用于余弦立方、典型蝙蝠翼、平坦蝙蝠翼分布的透镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及发光二极管(LED)照明。更具体来说，本公开涉及在平坦表面上产生均匀照度的LED透镜。
【背景技术】
[0002]近年来，随着LED功率和效率增加及其成本降低，LED在许多应用中用作常规荧光灯、白炽灯、氖管和光纤光源的可行替代。LED照明系统能够在多种环境中用来照射平坦表面，例如街道照明、停车场、停车库、车行道、走道、边道、过道、走廊、桌子、台阶、房间、制造设施、仓库和其他类型的环境。
[0003]在将这些光应用于这些环境中，许多因素影响设备的选择、固定装置(fixture)的放置以及适合于结构、地形和业余活动的照度。基于为特定应用所选择的LED透镜，能够造成非均匀光强度的亮点，其对人眼是显见的。不良照明设计能够造成投射阴影的眩光的盲点，从而造成刺眼以及多个保险和安全风险。因此，对于安装了商业照明系统的企业主，安全列为最尚关注。
[0004]例如在停车场照明系统中，能见度构成每一个设计中的主要因素。停车场照明系统实际上由政府来管理，并且按法规必须产生最小四英尺烛光。忽视这个元素不仅使驾驶员和行人在停车场中有风险，如果不幸事故在因不良能见度的前提下发生，则它还能够对企业主造成采取可能的政府罚款形式的责任和法律责任。
[0005]因此，照明系统的设计内的光学规范通常识别要求由所选光源所产生的专用辐射图。例如，在诸如街道照明、停车库照明和走道照明的一些照明应用中，期望从光源所输出的均匀照射，以便均匀照射整个区域。
[0006]但是，当目标区域具有广泛变化距离时，这个要求可能难以达成。为了实现在整个区域上的均匀照射，需要通过相对于该区域的最近部分朝该区域的更远部分增加强度，来定制(tailor) LED透镜的强度。
[0007]为了在平坦表面上产生均匀照度，理想强度分布通过倒余弦立方定理(Ι/cos3 Θ，变化，其中Θ是所测量与灯的垂直方向的角度)来给出。幅度可根据电源而变化，但是分布形状仍然遵循倒余弦立方定理。不能产生具有“理想”均匀照度的特性的准确透镜。
[0008]一些常规技术而是接近均匀照度，而没有实际实现“理想”均匀照度。一种这样的常规技术是蝙蝠翼光束图，其常用于照射平坦表面。可通过在烛光分布图中具有两个大致相等峰值(其中在大约0度处峰值之间具有谷值)，来限定蝙蝠翼图。辐射蝙蝠翼强度分布的一些LED灯能够产生均匀照度，但是都不能产生遵循倒余弦立方定理的强度分布。
【发明内容】
[0009]给定上述缺陷，仍然需要一种透镜，其给出与倒余弦立方分布基本上类似的均匀照度强度轮廓。
[0010]此外，当传统光源、例如荧光灯的组件破裂并且要求更换时，荧光灯的修理在部件和人力方面能够是成本高的。另外，荧光灯的处置引发环境问题，因为它们包含汞。为了解决与荧光灯关联的问题，LED灯提供比荧光灯更为有效和环境友好的光源。
[0011]因此，仍然存在改进的照明系统的需要，照明系统能够在改型和新应用中均在平坦表面上产生均匀照度。仍然存在设计用于由具有将在平坦表面上产生均匀照度设计的LED进行照射的透镜的需要。但是，一些照明应用可能不要求如倒余弦立方定理所表达的理想均匀照射。实际上，它可以是确定是否要优选具有基于倒余弦定理的参数的透镜的照明系统的应用类型。
[0012]因此，可为特定应用选择不同透镜。因此，存在具有根据LED的预期光分布所限定的截面轮廓的透镜的需要。此外，存在能够产生具有可用于多种环境中的不同强度分布的若干不同配置透镜的单个透镜设计方法的需要。
[0013]在一个实施例中，本公开描述一种透镜，其提供高达65度的近完善1/C0S~3强度分布。在另一个实施例中，本公开描述一种透镜，其提供也具有60度遮光角的标准蝙蝠翼分布。在又一个实施例中，本公开描述一种透镜，其提供具有60度遮光角的平坦蝙蝠翼分布。在特定应用中，透镜的照度需要的精度可用来确定要使用哪一个透镜。
[0014]下面参照附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。要注意，本发明并不局限于本文所述的具体实施例。这类实施例在本文中仅为了说明的目的而提出。附加实施例对于一个或多个相关领域的技术人员基于本文包含的教导将是显而易见的。
【附图说明】
[0015]图1是按照本公开的均匀照度分布透镜的截面图；
图2是示出图1的均匀照度分布透镜的强度分布的图；
图3A是按照本公开的均匀照度透镜设计的示范实施例；
图3B是图3A的均匀照度分布的外表面的数据的示范表；
图3C是图3A的均匀照度分布的内表面的数据的示范表；
图4A是按照本公开的均匀照度透镜设计的另一个示范实施例；
图4B是图4A的均匀照度分布的厚度比的数据的示范表；
图5是按照本公开的蝙蝠翼强度分布透镜的截面图；
图6A是按照本公开的蝙蝠翼透镜设计的实施例；
图6B是图6A的蝙蝠翼透镜设计的外表面的数据的示范表；
图6C是图6A的蝙蝠翼透镜设计的内表面的数据的示范表；
图7A是按照本公开的蝙蝠翼透镜设计的另一个实施例；
图7B是图7A的蝙蝠翼透镜设计的厚度比的数据的示范表；
图8是图5的蝙蝠翼强度分布的极坐标图；
图9是按照本公开的平坦蝙蝠翼分布透镜的截面图；
图10A是按照本公开的平坦蝙蝠翼透镜设计的实施例；
图10B是图10A的平坦蝙蝠翼透镜设计的外表面的数据的示范表；
图10C是图10A的平坦蝙蝠翼透镜设计的内表面的数据的示范表；
图11A是按照本公开的平坦蝙蝠翼透镜设计的另一个实施例； 图11B是图11A的平坦蝙蝠翼透镜设计的厚度比的数据的示范表；以及图12是图9的平坦蝙蝠翼强度分布的极坐标图。
[0016]本公开可采取各种组件和组件的布置以及各种过程操作和过程操作的布置的形式。本公开在附图中示出，附图中，相似参考标号在各个附图中可指示对应或类似部件。附图仅为了示出优选实施例的目的，而并不是要被理解为限制本公开。给定附图的以下实现性描述，本公开的新方面对本领域的普通技术人员应当变得显见的。
【具体实施方式】
[0017]虽然本文中采用特定应用的说明性实施例来描述本发明，但是应当理解，本发明不限于此。获得本文所提供的教导的本领域的技术人员，将会知道在本发明以及本发明在其中具有显著效用的附加领域的范围之内的其他修改、应用和实施例。
[0018]以下详细描述实际上只是示范性的，而不旨在限制本文所公开的应用和用途。此夕卜，并不是意在通过前面的背景、概述或者以下详细描述中提出的任何理论来限制。
[0019]本公开的各种实施例提供设计可在多种环境中用来提供照明平坦表面的均匀照度的照明系统的若干方式。应当理解，光源可配置用于多种照射应用。“照射源”是一种光源，其具体配置成生成具有有效照射内部或外部空间的充分强度的辐射。系统和方法可配置用于各种平坦表面应用，例如街道照明、停车场、停车库、车行道、走道、人行道、过道、走廊、桌子、台阶、房间、制造设施、仓库和其他类型的环境。
[0020]本文中公开在平坦表面上提供均匀照度的至少两种主要方式:分段方式和厚度比方式。两种方式均基于透镜几何结构(即，透镜的形状)来产生均匀照度，如图1、图5和图9所示。
[0021]在分段方式中，实施例提供将强度分布曲线分为段的近似。这在图3A-3C、图6A-6C和图10A-10C中示出。每个透镜提供适合于区域照明的不同强度分布，并且具有由分段圆弧所组成的内和外表面。
[0022]在厚度比方式中，实施例限定作为在不同角度沿光轴的透镜的厚度的函数的透镜的曲率或深度。这在图4A-4B、图7A-7B和图11A-11B中示出。