专利名称：一种用于led路灯的光学透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进了的用于LED路灯的光学透镜。
背景技术：
传统的路灯(例如钠灯)功耗较高、发光亮度不够，导致用电成本很高而不利于环 保，而且对路面的照明亮度也不够，因此，LED路灯以其体积小、寿命长、电光效率高、环保节 能等优势已经成为技术发展的趋势，逐步开始取代传统的路灯。目前，市场上的单颗LED光 源的亮度已经超过了每瓦100流明，采用传统250瓦钠灯作光源的路灯，用LED光源代替之 后，只需要大约60多颗LED就可以产生相同的亮度，从而极大地节省了能源的消耗。然而， 由于大部分LED光源的辐射角分布为110度至120度的郎伯(Lambertian distribution) 分布，如果没有经过配光，照在地面上的光型将会成为面积较大的圆型的光斑，约50%的光 散落到马路之外没有被利用起来，而且会对远处的车辆或行人产生眩光，与路面照明的要 求不符。而《城市道路照明设计标准》要求路灯的配光为长方形的光斑，将几乎所有的光都 分布在路面上。对于主干道还需要采用截光型或半截光型的配光设计，一方面可以提高光 的利用效率，另一方面还可以避免产生眩光，降低光污染。因此，LED路灯的二次光学元件 设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于LED路灯的光学透镜，旨在解决现有技术中存 在的LED路灯光分布不均勻、容易产生眩光的缺陷。为实现上述发明目的，本实用新型提供的用于LED路灯的光学透镜包括用于配光 的复合曲面，位于透镜底部的内凹的半球面、底部平面和卡脚，以及设置于透镜的两端的连 接柱和支撑脚。进一步的，所述LED路灯包括一 LED芯片，所述位于透镜底部的内凹的半球面的球 心位置与LED芯片中心的位置重合。进--步的，所述位于透镜底部的底部平面为非光学表面。[0007]进--步的，所述位于透镜底部的卡脚呈弧形。[0008]进--步的，所述位于透镜底部的卡脚呈括弧形。[0009]进--步的，所述支撑脚呈方形，其将所述透镜装配到路灯基板上。[0010]进--步的，所述连接柱连接于支撑脚以及复合曲面之间。[0011]本实用新型提供的用于LED路灯的光学透镜采用非对称复合曲面
可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现，整体路灯只需要将这些LED模 组阵列按照相同方向排列即可，从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计，将郎伯型 LED发出的光百分之百地配成140° X72°的长方形光斑，实现比较均勻的光分布，又可以 实现很好的截光的作用，有效地遏制眩光。
图1是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的立体示意图；图2是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的正视图；图3是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的仰视图；图4是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的俯视图；图5是本实用新型用于LED路灯的光学透镜在Y剖面上的配光原理图；图6是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的复合曲面在Y剖面上对单根入射光 线的配光示意图；图7是本实用新型用于LED路灯的光学透镜在X剖面上的配光原理图；图8是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的复合曲面在X剖面上对单根入射光 线的配光示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。结合参见图1、图2、图3所示，本实用新型较佳实施例提供的用于LED路灯的光学 透镜的较佳实施例为二次光学透镜，其包括用于配光的复合曲面1，位于透镜底部的内凹的 半球面2、底部平面3、卡脚6，以及设置于透镜的两端的连接柱4和支撑脚5。复合曲面1形成透镜的上表面，其配光特征为将从郎伯型LED发出的180°的 光配成在X方向(即路灯装配后沿着道路的方向)140°内均勻分布，其配光曲线呈圆滑的 蝙蝠翼分布；而将从型LED发出的180°光配成在Y方向(即路灯装配后垂直于道路的方 向)72°内均勻分布。透镜底部内凹的半球面2的球心位置与LED芯片中心的位置重合，透镜的底部平 面3为非光学表面。透镜底部的括弧形的卡脚6可以保证装配时透镜与LED之间的同心度 在设定范围之内(例如0. Imm之内)，避免由于装配偏心所引起的光斑左右的不均勻，还可 以避免配光曲线的左右光强不一样。支撑脚5呈方形，便于将透镜准确地装配到路灯的PCB铝基板上；连接柱4用于连接支撑脚5以及复合曲面1，而且连接柱4可以起到截光的作用， 透镜加此连接柱4后，模具中只需要上下两个模芯即可，方便脱模，增加生产效率。结合参照图4、图5、图6中所示，图5是实用新型较佳实施例所述的透镜在Y剖面 上的配光原理图，图中0为郎伯型LED的芯片发光面中心，OZ为透镜的光轴(所谓的光轴 是指沿光的传输方向，经过LED的芯片发光面中心的，并且垂直于LED的芯片发光面的中心 轴)。从0点发出的光，经过半球面2后入射到复合曲面1上，由于球面2的球心位置也位 于0点，所以0点发出的光线经球面2后，其方向不变。光线经过复合曲面1折射后，往光 轴中间汇聚，所有出射光线的反向延长线交于点F’，点F’与点0相对于曲面1为共轭的物 像关系。出射光线的边缘光线F’B与光轴OZ所形成的夹角为36°，参见图6中所示，假设 从0点发出的光，其与光轴OZ的夹角为θ，经复合曲面1折射后，其与光轴OZ的夹角变为 θ ‘。那么θ与θ ‘满足下表1中的配光关系[0027] 表1复合曲面1在Y剖面的入射光线与出射光线的配光关系
Y剖面上入射光线与光轴Y剖面上出射光线与光轴的夹角θ的夹角Θ'0°0°2°1.2406419°6°3.717859°10°6.1828196°14°8.627162°18°11.0422376°22°13.4189952°26°15.7478642°30°18.0186414°34°20.220381°38°22.3412978°42°24.3686896°46°26.2888923°50°28.0872869°54°29.7483775°58°31.255971°62°32.5934822°66°33.7443956°70°34.692884°74°35.4246305°78°36°80°36°84°36°88°36°90°36°上表1中，当入射光线与光轴的夹角θ超过78°后，针对虚焦点F'，曲面1上的 折射光线达到全反射条件，其出射角都按36°来计算。结合参见图4、图7、图8中所示，图7是本实用新型用于LED路灯的光学透镜的较 佳实施例在X剖面上的配光原理图。由于半球面2的球心位置也位于0点，所以从LED芯 片发光面中心0点发出的光线经球面2后，其方向不变，0点发出的光，经过球面2后入射 到复合曲面1上，由复合曲面1来进行配光。与光轴OZ成士90°的出射光线经过复合曲面 1折射后，出射光线按照正切条件均勻的分布在与光轴OZ成0 士70°的范围。其出射的 边缘光线角度为士70°。由于装在灯杆上之后，灯头与灯杆之间在80° 90°的范围没有 光强分布，所以其达到了完全截光的条件。如图8所示，假设从0点发出的光，其在X剖面上与光轴OZ的夹角为β，经复合曲
5面ι折射后，其与光轴OZ的夹角变为β ‘，那么β与β ‘满足下表2的配光关系 表2复合曲面1在X剖面的入射光线与出射光线的配光关系
权利要求一种用于LED路灯的光学透镜，其包括用于配光的复合曲面，其特征在于进一步包括位于透镜底部的内凹的半球面、底部平面和卡脚，以及设置于透镜的两端的连接柱和支撑脚。
2.根据权利要求1所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述LED路灯包括一 LED芯片，所述位于透镜底部的内凹的半球面的球心位置与LED芯片中心的位置重合。
3.根据权利要求1所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述位于透镜底部的 底部平面为非光学表面。
4.根据权利要求1所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述位于透镜底部的 卡脚呈弧形。
5.根据权利要求4所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述位于透镜底部的 卡脚呈括弧形。
6.根据权利要求1所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述支撑脚呈方形， 其将所述透镜装配到路灯基板上。
7.根据权利要求1所述的用于LED路灯的光学透镜，其特征在于，所述连接柱连接于支 撑脚以及复合曲面之间。
专利摘要本实用新型提供一种用于LED路灯的光学透镜，其包括用于配光的复合曲面，位于透镜底部的内凹的半球面、底部平面和卡脚，以及设置于透镜的两端的连接柱和支撑脚。本实用新型提供的用于LED路灯的光学透镜采用非对称复合曲面二次光学元件，可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现，整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向排列即可，从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计，将郎伯型LED发出的光百分之百地配成140°×72°的长方形光斑，实现比较均匀的光分布，又可以实现很好的截光的作用，有效地遏制眩光。
文档编号F21Y101/02GK201715446SQ20102026161
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者曾斌, 杜雪, 蒋金波 申请人:深圳市证通佳明光电有限公司;香港理工大学先进光学制造中心