CN102080805A - Led阵列路灯透镜模块及其制造方法 - Google Patents

Led阵列路灯透镜模块及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种LED阵列路灯透镜模块及其制造方法,透镜模块包括基座,基座上一体注塑成型并排设置至少两组由并排设置的多个配光透镜构成的配光透镜组,配光透镜由长枕形自由曲面及两侧的全反射棱镜组成,采用折射——全反射组合的自由曲面配光结构设计制造,从而使得透镜模块的配光透镜可对LED发光单元所有方向0到180°的出射光进行配光利用。相邻两排配光透镜组之间采用平台衔接,其对配光无任何影响的。此外于透镜模块的四周还设有可用于防治防水用的密封胶圈的密封凹槽,使其可直接安装避免了外设灯罩能耗产生。基座与多个配光透镜由注塑一体成型并采用高透过率低损耗并且耐高温的塑胶材料制成。有效保证了透镜模组的出光效率及使用的可靠性。

Description

LED阵列路灯透镜模块及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种光学透镜及制造方法,尤其是指一种LED阵列路灯透镜模块及其制造方法。
【背景技术】
现有的大部分LED路灯为保证其照明亮度,需要使用LED阵列作为光源同时再为其每个LED配置分立式的二次光学元件(配光透镜或反光杯),其配光透镜(或反光杯)单独对应扣在LED上的。然后出于LED路灯防水防尘的考虑还需在灯具外面再加一块防水防尘的透明灯罩方可使用。然则如此的LED路灯结构会有两个明显的缺点,1.二次光学元件的装配和定位工艺比较复杂,每一个二次光学元件都需要加一个装配卡脚才可以准确牢固地安装在基板上,安装工艺复杂,进而增加了产品的生产成本;2.由于灯具外多增加一个透明灯罩,对其内LED阵列光源所发出的光线多一次菲涅尔损耗,例如常见采用塑胶材料的灯罩,其光线损耗可高达8%~14%,这对LED路灯来说就造成了很大的浪费。其中前一个缺陷,市面上开始出现针对此类LED阵列路灯的透镜模块,通过将透镜模块整个罩在LED阵列上即可完成安装,大大简化了其生产工艺,然而采用模块式的配光透镜后,对其耐热要求比单个分立式的二次光学透镜更高,而现有业内对耐高温材料的选用上多用PC材料,而一般PC材料的透过率只有86%,损耗还是比较大,加上此类透镜模块结构设计的不甚合理,均导致LED阵列的利用率不高,有待改善。
而在此类LED阵列路灯透镜模块的制造配光设计上,出于模组注塑时脱模的方便以及配光透镜之间必要衔接需要的考虑,其上配光透镜的配光设计就会存在一定缺陷,使其无法做到像单颗透镜那样可以对从LED发出的0到180°的光线进行百分之百的分配,有些角度的光会导入到透镜单元之间的连接部分而损耗掉,使得使用此类LED阵列路灯透镜模块时会牺牲LED发光单元的光利用率。
【发明内容】
本发明的目的在于克服了上述缺陷,提供一种结构设计合理,光透过及利用率更高且兼顾防水防尘可代替灯罩的LED阵列路灯透镜模块。
本发明的目的是这样实现的:一种LED阵列路灯透镜模块,它包括基座,基座上一体注塑成型并排设置至少两组由并排设置的多个配光透镜构成的配光透镜组,其改进之处在于:所述配光透镜成长枕形,其内侧开设有对应安装LED的内凹球面,内凹球面构成入射面,内凹球面的入射面上部的透镜外侧设有长枕形自由出射曲面,长枕形自由曲面配光透镜的长边两侧向外倾斜形成有全反射透镜面;基座四周设置有一圈密封凹槽;
所述全反射透镜面由内侧、外侧两弧面组成,其中内、外侧弧面的一端于配光透镜组间平台相连,外侧弧面的另一端连接枕形自由出射曲面,内侧侧弧面的另一端通过一底部平面连接内凹球面;
所述全反射透镜的内侧、外侧两弧面为离轴圆弧面;
所述长枕形配光透镜短边的上部长枕形自由出射曲面位于垂直方向的光轴±56°范围内,长枕形配光透镜长边的上部长枕形自由出射曲面位于垂直方向的光轴±90°范围内;
所述成型塑胶材料为TPXM002。
一种制造如权利要求1所述的LED阵列路灯透镜模块的方法,配光透镜的长枕形出射曲面为自由曲面方法制造,即将LED发出在其短边截面与垂直光轴夹角在0°-56°及长边截面与垂直光轴夹角在0°-90°之内的光对应配成0°-34°及0°-71°范围内出射,并在长枕形出射曲面上形成一个用于扩散全反射透镜面反射光线的凹陷;
全反射透镜面采用全反射方法制造,即将LED发出的在长枕形出射曲面短边截面与垂直光轴夹角在56°-90°之内的光配成0°-34°;
所述配光透镜的长枕形出射曲面的短边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure B2009102469215D0000021
Figure B2009102469215D0000031
所述配光透镜的长枕形出射曲面的长边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure B2009102469215D0000032
Figure B2009102469215D0000041
所述全反射透镜面及长枕形出射曲面的凹面均为离轴圆弧面,其中心点偏离垂直光轴,两者的曲率半径分别为在8-15及18-28之间。
本发明提供了一种LED阵列路灯透镜模块,在模块的基座上并排设置至少两组由并排设置的多个配光透镜单元构成的配光透镜组,每个配光透镜采用折射——全反射组合的自由曲面配光结构设计,其由长枕形自由曲面及两侧的全反射棱镜组成,其可以对LED射出的从0到180°的光线进行百分之百的分配,相邻两排配光透镜组之间采用平台衔接,其对配光无任何影响的。此外于透镜模块的四周还设有可用于防治防水用的密封胶圈的密封凹槽,从而使得该透镜模块可直接安装在LED灯座上避免了外部设置灯罩的进一步能耗产生。基座与多个配光透镜由注塑一体成型并采用高透过率低损耗并且耐高温的塑胶材料TPXM002制成,其透光率可达93%,塑胶的软化点可达151℃。有效保证了透镜模组的出光效率及使用的可靠性。
本发明还提供了一种LED阵列路灯透镜模块的制造方法,该方法首先根据透镜模块实际使用状况对每个配光透镜通过自由曲面方法制造了长枕形出射曲面,从而对其短边截面与垂直光轴夹角在0°-56°及长边截面与垂直光轴夹角在0°-90°之内入射的LED光进行配光至0°-34°及0°-71°范围内出射,而短边截面与垂直光轴夹角在56°-90°之内的光则通过全反射方法制造的全反射透镜面配成0°-34°范围出射,从而使得依照该方法制造的LED阵列路灯透镜模块可充分对LED发光单元所有方向0到180°的出射光进行配光利用。
【附图说明】
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明的整体结构俯视图
图3为图2中A-A面剖视图
图4为图2中B-B面剖视图
图5为本发明配光透镜的短边截面示意图
图6为本发明配光透镜的长边截面示意图
图7为本发明配光透镜的配光示意图
【具体实施方式】
如图1、2所示,本发明涉及一种LED阵列路灯透镜模块,它包括基座4,基座4四周设有销钉定位孔42,其上并排设置至少两组由并排设置的多个配光透镜1构成的配光透镜组,相邻配光透镜组间设有一平台3相连。
如图3、4,基座4四周设置有一圈密封凹槽41。而配光透镜1成长枕形,透镜1内侧开设有对应安装LED的内凹球面,内凹球面构成入射面,内凹球面的入射面上部的透镜外侧设有对应长枕形自由出射曲面,在配光透镜1的短边上长枕形自由出射曲面位于与垂直方向的光轴±56°范围内,经过透镜1的配光后将会配成0~34°的等比例分布光线,而在配光透镜1的长边上长枕形自由出射曲面位于垂直方向的光轴±90°范围内,经过透镜1的配光后将会配成0~71°的等比例分布,并且光强的远场角度分布为蝙蝠翼形的分布,此外在长枕形配光透镜1的长边两侧向外倾斜形成有全反射透镜面2,这两个全反射透镜面2将剩下从LED发出的与垂直方向光轴夹角在56°~90°之内的光,也配成0~34°的等比例分布。参见图5,全反射透镜面2由内侧弧面21及外侧弧面22组成,两弧面21、22的一端于配光透镜组间平台3相连,外侧弧面22的另一端连接长枕形自由出射曲面11,内侧弧面21的另一端通过一底部平面13连接内凹球面12,内凹球面12扣在LED的上方,其LED中心位置51与内凹球面12的球心重合,所述全反射透镜2的内侧弧面21、外侧弧面22均为离轴圆弧面。
所述LED阵列路灯透镜模块的基座4及多个配光透镜1由注塑一体成型,并采用了更为耐高温且透过率高的塑胶材料TPXM002成型,其透过率普通可达93%,软化点也较好在151度左右。
本发明还涉及一种制造上述LED阵列路灯透镜模块的LED阵列路灯透镜模块制造方法,参见图5-7,方法通过采用自由曲面方法制造配光透镜的长枕形出射曲面11,使其长枕形出射曲面11的短边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure B2009102469215D0000061
而长枕形出射曲面11的长边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure B2009102469215D0000071
从而使得LED发出的光在经过配光透镜的长枕形出射面11配光下可将在长枕形出射面11短边截面与垂直光轴夹角在0°-56°及长边截面与垂直光轴夹角在0°-90°之内的LED光对应配成0°-34°及0°-71°范围内出射。
而配光透镜长枕形出射面11两侧的全反射透镜面2则采用的是全反射方法制造,其外侧为一个全反射出弧面22,全反射弧面22为一离轴的圆弧面,其中心点偏离垂直光轴,曲率半径在8-15以内,较好取11,最佳取R10.78。从而通过该全反射弧面22可将剩下从LED发出的与长枕形出射面11短边截面与垂直光轴夹角在56°~90°之内的入射光,经全反射后,绕反射点旋转90°配成0°-34°出射。
进一步的,在配光透镜的长枕形出射面11中部形成有凹面,该凹面也是一离轴的圆弧面,其曲率半径在18-28以内,较好取22,最佳取22.319。由此该凹面可将全反射面反射后的光线进行扩散,扩散后出射光线同光轴之间的夹角也分布在0~34°范围内,达到全方位充分利用LED出射光的目的。

Claims (9)

1.一种LED阵列路灯透镜模块,它包括基座,基座上一体注塑成型并排设置至少两组由并排设置的多个配光透镜构成的配光透镜组,其特征在于:所述配光透镜成长枕形,其内侧开设有对应安装LED的内凹球面,内凹球面构成入射面,内凹球面的入射面上部的透镜外侧设有长枕形自由出射曲面,长枕形自由曲面配光透镜的长边两侧向外倾斜形成有全反射透镜面;基座四周设置有一圈密封凹槽。
2.如权利要求1所述的用于LED阵列路灯的透镜模块,其特征在于:所述全反射透镜面由内侧、外侧两弧面组成,其中内、外侧弧面的一端于配光透镜组间平台相连,外侧弧面的另一端连接枕形自由出射曲面,内侧侧弧面的另一端通过一底部平面连接内凹球面。
3.如权利要求2所述的用于LED阵列路灯的透镜模块,其特征在于:所述全反射透镜的内侧、外侧两弧面为离轴圆弧面。
4.如权利要求1所述的用于LED阵列路灯的透镜模块,其特征在于:所述长枕形配光透镜短边的上部长枕形自由出射曲面位于垂直方向的光轴±56°范围内,长枕形配光透镜长边的上部长枕形自由出射曲面位于垂直方向的光轴±90°范围内。
5.如权利要求5所述的用于LED阵列路灯的透镜模块,其特征在于:所述成型塑胶材料为TPXM002。
6.一种制造如权利要求1所述的LED阵列路灯透镜模块的方法,其特征在于:配光透镜的长枕形出射曲面为自由曲面方法制造,即将LED发出在其短边截面与垂直光轴夹角在0°-56°及长边截面与垂直光轴夹角在0°-90°之内的光对应配成0°-34°及0°-71°范围内出射,并在长枕形出射曲面上形成一个用于扩散全反射透镜面反射光线的凹陷;
全反射透镜面采用全反射方法制造,即将LED发出的在长枕形出射曲面短边截面与垂直光轴夹角在56°-90°之内的光配成0°-34°。
7.如权利要求7所述的LED阵列路灯透镜模块的制造方法,其特征在于:所述配光透镜的长枕形出射曲面的短边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure F2009102469215C0000011
Figure F2009102469215C0000021
8.如权利要求7所述的LED阵列路灯透镜模块的制造方法,其特征在于:所述配光透镜的长枕形出射曲面的长边截面上入射光线与垂直光轴的夹角及经过长枕形出射曲面后的出射光线与垂直光轴的夹角符合关系
Figure F2009102469215C0000022
Figure F2009102469215C0000031
9.如权利要求7所述的LED阵列路灯透镜模块的制造方法,其特征在于:所述全反射透镜面及长枕形出射曲面的凹面均为离轴圆弧面,其中心点偏离垂直光轴,两者的曲率半径分别为在8-15及18-28之间。
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