一种道路照明用马鞍形LED透镜及LED光源的制作方法

本发明属于光学透镜及照明领域，具体涉及一种道路照明用马鞍形led透镜及led光源。

背景技术：

随着半导体照明技术的发展，发光二极管(lightemittingdiode,led)也越来越多地被应用到路灯照明中，然而，led路灯发热量大往往导致其寿命急剧缩短，如何有效的解决led路灯散热问题是现在研究的课题之一。目前，市场上存在的路灯透镜普遍为花生米形，其存在两个问题：1、透镜厚；2、空气接触面积小。以上两个问题都会使led芯片发出的热量难以从透镜导出，导致led光源局部温度超出其正常温度使用范围，从而造成led芯片出光效率下降和使用寿命减少等诸多问题，使led路灯不能够正常有效地使用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种体积小、空气接触面积大的马鞍形led透镜，有效地解决现有技术中led路灯散热效果差的问题，大功率led光源借助该马鞍形led透镜可产生适应实际道路照明需要的矩形光斑照明效果。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种道路照明用马鞍形led透镜，其特征在于：所述透镜的透镜体整体呈沿x-x方向延伸的马鞍形，所述透镜体的底面(10a)为平行于x-z面的平面，所述底面(10a)的中心位置设置有用于放置led光源的腰鼓形凹槽；所述透镜体的两端面为反射曲面(21a)，顶面为出射面(20a)，所述出射面(20a)的形状为马鞍形，所述腰鼓形凹槽作为led光源导光槽，由两个形状相同的侧壁(102a)、和顶壁(101a)合围而成；侧壁(102a)为平行于y-z平面的扇形平面，顶壁(101a)为拱形二次曲面，所述腰鼓形凹槽的侧壁(102a)与顶壁(101a)为光线入射面；led光源光线一部分经导光槽两相对设置的侧壁折射后到达透镜两端面的反射曲面处，光线经过反射曲面到达马鞍形出射面(20a)，一部分光线经透镜顶壁(101a)到达所述马鞍形出射面(20a)，两部分光线经过上述折、反射以后在目标接收面形成矩形光斑。

进一步地，所述马鞍形出射面(20a)的中间段截面的轮廓线为一条相对于xy面对称的马鞍形曲线，马鞍形出射面(20a)的两端的截面轮廓均为半圆形，所述出射面(20a)的马鞍形曲面由所述马鞍形曲线在x-x方向向两端逐渐圆滑过渡为半圆形而桥接构成的曲面。

进一步地，所述腰鼓形凹槽沿着x-x方向的剖面轮廓线由一段开口朝向所述出射面(20a)的抛物线和两条与yz面平行且对称的线段组成，所述抛物线符合下列表达式：

y²＝mz²+n

其中，m，n均不为0；

所述腰鼓形凹槽的顶顶壁(101a)为由所述抛物线绕x轴旋转所形成的拱形二次曲面。

进一步地，所述反射曲面(21a)沿着x-x方向的剖面轮廓线由一段二次曲线组成，其相对于xy面对称，反射曲面(21a)由其x-x方向的剖面轮廓线沿x轴旋转而成，该二次曲线符合下列表达式：

y＝a+bx+cx²

其中，a，b，c不全为0。

进一步地，所述马鞍形曲线的中间位置比两肩最高的位置下凹0.42mm—0.46mm。

进一步地，所述透镜体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)或玻璃。

一种包含权利要求1-7任一项所述道路照明用马鞍形led透镜的led光源，led发光芯片位于所述腰鼓形凹槽内。

本发明所述的道路照明用马鞍形led透镜，透镜体的底面为入光面，该透镜体的顶面为出光面，该透镜体的侧壁为反射面。透镜体的底面上的腰鼓形凹槽为导光槽，该导光槽正对led光源设置，由侧壁(102a)、其相对设置的完全相同侧壁和顶壁(101a)合围而成；导光槽的侧壁(102a)及其相对设置的侧壁将led光源(30)发出的偏离led光源中轴线较大(≥45°)的光线朝向反射曲面(21a)折射，顶壁(101a)将led光源发出的偏离led光源中轴线较小(＜45°)的光线朝中轴线折射，反射曲面用于将射来的光线朝向马鞍形出射面(20a)反射并使大部分光线从出射面射出，光线经过上述折、反射以后在目标接收面形成矩形光斑。

与现有技术相比，本发明所述的透镜具有如下特点：1、本发明将所述透镜反射曲面(21a)外侧挖空，减小了透镜厚度和体积，节约成本、适于市场推广；2、增大了透镜与外界空气接触面积，因此，具有该种结构的led透镜可增强led灯珠散热效果，有效地解决现有技术中led路灯散热效果差的问题；3、能将led光源发出的光线经折、反射形成矩形光斑，照明效果佳，适应实际道路照明需要。

附图说明

图1是本发明所述透镜的等轴测试图；

图2是本发明所述透镜的x-x方向剖视图；

图3是本发明所述透镜的z-z方向剖视图；

图4是本发明所述透镜的侧视图；

图5是本发明所述透镜的底视图；

图6是本发明所述透镜z-z方向剖面光线追迹示意图；

图7是本发明所述透镜x-x方向剖面光线追迹示意图；

图8是本发明所述透镜的光斑形状及照度分布示意图；

图9是本发明所述的透镜的配光曲线示意图；

图中的附图标记：

10a-底面平面，21a-反射曲面，20a马鞍形出射面，101a-凹槽顶壁，102a-凹槽侧壁，30-led光源。

具体实施方法

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示，本发明所述的马鞍形led路灯透镜，其出射面20a形状为马鞍形；透镜底面10a为平行于x-z面的平面，透镜底面10a中心开有一个腰鼓形凹槽，即导光槽，用于放置led光源30并将光源光线导入到透镜。所述腰鼓形凹槽的侧壁(102a)及其设置的侧壁为平行于y-z平面的扇形平面，其顶壁(101a)为拱形二次曲面。所述腰鼓形凹槽沿着x-x方向的剖面轮廓线由一段开口朝向所述出射面(20a)的抛物线和两条与yz面平行且对称的线段组成，如图2、图3所示。所述抛物线符合下列表达式：

y²＝mz²+n

其中，m，n均不为0；

所述腰鼓形凹槽的顶顶壁(101a)为由所述抛物线绕x轴旋转所形成的拱形二次曲面。

所述透镜体的两端面为反射曲面(21a)，顶面为出射面(20a)，反射曲面21a沿yz面对称分布，所述出射面(20a)的形状为马鞍形。所述马鞍形出射面(20a)的中间段截面的轮廓线为一条相对于xy面对称的马鞍形曲线，马鞍形出射面(20a)的两端的截面轮廓均为半圆形，所述出射面(20a)的马鞍形曲面由所述马鞍形曲线在x-x方向向两端逐渐圆滑过渡为半圆形而桥接构成的曲面，如图1、图2、图3、图4所示。

图6为本发明所涉及的马鞍形led透镜，其马鞍形出射面20a在z-z方向的配光原理。从led光源发光面发出的所有光线，一部分经导光槽两相对设置的侧壁折射后到达透镜两端面的反射曲面处，光线经过反射曲面到达马鞍形出射面(20a)，一部分光线经透镜顶壁(101a)到达所述马鞍形出射面(20a)，两部分光线经过上述折、反射以后进行配光，在目标接收面形成矩形光斑。图7为马鞍形出射面20a在x-x方向的配光原理，从led光源发光面发出的所有光线经过导光槽的两个侧壁以及顶壁折射后，再通过反射曲面21a和马鞍形出射面20a进行配光。所述腰鼓形凹槽的侧壁(102a)与顶壁(101a)为光线入射面。光源的光线经由所述腰鼓形凹槽的侧壁(102a)以及顶壁(101a)射入该透镜体，腰鼓形凹槽的侧壁102a及其相对设置的侧壁将led光源30发出的偏离该led光源中轴线较大(≥45°)的部分光线折射到反射曲面21a，再通过反射曲面将光线反射到马鞍形出射面进行配光，光源发出的小角度(＜45°)光线则直接经顶壁101a到达出射面20a，最终所有光线经过所述马鞍型出射面(20a)折射后，在目标接收面输出矩形光斑。图8为本发明所涉及的马鞍形led透镜，其在0.5米远目标接收面处的光斑形状及照度分布。图9为其远场光强分布曲线，共有2条，其中一条呈偏轴分布，另一条呈对称的蝙蝠翼分布。

通过全反射原理，将所述反射曲面(21a)沿着x-x方向的剖面轮廓线由一段二次曲线组成，其相对于xy面对称，反射曲面(21a)由其x-x方向的剖面轮廓线沿x轴旋转而成，该二次曲线符合下列表达式：

y＝a+bx+cx²

其中，a，b，c不全为0。

通过上述设计减小了透镜厚度，并且更容易控制光线路径。因此本发明所述的马鞍形led路灯透镜具有如下优点：透镜整体体积和厚度降低，与空气接触面积增大，利于散热。

该马鞍形led透镜的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)或玻璃。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。