CN203309785U - 二次光学非对称透镜及非对称透镜式路灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种透镜及应用该透镜的路灯。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光线利用率高，照射范围广的经过二次光学设计的非对称透镜，以及满足道路照明需求的非对称透镜式路灯。采用的技术方案可概括为：二次光学非对称透镜，包括入射面及出光面，入射面为自由曲面，出光面为自由曲面，入射面及出光面为非对称分布。非对称透镜式路灯，包括至少九个二次光学非对称透镜，二次光学非对称透镜以A×B矩阵方式排列形成整版透镜路灯，其中，A为大于等于3的整数，B为大于等于3的整数。本实用新型降低能耗，节约能源，环保可靠，适用于LED灯具。

Description

二次光学非对称透镜及非对称透镜式路灯

技术领域

本实用新型涉及一种透镜及应用该透镜的路灯，尤其是涉及一种二次光学非对称透镜及非对称透镜式路灯。

背景技术

随着半导体芯片与封装技术的发展，LED的发光效率得到迅速的提升。LED具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点，被广泛应用于LED路灯照明并成为研究热点。2009年，国家科技部推进“十城万盏”计划，带动了全国各地掀起LED室外灯具产品设计与研究的热潮。

现有的LED室外灯具，特别是用于路灯或隧道照明的LED道路照明灯具，大部分厂家都未对其进行二次光学设计，经过透镜出射的光束光线利用率低，LED灯具的光线照射范围较小，路灯道路适应性很差，照射效果也很差，照度均匀度较差，靠近LED道路照明灯具灯杆的下方比较亮，两根灯杆之间容易出现暗区，影响纵向均匀度，造成严重的斑马效应。此外，LED路灯照射的光约有50%散落在道路之外没有被充分利用起来，同时会对远处的车辆或行人产生眩光，与之使道路照明的要求不符。因此有必要对LED道路照明灯具进行二次光学设计。

现有的技术中，GE公司对LED道路照明灯具进行了二次光学设计，其实现方法如图1所示：LED光源101安装于安装底座102上，先通过高反射率反射器103对LED光源101发出的光线进行镜面反射，经检测最多只能90%被反射出来，其他10%转换为热量和漫反射光束，再通过PMMA或PC材质的透镜104折射出来。上述方法的光学损失至少为10%，光能利用率低。若用于道路照明时，该灯具的光束投射范围有限，不能有效地投射到道路区域内，只能解决灯杆杆高与间距比小于等于1:3的道路照明。另一种现有技术是利用二次光学对称透镜对灯具进行改进。只需改变单颗透镜的发光角度，使得180度光入射到透镜的入射面上，通过透镜后形成60度对称的出光面。该技术使得光束发射均匀，但若直接使用在道路灯或隧道灯上，则只能在以灯具为中心，在灯下形成顶角为60度圆锥形照明区域，大部分光线不能有效利用，造成较大的光损失。路灯的照明特点应该是在灯杆附近相应减少出光光束，将大部分光束投射到路面，扩大照射范围，加强路面的照度。显而易见，以上现有技术并不符合路灯的照明特点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种经过二次光学设计的非对称透镜，经过该透镜出射的光束光线利用率高，光线照射范围更广。

非对称透镜式路灯，将上述二次光学非对称透镜按一定矩阵方式排列在一个模组上形成非对称透镜式路灯，该路灯满足道路照明需求，节约能源，使光照的利用率得到有效提升。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：二次光学非对称透镜，包括入射面及出光面，入射面为自由曲面，出光面为自由曲面，入射面及出光面为非对称分布。

具体的，所述入射面为弧面，出光面为弧面。

进一步的，入射面的曲面方程为

其中，第一折射率k₁为光线从空气到透镜之间的折射率，其取值范围为：k₁=1.35～1.5；入射面曲面半径R的取值范围为：R=1.5～2.5毫米。

进一步的，出光面的曲面方程为其中，半径

半径r=4.0～4.3毫米，第二折射率k₂为光线从透镜到空气之间的折射率，其取值范围为：k₂=1.35～1.5；c为透镜折射率与空气折射率之间的修正系数，其值为c=0.8。

非对称透镜式路灯，包括至少九个如上所述的二次光学非对称透镜，二次光学非对称透镜以A×B矩阵方式排列形成整版透镜路灯，其中，A为大于等于3的整数，B为大于等于3的整数。

进一步的，非对称透镜式路灯还包括防水硅胶条安装槽，防水硅胶条安装槽安装于非对称透镜式路灯的四周。

本实用新型的有益效果是：二次光学非对称透镜能够有效提高光线利用率，由其出射的光线照射范围更广。在达到相同的照明亮度时，本实用新型所需的LED光源功率需求更小，在相同功率的LED光源条件下，使用二次光学非对称透镜的灯具照明亮度更高。非对称透镜式路灯能够有效解决当前光照斑马效应问题以及杆高间距比超过1:3.5及以上的实际道路照明问题，满足当前需求，有效地填补了LED道路灯具目前的光学设计不满足当前实际需要这个技术空白，降低能耗，节约能源，环保可靠。本实用新型适用于LED灯具。

附图说明

图1是现有技术中具有二次光学LED道路照明灯具结构示意图；

图2是本实用新型的二次光学非对称透镜元件结构示意图；

图3是本实用新型实施例的非对称透镜式路灯结构示意图；

其中，101为LED光源，102为安装底座，103为高反射率反射器，104为透镜，20为二次光学非对称透镜，201为LED光源，202为入射面，203为出光面，205为安装面，301为防水硅胶条安装槽，302为LED路灯元件，304定位针，305为固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。

如图2所示，本实用新型的二次光学非对称透镜20，包括入射面202及出光面203，入射面202为自由曲面，出光面203为自由曲面，以LED光源201为中心，入射面202及出光面203非对称分布。

实施例

本例中，LED光源201安装于安装面205上，通过固定装置将二次光学非对称透镜20固定在安装面205上。

所述入射面202的曲面方程为

本例中第一折射率k₁=1.35，入射面曲面半径R的取值范围为：R=1.5毫米。

出光面203的曲面方程为 $z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2)c^2{r}^2}}+\underset{j=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{c}_j{x}^2{y}^2$ 其中，半径 $r=\sqrt{x^2+y^2},$ 本例中半径r=4.0毫米，第二折射率k₂=1.35，修正系数c=0.8。

入射面202接收LED光源201发出的光线，再通过透镜内部的折射从出光面203出光。

如图3，将本实用新型的二次光学非对称透镜按A×B矩阵方式排列形成整版透镜路灯，形成非对称透镜式路灯，其中，A为大于等于3的整数，B为大于等于3的整数。

本例中非对称透镜式路灯中，二次光学非对称透镜呈矩阵排列，每个非对称透镜的中心横向间距为15mm±0.1mm，纵向间距为21.2mm±0.2mm，矩阵样式的非对称透镜一体化注塑成型，形成整板透镜，进而形成非对称透镜式路灯。在实际中，二次光学非对称透镜以3纵排和3横排的矩阵排列方式形成最小整板排列，形成最小单模组发光，满足实际道路最小照明需求。

非对称透镜式路灯还包括防水硅胶条安装槽301，该安装槽安装于环路灯的四周，硅胶条安装在防水硅胶条安装槽301中，可以解决灯具防水防尘问题，无需外部增加玻璃或其他防水防尘部件，其防护等级可达到IP67及以上。304为非对称结构整板透镜定位针，用于二次光学非对称透镜的定位。

由于二次光学非对称透镜的入射面202及出光面203非对称分布。在实际应用中，入射面202与出光面203距离较近的一端，其出光量多，出光角度大，会安装在路灯远离灯杆的一端，这样80%的灯光能够照射到路面上。入射面202与出光面203距离较远的一端，其出光量少，出光角度小，会安装在非对称透镜式路灯靠近灯杆的一端，这样利用较少光即可使得灯杆附近有良好的照明效果。综上，采取该非对称透镜式路灯可以大大节约光能，将大部分光束投射到路面，扩大照射范围，加强路面的照度。

单个二次光学非对称透镜的照射范围广，按一定矩阵方式排列能够提高照明光的总照度，以使其实际光学照射效果满足设计要求，在灯杆杆高与间距比大于等于1:3.5或1:4的道路条件下，其横向和纵向均匀度满足国标CJJ45-2006要求。若道路宽度增加，要达到照明效果则只需增加相应透镜即可实现。

Claims (3)

1.二次光学非对称透镜，包括入射面（202）及出光面（203），其特征在于，入射面（202）的曲面方程为其中，k₁为第一折射率，其取值范围为：k₁=1.35～1.5；入射面曲面半径R的取值范围为：R=1.5～2.5毫米，入射面（202）及出光面（203）为非对称分布。 

2.非对称透镜式路灯，其特征在于，包括至少九个如权利要求1所述的二次光学非对称透镜，二次光学非对称透镜以A×B矩阵方式排列形成整版透镜路灯，其中，A为大于等于3的整数，B为大于等于3的整数。 

3.如权利要求2所述的非对称透镜式路灯，其特征在于，还包括防水硅胶条安装槽（301），防水硅胶条安装槽（301）安装于非对称透镜式路灯的四周。 

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