專利名稱：大功率led燈用聚光透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及復(fù)曲面透鏡或多焦透鏡。具體地說是一種與大功率LED燈配用的聚光透鏡。
背景技術(shù)：
目前大功率LED燈己開始在路燈、隧道燈、高桿燈、泛光燈、防爆行、射燈、景觀燈、 特種燈方面得到應(yīng)用。LED燈具有功耗低，發(fā)光率高，無污染，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
據(jù)中國(guó)專利200520122277.8公開的"一種大功率發(fā)光二極管照明路燈"載該燈優(yōu)點(diǎn)在 于能耗低、光效高、無眩光、造型新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工 藝、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便、可與功率型風(fēng)能及太陽(yáng)能配合使用；并以大的發(fā)光效 率和大的光通量使用于高架和超高架路燈照明上，其經(jīng)過透鏡后照明角度小(<45度為多)， 不能充分發(fā)輝作用，對(duì)于平面型的LED發(fā)光芯片的發(fā)射角為140度，要與之配用，普通的聚 光透鏡不能滿足在廣角方面的要求。如在白光型芯片用于路燈照明時(shí)，特殊的照明范圍更加 難于與道路照明規(guī)范相匹配，有時(shí)光照區(qū)的邊緣還會(huì)產(chǎn)生黃圈，從而影響它的應(yīng)用推廣。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要提供一種大功率LED燈用聚光透鏡的結(jié)構(gòu)方案，使上述不足得以 克服。解決照明角度下光照明的分布問題。
本實(shí)用新型的聚光透鏡基于透鏡復(fù)合面形的設(shè)計(jì)應(yīng)用。
本實(shí)用新型的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所述的聚光透鏡的第一面為平面或 凹面，第二面的凸面為復(fù)合曲面，該復(fù)合曲面光軸對(duì)稱，復(fù)合面形相交界面的過渡面為面連 續(xù)過渡。
所述的復(fù)合曲面，由透鏡邊緣的環(huán)形球面與中心球面相復(fù)合。 所述的復(fù)合曲面，由透鏡邊緣的環(huán)形球面與中心非球面相復(fù)合。 所述的復(fù)合曲面，在垂直和水平方向分別光軸對(duì)稱。 所述的透鏡邊緣的環(huán)形球面的中心軌跡與透鏡的中心軸相分離。 所述的第一面為平面的平凸透鏡，其平面外沿設(shè)有肩臺(tái)，平面中間設(shè)有凹陷。 本實(shí)用新型的效果
由于聚光透鏡的凸面設(shè)有復(fù)合面，使照射到聚光透鏡上的光線可按設(shè)定要求傳向被照明 處，進(jìn)行重新分布(例如橢圓分布、圓環(huán)形分布)，使之更有針對(duì)性，從而滿足多方面的不同
需要；在平面上設(shè)置肩臺(tái)和凹陷，則方便了LED發(fā)光芯片元件的安裝和光照性能的改善。本 實(shí)用新型用于與平面型和凸面型的LED發(fā)光芯片元件配用后，將有助于推動(dòng)大功率LED燈更 加廣泛的應(yīng)用，特別是公路、隧道照明方面的應(yīng)用。突現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)上的節(jié)能效果。


圖1是本實(shí)用新型大功率LED燈用聚光透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是LED發(fā)光芯片與聚光透鏡的關(guān)系說明圖。
圖3是設(shè)有肩臺(tái)和平面中間凹進(jìn)的聚光透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖2的俯視圖。
圖5是照明角度略小的實(shí)施例。
圖6是透鏡中心含非球面的實(shí)施例。
圖7是路燈安裝的狀況。
圖8是公路路燈的照明示意圖。
圖9是光線追跡原理示意圖。
圖io是聚光透鏡光線追跡的示意圖。
圖11是聚光透鏡光線追跡的示意圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步說明。
參見附圖。圖1給出了本實(shí)用新型的大功率LED燈用聚光透鏡。聚光透鏡的第一面為平 面或凹面，與光源接近，第二面的透鏡凸面為復(fù)合曲面，該復(fù)合曲面光軸對(duì)稱，復(fù)合面形相 交界面的過渡面為面連續(xù)過渡。所說的光軸對(duì)稱包括沿光軸或者說沿透鏡中心軸的軸對(duì)稱。 或者上下方向的垂直對(duì)稱和前后方向的水平對(duì)稱。因?yàn)樾枨笫嵌鄻拥?。圖中的透鏡1是平 面，2是復(fù)合曲面。3表示透鏡邊緣的環(huán)形(基本面)球面，4是過渡面，5是透鏡中心球面， 界面連續(xù)過渡可以避免產(chǎn)生界面的照明陰影。當(dāng)?shù)谝幻鏋榘济鏁r(shí)，更適合與弧凸面的LED發(fā) 光芯片元件配用。復(fù)合曲面透鏡的應(yīng)用有助于利用本光源進(jìn)行廣角照明。
圖2所示，為了便于安裝，透鏡的邊緣設(shè)有肩臺(tái)6。平面前面的光源是一只LED發(fā)光芯 片元件7。它的發(fā)射角為70(X2-140)度。邊緣光線在第一個(gè)面上的入射角確定后，從第二 面上光線會(huì)聚角度只有40(X2-80)度。比普通同心圓玻殼的情況減小了太多。路燈10米高 時(shí)的照射角度要求大約為61 126度之間，因此，要將光源盡量往后移，并使邊緣光線在第 一面上的入射角減小。
圖3、 4所示是同一個(gè)實(shí)施例，垂直和水平方向上的凸面面形互不相同。聚光透鏡的平面 中間設(shè)有凹陷8。凹陷的形狀像是一個(gè)沉入平面的池，其底角圓弧過渡。底面為圓弧狀。其 凸面為復(fù)合曲面，由透鏡邊緣的環(huán)形球面與中心二個(gè)正交球面相復(fù)合。光源后移，若邊緣光 線的入射角減小，相應(yīng)出射光線的角度會(huì)大些。其中除l是平面，2是復(fù)合曲面。3是環(huán)形 球面，4是過渡面，5是透鏡中心復(fù)合球面，6是肩臺(tái)外，9是另一個(gè)復(fù)合球面。圖4中水平 方向的復(fù)合曲面面形比較平緩，對(duì)應(yīng)的出射光線角度較小。其垂直和水平方向正好對(duì)應(yīng)了路 面的縱橫兩個(gè)方向126和61度的照明要求，形成為橢圓形狀的照明區(qū)。
對(duì)于六米桿高度公路的照明，其照射角度將提高到將近U6 160度。
圖5示意圖表示另一個(gè)實(shí)施例，照明面積相對(duì)略小些。改變第一個(gè)面的平面為球面，加 大入射角后可以增加出射光線的會(huì)聚度。有如包廂照明要的不在于角度而在于光能分布。
圖6的復(fù)合曲面表示采用了橢球面，由透鏡邊緣的環(huán)形球面與中心橢球面相復(fù)合。 一般 而言，在適當(dāng)兼顧到均勻照明的同時(shí)，非球面10的參與同樣可以解決光照的不同分布問題。
圖7表示的路燈安裝情況。
公路旁燈桿間距為30米，在H=10米桿的高度進(jìn)行安裝，要照亮燈下路面約20米寬X36 米長(zhǎng)的范圍。照明燈斜向路中心。燈具位置的張角橫向?yàn)?4度，縱向?yàn)?22度。
所以，燈具的橫向照明角度^64度，縱向照明角度^122度。對(duì)于隧道燈桿高按六米計(jì)， 燈具的橫向照明角度^73度，縱向照明角度^143度。(宜改用凸面芯片元件)
圖8為路燈照明示意圖，以本實(shí)用新型30W的一種LED燈在六米高設(shè)置為例，從正中向 下的照明區(qū)呈橢圓形狀，測(cè)得地面的照度分布，照度值從高向低分布如圖示，其值依次為
①1.0;②0.57;③0.44; 0.35:⑤0.30。邊緣的最低照度將近為高亮處照度值的
1/3。
應(yīng)用中，采用雙燈照明的兩盞(2X 30W) LED六米高的照明效果與250W的白熾燈效果相當(dāng)。
圖9為光線追跡原理所簡(jiǎn)明表示。光線在介質(zhì)中傳播隨介質(zhì)疏密而變化。在界面發(fā)生突 變時(shí)，用光的折射定律n sinl- n sinl'進(jìn)行追跡。
如圖示，從空氣(光疏介質(zhì)『1)進(jìn)入光學(xué)玻璃(光密介質(zhì)n4.51 1.64，石英玻璃接近 于水的折射率1.33)入射角ct〉折射角a'，反之從玻璃進(jìn)入空氣時(shí)，折射角I'〉入射角I。
圖10所示是從圖9的棱鏡角特例過渡到本實(shí)用新型的聚光透鏡的情況。選LED發(fā)光芯片 元件的邊緣光線，在h高度以70度角射出，可以通過作圖和計(jì)算得到經(jīng)過兩個(gè)面后的出射光 線的位置。圖例中透鏡邊緣的環(huán)形球面的中心軌跡與透鏡的中心軸相分離。
圖11所示的情況與圖IO類似，選擇不同的光線(優(yōu)選特征光線)均可找到其最終行跡。 例中透鏡邊緣的環(huán)形球面的中心軌跡與透鏡的中心同軸。其邊緣光線的會(huì)聚更偏向中心軸。 通過選擇不同的復(fù)合曲面面形可以改變出射光線的走向，實(shí)現(xiàn)被照射面上的照度按需分布。
權(quán)利要求1、一種大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所述的聚光透鏡的第一面為平面(1)或凹面，第二面的凸面為復(fù)合曲面(2)，該復(fù)合曲面光軸對(duì)稱，復(fù)合面形相交界面的過渡面(4)為面連續(xù)過渡。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所說的復(fù)合曲面(2)， 由透鏡邊緣的環(huán)形球面(3 )與中心球面(5、 9 )相復(fù)合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所說的復(fù)合曲面(2 )， 由透鏡邊緣的環(huán)形球面(3 )與中心非球面(10 )相復(fù)合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所說的復(fù)合曲面(2 )， 在垂直和水平方向分別光軸對(duì)稱。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所說的透鏡邊緣的環(huán)形 球面(3 )的中心軌跡與透鏡的中心軸相分離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED燈用聚光透鏡，其特征在于所說的第一面為平面的 平凸透鏡，其平面外沿設(shè)有肩臺(tái)(6 )，平面中間設(shè)有凹陷(8 )。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大功率LED燈用聚光透鏡。它用于與LED發(fā)光芯片元件配用。該聚光透鏡的第一面為平面或凹面，第二面的凸面為復(fù)合曲面，復(fù)合曲面光軸對(duì)稱，復(fù)合面形相交界面的過渡面為面連續(xù)過渡。由于聚光透鏡的凸面設(shè)有復(fù)合曲面，使照射到聚光透鏡上的光線可按設(shè)定要求傳向被照明處，進(jìn)行重新分布，可以滿足多方面的不同需要。本實(shí)用新型用于與平面型和凸面型的LED發(fā)光芯片元件配用后，將有助于推動(dòng)大功率LED燈更加廣泛的應(yīng)用，特別是公路、隧道照明方面的應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
文檔編號(hào)F21V5/00GK201017047SQ20072010614
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者蘇光耀 申請(qǐng)人:蘇光耀