专利名称：提高led灯具距高比和照度均匀性的透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件，更具体的说，涉及一种提高LED灯具距高比和照度均 勻性的透镜。
背景技术：
在一些LED照明应用中，距高比和照度均勻性是衡量照明效果的一个重要参数。 距高比是指灯具之间的距离和灯具离被照面的距离之比，比如在道路照明的应用场合，沿 道路方向的相邻两个灯具之间的距离和灯具离路面的距离之比为纵向距高比，安装在道路 两边的两个灯具之间的距离和灯具离路面的距离之比为横向距高比。在低位照明，即安装 LED灯具的灯杆高度比较低时，既要求照射距离比较远又要求照度均勻性比较高的场合，比 如，很宽的道路照明，目前的LED灯具就很难达到要求。因为，目前LED灯具的横向距高比 都较低，一般只有3 1或更低，这种高灯杆的LED灯具安装方式不仅会对司机的眼睛产生 严重的眩光，造成很大的安全隐患，而且造成灯杆成本较高。还有其他一些应用场合，比如 洗墙灯，也属于低位照明，因此比需要大的距高比和高的照度均勻性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种提高LED灯具距高比和照度均 勻性的透镜，安装该透镜的LED灯具，能够实现兼顾远场和近场照明并能达到很高的照度 均勻性的效果，使灯具在很大的距高比下使用而不产生眩光，光线利用率很高，适用于各种 类型的LED光源。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，包括一个透镜安装底面，在所述透镜 安装底面上设有供LED安装于其内的凹坑，该凹坑的内表面构成透镜的入射面，还包括形 成光线出射面的外表面，所述透镜由七个通光面组成，其中第一折射面的两端分别连接第 三折射面和第六折射面，第一、第三、第六折射面的内表面共同构成透镜的入射面；第二折 射面的两端分别连接第五折射面和第七折射面，第二、第五、第七折射面的外表面共同构成 透镜的出射面；其中第一折射面上的全部出射光线仅经第二折射面折射出来，第三折射面 上的全部出射光线先经第四全反射面反射，全部反射光线再经第五折射面折射出来，经第 二折射面和第五折射面折射出来的是平行光线，第六折射面上的全部出射光线经第七折射 面折射出非平行光线，第四全反射面的一端与第五折射面连接，第三、第六、第七折射面以 及第四全反射面的另一端均位于透镜安装底面上，所述透镜安装底面是由透镜的一个截面 旋转180度形成。所述第一折射面和第三折射面的连接点的位置比该第三折射面上的其他点靠近 于第一折射面的另一端点。所述经过第三折射面和第四全反射面的连接点的反射光线经过第二折射面与第 五折射面的连接点，且该入射光线和反射光线之间的夹角α彡2arCSin(l/n)，其中η是透镜的折射率。所述第一折射面、第二折射面、第三折射面、第四全反射面、第五折射面、第六折射 面以及第七折射面分别为平滑的曲线。所述透镜采用折射率为1. 3 4. 2之间的透明材料。本发明所采用的技术方案，通过透镜的多面设计，LED光源发出的光线通过透镜第 二和第五折射面折射为平行光线，实现远场小角度配光，从透镜第七折射面折射出来的光 线，实现近场大角度配光，使采用该透镜的LED灯具在安装高度很低时，照射到很宽的范围 且照度均勻性可以达到很高，从而大大提高LED照明灯具的距高比，做到见光不见灯，彻底 无眩光的照明效果。实际使用中，在安装LED灯具时，通常将透镜或LED灯具进行小角度 的倾斜。这是由于受到LED光源的大小，透镜尺寸以及透镜加工工艺等因素的影响，通过透 镜的第二和第五折射面折射出来的光线不会保持严格的平行光线，而是会有一定角度的发 散，而将透镜稍做倾斜，可以使背离被照面发散出去的那部分光线照射向被照面，提高光源 的光线利用率。为了使透镜在生产过程中拔模方便，透镜第一折射面和第三折射面的连接 点的位置比该第三折射面上的其他点靠近于第一折射面的另一端点。采用本发明透镜的LED灯具，在实际使用中可以使距高比达到6 1以上，而照度 均勻性可以达到0.8。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明图1是本发明实施例的透镜结构示意图；图2是图1透镜的截面图；图3是图1透镜的安装底面结构图；图4是图2所示截面上的光线走向图；图5是应用本发明透镜的LED灯具照射效果图。
具体实施例方式图1 图4所示，本发明所公开的提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，由七 个通光面组成，其中第一折射面1的两端分别连接第三折射面3和第六折射面6，如图2所 示的截面图上，其连接点分别为e和a。第一折射面1、第三折射面3、第六折射面6的内表 面共同构成透镜的入射面，第三折射面3和第六折射面6的另一端均位于透镜安装底面10 上，如图2所示的截面图上，该端点分别为c和h所示。第二折射面2的两端分别连接第五 折射面5和第七折射面7，如图2所示的截面图上，其连接点分别为f和b。第二折射面2、 第五折射面5、第七折射面7的外表面共同构成透镜的出射面。第四全反射面4的一端与第 五折射面5连接，另一端位于安装底面10上，分别如图2所示截面上的g点和d点。第七 折射面7的另一端位于安装底面10上，如图2所示截面上的j点。在图4所示的光线走向图中，第一折射面1上的全部出射光线仅经第二折射面2 折射出来，第三折射面3上的全部出射光线先经第四全反射面4反射，全部反射光线再经第 五折射面5折射出来，从第二折射面2和第五折射面5折射出来的光线均为平行光线。第 四全反射面4上位于安装底面10上的点，如图4中所示的d点，其反射光线经过第二折射
4面2与第五折射面5的连接点f，且在点d的入射光线cd和反射光线df之间的夹角α满 足α彡2arcsin(l/n)(其中η是透镜的折射率)，以使第四全反射面4上的所有入射光线 均反射向第五折射面5。为了使透镜在批量生产过程中拔模更方便，本发明的透镜第三折射面3与第一折 射面1的连接端，如图2所示截面上的相交点e比该第三折射面3上的其他点更靠近于第 一折射面的另一端点a。将图2所示透镜的截面旋转180度，形成如图1所示的本发明透镜的立体形状，而 该截面经旋转后形成如图3所示透镜的安装底面10。在图3所示的透镜安装底面10上有供LED光源安装于其内的凹坑11，该凹坑11 的内表面由第一折射面1、第三折射面3、第六折射面6的内表面构成，并共同形成透镜的入 射面。在实际使用时，将透镜做小角度的倾斜，或者将安装有该透镜的LED灯具做小角 度的倾斜，目的是使出射光线尽可能都照射向路面，这是由于受到LED光源的大小，透镜尺 寸以及透镜加工工艺等因素的影响，通过透镜的第二折射面2和第五折射面5折射出来的 光线不会保持严格的平行光线，而是会有一定角度的发散，而将透镜稍做倾斜，可以使背离 路面发散出去的那部分光线照射向路面，提高光源的光线利用率。并且可以根据实际路面 的范围对该倾斜角度做适当调整以满足使用要求。上述第一折射面1、第二折射面2、第三折射面3、第四全反射面4、第五折射面5、第 六折射面6以及第七折射面7均为平滑的曲线。图5所示为应用本发明透镜的LED灯具照射效果图，图中安装有本发明透镜的LED 灯具20的安装高度为H，被照面宽度为L，被照区域为100。表一所示为道路双侧布灯，LED灯具的安装高度为0. 9米，被照路面宽度分别为 9. 5米、10. 5米、15米和16米时的照度值，从表中可见，在LED灯具的横向距高比为5. 3 1 时，照度均勻度达到0.8以上，在LED灯具的横向距高比为8.9 1时，照度均勻度达到0.5 以上。表一
权利要求
1.提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，包括一个透镜安装底面，在所述透镜安 装底面上设有供LED安装于其内的凹坑，该凹坑的内表面构成透镜的入射面，还包括形成 光线出射面的外表面，其特征在于所述透镜由七个通光面组成，其中第一折射面的两端 分别连接第三折射面和第六折射面，第一、第三、第六折射面的内表面共同构成透镜的入射 面；第二折射面的两端分别连接第五折射面和第七折射面，第二、第五、第七折射面的外表 面共同构成透镜的出射面；其中第一折射面上的全部出射光线仅经第二折射面折射出来， 第三折射面上的全部出射光线先经第四全反射面反射，全部反射光线再经第五折射面折射 出来，经第二折射面和第五折射面折射出来的是平行光线，第六折射面上的全部出射光线 经第七折射面折射出非平行光线，第四全反射面的一端与第五折射面连接，第三、第六、第 七折射面以及第四全反射面的另一端均位于透镜安装底面上，所述透镜安装底面是由透镜 的一个截面旋转180度形成。
2.根据权利要求1所述的提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，其特征在于所 述第一折射面和第三折射面的连接点的位置比该第三折射面上的其他点靠近于第一折射 面的另一端点。
3.根据权利要求1所述的提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，其特征在于所 述经过第三折射面和第四全反射面的连接点的反射光线经过第二折射面与第五折射面的 连接点，且该入射光线和反射光线之间的夹角α >2arCSin(l/n)，其中η是透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，其特征在于所 述第一折射面、第二折射面、第三折射面、第四全反射面、第五折射面、第六折射面以及第七 折射面分别为平滑的曲线。
5.根据权利要求1所述的提高LED灯具距高比和照度均勻性的透镜，其特征在于所 述透镜采用折射率为1. 3 4. 2之间的透明材料。
全文摘要
提高LED灯具距高比和照度均匀性的透镜，所述透镜由七个通光面组成，第一、第三、第六折射面形成透镜入射面，第二、第五、第七折射面形成透镜出射面，经第二、第五折射面出来的是平行光线，负责远场小角度照明，经第七折射面出来的是非平行光线，照顾近场大角度照明。本发明透镜能够实现兼顾远场和近场照明并能达到很高的照度均匀性，使灯具在很大的距高比下使用从而不产生眩光的照明效果。
文档编号F21Y101/02GK102072460SQ20101059486
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者周士康, 李晟, 王鹏 申请人:上海三思电子工程有限公司, 上海三思科技发展有限公司, 嘉善晶辉光电技术有限公司