专利名称：道路照明专用led光源透镜的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种道路照明专用LED光源透镜。
背景技术：
众所周知，单个LED发出的光为锥形光柱(详见图l)，照射范围随灯悬
挂高度的变化而变化，其在路面形成的光斑为圆形，不符合道路矩形方块的
照射要求，灯悬挂太高容易造成光源浪费；灯悬挂过低，光照区域有限，只
能照射道路的一小部分路面。目前，多数LED路灯没有经过有效的光学处理，
其照射范围为圆形光斑，不符合道路照射要求。
还有一些LED光效技术通过反光罩和聚光透镜来改善其照射效果，但由 于该工艺技术复杂、难以实现批量化生产。因此，如何将LED灯充分运用于 道路照明， 一种既能满足道路照度要求又可以减少能源浪费的LED路灯成为 研发的主要方向。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光照 均匀、照射范围近似矩形的道路照明专用LED光源透镜，该透镜根据道路照 明要求及数学逆向思维建立光学折射模型，通过渐进逼近的方法设计折射曲 面。使用时，LED所发出的光通过透镜折射后形成符合实际道路照明需求的 矩形光斑(详见图3)。
本实用新型所采用的技术方案是本实用新型主要涉及一种道路照明专 用LED光源透镜(模型详见图2)，所述道路照明专用LED光源透镜是由入射 平面和马鞍状曲面组合形成的透镜体，当LED光源的入射光线依次通过所述 入射平面和所述马鞍状曲面折射后，形成矩形光斑。所述马鞍状曲面是由透镜轨迹线和若干个扇形截面确定透镜基本框架， 再由过渡圆滑的曲面将所述扇形截面沿所述透镜轨迹线桥接形成所述马鞍状 曲面，因此扇形截面越多，经过透镜折射后产生的光斑越接近矩形，光斑的 亮度均匀度也越好。
LED光源的入射光线通过所述入射平面折射后在透镜内部产生锥形光柱 II ，所述扇形截面是以所述锥形光柱II的锥角02为中心将透镜做扇形剖切所 形成的截面。
其中以中心轴线左右对称设置的扇形截面数为N， N为正整数。 具体分析本实用新型透镜之前，先介绍下折射的基本原理，对于同一入
射光源，当透镜马鞍曲面曲率不同时，则射出光线的折射角不一样，当折射
光源从曲面的曲率中心P通过时，则射出光源不发生折射，如图8所示；当
折射光源从曲面的曲率中心P上方通过时，则射出光源发生聚光折射，如图
9所示；当折射光源从曲面的曲率中心P下方通过时，则射出光源将发散折
射，如图10所示。
众所周知，未带透镜的LED发光时，其锥形光柱I的发光角为2d ，其 中0°《a《90。；当锥形光柱通过透镜平面时产生折射，在透镜内部产生 新的锥形光柱II，由折射率r^sinot/sin3 (光学树脂n=l. 49-1. 6，取中间值 n=1.55)，可知锥形光柱(2)的发光角为2P，其中O。《P《40° ;锥形光 柱n通过马鞍状曲面折射后形成光柱m，其发光角为2S，其中0°《S《 90°， S根据曲面的曲率不同而变化(详见图4)。
如图2及图3所示，轨迹线和扇形剖截面是马鞍状曲面的重 组成部分， 轨迹线决定着LED光经过透镜折射后形成光斑长度L的大小以及光斑的均匀 度；扇形剖截面决定着LED光经过透镜折射后形成光斑宽度B的大小及其光斑均匀度。
以锥形光柱n的锥角02为中心将透镜做扇形剖截面(详见图2)，取其中
一扇形截面W分析其折射原理，如图3 (假定路灯高H，路宽为B)。扇形截 面Ni由多线段和圆弧线构成(如图5所示)，若光柱(3)需在地上形成宽为 B的光斑，光柱(3)的发光角必须满足..tgS=0.5*B*COsP/H，即S二arc tg(O. 5*B*cose/H)。(详见图6)
由P角和S角可求出圆弧线的圆弧角2A， A满足
n=sin{|90-A_e |} /sin {190-入- S |} ， n为折射率;
经计算得出圆弧角2入，即可通过计算机建立扇形截面A的数学模型， 根据上述方法，任何一扇形截面Ni的数学模型都可以一一计算得出。
同理，轨迹线也可以通过折射原理和数学原理推导出相应的数学模型， 为了使光折射后能形成较均匀的矩形光斑，最终轨迹线折射效果如图7所示。
本专利透镜使用时，锥形LED点光源通过透镜折射后按所设计的不同角 度照射，照射范围呈现矩形状，由于每个折射角度均参照实际工程应用需求， 通过数学模型及其相应折射原理计算所得，整个矩形光斑过度均匀，不会出 现亮斑暗斑相间的效果，根据不同道路宽度及其照射要求，相应地改变路灯 高度及LED的密度或功率即可；通过调节路灯高度，改变路灯在道路上的照 射范围。
该透镜根据道路照明要求及数学逆向思维建立光学折射模型，通过渐进 逼近的方法设计折射曲面，透镜按照实际应用需求折射光源，以达到形成矩形光斑的效果；透镜上每个扇形截面的都严格按照折射原理和数学理论创建 数学模型，然后将建立好的各个扇形截面沿轨迹线依次均匀排列，用过度圆 滑的曲面将这些截面桥接形成马鞍状透镜曲面，当LED光源经过透镜折射后 即可形成类矩形光斑。通过调节灯杆高度和灯杆仰角即可以使类矩形光斑基 本覆盖在道路上所需照明的区域。实践证明上述结构的路灯安装在5-10 米的高度上，可使隧道、支道路、次道路、主干道等道路的照明要求，经过反 复实验，其平均照度和照度均匀度均符合国家标准。
本实用新型的有益效果是本实用新型的道路照明专用LED光源透镜采 用光学折射原理和数学模型，通过计算机完全光效模拟透镜折射角，通过渐 进逼近的方法设计折射曲面并建立透镜模型。使用该透镜的路灯具有功耗低、 亮度高、体积小、价格低廉、照度效果好、光照均匀、过渡感强、无亮斑暗 斑相间的优点，广泛适用于各种室外照明。
图1是单颗LED发光示意图2是本实用新型透镜模型示意图3是LED通过本实用新型透镜折射后的发光示意图4是发光LED透过本实用新型透镜的折射示意图5是本实用新型透镜任一剖扇形截面所形成的折射示意图6是本实用新型透镜扇形剖截面N1在F向所形成的折射示意图7是本实用新型透镜轴向剖截面折射示意图8是光源无折射现象示意图； 图9是光源聚光折射示意图；图IO是光源发散折射示意图； 图ll是实施例一示意图； 图12是实施例二示意图。
具体实施方式
本实用新型道路照明专用LED光源透镜可直接应用于隧道灯、支干道路 灯、次千道路灯和主干道路灯，无需在配用其它二次透镜。根据隧道照度要 求，灯具安装高度5米，灯具仰角^=10° ，如此安装后，LED光源在路面上 可形成6米X20米的长条形亮斑，满足隧道照射要求；根据支路照度要求， 灯具安装高度6-7米，灯具仰角e产15。，如此安装后，LED光源在路面上可 形成8米X25米的长条形亮斑，满足支路照射要求；根据次干道照度要求， 灯具安装高度7-8米，灯具仰角3f15。，如此安装后，LED光源在路面上可 形成12米X30米的长条形亮斑，满足次干道照射要求；本实用新型应用于 主干道路灯，根据主千道照度要求，灯具安装高度8-10米，灯具仰角0 ^18° ， 如此安装后，LED光源在路面上可形成15米X40米的长条形亮斑，满足主干 道照射要求。在特殊路段，可根据实际情况调配备相应路灯，并调节灯具高 度和仰角，以达到满足道路照射要求即可。
以下结合附图对本实用新型道路照明专用LED光源透镜技术具体实施方 案作进一步说明
实施方式一
本实用新型道路照明专用LED光源透镜，是指通过建立好的各个扇形截 面沿轨迹线依次均匀排列，用过度圆滑的曲面将这些截面桥接形成道路照明 专用LED光源透镜。使用时，本实用新型透镜与发光LED直接用硅胶粘接，LED发光时通过本实用新型透镜折射后形成矩形光斑。将多个装有本实用新 型透镜的LED用矩阵方式安装在灯具上形成产品(详见图11)。 实施方式二
与方式一不同，本实用新型透镜不再与单个LED封装在一起，而是设计 成一个大的道路照明专用LED光源透镜，并和多个LED封装在一起形成马鞍 状曲面灯泡形成产品(详见图12)。
权利要求1、道路照明专用LED光源透镜，其特征在于所述道路照明专用LED光源透镜是由入射平面(1)和马鞍状曲面(2)组合形成的透镜体，当LED光源的入射光线依次通过所述入射平面(1)和所述马鞍状曲面(2)折射后，形成矩形光斑。
2、 根据权利要求1所述的道路照明专用LED光源透镜，其特征在于所述马 鞍状曲面(2)是由透镜轨迹线(21)和若干个扇形截面(22)确定透镜基本 框架，再由过渡圆滑的曲面将所述扇形截面(22)沿所述透镜轨迹线(21) 桥接形成所述马鞍状曲面(2)。
3、 根据权利要求2所述的道路照明专用LED光源透镜，其特征在于LED光 源的入射光线通过所述入射平面(1)折射后在透镜内部产生锥形光柱II，所 述扇形截面(22)是以所述锥形光柱II的锥角02为中心将透镜做扇形剖切所 形成的截面。
4、 根据权利要求2或3所述的道路照明专用LED光源透镜，其特征在于所 述扇形截面(22)是以中心轴线左右对称设置的。
专利摘要本实用新型公开了一种道路照明专用LED光源透镜。该道路照明专用LED光源透镜采用光学折射原理和数学模型，通过计算机完全光效模拟透镜折射角，通过渐进逼近的方法设计折射曲面并建立透镜模型。它是由入射平面(1)和马鞍状曲面(2)组合形成的透镜体，当LED光源的入射光线依次通过所述入射平面(1)和所述马鞍状曲面(2)折射后，输出矩形光斑。使用本实用新型的路灯光照均匀、过渡感强、无亮斑暗斑相间，广泛适用于道路等各种室外照明。
文档编号F21V5/04GK201401724SQ20092005439
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者李永富 申请人:珠海泰坦新能源系统有限公司