专利名称：Led路灯用光学透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型属于照明技术领域，特别是用于LED路灯的能形成矩形光分布的LED 透镜。
背景技术：
随着LED的发光效率和可靠性的持续提高及其生产成本的不断降低，LED已广泛 用于道路照明领域。由于LED属于朗伯光源，其光强呈余弦分布，空间立体角为180。，要将 LED用于道路照明，需要将LED产生的光束射向特定的方向，以满足特定的光强分布要求， 并提高LED的光通利用率。现有用于照明的LED路灯通常有两种典型结构一种是将经过 封装并具有一定光束角的LED 1'直接安装在一块金属平板2'上，再结合驱动和散热设 计来点亮LED光源，这种LED路灯的灯头如图la所示，图lb为图la结构的照射角度示意 图。由于此种路灯的照射角度e基本上与LED的光束角e相同，照射角度不够大，而且其 光斑通常呈圆形，因此该种路灯的光分布无法满足道路照明要求。另一种LED路灯采用改 变LED安装角度a来增大照射角度13并改善其光分布，图lc为此种LED路灯的典型灯头 结构，图ld为图lc结构的照射角度示意图。虽然此种结构基本上可以满足道路照明的光 分布要求，但是由于该种LED路灯中LED的安装角度并不是连续改变的，因此路灯整体的光 分布(包括照射范围和光强分布等)仍然不够理想，而且灯具的设计成本和制造成本相对 较高。
实用新型内容本实用新型主要解决的技术问题是提供一种LED路灯用光学透镜，所述光学透镜 可以扩大光照射角度，改善LED光强分布和照度分布。 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种LED路灯用光学透镜，所述光学透 镜为半球形，该半球形光学透镜一面为球形弧面，另一面为平面，在所述光学透镜的平面一 侧设有容置LED的空腔体，所述光学透镜沿所述空腔体的长轴方向两侧的厚度逐渐增加， 所述空腔体长轴方向两端部位的光学透镜的厚度向外逐渐减小；所述空腔体中间部分为半 圆柱形，该空腔体两端的腔壁为弧面，所述弧面腔壁与半圆柱形空腔体的腔壁平滑连接。 优选地，所述空腔体两端的弧面腔壁为1/4球形。 优选地，所述空腔体半圆柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半径为2mm 15mm。 优选地，所述LED在所述空腔体长轴方向两端的照射角度为60。 90° 。 优选地，所述LED在所述空腔体的长轴方向两侧的照射角度为90。 150° 。 优选地，所述光学透镜对所述LED产生的光束折射形成矩形照度分布，该矩形长
宽比为i : i 7 : i。 优选地，所述光学透镜为光学玻璃或树脂。 优选地，所述光学透镜还包括设置在所述光学透镜平面一例的固定该光学透镜的
固定件。
3[0012] 优选地，所述固定件包括四个对称分布在所述平面上的圆柱体。 本实用新型LED路灯用光学透镜，通过在光学透镜的平面一侧设有容置LED的空 腔体，LED产生的光束从所述空腔体的腔壁入射，经所述光学透镜折射后从所述光学透镜的 半球形表面出射。由于所述光学透镜沿所述空腔体的长轴方向两侧的厚度逐渐增加，从所 述空腔体的长轴方向两侧光束经所述光学透镜传播后得到扩展；所述光学透镜沿所述空腔 体两端的光学透镜的厚度向外逐渐减小，从所述空腔体两端部位光束经所述光学透镜传播 后则得到汇聚。所述光学透镜使所述LED的照射角度增大，同时可改善LED的光强分布。当 所述光学透镜用于LED路灯时，可以方便实现LED路灯的配光设计。
图la是现有LED路灯一种结构示意图； 图lb是图la结构照射角度示意图； 图lc是现有LED路灯另一种结构示意图； 图ld是图lc结构照射角度示意图； 图2a是本实用新型LED路灯用光学透镜结构平面示意图； 图2b是本实用新型LED路灯用光学透镜沿空腔体长轴A-A'方向剖视示意图； 图2c是本实用新型LED路灯用光学透镜沿B_B'剖视示意图； 图3a是本实用新型LED路灯用光学透镜沿道路方向的极坐标光强分布示意图； 图3b是本实用新型LED路灯用光学透镜垂直于道路方向的极坐标光强分布示意
图； 图4a是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯一结构示意图； 图4b是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯沿道路方向的极坐标 光强分布示意图； 图4c是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯垂直于道路方向的极 坐标光强分布示意图； 图5a是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯另一结构示意图； 图5b是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯沿道路方向的极坐标 光强分布示意图； 图5c是本实用新型LED路灯用光学透镜用于平面LED路灯垂直于道路方向的极 坐标光强分布示意图。 下面结合实施例，并参照附图，对本实用新型目的的实现、功能特点及优点作进一 步说明。
具体实施方式本实用新型LED路灯用光学透镜实施例，通过在光学透镜的平面一侧设有容置 LED的空腔体，LED产生的光束从所述空腔体的腔壁入射，经所述光学透镜折射后从所述光 学透镜的半球形表面出射。由于所述光学透镜沿所述空腔体的长轴方向两侧的厚度逐渐增 加，从所述空腔体的长轴方向两侧光束经所述光学透镜传播后得到扩展；所述光学透镜沿 所述空腔体两端的光学透镜的厚度向外逐渐减小，从所述空腔体两端部位光束经所述光学透镜传播后则得到汇聚。所述光学透镜使所述LED的照射角度增大，同时可改善LED的光 强分布。 如图2a、图2b和图2c所示，本实用新型LED路灯用光学透镜提出一实施例。 所述光学透镜1用于改变LED产生的光束传播方向，所述光学透镜1近似为半球 形，该半球形光学透镜1 一面为球形弧面，另一面为平面，在所述光学透镜1的平面一侧设 有容置LED的空腔体2，所述光学透镜1沿所述空腔体2的长轴方向两侧的厚度逐渐增加， 所述空腔体2长轴方向两端部位的光学透镜1的厚度向外逐渐减小。所述LED产生的光束 从所述空腔体2的腔壁入射并在其中进行传播。 具体地说，所述空腔体2可以是近似为半椭球形，其形状近似于半个"胶囊"，所述 空腔体2中间部分为半圆柱形，所述空腔体2的两端的腔壁为弧面。优选地，所述空腔体2 两端的弧面腔壁近似于半球形，该半球形腔壁21与半圆柱形腔壁22平滑连接。所述光学 透镜1的对称轴与所述空腔体2的长轴重合。所述空腔体2两端的弧面腔壁为1/4球形。 在安装所述光学透镜1时，将LED设置在所述光学透镜1上的空腔体2内，所述 LED与所述空腔体2的长轴平行设置，同时使所述光学透镜1与所述LED之间有合适的间 距。所述LED与电源或控制电路电连接。 当所述LED工作时，该LED发出的光束通过所述光学透镜1折射，根据折射定律， 其中，所述光学透镜1的光束从所述空腔体2腔壁22位置入射，即所述光学透镜1的光束 从腔壁22部位入射，由于所述光学透镜1的厚度沿所述空腔体2的长轴方向两侧的厚度逐 渐增加，经过所述光学透镜1折射后，使得所述LED产生的光束从中间向两边折射，从而使 原来较小的出射角得到扩展，使所述LED的照射角度范围可以达到90。 150° ，优选照射 角度是12(T 。所述光学透镜1的光束从所述空腔体2的腔壁21位置入射，即所述光学透 镜1的光束从腔壁21位置入射，由于沿所述空腔体2长轴方向两端部位的光学透镜1的厚 度向外逐渐减小，经过所述光学透镜1折射后，使得LED产生的光束在所述空腔体2长轴方 向两端部位的光学透镜1得到汇聚。因此经过所述光学透镜1折射后，可以使LED产生的 光束形成需要的近似矩形的照射光斑和光强分布。 所述光学透镜l选用透光材料如PMMA(Polymethyl Meth acrylate，聚甲基丙烯酸 甲酯)，LED选用Cree公司生产的90°白光LED，所用PMMA折射率约为1. 49，所述LED的光 通量为1001m，在照射距离为31. 6cm的条件下得到所述光学透镜配合LED的光强分布如图 3a和图3b所示，其中图3a为沿道路方向的光强分布，图3b为垂直于道路方向的光强分布。 沿所述空腔体2长轴方向两侧，所述LED的照射角度由90。扩展到约150° ，即所述LED在 所述空腔体2的长轴方向两侧的照射角度为90。 150° ;在所述空腔体2长轴方向两端 部位的光学透镜l，所述LED的照射角度则由90°减小到约60° ，即所述LED在所述空腔体 2长轴方向两端的照射角度为60。 90° 。从而使所述LED产生的光束形成近似矩形的照
度分布，该矩形长宽比介于i : 1 7 : 1，优选地，所述矩形长宽比为2 : 1 3 : i。 在本实施例中，所述LED路灯用光学透镜还可以采用高透光率的光学玻璃或其他 高透光率的树脂材料，如PC (Polycarbonate,聚碳酸酯)等，其中，所述PMMA又称为压克力 或有机玻璃。 所述光学透镜1通过设置在所述光学透镜1平面一侧的用于固定该光学透镜1的 固定件3，所述固定件3与LED路灯配合进行固定，也可以根据需要选用其它方式对所述光学透镜1与所述LED进行固定，如卡槽固定或粘贴等方式。所述固定件3可以包括多个圆 柱体，优选地，所述圆柱体3的数量为四个，四个所述圆柱体3对称分部在所述平面上。 所述空腔体2可以根据需要与小功率单芯片LED和大功率单芯片LED匹配，也可 用于与小功率或大功率多芯片集成LED相匹配，该光学透镜1的几何尺寸根据LED的尺寸 来确定。同时所述空腔体2的尺寸与所述LED的尺寸匹配。优选地，所述空腔体2的长为 5mm 30mm，该空腔体2半圆柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半径为2mm 15mm。所述光学 透镜1的直径可以根据需要进行设置，优选地，所述光学透镜1的直径为6mm 40mm，其厚 度为3mm 20mm。 所述LED路灯根据道路宽度和路灯高度，以及LED路灯间距调整照度分布。当LED 路灯采用所述光学透镜1时，所述LED产生的光束通过该光学透镜1折射后，所述光束的出 射角增大，从而使LED路灯照射道路的范围较大；同时所述LED发出的光束经所述光学透镜 l折射后，在垂直于道路方向的光束角减小。由此当所述光学透镜1的空腔体2与道路垂直 时，沿道路方向的照射范围扩大，垂直于道路方向的照射范围减小。因此在装配一个或多个 所述光学透镜1的LED路灯时，能够在沿道路方向上形成矩形照射光斑。 例如，选用Cree公司生产的90°白光LED作为LED路灯光源，所述白光LED安装 在所述LED路灯平面基板4上，并将所述白光LED设置在所述光学透镜1的空腔体2内。 所述白光LED的光通量为lOOlm。如图4a所示，所述LED路灯光源采用3X3矩阵排布，每 个白光LED间距为3cmX 3cm，所述LED路灯的总功率约为9W。当所述LED路灯照射距离为 10m时，其光强分布如图4b和图4c所示，其中，图4b为沿道路方向的光强分布，图4c为垂 直于道路方向的光强分布。 所述LED路灯照射在道路上的照度分布图近似为矩形照射光斑。 当选用Cree公司生产的9(T白光LED作为LED路灯光源，所述白光LED安装在
所述LED路灯平面基板4上，并将所述白光LED设置在所述光学透镜1的空腔体2内。所
述白光LED的光通量为lOOlm。如图5a所示，所述LED路灯光源采用5X3矩阵排布，每个
白光LED间距为3cmX 3cm，所述LED路灯的总功率约为15W。当所述LED路灯照射距离为
10m时，其光强分布如图5b和图5c所示，其中，图5b为沿道路方向的光强分布，图5c为垂
直于道路方向的光强分布。 所述LED路灯照射在道路上的照度分布图近似为矩形照射光斑。 本实用新型光学透镜1用于LED路灯，可以在不改变LED的安装角度的情况下很
好地满足LED路灯的配光要求，从而改善LED路灯的配光。 在设有所述光学透镜1的LED形成LED路灯时，可根据LED的光通量、道路宽度、 LED路灯高度和LED路灯间距等参数确定LED的数量及排布方式，从而可方便地实现LED路 灯的照射范围、光强分布和照度分布，实现降低LED路灯的设计成本和制造成本。设有所述 光学透镜1的LED路灯所对应的光强和照度的比值基本上与所用LED的数量成正比。 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运 用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求LED路灯用光学透镜，其特征在于所述光学透镜为半球形，该半球形光学透镜一面为球形弧面，另一面为平面，在所述光学透镜的平面一侧设有容置LED的空腔体，所述光学透镜沿所述空腔体的长轴方向两侧的厚度逐渐增加，所述空腔体长轴方向两端部位的光学透镜的厚度向外逐渐减小；所述空腔体中间部分为半圆柱形，该空腔体两端的腔壁为弧面，所述弧面腔壁与半圆柱形空腔体的腔壁平滑连接。
2. 根据权利要求1所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述空腔体两端的弧面腔壁为1/4球形。
3. 根据权利要求2所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述空腔体半圆柱形的腔壁和弧面腔壁的曲率半径为2mm 15mm。
4. 根据权利要求3所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述LED在所述空腔体长轴方向两端的照射角度为60。 90° 。
5. 根据权利要求4所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述LED在所述空腔体的长轴方向两侧的照射角度为90。 150° 。
6. 根据权利要求5所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于所述光学透镜对所述LED产生的光束折射形成矩形照度分布，该矩形长宽比为i : i 7 : i。
7. 根据权利要求6所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述光学透镜为光学玻璃或树脂。
8. 根据权利要求1所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述光学透镜还包括设置在所述光学透镜平面一侧的固定该光学透镜的固定件。
9. 根据权利要求8所述的LED路灯用光学透镜，其特征在于 所述固定件包括四个对称分布在所述平面上的圆柱体。
专利摘要本实用新型公开一种LED路灯用光学透镜，该光学透镜为半球形，该半球形光学透镜一面为球形弧面，另一面为平面，在所述光学透镜的平面一侧设有容置LED的空腔体，所述光学透镜沿所述空腔体的长轴方向两侧的厚度逐渐增加，所述空腔体长轴方向两端部位的光学透镜的厚度向外逐渐减小；所述空腔体中间部分为半圆柱形，该空腔体两端的腔壁为弧面，所述弧面腔壁与半圆柱形空腔体的腔壁平滑连接。由于沿所述空腔体的轴向两侧光束经所述光学透镜传播后得到扩展，沿所述空腔体两端部位光束经所述光学透镜传播后则得到汇聚，从而使所述LED的照射角度增大，同时可改善LED的光强分布。
文档编号F21Y101/02GK201462676SQ20092013049
公开日2010年5月12日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者贾会云, 郑代顺 申请人:贾会云