專利名稱：：一種配光方法、配光杯及采用該配光杯的路燈的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種光路設計方法，特別涉及一種配光方法；本發(fā)明還涉及一種實現(xiàn)所述方法的照明燈具配件，特別涉及一種配光杯；最后，本發(fā)明涉及一種燈具，一種使用上述配光杯的路燈。技術背景路燈一般包括燈桿，安裝在燈桿頂端的燈頭，燈頭內(nèi)安裝有配光杯，配光杯內(nèi)設置有光源。點光源發(fā)出的光線向立體空間呈朗伯體輻射，對于道路照明來說，我們僅僅需要向下一個方向的照明就夠了，所以，配光杯的作用就在于將點光源向上和水平方向發(fā)散的光線向下反射，以提高照明效率?，F(xiàn)有的配光杯一般是喇叭狀的，光線經(jīng)配光杯作用后，形成一個圓形的光斑，這種結構的配光杯，其反射壁設計不夠科學，部分光線需要經(jīng)過二次或多次反射后才能射出配光杯外，甚至有部分光無法反射出去，在一定程度上造成光能的浪費；再者，由于這種配光杯照射到路面形成圓形光斑，這樣，該配光杯反射的光線就會有部分照射到路外面，又會有部分與路另一側(cè)的路燈發(fā)生重疊，造成的光能的浪費；同時，由于路燈在道路的長度方向分布較短，所以還需要在單位長度內(nèi)安裝較多的路燈才能保持道路亮度的連續(xù)性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種配光方法，該配光方法可以使點光源發(fā)出的呈朗伯體輻射光線轉(zhuǎn)換成照明均勻的長方形的光斑。本發(fā)明通過下述技術方案來解決上述的技術問題一種配光方法，包括光源和配光杯，光源發(fā)出的光線部分直接照射到配光杯外構成直射光線，部分照射到配光杯內(nèi)壁后反射到配光杯外構成反射光線；所述直射光線具有一預定的散射角，且組成長方形主光斑，所述反射光線在主光斑的長度方向散射角與直射光線的散射角相同，所述反射光線在主光斑的寬度方向上的散^"角與直射光線的散if角相同，且反射光線組成與所述主光斑形狀對應的均勻的長方形疊加光斑。此外，本發(fā)明還可以通過附加以下的技術方案作進一步改進-在光斑的長度方向上，直射光線的散射角為30°，反射光線的散射角同樣為30。。在光斑的寬度方向上，直射光線的散射角為62°，反射光線的散射角同樣為62°。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以發(fā)出長方形光斑，出光率高，亮度高，照明均勻的配光杯。本發(fā)明通過下述技術方案來解決上述的技術問題一種配光杯，包括杯底和杯壁，杯底和杯壁內(nèi)表面設置有反光層，杯底中央用于安裝光源，杯壁圍成長方形的杯口，杯口的長度方向和寬度方向上的散射角為一預定值，杯壁內(nèi)表面為根據(jù)斯涅爾定律用積分迭代法計算的自由曲面，杯壁長度方向的反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯壁寬度方向上的反射光線的散射角與杯口散^]"角相同。本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明將點光源轉(zhuǎn)化成長方形的光斑射出，有利于本發(fā)明在狹長空間使用；反射光線經(jīng)配光杯內(nèi)壁反射后的光線組成與所述主光斑形狀對應的長方形疊加光斑，這樣，本發(fā)明的照明效率更高，照明亮度更高，光斑更均勻。上述技術方案還可以通過以下附加技術特征進一步改進杯口長度方向上的散射角為30°，杯壁的長度方向反射光線的散射角為30°。杯口寬度方向上的散^f角為62°;杯壁的寬度方向反射光線的散射角為62°。所述的反光層為介質(zhì)膜或者金屬膜。所述反光層為鋁電鍍層。本發(fā)明要解決的另一個技術問題是提供一種可以在地面上形成長方形光斑，出光亮度高，照明更均勻的路燈。本發(fā)明通過下述技術方案來解決上述的技術問題一種路燈，包括燈桿，安裝在燈桿頂部的配光杯，配光杯內(nèi)設置有光源，所述配光杯杯口為長方形，其長度方向和寬度方向上的散射角為一預定值，杯壁內(nèi)表面為根據(jù)斯涅爾定律用積分迭代法計算的自由曲面，杯壁的長度方向上反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯壁的寬度方向上反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯口的長度方向與馬路方向同向。本發(fā)明的有益效果是由于所述配光杯能產(chǎn)生長方形，亮度高，照明均勻的光斑，與圓形的光斑相比，在相同的照明強度下，兩燈桿間的距離可以相隔更遠，這樣在單位長度的馬路上安裝路燈的數(shù)量可以更少，達到節(jié)省路燈數(shù)量和節(jié)能的效果。所述杯口長度方向上的散射角為30°，杯壁的長度方向反射光線的散射角為30。。所述杯口寬度方向上的散射角為62°;杯壁寬度方向反射光線的散射角為62。。所述燈桿頂部安裝有多個配光杯，每一配光杯內(nèi)各設置有一光源。所述的多個配光杯整齊排列或交錯排列。所述光源為大功率LED。所述配光杯的前面還設置有配光板。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，圖1是本發(fā)明配光杯的結構示意圖；圖2是本發(fā)明配光杯內(nèi)壁截面的結構示意圖；圖3a是本發(fā)明配光杯寬度方向配光方案示意圖；圖3b是本發(fā)明配光杯長度方向配光方案示意圖；圖4是本發(fā)明配光杯杯壁曲面截面曲線的數(shù)學模型；圖5是本發(fā)明路燈的第一實施例的結構示意圖；圖6是本發(fā)明路燈的第二實施例的結構示意圖之一；圖7是本發(fā)明路燈的第二實施例的燈頭的結構示意圖之二；圖8是本發(fā)明路燈的第二實施例的燈頭的結構示意圖之三。具體實施方式參看圖1和圖2，首先介紹本發(fā)明配光杯1的結構及其制造方法進而說明本發(fā)明的配光方法原理和采用該配光杯1的路燈的結構。所述的配光杯1為一長方殼體，杯底11為長方形，中央設置有光源安裝孔，于本發(fā)明中，所述光源應該采用點光源14,只要其發(fā)出的光線呈朗伯體輻射即可，就現(xiàn)有技術而言，該光源可以選用大功率LED、鴨絲燈或熒光燈等。四面杯壁12、13圍置成長方形的杯口，杯底11及杯壁12、13內(nèi)表面皆設置有反光層，該反光層可以是介質(zhì)膜如Ti02，Si02或MgF2，也可以是金屬膜如鍍鋁、鍍銀，還可以直接在杯底11及杯壁12、13打磨光滑而成，或其他能夠保證該曲面達到相當?shù)姆垂庑Ч姆椒庸ざ?。杯?2、13的設計應該能將杯底11中央的點光源14發(fā)出的光線一次性反射到配光杯1夕卜，減少光線在配光杯1多次反射造成的光能量損失，根據(jù)斯涅爾定律通過合理的設計杯壁12、13與杯底11的夾角就能做到這一點，當然為了控制反射光線的角度在一個小范圍內(nèi)變化，最終控制配光杯1投射出去的光斑的形狀與光斑各區(qū)域的亮度，本發(fā)明的杯壁12、13采用自由曲面設計。下面以配光杯1的長度方向的杯壁13設計為例說明本發(fā)明配光杯1的結構及設計原理，參考圖3b和圖4，以杯底11中央即光源14處為原點建立二維坐標，豎直方向為Y軸，水平方向為X軸。首先說明主光斑的散光角度的確定，所謂散光角度即是直接射出配光杯的光線與配光杯軸線(即是圖4中的Y軸)的最大夾角，也可以說是恰好越過配光杯邊緣直接射出的那支光線與配光杯軸線的夾角。該主光斑的散光角度對光斑的形狀、亮度有很大的影響，在光源14與目標照明物之間距離不變的情況下，散光角度越大，光斑的面積也就越大，亮度越低，反之亦然，設計人員可以根據(jù)實際需要運用勾股定理來確定，例如若將本發(fā)明運用于路燈上，則可參考出射角為30°，安裝高度為12M，得到寬度為13.8M的光斑。再次說明反射光線散光角度的確定，所謂的反射光線的散光角度，指的是照射到配光杯1內(nèi)壁13上每一點的反射光線與配光杯1軸線的夾角，本發(fā)明中，反射光線由于經(jīng)過四面杯壁13的反射，其組成的疊加光斑也必然是與主光斑相似的長方形，再通過設計杯壁13的曲率控制杯壁13上每一點的反射光線的出光角度，從而控制疊加光斑的形狀和亮度，讓該疊加光斑疊加到主光斑的外圍光線較弱的區(qū)域，最終使得經(jīng)本配光杯配光1得到的光斑亮度比較均勻。首先確定最大出射角，即是照射到杯壁13最上沿的反射光線與配光杯1軸線的夾角，本發(fā)明的目的是讓疊加光斑疊加到主光斑的外圍光線較弱的區(qū)域，這時，該最大出射角應該與主光斑的出射角相等，這樣，照射到左邊杯口邊緣的光線就可被反射到主光斑最右側(cè)的邊緣；然后，設計照射到杯口邊緣以下的杯壁的反射光線的出射角等比縮小，反射光線朝主光斑內(nèi)部移動，這樣，就可以形成為主光斑由外至內(nèi)補強的疊加光斑，使得最終光斑整體亮度均勻。實現(xiàn)上述反光功能的杯壁曲面其實是根據(jù)斯涅爾定律用積分迭代法計算的自由曲面，參考圖4，該曲面橫截面的曲線滿足以下方程組<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>本發(fā)明以杯壁13高度(即杯口的Y軸坐標)為10匿，杯底寬度為6麗，主光斑的出光角度為30°，照射到配光杯內(nèi)壁13的反射光線的出光角度由杯口至杯底依次以30。0°等比蔣斤變?yōu)槔_定曲線上點的坐標，將杯壁高度等分成一千個點積分于是有Ay=o,oi<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>由上述的方程組可以用積分迭代的數(shù)值計算方法從下往上一直算出曲線上每個點的坐標，如第一點的坐標為(3.00577，0.01)，第二點的坐標為(3.01152，0.02)，第三點的坐標為(3.01726，0.03)……最后一點的坐標為(5.77350,10)，本例中是將Y方向分成IOOO點來積分，根據(jù)實際精確度的需要，可以相應擴大或縮小積分點。同理，可以設計出配光杯寬度方向的杯壁的自由曲面。以主光斑在配光杯寬度方向上的出光角度為62。，照射到配光杯杯口內(nèi)壁13的反射光線的出光角度由杯口至杯底依次以62。30°等比漸變?yōu)槔?，最后得到的配光?安裝高度在12M時，得到照明均勻的40MX13.8M的長方形光斑。以上取點計算可以通過計算機軟件來輔助完成，然后將各點連接成光滑曲線再通過計算機繪圖軟件生成模型，最后即可通過數(shù)控機床加工或精密鑄造的方法生產(chǎn)制造。參照圖5，一種采用上述配光杯1的路燈，該路燈有兩種實施方式，一是在燈桿2頂部安裝一如上述的配光杯l，配光杯1內(nèi)設置有光源14,該光源可以高壓鈉燈或大功率LED，所述配光杯l的長方形杯口沿馬路方向。這樣長方形光斑的長度方向沿馬路方向延伸，與圓形的光斑相比，避免了光斑在馬路中央重疊和光斑的部分投射到馬路外，在相同的照明強度下，兩燈桿間的距離可以相隔更遠，這樣在單位長度的馬路上安裝路燈的數(shù)量可以更少，達到節(jié)省路燈數(shù)量和節(jié)能的效果。此外，還可以在所用的反射式配光杯的前面加上具有散光結構的配光板15，這樣能夠起到防炫目的功能。參考圖6、7和8，路燈的另一種實施方式還可以在所述燈桿頂部設置有一燈頭3，燈頭3內(nèi)設置有多個如上所述的配光杯1，每一配光杯1內(nèi)各設置有一光源14，所有杯口的長邊與馬路方向平行，所述的多個配光杯1的排列方式可以是如圖7所示的交錯排列，也可以是如圖8所示的整齊排列。光斑的大小，亮度，與路燈的高度和LED的數(shù)量有關，以下是本發(fā)明的各種高度，和LED數(shù)量的路燈的測試數(shù)據(jù)，用戶在實施設計中可以根據(jù)實際需要選擇。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>說明:以上燈具光通量為一個燈具測試得出的數(shù)據(jù)。選用的LED為1WLED。光通量為7080LM/顆。權利要求1、一種配光方法，包括光源和配光杯，其特征在于光源發(fā)出的光線部分直接照射到配光杯外構成直射光線，部分照射到配光杯內(nèi)壁后反射到配光杯外構成反射光線；所述直射光線具有一預定的散射角，且組成長方形主光斑，所述反射光線在主光斑的長度方向散射角與直射光線的散射角相同，所述反射光線在主光斑的寬度方向上的散射角與直射光線的散射角相同，且反射光線組成與所述主光斑形狀對應的均勻的長方形疊加光斑。2、根據(jù)權利要求1所述的一種配光方法，其特征在于在光斑的長度方向上，直射光線的散射角為30。，反射光線的散射角同樣為30。。3、根據(jù)權利要求1所述的一種配光方法，其特征在于在光斑的寬度方向上，直射光線的散射角為62。，反射光線的散射角同樣為62。。4、一種配光杯，包括杯底和杯壁，杯底和杯壁內(nèi)表面設置有反光層，杯底中央用于安裝光源，杯壁圍成長方形的杯口，其特征在于杯口的長度方向和寬度方向上的散射角為一預定值，杯壁內(nèi)表面為根據(jù)斯涅爾定律用積分迭代法計算的自由曲面，杯壁長度方向的反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯壁寬度方向上的反射光線的散射角與杯口散射角相同。5、根據(jù)權利要求4所述的一種配光杯，其特征在于杯口長度方向上的散射角為30。，杯壁長度方向反射光線的散射角為30°。6、根據(jù)權利要求4所述的一種配光杯，其特征在于杯口寬度方向上的散射角為62。；杯壁寬度方向反射光線的散射角為62。。7、根據(jù)權利要求4至6任一項所述的一種配光杯，其特征在于:所述的反光層為介質(zhì)膜或者金屬膜。8.光層為鋁電鍍層。9、一種路燈，包括燈桿，安裝在燈桿頂部的配光杯，配光lf內(nèi)設置有光源，其特征在于所述配光杯杯口為長方形，其長度方向和寬度方向上的散射角為一預定值，杯壁內(nèi)表面為根據(jù)斯涅爾定律用積分迭代法計算的自由曲面，杯壁的長度方向上反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯壁的寬度方向上反射光線的散射角與杯口散射角相同，杯口的長度方向與馬路方向同向。10、根據(jù)權利要求9所述的一種路燈，其特征在于所述杯口長度方向上的散射角為3(T，杯壁長度方向反射光線的散射角為30°。11、根據(jù)權利要求9所述的一種路燈，其特征在于所述杯口寬度方向上的散射角為62°;杯壁寬度方向反射光線的散射角為62°。12、根據(jù)權利要求9至11任一項所述的一種路燈，其特征在于:所述燈桿頂部安裝有多個配光杯，每一配光杯內(nèi)各設置有一光源。13、根據(jù)權利要求12所述的一種路燈，其特征在于:所述的多個配光杯整齊排列或交錯排列。14、根據(jù)權利要求9至11任一項所述的一種路燈，其特征在于:所述光源為大功率LED。15、根據(jù)權利要求9至11任一項所述的一種路燈，其特征在于:所述配光杯的前面還設置有配光板。全文摘要本發(fā)明公開了一種配光方法、配光杯及采用該配光杯的路燈，所述配光方法將光源發(fā)出的光線部分直接照射到配光杯外構成直射光線組成長方形主光斑，部分照射到配光杯內(nèi)壁后反射到配光杯外構成反射光線組成與所述主光斑形狀對應的均勻的長方形疊加光斑；配光杯包括長方形的杯口，和采用自由曲面設計的杯壁，杯壁反射光線的散射角與杯口光線的散射角相同；路燈包括燈桿，安裝在燈桿頂部的上述配光杯，配光杯內(nèi)設置有光源，配光杯的杯口長邊與馬路方向同向，本發(fā)明具有光斑均勻，節(jié)省路燈數(shù)量等優(yōu)點，適用于路燈及相關燈具的設計中。文檔編號F21V7/10GK101255974SQ20081008529公開日2008年9月3日申請日期2008年3月10日優(yōu)先權日2007年10月13日發(fā)明者張志輝,李榮彬,雪杜,樊邦弘,蔣金波申請人:鶴山麗得電子實業(yè)有限公司;蔣金波;杜雪