專利名稱：Led路燈用光學透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于照明技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于LED路燈的能形成矩形光分布的LED 透鏡。
背景技術(shù)：
隨著LED的發(fā)光效率和可靠性的持續(xù)提高及其生產(chǎn)成本的不斷降低，LED已廣泛 用于道路照明領(lǐng)域。由于LED屬于朗伯光源，其光強呈余弦分布，空間立體角為180。，要將 LED用于道路照明，需要將LED產(chǎn)生的光束射向特定的方向，以滿足特定的光強分布要求， 并提高LED的光通利用率?，F(xiàn)有用于照明的LED路燈通常有兩種典型結(jié)構(gòu)一種是將經(jīng)過 封裝并具有一定光束角的LED 1'直接安裝在一塊金屬平板2'上，再結(jié)合驅(qū)動和散熱設(shè) 計來點亮LED光源，這種LED路燈的燈頭如圖la所示，圖lb為圖la結(jié)構(gòu)的照射角度示意 圖。由于此種路燈的照射角度e基本上與LED的光束角e相同，照射角度不夠大，而且其 光斑通常呈圓形，因此該種路燈的光分布無法滿足道路照明要求。另一種LED路燈采用改 變LED安裝角度a來增大照射角度13并改善其光分布，圖lc為此種LED路燈的典型燈頭 結(jié)構(gòu)，圖ld為圖lc結(jié)構(gòu)的照射角度示意圖。雖然此種結(jié)構(gòu)基本上可以滿足道路照明的光 分布要求，但是由于該種LED路燈中LED的安裝角度并不是連續(xù)改變的，因此路燈整體的光 分布(包括照射范圍和光強分布等)仍然不夠理想，而且燈具的設(shè)計成本和制造成本相對 較高。
實用新型內(nèi)容本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種LED路燈用光學透鏡，所述光學透鏡 可以擴大光照射角度，改善LED光強分布和照度分布。 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種LED路燈用光學透鏡，所述光學透 鏡為半球形，該半球形光學透鏡一面為球形弧面，另一面為平面，在所述光學透鏡的平面一 側(cè)設(shè)有容置LED的空腔體，所述光學透鏡沿所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增加， 所述空腔體長軸方向兩端部位的光學透鏡的厚度向外逐漸減小；所述空腔體中間部分為半 圓柱形，該空腔體兩端的腔壁為弧面，所述弧面腔壁與半圓柱形空腔體的腔壁平滑連接。 優(yōu)選地，所述空腔體兩端的弧面腔壁為1/4球形。 優(yōu)選地，所述空腔體半圓柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半徑為2mm 15mm。 優(yōu)選地，所述LED在所述空腔體長軸方向兩端的照射角度為60。 90° 。 優(yōu)選地，所述LED在所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的照射角度為90。 150° 。 優(yōu)選地，所述光學透鏡對所述LED產(chǎn)生的光束折射形成矩形照度分布，該矩形長
寬比為i : i 7 : i。 優(yōu)選地，所述光學透鏡為光學玻璃或樹脂。 優(yōu)選地，所述光學透鏡還包括設(shè)置在所述光學透鏡平面一例的固定該光學透鏡的
固定件。
3[0012] 優(yōu)選地，所述固定件包括四個對稱分布在所述平面上的圓柱體。 本實用新型LED路燈用光學透鏡，通過在光學透鏡的平面一側(cè)設(shè)有容置LED的空 腔體，LED產(chǎn)生的光束從所述空腔體的腔壁入射，經(jīng)所述光學透鏡折射后從所述光學透鏡的 半球形表面出射。由于所述光學透鏡沿所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增加，從所 述空腔體的長軸方向兩側(cè)光束經(jīng)所述光學透鏡傳播后得到擴展；所述光學透鏡沿所述空腔 體兩端的光學透鏡的厚度向外逐漸減小，從所述空腔體兩端部位光束經(jīng)所述光學透鏡傳播 后則得到匯聚。所述光學透鏡使所述LED的照射角度增大，同時可改善LED的光強分布。當 所述光學透鏡用于LED路燈時，可以方便實現(xiàn)LED路燈的配光設(shè)計。
圖la是現(xiàn)有LED路燈一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖lb是圖la結(jié)構(gòu)照射角度示意圖； 圖lc是現(xiàn)有LED路燈另一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖ld是圖lc結(jié)構(gòu)照射角度示意圖； 圖2a是本實用新型LED路燈用光學透鏡結(jié)構(gòu)平面示意圖； 圖2b是本實用新型LED路燈用光學透鏡沿空腔體長軸A-A'方向剖視示意圖； 圖2c是本實用新型LED路燈用光學透鏡沿B_B'剖視示意圖； 圖3a是本實用新型LED路燈用光學透鏡沿道路方向的極坐標光強分布示意圖； 圖3b是本實用新型LED路燈用光學透鏡垂直于道路方向的極坐標光強分布示意
圖； 圖4a是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4b是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈沿道路方向的極坐標 光強分布示意圖； 圖4c是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈垂直于道路方向的極 坐標光強分布示意圖； 圖5a是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈另一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5b是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈沿道路方向的極坐標 光強分布示意圖； 圖5c是本實用新型LED路燈用光學透鏡用于平面LED路燈垂直于道路方向的極 坐標光強分布示意圖。 下面結(jié)合實施例，并參照附圖，對本實用新型目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點作進一 步說明。
具體實施方式本實用新型LED路燈用光學透鏡實施例，通過在光學透鏡的平面一側(cè)設(shè)有容置 LED的空腔體，LED產(chǎn)生的光束從所述空腔體的腔壁入射，經(jīng)所述光學透鏡折射后從所述光 學透鏡的半球形表面出射。由于所述光學透鏡沿所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增 加，從所述空腔體的長軸方向兩側(cè)光束經(jīng)所述光學透鏡傳播后得到擴展；所述光學透鏡沿 所述空腔體兩端的光學透鏡的厚度向外逐漸減小，從所述空腔體兩端部位光束經(jīng)所述光學透鏡傳播后則得到匯聚。所述光學透鏡使所述LED的照射角度增大，同時可改善LED的光 強分布。 如圖2a、圖2b和圖2c所示，本實用新型LED路燈用光學透鏡提出一實施例。 所述光學透鏡1用于改變LED產(chǎn)生的光束傳播方向，所述光學透鏡1近似為半球 形，該半球形光學透鏡1 一面為球形弧面，另一面為平面，在所述光學透鏡1的平面一側(cè)設(shè) 有容置LED的空腔體2，所述光學透鏡1沿所述空腔體2的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增加， 所述空腔體2長軸方向兩端部位的光學透鏡1的厚度向外逐漸減小。所述LED產(chǎn)生的光束 從所述空腔體2的腔壁入射并在其中進行傳播。 具體地說，所述空腔體2可以是近似為半橢球形，其形狀近似于半個"膠囊"，所述 空腔體2中間部分為半圓柱形，所述空腔體2的兩端的腔壁為弧面。優(yōu)選地，所述空腔體2 兩端的弧面腔壁近似于半球形，該半球形腔壁21與半圓柱形腔壁22平滑連接。所述光學 透鏡1的對稱軸與所述空腔體2的長軸重合。所述空腔體2兩端的弧面腔壁為1/4球形。 在安裝所述光學透鏡1時，將LED設(shè)置在所述光學透鏡1上的空腔體2內(nèi)，所述 LED與所述空腔體2的長軸平行設(shè)置，同時使所述光學透鏡1與所述LED之間有合適的間 距。所述LED與電源或控制電路電連接。 當所述LED工作時，該LED發(fā)出的光束通過所述光學透鏡1折射，根據(jù)折射定律， 其中，所述光學透鏡1的光束從所述空腔體2腔壁22位置入射，即所述光學透鏡1的光束 從腔壁22部位入射，由于所述光學透鏡1的厚度沿所述空腔體2的長軸方向兩側(cè)的厚度逐 漸增加，經(jīng)過所述光學透鏡1折射后，使得所述LED產(chǎn)生的光束從中間向兩邊折射，從而使 原來較小的出射角得到擴展，使所述LED的照射角度范圍可以達到90。 150° ，優(yōu)選照射 角度是12(T 。所述光學透鏡1的光束從所述空腔體2的腔壁21位置入射，即所述光學透 鏡1的光束從腔壁21位置入射，由于沿所述空腔體2長軸方向兩端部位的光學透鏡1的厚 度向外逐漸減小，經(jīng)過所述光學透鏡1折射后，使得LED產(chǎn)生的光束在所述空腔體2長軸方 向兩端部位的光學透鏡1得到匯聚。因此經(jīng)過所述光學透鏡1折射后，可以使LED產(chǎn)生的 光束形成需要的近似矩形的照射光斑和光強分布。 所述光學透鏡l選用透光材料如PMMA(Polymethyl Meth acrylate，聚甲基丙烯酸 甲酯)，LED選用Cree公司生產(chǎn)的90°白光LED，所用PMMA折射率約為1. 49，所述LED的光 通量為1001m，在照射距離為31. 6cm的條件下得到所述光學透鏡配合LED的光強分布如圖 3a和圖3b所示，其中圖3a為沿道路方向的光強分布，圖3b為垂直于道路方向的光強分布。 沿所述空腔體2長軸方向兩側(cè)，所述LED的照射角度由90。擴展到約150° ，即所述LED在 所述空腔體2的長軸方向兩側(cè)的照射角度為90。 150° ;在所述空腔體2長軸方向兩端 部位的光學透鏡l，所述LED的照射角度則由90°減小到約60° ，即所述LED在所述空腔體 2長軸方向兩端的照射角度為60。 90° 。從而使所述LED產(chǎn)生的光束形成近似矩形的照
度分布，該矩形長寬比介于i : 1 7 : 1，優(yōu)選地，所述矩形長寬比為2 : 1 3 : i。 在本實施例中，所述LED路燈用光學透鏡還可以采用高透光率的光學玻璃或其他 高透光率的樹脂材料，如PC (Polycarbonate,聚碳酸酯)等，其中，所述PMMA又稱為壓克力 或有機玻璃。 所述光學透鏡1通過設(shè)置在所述光學透鏡1平面一側(cè)的用于固定該光學透鏡1的 固定件3，所述固定件3與LED路燈配合進行固定，也可以根據(jù)需要選用其它方式對所述光學透鏡1與所述LED進行固定，如卡槽固定或粘貼等方式。所述固定件3可以包括多個圓 柱體，優(yōu)選地，所述圓柱體3的數(shù)量為四個，四個所述圓柱體3對稱分部在所述平面上。 所述空腔體2可以根據(jù)需要與小功率單芯片LED和大功率單芯片LED匹配，也可 用于與小功率或大功率多芯片集成LED相匹配，該光學透鏡1的幾何尺寸根據(jù)LED的尺寸 來確定。同時所述空腔體2的尺寸與所述LED的尺寸匹配。優(yōu)選地，所述空腔體2的長為 5mm 30mm，該空腔體2半圓柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半徑為2mm 15mm。所述光學 透鏡1的直徑可以根據(jù)需要進行設(shè)置，優(yōu)選地，所述光學透鏡1的直徑為6mm 40mm，其厚 度為3mm 20mm。 所述LED路燈根據(jù)道路寬度和路燈高度，以及LED路燈間距調(diào)整照度分布。當LED 路燈采用所述光學透鏡1時，所述LED產(chǎn)生的光束通過該光學透鏡1折射后，所述光束的出 射角增大，從而使LED路燈照射道路的范圍較大；同時所述LED發(fā)出的光束經(jīng)所述光學透鏡 l折射后，在垂直于道路方向的光束角減小。由此當所述光學透鏡1的空腔體2與道路垂直 時，沿道路方向的照射范圍擴大，垂直于道路方向的照射范圍減小。因此在裝配一個或多個 所述光學透鏡1的LED路燈時，能夠在沿道路方向上形成矩形照射光斑。 例如，選用Cree公司生產(chǎn)的90°白光LED作為LED路燈光源，所述白光LED安裝 在所述LED路燈平面基板4上，并將所述白光LED設(shè)置在所述光學透鏡1的空腔體2內(nèi)。 所述白光LED的光通量為lOOlm。如圖4a所示，所述LED路燈光源采用3X3矩陣排布，每 個白光LED間距為3cmX 3cm，所述LED路燈的總功率約為9W。當所述LED路燈照射距離為 10m時，其光強分布如圖4b和圖4c所示，其中，圖4b為沿道路方向的光強分布，圖4c為垂 直于道路方向的光強分布。 所述LED路燈照射在道路上的照度分布圖近似為矩形照射光斑。 當選用Cree公司生產(chǎn)的9(T白光LED作為LED路燈光源，所述白光LED安裝在
所述LED路燈平面基板4上，并將所述白光LED設(shè)置在所述光學透鏡1的空腔體2內(nèi)。所
述白光LED的光通量為lOOlm。如圖5a所示，所述LED路燈光源采用5X3矩陣排布，每個
白光LED間距為3cmX 3cm，所述LED路燈的總功率約為15W。當所述LED路燈照射距離為
10m時，其光強分布如圖5b和圖5c所示，其中，圖5b為沿道路方向的光強分布，圖5c為垂
直于道路方向的光強分布。 所述LED路燈照射在道路上的照度分布圖近似為矩形照射光斑。 本實用新型光學透鏡1用于LED路燈，可以在不改變LED的安裝角度的情況下很
好地滿足LED路燈的配光要求，從而改善LED路燈的配光。 在設(shè)有所述光學透鏡1的LED形成LED路燈時，可根據(jù)LED的光通量、道路寬度、 LED路燈高度和LED路燈間距等參數(shù)確定LED的數(shù)量及排布方式，從而可方便地實現(xiàn)LED路 燈的照射范圍、光強分布和照度分布，實現(xiàn)降低LED路燈的設(shè)計成本和制造成本。設(shè)有所述 光學透鏡1的LED路燈所對應的光強和照度的比值基本上與所用LED的數(shù)量成正比。 以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍， 凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運 用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求LED路燈用光學透鏡，其特征在于所述光學透鏡為半球形，該半球形光學透鏡一面為球形弧面，另一面為平面，在所述光學透鏡的平面一側(cè)設(shè)有容置LED的空腔體，所述光學透鏡沿所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增加，所述空腔體長軸方向兩端部位的光學透鏡的厚度向外逐漸減??；所述空腔體中間部分為半圓柱形，該空腔體兩端的腔壁為弧面，所述弧面腔壁與半圓柱形空腔體的腔壁平滑連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述空腔體兩端的弧面腔壁為1/4球形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述空腔體半圓柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半徑為2mm 15mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述LED在所述空腔體長軸方向兩端的照射角度為60。 90° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述LED在所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的照射角度為90。 150° 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于所述光學透鏡對所述LED產(chǎn)生的光束折射形成矩形照度分布，該矩形長寬比為i : i 7 : i。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述光學透鏡為光學玻璃或樹脂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述光學透鏡還包括設(shè)置在所述光學透鏡平面一側(cè)的固定該光學透鏡的固定件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED路燈用光學透鏡，其特征在于 所述固定件包括四個對稱分布在所述平面上的圓柱體。
專利摘要本實用新型公開一種LED路燈用光學透鏡，該光學透鏡為半球形，該半球形光學透鏡一面為球形弧面，另一面為平面，在所述光學透鏡的平面一側(cè)設(shè)有容置LED的空腔體，所述光學透鏡沿所述空腔體的長軸方向兩側(cè)的厚度逐漸增加，所述空腔體長軸方向兩端部位的光學透鏡的厚度向外逐漸減小；所述空腔體中間部分為半圓柱形，該空腔體兩端的腔壁為弧面，所述弧面腔壁與半圓柱形空腔體的腔壁平滑連接。由于沿所述空腔體的軸向兩側(cè)光束經(jīng)所述光學透鏡傳播后得到擴展，沿所述空腔體兩端部位光束經(jīng)所述光學透鏡傳播后則得到匯聚，從而使所述LED的照射角度增大，同時可改善LED的光強分布。
文檔編號F21Y101/02GK201462676SQ20092013049
公開日2010年5月12日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者賈會云, 鄭代順 申請人:賈會云