶1…等折射表面纵向和横向不同的投光比，从而设计出城市道路照明所需求的多种光学透镜。
附图说明：
附图1、本发明光学透镜结构关系的俯视图
附图2、本发明光学透镜结构关系的仰视图
附图3、本发明光学透镜A_A纵向剖面的结构关系示意图
附图4、本发明光学透镜B_B横向剖面的结构关系示意图
附图5、本发明一次配光辅助光学透镜效果图
1.光学透镜的园顶型上球面
2.由复合曲率构成的下球面
3.下球面中心的高光球面体
4.透镜下球面中，高光球面体之外的磨砂球面体
5.LED投光光束
6.LED发光界面
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式：
如图1、图2、图5所示，本发明一次配光光学透镜是由园顶形上球面(1)和复合曲率构成的下球面(2)所组成，它选用含有抗紫外线高分子耐老化的透明塑胶制作；其特征是：该光学透镜的上球面(1)和下球面(2)之间采用非成像光学的变分积分优化几何近似的方法与自由三维表面剪裁方法，构建折射表面呈矩形给定照度分布的光学结构；其下球面的中心为一高光球面体(3)，它与LED发光界面(6)的中心相对应；而高光球面体之外的下球面呈磨砂球面体(4)；改变非成像的变分积分优化几何近似及自由三维表面剪裁的数学模型，可以得出折射表面纵向、横向不同比率的照度分布，如2∶1、2.5∶1、3∶1…等，以此设计出城市道路照明所需求的多种光学透镜；如图3、图4所示，LED发光界面(6)所发出的光束(5)，通过一次配光光学透镜中心的高光球面体(3)沿着透镜给定的呈矩形反射表面的光学结构进行光传递，而高光球面体之外的磨砂球面体(4)则起到辅助聚光的作用，有利于提高光束的投射精度和光能效率。

Claims (1)

1.本发明公开一种适用于大功率LED路灯一次配光的光学透镜，其特征是：它由园顶形上球面(1)和复合曲率构成的下球面(2)所组成，采用含有抗紫外线高分子耐老化的透明塑胶制作；该光学透镜的上球面(1)和下球面(2)之间，采用非成像光学的变分积分优化几何近似的方法与自由三维表面剪裁方法，构建折射表面呈矩形给定照度分布的光学结构；其下球面的中心为一高光球面体(3)，它与LED发光界面(6)的中心相对应，而高光球面体之外的下球面呈磨砂球面体(4)；改变非成像的变分积分优化几何近似及自由三维表面剪裁的数学模型，可以得出折射表面纵向、横向不同比率的照度分布，如2∶1、2.5∶1、3∶1…等，以此设计出城市道路照明所需求的多种光学透镜；LED发光界面(6)所发出的光束(5)，通过一次配光光学透镜中心的高光球面体(3)沿着透镜给定的呈矩形反射表面的光学结构进行光传递，而高光球面体之外的磨砂球面体(4)则起到辅助聚光的作用，有利于提高光束的投射精度和光能效率。
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TA01 Transfer of patent application right

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Applicant after: Shandong Xuguang Solar PV Co., Ltd.

Address before: Suiyang District of Shangqiu City, Henan province 476000 Beihai Road, the people's Bank of Shangqiu branch Chinese

Applicant before: Li Xiaozhi

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101110