CN102840544A - 一种配光透镜及led道路灯 - Google Patents

Abstract

本发明适用于照明领域，提供了一种配光透镜及LED道路灯，所述透镜具有一底面和一出射面，所述底面设有一容纳光源的凹腔；所述出射面为长枕型且两端凸出的自由曲面；所述透镜在长度方向的配光角度为120°～140°，在宽度方向的配光角度为50°～90°。本发明提供的配光透镜有效的增大了照明长度，并减弱了待照区域以外的照明，实现了节能环保的绿色照明。采用该透镜的灯具可以很好的满足道路灯的照明要求，尤其是机场围界摄像监控的照明要求，可以广泛应用于机场照明领域。

Description

一种配光透镜及LED道路灯

技术领域

本发明属于照明领域，尤其涉及一种配光透镜及LED道路灯。

背景技术

为满足民用机场外围边界摄像监控的照明要求，采用的投光灯需要在外围栏延伸方向的照射范围宽、角度大，照明效果好，而在垂直方向并不需要宽范围照明，否则既浪费电功率，又对周边环境造成光污染。而现在机场外围边界多采用传统的投光灯具，其光源采用高功率的白光LED，这种光源的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，这种光源配上传统配光透镜输出的光照在路上是一个圆面光斑，大约有一半左右的光斑会散落到道路之外而浪费掉，造成能源浪费；并且，光斑的中间比较亮，周围逐渐变暗，亮度不均衡，边缘照明效果不好。因此这种传统的灯具难以满足机场围界灯的要求标准，不利于环保和绿色照明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配光透镜，可以形成矩形的亮度均衡的照明光斑，以满足机场围界照明的要求。

本发明是这样实现的，一种配光透镜，所述透镜具有一底面和一出射面，所述底面设有一容纳光源的凹腔；所述出射面为长枕型且两端凸出的自由曲面；所述透镜在长度方向的配光角度为120°～140°，在宽度方向的配光角度为50°～90°。

本发明的另一目的在于提供一种LED道路灯，所述道路灯包括至少一个LED发光体，所述LED发光体包括LED光源及上述的配光透镜，所述LED光源安装于所述配光透镜的凹腔中。

本发明将透镜的出射面设计为长枕型，并且进一步对透镜在长度方向和宽度方向的配光角度进行了限定，使得该透镜的出射光可在受照面上形成预定长宽比的矩形光斑，进而使大部分光能都用于道路延伸方向的照明，避免光线照射到道路之外而造成浪费及光污染；进一步的，该透镜结构可以有效改善照明光斑中间过亮、周围过暗的现象，照明亮度比较均匀。采用该透镜的道路灯可以很好的满足道路照明的要求，尤其是机场围界摄像监控的照明要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的配光透镜的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的配光透镜的主视结构示意图；

图3是本发明实施例提供的配光透镜的侧视结构示意图；

图4是本发明实施例提供的配光透镜的仰视结构示意图；

图5是本发明实施例提供的配光透镜的俯视结构示意图；

图6是本发明实施例提供的配光透镜的长度方向的光路图；

图7是本发明实施例提供的配光透镜的宽度方向的光路图；

图8是本发明实施例提供的配光透镜的出射面的正视曲线示意图；

图9是本发明实施例提供的LED道路灯的立体结构示意图；

图10a是本发明实施例提供的配光透镜的长度方向的配光角度示意图；

图10b是本发明实施例提供的配光透镜的宽度方向的配光角度示意图；

图11是本发明实施例提供的LED道路灯的光斑示意图；

图12是本发明实施例提供的LED道路灯的地面照度分布图；

图13是本发明实施例提供的LED道路灯的配光曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考附图1～5，本实施例提供一种配光透镜，该透镜主要安装于LED光源的出射光路上以形成一个独立的LED发光体，通过该透镜调节光的输出方向以在受照面上形成矩形光斑。该透镜具有一底面11和一个出射面12。其中，底面11设有一个凹腔111，用来容纳光源13；出射面12则是一个长枕型且两端向外凸出的自由曲面，该自由曲面透镜在长度方向的配光角度α为120°～140°，宽度方向的配光角度β为50°～90°，本领域技术人员应当理解，配光角度即照明光斑边缘上相对的两点相对于发光中心的张角。该透镜的配光原理如图6、7所示。由于该配光透镜的出射面为长枕型的自由曲面，使得该透镜的出射光可在受照面上形成一矩形的光斑，通过对透镜的长度和宽度方向的配光角度进行上述设置，可以获得预定长宽比的矩形光斑，使大部分光能都用于道路延伸方向的照明，减少垂直道路方向的照明，也避免光线照射到道路之外而造成浪费及光污染；并且，该透镜结构可以适当减弱中心光强，使光能在照明空间内平均分布，有效改善照明光斑中间过亮、周围过暗的现象，照明亮度比较均匀，这种亮度均匀的矩形光斑可以很好的满足道路照明的要求。

本实施例中的配光透镜的材料可以是聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，与PMMA相比，PC的折射率较高，耐热性、阻燃性好，抗冲击且易加工，热稳定性是影响配光透镜质量的重要因素，因此本实施例优选PC材料。

通常情况下，道路灯会安装在待照明区域的正上方，因此配光透镜的形状多为两端对称的形状，其产生的光斑也具有对称性。当然，也可以将透镜制作成两端不对称的结构，这种透镜多用在受照区域在灯具的斜下方的情况，当然这种透镜并不常用，因此本实施例的配光透镜优选两端对称的结构，其形成的光斑对称性好、形状规则。同时，对称结构的透镜也比较便于加工。

在本实施例中，透镜的底面11优选为平面，因为底面对出光没有影响，因此将其设计为平面以便于安装在灯具的灯板上，并且便于加工。进一步的，该底面11除去凹腔111部分的形状可以是两个相对的半圆形平面，便于加工且比较美观。当然，该底面11还可以是凸面或凹面等其他形状，具体的形状根据应用端的需求而定。

在本实施例中，容纳光源13的凹腔111优选为沿透镜的宽度方向贯通设置的拱形腔，该拱形腔的端部可以是圆弧形的，容易加工。将凹腔111设计为前后贯通的拱形结构，有利于扩大光源的发射角度，提高光源的利用率，其内部空气流通性好，有利于发光体的散热，进而延长灯具的使用寿命。当然该凹腔还可以设计为其他合理的结构。

作为本实施例的进一步改进，可以使出射面12的中部沿宽度及高度方向向内凹陷，形成一条凹陷带121，此时透镜中部的高度低于两端的高度、宽度也小于两端的宽度。与相对平整的出射面相比，凹陷带121可以使经过此处的光线被分散的程度更大，进而有利于削弱中心光强，进一步解决中心光强过高、周围光强过低的问题。

作为本实施例的一种优选的实现方式，可以将透镜在长度方向的配光角度设置为130±2°，将透镜在宽度方向的配光角度设置为65±2°。通过该设置可以获得长宽比大于2∶1的矩形光斑。合理设置灯具的安装高度，就可以在地面上形成预设长度和宽度的光斑。

作为本实施例的一种优选的实现方式，该自由曲面的结构具体可以这样设计，如图8所示的自由曲面的正视图曲线，即正视轮廓线，该曲线由轴对称的两段曲线构成(图中仅示出一段)，以对称轴线为Y轴，以曲线的开口端为X轴建立坐标轴，在曲线上选取7个点，分别为：第一定位点A1(0，10)；第二定位点A2(5.5，9.74)；第三定位点A3(10.15，8.23)；第四定位点A4(11.80，5.40)；第五定位点A5(4.56，11.93)；第六定位点A6(11.80，2.19)；第七定位点A7(11，0)，其中A1、A2之间的弧线在A2点的外切线的A2点法线与X轴之间的夹角α₁为83.27°，A2、A3之间的弧线在A3点的外切线的A3点法线与X轴之间的夹角α₂为57.27°，A3、A4之间的弧线在A4点的外切线的A4点法线与X轴之间的夹角α₃为12.67°，A4、A5之间的弧线在A5点的外切线的A5点法线与X轴之间的夹角α_4为6.81°，A5、A6之间的弧线在A6点的外切线的A6点法线与X轴之间的夹角α₅为-13.70°。在设计曲线的过程中，拖动A1～A6使曲线平滑，并结合模拟光斑微调各点法线的角度，以获得所需光斑。例如可以通过控制A1、A2来调整中心区域光强分布；通过控制A6、A7调整边缘光强分布；通过控制A3、A4、A5调整照明范围大小。按照上述具体参数设计获得的自由曲面具有较佳的配光效果，可实现长度方向130°及宽度方向65°的配光效果，可产生附图11、12所示的光斑，其配光曲线如图13所示。

进一步的，该透镜出射面的宽度可为13.5mm，底面由两个半圆形的平面构成，半径为6mm；拱形凹腔的端面为圆弧形，其半径为4mm，圆弧高度为3.1mm。

应当理解，上述的具体参数仅是一种较佳的实施例，本领技术人员可以根据上述的解释说明合理设计该透镜结构，以获得较好的配光效果。

本实施例还提供一种采用上述的配光透镜的发光体，将LED光源安装于该透镜的凹腔中心，即形成一个独立的发光体。若干个这种发光体安装于灯板上，再设置好电路，即可形成道路灯。

参考附图9，本实施例还提供了一种采用上述发光体的机场围界道路灯。其中，LED光源采用了CREE的XLamp XP-E(90-CRI White/XPEWHT-U1-0000-006F8)，最大驱动电流为1000mA，光源效率为62Lm/W(350mA)，显色指数80，热阻9℃/W，发光角度115°。当然还可以采用其他LED光源，其发光角度优选115±5°。该道路灯的发光体91有12个，平均分成三排安装在灯板92上，当然此数量和安装位置是可以根据安装高度和待照明亮度适当调整的，该灯具的安装高度为5m。参考附图10～13，该围界道路灯在地面形成了长度约20m、宽度约6m的矩形光斑，其有效照射区域内的灯具效率高达85％以上。根据配光曲线可知，该透镜在长度方向的出射角可以达到130°～140°，并且在130°出射角附近的区域具有最大光强，可见该光斑的边缘亮度较高，完全避免了传统透镜形成的光斑中心过亮、边缘过暗的问题。

本发明提供的配光透镜有效的增大了照明长度，配光曲线呈蝙蝠翼形，形成长方向大角度覆盖照明，而且能合理控制光线分布，使投射光斑呈矩形，并减弱了待照区域以外的照明，实现了节能环保的绿色照明。采用该透镜的灯具可以很好的满足道路灯的照明要求，尤其是机场围界摄像监控的照明要求，可以广泛应用于机场照明领域。

应当理解，上述只是机场围界道路灯的一种较佳的实施例，凡是采用了本实施例中所述的配光透镜的机场围界道路灯都在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配光透镜，其特征在于，所述透镜具有一底面和一出射面，所述底面设有一容纳光源的凹腔；所述出射面为长枕型且两端凸出的自由曲面；所述透镜在长度方向的配光角度为120°～140°，在宽度方向的配光角度为50°～90°。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜在长度方向的配光角度为130±2°。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述透镜在宽度方向的配光角度为65±2°。

4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述凹腔为沿所述透镜的宽度方向贯通设置的拱形腔。

5.如权利要求1至5任一项所述的透镜，其特征在于，所述出射面在长度及宽度方向对称。

6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述透镜的正轮廓线具有下述结构：

所述正轮廓线由两条轴对称的曲线连接而成；

在每条曲线上均具有第一定位点、第二定位点、第三定位点、第四定位点、第五定位点、第六定位点及第七定位点；

所述第一定位点与正轮廓线的对称轴间的垂直距离为0mm，与正轮廓线两端点之间的连接线间的垂直距离为10mm；

所述第二定位点与所述对称轴间的垂直距离为5.5mm，与所述连接线间的垂直距离为9.74mm；

所述第三定位点与所述对称轴间的垂直距离为10.15mm，与所述连接线间的垂直距离为8.23mm；

所述第四定位点与所述对称轴间的垂直距离为10.80mm，与所述连接线间的垂直距离为5.40mm；

所述第五定位点与所述对称轴间的垂直距离为4.56mm，与所述连接线间的垂直距离为11.93mm；

所述第六定位点与所述对称轴间的垂直距离为11.80mm，与所述连接线间的垂直距离为2.19mm；

所述第七定位点与所述对称轴间的垂直距离为11mm，与所述连接线间的垂直距离为0mm；

所述第一定位点与第二定位点之间的弧线在第二定位点的外切线的第二定位点法线与所述连接线之间的夹角为83.27°；

所述第二定位点与第三定位点之间的弧线在第三定位点的外切线的第三定位点法线与所述连接线之间的夹角为57.27°；

所述第三定位点与第四定位点之间的弧线在第四定位点的外切线的第四定位点法线与所述连接线之间的夹角为12.67°；

所述第四定位点与第五定位点之间的弧线在第五定位点的外切线的第五定位点法线与所述连接线之间的夹角为6.81°；

所述第五定位点与第六定位点之间的弧线在第六定位点的外切线的第六定位点法线与所述连接线之间的夹角为-13.70°。

7.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述出射面的中部沿宽度及高度方向向内凹陷。

8.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜的材质为聚碳酸酯。

9.一种LED道路灯，其特征在于，所述道路灯包括至少一个LED发光体，所述LED发光体包括LED光源及权利要求1至8任一项所述的配光透镜，所述LED光源安装于所述配光透镜的凹腔中。

10.如权利要求9所述的道路灯，其特征在于，所述LED光源的出射角为115±5°。

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