TWI418730B - 適用道路照明的ｌｅｄ照明裝置 - Google Patents

Description

適用道路照明的LED照明裝置

本發明係有關於一種LED照明裝置，尤指一種具有特殊透鏡之LED照明裝置，該透鏡能產生一特定光形以使該LED照明裝置符合特定之道路照明規範。

為提供有效的道路照明以保護用路者的安全，各國政府皆對街燈的照度及其均勻度制定訂有相關照明規範。以北美照明協會(IES)對街燈之分類標準為例，街燈的光分佈型態可分為沿路面方向的「垂直光分佈(Vertical light distribution)」及橫跨路面的「橫向光分佈(Lateral light distribution)」。其中，IES的「垂直光分佈」依燈具最大光度中心點照射至路面之範圍與燈具間之水平距離可分成短分佈(Short)、中分佈(Medium)及長分佈(Long)三種。根據定義，短分佈(Short)是指燈具最大光度中心點照射至路面之範圍與燈具間之水平距離，為燈具設置高度(Mount Height)之1.0至2.25倍；中分佈(Medium)是指燈具最大光度中心點照射至路面之範圍與燈具間之水平距離，為燈具設置高度之2.25至3.75倍；以及長分佈(Long)是指燈具最大光度中心點照射至路面之範圍與燈具問之水平距離，為燈具設置高度之3.75至6倍。

另一方面，IES的「橫向光分佈」依燈具1/2最大光度(Half-maximum candela)形成之軌跡所涵蓋之範圍區分為Type I、Type Ⅱ、Type Ⅲ、Type IV及Type V五種主要分佈型態，如第十一圖所示。其中，Type I分佈是指該軌跡涵蓋之範圍為道路側(Street side)及房屋側(House side)路寬為燈具高度之1.0倍以內者。Type Ⅱ分佈是指該軌跡涵蓋之範圍為道路側路寬為燈具高度之1.0至1.75倍者。Type Ⅲ分佈是指該軌跡涵蓋之範圍為道路側路寬為燈具高度之1.75至2.75倍者。Type IV分佈是指該軌跡涵蓋之範圍為道路側路寬為燈具高度2.75倍以上之寬廣道路。Type V分佈是指該軌跡涵蓋之範圍對各方向均能獲得路寬為燈具高度之1.0倍以內者。

基本上，傳統以鎢絲或氣體放射為光源的街燈大多已符合上述照明標準之要求。然而，由於單顆高功率發光二極體的光度目前相較於傳統光源仍較弱，因此必須要用多顆陣列的發光二極體來達到足夠的亮度。故以發光二極體為光源之街燈仍需特別地設計以符合一般照明標準之要求，例如美國專利公告第US2009/0225543號或第US2009/0225543號所揭露之LED照明裝置。

本發明提供一種LED照明裝置，其利用一種特殊透鏡以使其光分佈符合一般照明標準，特別是符合IES的Type Ⅱ、Type Ⅲ及Type IV的道路側照明規範。

詳而言之，本發明之LED照明裝置包括一電路板、複數設於該電路板的LED光源，以及複數分別套設於該些LED光源的透鏡，其中每一透鏡包括相連的一主鏡體及一副鏡體。該主鏡體具有相背對的一入射面及一外凸曲面。該入射面凹向該外凸曲面該入射面由該主鏡體的一側朝另一側傾斜。傾斜的方式可以是以斜面或弧面，甚或是以階梯的方式傾斜。該副鏡體係延伸自該主鏡體的該另一側，且包括一入光面、一反射面及一出光面。該副鏡體的入光面係面對該主鏡體的入射面。該反射面係背對該入光面。此外，該透鏡使得該LED光源所發出的光束一部分透過該主鏡體的入射面進入該主鏡體並直接經由該外凸曲面往前方的一目標區域發散出去，而另一部份光束係向後透過該副鏡體的入光面進入該副鏡體並直接入射至該 反射面，並被該反射面反射至該出光面，進而由該出光面朝該目標區域偏折出去。如此，每一透鏡的主鏡體能將一部分的光束投向該目標區域以符合IES的Type Ⅱ、Type Ⅲ或Type IV的分佈型態，而該副鏡體能將另一光束作充分的利用以增加該目標區域的亮度。

較佳地，上述主鏡體的入射面及外凸曲面與該副鏡體的入光面、反射面及出光面的其中一面係由多個面拼接構成，藉以使該LED照明裝置能為路面提供均勻的亮度。

至於本發明的其它發明內容與更詳細的技術及功能說明，將揭露於隨後的說明。

第一~十圖係顯示本發明之LED照明裝置的一較佳實施例，其中指出該LED照明裝置，例如街燈，其包括一燈桿1、一燈殼2、一LED模組3及一透光罩4。該燈殼2設於該燈桿1的一端。該透光罩4將該LED模組3罩設於該燈殼2內，如第二圖所示。

第二及三圖係分別顯示該LED照明裝置的縱向及橫向之剖面圖。如圖所示，該LED模組3包括一電路板5、複數設於該電路板5底面的LED光源7，以及複數分別套設於該些LED光源7的透鏡6。此外，該LED模組3另包括設於該電路板5的頂面的一散熱鰭片組8，用以輔助該些LED光源7散熱，以使該LED光源7不致因溫度過高而降低發光效率。

如第二圖所示，該LED模組3的每一透鏡6包括一主鏡體61、一副鏡體62，以及延伸自該主鏡體61頂緣的定位柱63。該定位柱63係插入該電路板5底面預設的定位孔中，以將該透鏡6定位於該電路板5上。該些透鏡6的主鏡體61及副鏡體62係非對稱且沿著該燈桿1的延伸方向一前一後地排 列。反觀第三圖，該些透鏡6在沿著路面的方向上係左右對稱。

第四至六圖顯示該透鏡6於不同視角下的示意圖。如第四及五圖所示，該透鏡6的主鏡體61具有相背對的一入射面610及一外凸曲面611。該入射面610凹向該外凸曲面611，具體係由多個概呈三角形的面610a-610d拼接構成。如第五及六圖所示，該些面610a-610d分別由該主鏡體61的前側朝後側傾斜。此外，該副鏡體62係延伸自該主鏡體61的後側，且包括一入光面621(第六圖)、一反射面622(第五圖)及一出光面623(第四圖)。該入光面621係面對該主鏡體61的入射面610，如第六圖所示。該反射面622係背對該入光面621，如第七圖所示，且係由多個面622a-622b拼接構成。

如第七圖所示，該透鏡6使得該LED光源7所發出的光束一部分透過該主鏡體61的入射面610進入該主鏡體61並直接經由該外凸曲面611往前方的一目標區域(未顯示)發散出去。例如，該目標區域可以是路面上依IES規定的一待照明區域。再者，該LED照明裝置可藉由改變該些透鏡的主鏡體61的入射面610的傾斜程度來調整其橫向光分佈，以符合特定之Type Ⅱ、Type Ⅲ或Type IV分佈。此外，另一部份的光束會向後透過該副鏡體62的入光面621進入該副鏡體62並直接入射至該反射面622，並被該反射面622全反射至該出光面623，進而由該出光面623朝該目標區域偏折出去。換言之，該副鏡體62能將該LED光源7的另一部份光束作充分的利用來增加該主鏡體61所照射的目標區域的亮度。如此一來，當該LED照明裝置設立於路邊時，該些透鏡6可轉化該些LED光源7所發出的光投射至該目標區域，以符合IES規定的Type Ⅱ、Type Ⅲ或Type IV分佈型態，且相較於傳統利用對稱型透鏡的LED照明裝置，本發明所照明的目標區域具有較高的亮度。

本實施例中，無論是該主鏡體61的入射面610或該副鏡體62的反射面622，均係由多個面622a-622b拼接構成，如此 可降低成像作用發生，有利於提供均勻的照明。事實上，只要該主鏡體61的入射面610及外凸曲面611與該副鏡體62的入光面621、反射面622及出光面623的其中一面是由多個面拼接構成，均有助於增加照明的均勻性。

值得一提的是，如第八圖所示，該透鏡6的主鏡體61的外凸曲面611係由無數連續的圓弧線構成，該些圓弧線的圓心均位在同一虛擬軸線B上。這樣的好處是使該透鏡的外凸曲面611易於加工，例如表面研磨。再者，由於該曲面的特性，該外凸曲面611能在加工的同時被雕塑為非球面，以提升照明品質。

如第九圖所示，透過該些面610a-610d進入該透鏡6的主鏡體61的光束會對稱地往透鏡6中線A的兩側發散。藉此，本發明之LED照明裝置可根據不同道路的需求，藉由調整該些面610a-610d的數量及斜率，達到符合IES之垂直光分佈的短分佈(Short)、中分佈(Medium)或長分佈(Long)之照明規範。

第十圖係顯示本發明之較佳實施利應用於街燈的光分佈情形。其中，該LED照明裝置之橫向光分佈在1/2最大光度(Half-maximum candela)的軌跡範圍係落在Type Ⅲ的區域，因此符合Type Ⅲ的分佈類型。又，該LED照明裝置之垂直光分佈在最大光度(Maximum candela)的軌跡範圍係落在短分佈(Short)的區域。

從上述說明中，可以理解到本發明之LED照明裝置係根據LED光源的特殊性及道路照明的需要而設計出別具特色的透鏡，以使該LED照明裝置的照明得以符合相關道路照明規範，進而維護用路者的安全。

無論如何，任何人都可以從上述例子的說明獲得足夠教導，並據而了解本發明內容確實不同於先前技術，且具有產業 上之利用性，及足具進步性。是本發明確已符合專利要件，爰依法提出申請。

1‧‧‧燈桿

2‧‧‧燈殼

3‧‧‧LED模組

4‧‧‧透光罩

5‧‧‧電路板

6‧‧‧透鏡

61‧‧‧主鏡體

610‧‧‧入射面

611‧‧‧外凸曲面

62‧‧‧副鏡體

621‧‧‧入光面

622‧‧‧反射面

623‧‧‧出光面

63‧‧‧定位柱

7‧‧‧LED光源

8‧‧‧散熱鰭片組

A‧‧‧中線

B‧‧‧虛擬軸線

第一圖，係本發明LED照明裝置之一較佳實施例之立體分解圖。

第二圖，係該較佳實施例之縱剖面圖。

第三圖，係該較佳實施例之橫剖面圖。

第四圖，顯示該較佳實施例之透鏡的一仰視立體圖。

第五圖，顯示該較佳實施例之透鏡的一俯視立體圖。

第六圖，顯示該較佳實施例之透鏡的另一俯視立體圖。

第七圖，顯示該較佳實施例之透鏡的縱剖面圖。

第八圖，係用以顯示該較佳實施例之透鏡的一外凸曲面之特性。

第九圖，顯示該較佳實施例之透鏡的橫剖面圖。

第十圖，顯示該較佳實施例應用於街燈之光分佈情形。

第十一圖，顯示北美照明協會(IES)對街燈之橫向光分佈的分類標準。

1．．．燈桿

2．．．燈殼

3．．．LED模組

4．．．透光罩

5．．．電路板

6．．．透鏡

8．．．散熱鰭片組

Claims (10)

1. 一種透鏡，包括：一主鏡體，具有相背對的一入射面及一外凸曲面；該入射面凹向該外凸曲面且由該主鏡體的前側朝後側傾斜；以及一副鏡體，延伸自該主鏡體的後側，且包括一入光面、一反射面及一出光面；該副鏡體的入光面係面對該主鏡體的入射面；該反射面係背對該入光面；其中，該透鏡使得位在該主鏡體的入射面與該副鏡體的入光面之間的一發光元件所發出的光束一部分透過該主鏡體的入射面進入該主鏡體並直接經由該外凸曲面往前方的一目標區域發散出去，而另一部份光束係向後透過該副鏡體的入光面進入該副鏡體並直接入射至該反射面，並被該反射面以全反射的方式反射至該出光面，進而由該出光面朝該目標區域偏折出去。
2. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中該主鏡體的入射面及外凸曲面與該副鏡體的入光面、反射面及出光面的其中一面係由多個面拼接構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中該主鏡體的入射面及該副鏡體的反射面均係由多個面拼接構成。
4. 如申請專利範圍第1或3項所述的透鏡，其中該主鏡體的外凸曲面係由連續的圓弧線構成，該些圓弧線的圓心均位在同一虛擬軸線上。
5. 如申請專利範圍第4項所述的透鏡，其中該主鏡體的外凸曲面係非球面。
6. 一種LED照明裝置，包括一電路板、複數設於該電路板的LED光源，以及複數分別套設於該些LED光源的透鏡，其中每一透鏡包括：一主鏡體，具有相背對的一入射面及一外凸曲面；該入射面凹向該外凸曲面且由該主鏡體的前側朝後側傾斜；以及一副鏡體，延伸自該主鏡體的後側，且包括一入光面、一反射面及一出光面；該副鏡體的入光面係面對該主鏡體的入射 面；該反射面係背對該入光面；其中，該LED光源係設於該透鏡的主鏡體的入射面與該副鏡體的入光面之間，且該LED光源所發出的光束一部分透過該主鏡體的入射面進入該主鏡體並直接經由該外凸曲面往前方的一目標區域發散出去，而另一部份光束係向後透過該副鏡體的入光面進入該副鏡體並直接入射至該反射面，並被該反射面以全反射的方式反射至該出光面，進而由該出光面朝該目標區域偏折出去。
7. 如申請專利範圍第6項所述的LED照明裝置，其中該透鏡的主鏡體的入射面及外凸曲面與該副鏡體的入光面、反射面及出光面的其中一面係由多個面拼接構成。
8. 如申請專利範圍第6項所述的LED照明裝置，其中該透鏡的主鏡體的入射面及該副鏡體的反射面均係由多個面拼接構成。
9. 如申請專利範圍第6或8項所述的LED照明裝置，其中該透鏡的主鏡體的外凸曲面係由連續的圓弧線構成，該些圓弧線的圓心均位在同一虛擬軸線上。
10. 如申請專利範圍第9項所述的LED照明裝置，其中該透鏡的主鏡體的外凸曲面係非球面。