CN102980135A - 一种用于led光源道路照明的配光透镜 - Google Patents

一种用于led光源道路照明的配光透镜 Download PDF

Info

Publication number
CN102980135A
CN102980135A CN2012104311763A CN201210431176A CN102980135A CN 102980135 A CN102980135 A CN 102980135A CN 2012104311763 A CN2012104311763 A CN 2012104311763A CN 201210431176 A CN201210431176 A CN 201210431176A CN 102980135 A CN102980135 A CN 102980135A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
lens
led
light source
free form
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104311763A
Other languages
English (en)
Inventor
王仲勋
吴钦章
尹韶云
孙秀辉
杜春雷
邓启凌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN2012104311763A priority Critical patent/CN102980135A/zh
Publication of CN102980135A publication Critical patent/CN102980135A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/72—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps in street lighting

Abstract

本发明提供一种用于LED光源道路照明的配光透镜，该透镜包括一个自由曲面外表面，一个自由曲面内表面，一个底面和两个支柱。其中，支柱主要起到对整个透镜的固定与定位作用，外表面是光线的出射面，实现对光线的最终调制，其应该使得光线能够在照明面即路面上形成一个轮廓较为明显的矩形区域，尽量减少光线照射到目标区域以外，提高能量利用率。内表面是光线的入射面，对光线进行初始调制；通过内表面的初始调制，弥补外表面自由曲面对大角度光线偏折的不足，与外表面联合调制配光，提高光能利用率，同时实现高均匀度的道路照明。本发明应用于路灯倾斜15°照明灯具之中，此种透镜外形美观，配光效果理想，能够实现均高达70%的照明均匀度。

Description

一种用于LED光源道路照明的配光透镜
技术领域
本发明属于半导体照明技术和应用技术领域，涉及一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其目的是将LED光源发出的光线能够限制在一定角度出射，并在路面上形成高均匀度的矩形照明范围。
背景技术
近年来，随着半导体芯片及封装技术的发展，单颗LED光效得到不断提高，LED在照明领域的应用越来越广泛。与传统光源相比，LED由于具有能耗低，体积小，亮度高，寿命长等优点，从而被广泛的应用于照明领域。但是，由于LED光源的光强分布通常为朗伯型分布，如果直接将其应用于照明，在目标面上将呈现为中心强边缘弱的圆形光斑，所以需要对LED光源进行配光设计。目前针对LED所进行的透镜设计逐渐成为研究的重点。
针对LED光源道路照明的配光透镜，一般包括传统的光学透镜和自由曲面透镜两种。传统的光学透镜采用诸如柱面镜和球面镜等来改变光线的照明范围，在目标面上实现一个矩形照明区域，但是由于传统的柱面镜和球面镜的自由度有限，不能对光线实现较好的偏折，最终照明效果并不理想。近年来发展起来了自由曲面配光透镜。由于自由曲面本身具有相当高的自由度，这就使得设计者能够通过自由曲面实现复杂的系统设计。另外，相对于传统的光学系统，自由曲面可以使用更少的元件，实现更为优化的结果。因此，自由曲面得到了广泛的利用，并且代表了未来的发展方向。但是目前的LED自由曲面配光透镜一般采用一个自由曲面进行配光。由于自由曲面在计算过程中存在的不能避免的误差以及自由曲面对大角度光线偏折能力的有限，使得单一自由曲面配光透镜也遇到了瓶颈，难以实现高均匀度倾斜照明设计。
鉴于目前自由曲面配光透镜存在的问题和缺陷，本发明吸取了自由曲面配光透镜的特有优势，同时引入内表面非球面，实现内表面和外表面联合调制配光设计，弥补了单一自由曲面对大角度光线偏折能力的不足，同时缓解了外表面自由曲面存在的误差，从而实现高均匀度的倾斜照明。
发明内容
针对单一自由曲面透镜配光效果的不理想，本发明旨在采用内外双自由曲面配光透镜的设计。其目的是在提高光能利用率的基础上在目标面上即路面上实现高均匀度的矩形照明效果。
本发明采用的技术方案为：一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其特征在于，该透镜包括一个自由曲面外表面，一个自由曲面内表面，和一个底面以及在底面上的两个支柱，其中，
该两个支柱用于对整个透镜的固定与定位作用；
所述的外表面是光线的出射面，对光线进行偏折，实现对光线的最终调制，其应该使得光线能够在照明面即路面上形成一个轮廓较为明显的矩形区域，尽量减少光线照射到目标区域以外，提高能量利用率；
所述的内表面是光线的入射面，对LED光源发出的光线进行初始角度调制；通过内表面的初始调制，弥补外表面自由曲面对大角度光线偏折的不足，与外表面联合调制配光，实现高均匀度的道路照明。
进一步的，所述透镜应用于道路倾斜灯具照明之中，根据国家对路灯倾斜照明灯具的角度要求，此透镜应用于15°倾斜灯具照明之中。
进一步的，所述透镜由PMMA为材料加工制成，成本低廉的同时加工工艺比较成熟。
进一步的，所述的透镜底部有一空间，用来放置LED芯片。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）、本发明引入内表面自由曲面，与外表面自由曲面联合调制配光，实现高均匀度的配光效果，并有效提高能量利用率。
（2）、本发明透镜整个设计过程简单，最终得到的透镜效果理想，外形美观。
附图说明
图1为本发明的透镜侧视图；
图2为本发明的透镜底视图；
图3为本发明实施例横截面示意图；
图4为本发明实施例在实际安装中的示意图；
图5为本发明实施例在目标路面上的照明示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
一种用于LED光源道路照明的配光透镜，透镜包括一个自由曲面外表面，一个自由曲面内表面，一个底面和两个支柱。其中，支柱主要起到对整个透镜的固定作用，此外也考虑到整体的对称与美观。外表面是光线的出射面，实现对光线的最终调制，其应该使得光线能够在照明面即路面上形成一个轮廓较为明显的矩形区域，尽量减少光线照射到目标区域以外，提高能量利用率。内表面是光线的入射面，对光线进行初始调制；通过内表面的初始调制，弥补外表面自由曲面对大角度光线偏折的不足，与外表面联合调制配光，实现高均匀度的道路照明。此种透镜外形美观，配光效果理想，能够实现均高达70%的均匀照明，其中，
1、所述的配光透镜针对的是近似朗伯体的光源，实现倾斜15度，30m×12m的矩形光斑。透镜在应用过程中，和照明面的倾斜角为15度。
2、所述配光透镜的外表面为自由曲面，通过设计使得光线能够在照明面上形成一个具有矩形轮廓的照明区域。自由曲面的设计采用能量对应关系和矢量光学的相关原理进行计算设计得到面型数据，从而构建自由曲面外表面，透镜的内表面也为自由曲面，通过光线追迹设计得到内表面自由曲面的数据从而构建自由曲面内表面。
3、所述透镜的两侧面进行了切除，既提高率能量利用率，同时使得加工更加容易。透镜的底面有两个支柱。支柱形状为圆柱形，其直径为2.0mm，高度为1.5mm，主要是起到对透镜整体的固定。考虑到配光透镜的安装和固定需要有较高的精度，引入支柱，在保证固定精度的同时保证了透镜的固定牢固。
4、所述透镜的底部有一个孔洞，专门用来放置LED 芯片，其内部尺寸大于LED芯片的尺寸，使得LED芯片能够放置其中。在透镜外部俯视观察，能够看到一个心形。
5、所述透镜选取的材料为光学级PMMA，其透光率在90%以上，同时热变形温度在70℃以上。在保证透光率和耐用性的基础上，降低加工成本。
实施例：
采用Cree-XP-ELED芯片作为光源，针对长度30m，道路宽度12m，路灯高度10m，灯杆倾斜角度15度的路灯配光透镜进行说明。本发明的主要思路就是，通过光线对应关系设计计算得到自由曲面外表面，然后根据外表面自由曲面对光线偏折的误差，建立内表面自由曲面和光线之间的对应关系，从而求得自由曲面内表面。然后将自由曲面内表面与自由曲面外表面组合设计得到透镜实体。
本发明所述的LED路灯倾斜照明透镜其侧面剖视图如图1所示，其底视图如图2所示，透镜实体为1，其材料采用PMMA，对可见光的折射率为n=1.4935。LED光源被放置在空间2中。光线自LED芯片发射出来以后，照射到自由曲面内表面3上，然后通过自由曲面3的折射进入透镜1中，然后再经过自由曲面外表面4的折射，射出透镜。透镜底部为平面5，在底面上有两个圆柱形支柱6、7，主要起到固定透镜的作用。
本发明所示透镜的安装示意图如图4所示。图中（21）为路灯灯杆高度，本发明实施例中为10m，（22）为灯杆突出的高度，本发明实施例中为0m，（23）为灯的倾斜角度，本发明实施例中为15度。（24）为灯杆悬臂的长度，本发明实施例中为1.5m。
本发明所示透镜最终在目标面上的照明效果通过光线追迹软件Lighttools仿真计算，结果如图5所示，本发明实施例中在目标面上形成一个轮廓明星，照度均匀度打到70%的矩形照明区域。
本发明采用双自由曲面联合调制配光，解决了单一自由曲面配光均匀度不高的缺点，实现了LED在道路倾斜照明中高均匀度的照明应用。
尽管对本发明进行了详细描述，但是可以知道的是，本文不应该理解为对本新型LED配光透镜的限制，任何同等的替换或者改变都应该属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其特征在于，该透镜包括一个自由曲面外表面，一个自由曲面内表面，和一个底面以及在底面上的两个支柱，其中，
该两个支柱用于对整个透镜的固定与定位作用；
所述的外表面是光线的出射面，对光线进行偏折，实现对光线的最终调制，其应该使得光线能够在照明面即路面上形成一个轮廓较为明显的矩形区域，尽量减少光线照射到目标区域以外，提高能量利用率；
所述的内表面是光线的入射面，对LED光源发出的光线进行初始角度调制；通过内表面的初始调制，弥补外表面自由曲面对大角度光线偏折的不足，与外表面联合调制配光，实现高均匀度的道路照明。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其特征在于，所述透镜应用于道路倾斜灯具照明之中，根据国家对路灯倾斜照明灯具的角度要求，此透镜应用于15°倾斜灯具照明之中。
3.根据权利要求1所述的一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其特征在于，所述透镜由PMMA为材料加工制成，成本低廉的同时加工工艺比较成熟。
4.根据权利要求1所述的一种用于LED光源道路照明的配光透镜，其特征在于，所述的透镜底部有一空间，用来放置LED芯片。
CN2012104311763A 2012-11-01 2012-11-01 一种用于led光源道路照明的配光透镜 Pending CN102980135A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104311763A CN102980135A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 一种用于led光源道路照明的配光透镜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104311763A CN102980135A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 一种用于led光源道路照明的配光透镜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102980135A true CN102980135A (zh) 2013-03-20

Family

ID=47854392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104311763A Pending CN102980135A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 一种用于led光源道路照明的配光透镜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102980135A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104421751A (zh) * 2013-08-22 2015-03-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 发光二极管组件及应用该发光二极管组件的背光模组
CN104566214A (zh) * 2014-12-05 2015-04-29 佛山市南海朗烨光电科技有限公司 一种led灯的偏光透镜
CN106164577A (zh) * 2013-10-31 2016-11-23 通用电气照明解决方案有限责任公司 光学透镜及用于背光的led灯模块
CN111536439A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 中国科学院西安光学精密机械研究所 可实现矩形均匀照明的灯具、灯具组及灯罩结构优化方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101986018A (zh) * 2010-11-03 2011-03-16 吴峰 宽配光角led路灯透镜单元及模块

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101986018A (zh) * 2010-11-03 2011-03-16 吴峰 宽配光角led路灯透镜单元及模块

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104421751A (zh) * 2013-08-22 2015-03-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 发光二极管组件及应用该发光二极管组件的背光模组
CN106164577A (zh) * 2013-10-31 2016-11-23 通用电气照明解决方案有限责任公司 光学透镜及用于背光的led灯模块
CN104566214A (zh) * 2014-12-05 2015-04-29 佛山市南海朗烨光电科技有限公司 一种led灯的偏光透镜
CN111536439A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 中国科学院西安光学精密机械研究所 可实现矩形均匀照明的灯具、灯具组及灯罩结构优化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103807806B (zh) 能照射到3、5车道的cob模块led路灯透镜的配光方法
US8500300B2 (en) Optical lens, light-emitting diode optical component and light-emitting diode road lamp
CN102072460B (zh) 提高led灯具距高比和照度均匀性的透镜
CN100590346C (zh) 一种led路灯
JP2014508310A (ja) Ｌｅｄ光拡散用拡張型アイシクルタイプ光調整レンズ
Wang et al. Freeform optics for LED packages and applications
CN102401319B (zh) 一种led二次光学透镜
TWI471616B (zh) Lens module for light emitting diode light source
CN102705776A (zh) 一种实现均匀矩形光斑透镜
CN104075250A (zh) 配光结构及其led灯具
CN102980135A (zh) 一种用于led光源道路照明的配光透镜
CN202581120U (zh) 一种led矩形光斑透镜
CN201892149U (zh) 一种透镜及具有该透镜的发光组件
CN201715446U (zh) 一种用于led路灯的光学透镜
CN203363991U (zh) 一种led二次光学透镜
CN202109399U (zh) 提高led灯具距高比和照度均匀性的透镜
CN201795382U (zh) 采用自由曲面透镜二次光学配光的led路灯光源
TWM473473U (zh) 發光二極體路燈透鏡模組
CN104676467A (zh) 一种透镜及具有该透镜的led灯具
CN203549679U (zh) 一种能产生多个光束角的led二次透镜装置
CN202647592U (zh) 一种实现均匀矩形光斑透镜
CN202675040U (zh) 聚光型透镜光学模组
CN105402656A (zh) 新型的led射灯结构
CN205424831U (zh) Led透镜
CN103604094A (zh) 一种能产生多个光束角的led二次透镜装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130320