專利名稱：Led照明燈具及其照射方法
LED照明燈具及其照射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明裝置，尤指LED照明燈具。背景技術(shù)：
近幾年，隨著LED的發(fā)光效率增長100倍，成本下降10倍，其 在照明領(lǐng)域的發(fā)展前景，吸引全球照明大廠家都先后加入LED光源及 市場開發(fā)中。美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導(dǎo)體照明計劃。我 國2001年863計劃立項，2003年緊急啟動了 "國家半導(dǎo)體照明工 程"。從2006年的"十一五"開始，國家將把半導(dǎo)體照明工程作為 一個重大工程進行推動。當(dāng)前，我國經(jīng)濟快速增長，能源緊張的矛盾 日益顯現(xiàn)，我國照明所消耗的電能約占電力總消耗量的1/6，因此提 高照明產(chǎn)品的能效水平，無疑將較大幅度降低能源消耗，有效緩解目 前我國電力供應(yīng)緊張的局面。國家將貫徹節(jié)能優(yōu)先政策，并將"照明 器具"列入節(jié)能重點領(lǐng)域，在"十一五"期間，大力推進綠色節(jié)能照 明工程，LED路燈就是LED技術(shù)的重要節(jié)能應(yīng)用。
現(xiàn)在的交通道路照明設(shè)計通常采用常規(guī)光源的配光曲線呈廣角 度圓周正態(tài)分布，而現(xiàn)在道路照明設(shè)計大都采用單側(cè)照明，這樣就會 造成局部光源浪費在屋邊照明的地方；另外因為依照現(xiàn)在的交通照 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，道路方向路燈間距一般是3倍于燈高，由于常規(guī)光源的配 光曲線的關(guān)系造成有些光源無法照明的黑暗地帶。這不僅造成能源的 浪費，也給夜間行駛帶來很大的不便，產(chǎn)生安全隱患。如高速公路照 明，路面寬llm，需30m設(shè)置一路燈(燈高12m)，如圖1所示，采用單燈照射，單燈光斑半徑為5. 5m，則光斑面積3. 14*5. 5m*5. 5m=95 m2，而兩燈間光斑未覆蓋路面面積為30m*llm-95 m2=235 m2。
如增大光斑面積，使相鄰兩光斑可以相連接，如圖2所示采用大
角度LED，則單燈光斑面積二3. 14*15m*15m=706.5 nf;單燈照射路面
面積30m*llm=330 m2，照射到路面外面積為706. 5 m2-330 m2=376. 5 m2
占總面積的53.2%，故其有效照射率為46.8%;這種方式雖解決了兩
燈之間的部分黑暗帶(殘余黑暗帶a區(qū))，但是造成一半以上的光效
浪費(光害b區(qū))，且因為光斑較大，照度較弱。
美國CREE公司網(wǎng)站揭露了一種LED路燈6'，該路燈6'由六組 或八組LED分布在"V"形燈架4' 、 5'上，其中如圖3所示，中間 兩組為裸燈設(shè)置的LEDla' 、 lb'，該兩組的LEDla' 、 lb'垂直照 射路面，其余幾組LED2a' 、 2b' 、 3a' 、 3b'分別呈不同角度設(shè)置 于"V"形燈架4' 、 5'上且燈頭外設(shè)有透鏡罩，從而使照射范圍增 大。這樣就在路面上形成六個或八個并排的圓形光斑，但兩圓形光斑 間A處仍會有黑暗地帶；CREE公司為解決上述問題，將每組LED的
數(shù)目增加，從而增大每個圓形光斑的面積，如圖4所示，此時單燈光 斑面積3. 14*15m*10m=471 m2，單燈照射目標(biāo)路面面積二30r^llnF330 m2，單燈光斑照射路面以外面積為471 m2-330 m2=141 m2，占光斑總面 積的30%，故其有效照射率為70%，另外此種路燈還有個缺陷為光斑 明暗相間，不均勻。
另外歐司朗公司使用了新型橢圓透鏡，使路燈在路面上形成橢圓 光斑，但是如圖5所示這種光斑中心和邊緣的亮度比達到4比1，邊 緣的光度達不到要求，尤其在霧天或雨天，邊緣的亮度可能更少甚至 黑暗。臺灣光寶公司在圖2基礎(chǔ)上采用遮光的方式將照射到路面外的 光反射回路面。即燈桿方向垂直遮光，另一端采用反射方式。這種 方案解決了部分光效浪費，但光斑中心和兩端的亮度比達到4比1， 邊緣的光度達不到要求，尤其在霧天或雨天，邊緣的亮度可能更少甚 至黑暗。
中國專利CN1995808分割式LED投射照明方法公開一種LED路 燈，其方案是確定被照射面和大功率發(fā)光二極管燈的數(shù)量；設(shè)置大功 率發(fā)光二極管燈；配設(shè)投影透鏡組；其中被照射面可被劃分成相鄰且 按一定規(guī)則分布的一個個被照射面單元，被照射面單元的數(shù)量與大功 率發(fā)光二極管燈的數(shù)量相同；被照射單元的面積的光通量*投影透鏡 透過率/被照面要求的平均照度；但該專利沒有考慮到路燈是設(shè)在12 高的燈桿上，光從LED照到地面上要經(jīng)12m到22m的距離，實際接收 端被照物表面上單個像素點的有效光通量=(發(fā)射端對應(yīng)LED的總光 通量X熱衰減因素X透鏡淬取率+余光)X透過率X距離損失因素， 因此亮度要遠小于該專利中所述的15Lux，因此其燈的數(shù)目顯然不能 如該專利所述設(shè)置，故其沒有工業(yè)實用性，另外如該專利附圖如圖6 所示，其外圍LED呈現(xiàn)環(huán)形設(shè)置，因此其在地面上的照射面只能是圓 形或者橢圓形，無法實現(xiàn)道路的矩形照射。
專利ZL200720039483. 1公開了一種大功率LED路燈，如圖7所 示其具體實施方案為(7b為兩端封擋、8b為翅形散熱片、9b為殼 體、10b為導(dǎo)熱膠、llb為印刷電路板、12b為密封圈、13b為出光透 鏡、14b為發(fā)光二極管、15b為透光罩、16b為封擋固定孔)LED14b 貼裝在鋁基印刷電路板lib上，鋁基印刷電路板lib嵌入在燈頭殼體9b內(nèi)側(cè)，LED14b的出光口配置透鏡13b，透光罩15b直接與殼體9b 連接，殼體9b內(nèi)設(shè)有翅形散熱片8b， LED14b沿縱向或環(huán)形或呈陣列 狀均勻分布于透光罩15b內(nèi)。根據(jù)該專利所述
該專利的透鏡排列方式類似于CREE的V排列只不過形式改為倒 V形(與專利200720005613. X的沙漏形相同)，同樣在被照射面上 形成與CREE路燈相似的光斑；故該專利也會產(chǎn)生同CREE路燈相同的 問題。
現(xiàn)在一般的LED路燈大都采取一體化的設(shè)計(例如光寶、CREE 等)驅(qū)動電源、防水外殼、LED等都容納在一起，當(dāng)出現(xiàn)故障時，維 修需要整組拆卸，非常不方便；而且LED和驅(qū)動電源兩個發(fā)熱源在同 一個空間內(nèi)發(fā)熱會有較大的熱干擾，熱量一旦不及時散發(fā)就會影響 LED的工作效率以及壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用廣域多角度逐點掃描式照射方法，每個LED為被照射 面上對應(yīng)的像素點提供照射。故本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種照射范圍較 大且照明亮度較均勻在有效照射范圍之內(nèi)最亮處與最暗處照度比趨 近于l: 1，無黑帶、無光污染的LED照明燈具和照射方法。
為達成上述目的，本發(fā)明提供一種LED燈 的照射方法，該方法 包括將單個LED燈具所控制照射的路面劃分為多個正方形照射區(qū) 域，所有照射區(qū)域布滿需照射路面；所述LED燈具上安裝有多個呈穹 形曲面陣列分布的LED，所述LED的個數(shù)與所述照射區(qū)域的個數(shù)相同， 每個LED前分別設(shè)置有凸透鏡，調(diào)節(jié)每個凸透鏡和與其相對應(yīng)的LED之間的距離，使每個LED在路面上的光斑與對應(yīng)的照射區(qū)域外接并且 使相鄰兩個光斑的邊緣部分重疊；被照射路面最亮處與最暗處的照度 比為0.5 1，優(yōu)選地是，被照射路面最亮處與最暗處的照度比趨近 于l。照射區(qū)域的個數(shù)滿足燈具的有效照射率至少為0. 75，其中，所
述有效照射率為燈具的有效照射面積與燈具的總照射面積的比值。
在路面寬度方向上至少具有兩個照射區(qū)域，燈桿左右兩側(cè)的照射 區(qū)域關(guān)于燈桿對稱分布。優(yōu)選地是，所述有效照射率為至少為0.90， 并且在路面寬度方向上至少具有3個照射區(qū)域。
每個照射區(qū)域的面積大體相同，每個LED在路面上的光斑對應(yīng)完 全覆蓋每個照射區(qū)域。優(yōu)選地是，相鄰兩個照射區(qū)域的面積不同，每 個LED在路面上的光斑對應(yīng)完全覆蓋每個照射區(qū)域。
所述每個LED的發(fā)光效率相同和驅(qū)動電流相同。然而，每個LED 的發(fā)光效率也可不同，或者為每個LED提供的驅(qū)動電流不同。
本發(fā)明還提供一種LED燈具，其包括透鏡模組、外殼散熱模組、 LED模組、固定模組和驅(qū)動電源模組；所述透鏡模組包括燈罩和安裝 在燈罩上的凸透鏡；所述LED模組由固定管身和安裝在固定管身上的 LED組成，每一 LED與每一凸透鏡一一對應(yīng)并且每一 LED發(fā)出的光能 夠垂直通過相對應(yīng)的凸透鏡，所述LED在呈穹形曲面陣列分布，相鄰 兩個LED在路面上的光斑的邊緣部分重疊，所有LED的光斑布滿需照 射路面；LED的數(shù)量和分布要滿足其有效照射率至少為0.75，所述有
效照射率為燈具的有效照射面積與燈具的總照射面積的比值。 本發(fā)明還提供一種將LED排列在LED燈具上的方法，其包括(1 ) 將單個LED燈具所控制照射的路面劃分為多個正方形 照射區(qū)域，所有照射區(qū)域布滿需照射路面，該正方形 即為每一LED在路面所形成光斑的內(nèi)接正方形，照射 區(qū)域的數(shù)量即為燈具上LED的數(shù)量，其中LED的數(shù)量 和分布要滿足其有效照射率為0. 75以上；
(2) 如圖8所示，X軸為道路長度方向，Y軸為道路寬度方 向，Z軸則為燈桿高度方向，按照下述公式計算每個 LED在所述LED燈具上的安裝位置
a =arcCos---
q ^ ，2+層2—iW2 P =arcCos-
Y =arcLos~^-
其中，OP為燈桿到照射區(qū)域中心的橫向距離，PN為燈桿到照射 區(qū)域中心的縱向距離，OM為燈桿垂直高度，麗為LED燈具到照射區(qū) 域中心的距離，MN=^6>M2+QP2+iW2 ， a為麗連線方向與燈桿的 夾角，P為麗連線方向在路寬與路面垂直方向的夾角，Y為麗連線 方向在路長與路面垂直方向的夾角；
(3) 根據(jù)計算出的角度，將每一LED安裝在所述LED燈具上， 在LED燈具照射范圍內(nèi)的任意LED的照射距離以及位置均可由以上公 式計算得出。
為達到整個被照射面的均勻照明使最亮與最暗處的照度比趨近 于1: 1，可以采用使用不同發(fā)光效率的LED燈(相同電流，流明值不同)或者給相同的LED提供不同的驅(qū)動電流。
電路控制因為在特定環(huán)境或者是有照度要求的情況下，我們需
要更高的亮度來滿足需求，所以此時需要提高輸出的恒流電流大小，
用原有的LED來獲得更高的光通量和照度，此調(diào)節(jié)方式為四段調(diào)節(jié)； 四段調(diào)整式
1. 輸入電壓100 264VAC
2. 輸出電壓范圍10V、2VDC
3. 輸出電流調(diào)整段數(shù)350mA ， 500mA ， 700mA ， 1000mA
4. 每一波段可使用瓦數(shù)MAX 15W
5. 效率80% (預(yù)估)
6. MTBF: 100000小時
7. 防雷擊(Surge Immunity Test ， EN61000-4-5 L-N 1KV; L-G 2KV; N-G 2KV)， IP65
8. 短路保護(AUTO RECOVER)
9. 溫升25°C
10. 電壓調(diào)整方法指撥開關(guān)或DAMP方式 在燈罩上蓋上設(shè)有若干散熱內(nèi)鰭片，其中在散熱內(nèi)鰭片外部設(shè)有
弧形外鰭片，該外鰭片與燈罩間形成沿散熱內(nèi)鰭片徑向方向的空氣通 道。
所述的LED設(shè)置在若干組模塊上，在模塊上設(shè)有集成有凸透鏡的 透明罩，所述的LED路燈，燈體為拱形，用支架連接一端放置LED模 塊， 一端放置驅(qū)動電源。
所述的電源為與LED模塊數(shù)量對應(yīng)的密閉電源盒，驅(qū)動電源模組與LED照明模組分離，每個電源盒內(nèi)設(shè)有與一組LED模塊數(shù)量相等的 恒流電源，該恒流電源兩端分別插接在高低壓插接座上。
所述的LED照明燈具模組內(nèi)燈殼內(nèi)底面由若干不同角度的小平 面構(gòu)成每個平面上都設(shè)有LED固定孔，LED通過固定孔用螺釘固定在 燈殼上；該LED照明燈具燈罩呈波浪形，在燈置上與每個LED對應(yīng)的 位置設(shè)有凸透鏡，該凸透鏡與LED光路垂直。
所述的LED通過螺釘固定在燈殼底部上，每個LED下有墊片通過 控制墊片的厚度以及數(shù)量來控制每個LED到其相對應(yīng)透鏡的距離，從 而以焦距的調(diào)整來實現(xiàn)每個LED通過透鏡產(chǎn)生的光斑大小。
所述的LED照明燈具中間部分LED燈采用平板燈罩，在兩端的
LED前部設(shè)置透鏡采用廣域多角度的照射方法。
采用上述的技術(shù)方案后，由于每一個LED對應(yīng)路面上一個照射區(qū) 域，而光斑是LED的匯聚光而不是發(fā)散光，亮度較均勻。通過調(diào)節(jié)透 鏡裝置來控制該光斑的大小，該光斑既可以是邊緣相連或邊緣形成重 疊。由于待照射區(qū)域上的每個照明單元都被相應(yīng)的LED形成的光斑所 覆蓋，因此不存在照射死角，整個被照面亮度非常均勻；同時所有 LED均照射在對應(yīng)區(qū)域，不會照射到路面外面，不會產(chǎn)生光污染，也 不會有光效浪費；而負責(zé)照明的LED模組與驅(qū)動電源模組采用分離設(shè) 置，避免發(fā)熱源之間的熱干擾，降低LED溫升提高其發(fā)光效率；將燈 具整體拆分開來以后還能顯著的降低風(fēng)阻、增大散熱面積；且模組化 的人性設(shè)計也使得后期的維護變得非常方便(每個模組的電源或者 LED損壞不需要立即維護，因為其他組正常工作，不影響照明，只需 定期統(tǒng)一維護即可)。
圖1是習(xí)用路燈路面照射示意圖2是另一習(xí)用路燈路面照射示意圖3是美國CREE公司路燈結(jié)構(gòu)示意圖4是美國CREE公司路燈路面照射示意圖5是常用路燈光斑不同區(qū)域照度比值示意圖6是又一對比技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖7是再一對比技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明單LED照射角度示意圖9是本發(fā)明LED光路示意圖IO是本發(fā)明光斑填充示意圖11是本發(fā)明光害模擬示意圖； 圖12是本發(fā)明技術(shù)方案一組合圖； 圖13是本發(fā)明技術(shù)方案一爆炸圖； 圖14是本發(fā)明技術(shù)方案一內(nèi)鰭片示意圖； 圖15是本發(fā)明技術(shù)方案二組合圖； 圖16是本發(fā)明技術(shù)方案二爆炸圖； 圖17是本發(fā)明技術(shù)方案二照明模組單體爆炸圖; 圖18是本發(fā)明技術(shù)方案二電源盒結(jié)構(gòu)爆炸圖； 圖19是本發(fā)明技術(shù)方案三光斑示意圖； 圖20是本發(fā)明技術(shù)方案三結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式
下面將結(jié)合附圖，對發(fā)明進行詳細描述。如圖8、圖10所示，將被照射面均分，使每個LED對應(yīng)路面上 一個獨立的照射區(qū)域，因為每個LED只負責(zé)一個狹小的照明區(qū)域，故 只有負責(zé)邊緣區(qū)域照射的LED會有光源的浪費，如圖ll所示對于 長L寬W的矩形照射面，將其均分為邊長為aXa的n等份，以b為 直徑的圓①b就是我們單LED加透鏡所需要在被照面上的像素點。 照射區(qū)域分別為正常照射區(qū)域、重疊照射區(qū)(兩相鄰光斑重疊區(qū)域)、 外區(qū)(位于所需照射區(qū)域之外一>光害區(qū)，但是如圖所示該區(qū)域的范 圍非常之小，基本可以忽略不計，單光斑的光害區(qū)面積
S光害=(;rx(^)2 -a2)/4 ;
S面積=;r x (^)2 ; 6 = ;
相之比于總照射面積有
S總光害—^光害XX" S總面積 ^面積XI1
注式中^為光害區(qū)域的數(shù)量，n為照射面均分的數(shù)量，當(dāng)單光 斑照射時/^=4，『l,此時k的值為0.364，但是我們知道此種廣域
多角度的LED燈具是用于大范圍的投射和泛光照明使用，故LED的
數(shù)目都會比較多^的值都會遠小于1， ^色的值就會趨近于0，所以
n S總向-彩4
我們可以說該種LED照明燈具的光污染趨近于0，有效照射率趨近 于l。
如圖9所示在發(fā)光源LED的光能通過透鏡聚焦約束以后再投射到被照射面這個過程種，發(fā)射端(LED端)的發(fā)射總光通量和接受 端(被照射物表面)的接受總光通量并不是相同的，因為他們會被光 源的工作參數(shù)、發(fā)光源距離被照物表面的距離、其他光源的干涉、透 鏡的萃取率、燈罩的透過率、空氣中微小顆粒的體積等等影響，發(fā)射
端的發(fā)射總光通量和接受端的接受總光通量滿足以下公式
接收端被照物表面上單個像素點的有效光通量K發(fā)射端對應(yīng)LED 的總光通量X熱衰減因素X透鏡淬取率+余光)X透過率X距離損失 因素
巾ff效二Ev平均XA二 (①vX p X ri+(D余光)X入X u畫 -一 Evto (照度被照物表面的平均照度為測量值或設(shè)計要求 值；單位勒克斯llux=llm/m2);
一-A (被照物被照亮的面積單位平方米m2); -一①v (發(fā)射端對應(yīng)LED的總光通量，LED的型號和其工作電參 數(shù)決定單位流明lm);
-一P (熱衰減因素，LED的發(fā)光效率會受到工作環(huán)境、元器
件溫度變化的影響其值在0 1之間)； -一il (透鏡萃取率，LED所發(fā)射出的光被透鏡聚焦折射的量與 LED說發(fā)射出的總的光的比值，與LED和透鏡之間的距 離、LED —次發(fā)光角度、透鏡的有效光學(xué)面積有關(guān)，其 值在0 1之間)； -一①余光(因為該LED燈具的發(fā)光源不是單一 LED而是多LED 陣列，故LED光源之間會有相互影響，余光值的大小與LED陣列的排布方式、LED和透鏡之間的距離有關(guān)單 位流明lm);
-一 A (透過率，該LED燈具的透鏡和透明燈罩均由P應(yīng)亞克力 射出成型，因為光線穿過透明材料都有損耗，該損耗與 透明材料的材質(zhì)有關(guān)，其值在0 1之間)；
—-U (光線經(jīng)過透鏡和透明燈罩以后射出燈具，然后經(jīng)過一段 路程到達被照射物表面，在光線這個穿越過程中，光線 會因為被空氣中的微小塵埃粒子、小液滴等反射和吸收 在到達被照射物表面時減弱；其值與照射距離、空氣的
溫濕度、天氣狀況等等因素有關(guān)，其值在0 1之間)；
通過上述公式，在了解被照射區(qū)要求(面積與平均照度)的條件
下即可反求出該LED照明燈具所需的發(fā)光效率或LED的驅(qū)動電流以及 總的LED數(shù)量。
以高速公路為例，若采用本燈具采用12m燈桿可達到30m (燈 距30m)乘11m的矩形照射范圍，距離燈具的最遠照射距離為22m， 若在22m處的平均照度要求為15Lux，單燈提供照射面積為①2. 5m的 圓，根據(jù)公式O有效二Ev平均XA二 (0)VX p X i!+①余光)X入X u ， 用適當(dāng)?shù)膮?shù)即可推算出負責(zé)該處照明的LED需要100流明的總光通 量。而整個照射面積為S二30mH41m二330m2，整塊面積的平均照度為 15Lux，同樣依據(jù)上述公式經(jīng)計算得出，我們僅僅需要8000流明(即 100只80流明的LED)的總光通量即可滿足照射要求。 如圖12、圖13所示，本發(fā)明的LED燈具由透鏡模組1、外殼散熱模組2、 LED模組3和固定模組4組成；透鏡模組1由燈罩11和凸 透鏡12組成；LED模組3由固定管身31、 LED32組成；固定模組4 由主梁41和副梁42組成。呈穹形曲面陣列分布的LED32安裝在固 定管身31上，每一組固定管身呈發(fā)散狀設(shè)在副梁42上，副梁41安 裝在主梁41上，兩相鄰副梁形成一定夾角，使固定管身之間呈發(fā)散 狀設(shè)置。透鏡模組1的燈罩11表面呈多組臺階狀，每個臺階面對應(yīng) 一固定管身31，在臺階階面上均設(shè)有凸透鏡12，該凸透鏡12可以是 與透明燈罩ll一體成型，或者是在臺階階面上設(shè)有通孔，凸透鏡12 粘接或以其他方式設(shè)置在該通孔內(nèi)。透明燈罩12設(shè)計成臺階狀的目 的是使凸透鏡12與每個固定管身31上的LED32發(fā)出的光垂直以達到 聚焦效果，通過調(diào)節(jié)凸透鏡12與LED32間的距離，使該LED32發(fā)出 的光在照射物上形成光斑，由于固定管身31都呈發(fā)散設(shè)置，可以使 每個固定管身31上的LED32發(fā)出的光分別照射不同的區(qū)域，從而實 現(xiàn)分區(qū)照射，每個固定管身31上的LED32形成的光斑可是獨立的， 也可通過調(diào)節(jié)使光斑邊緣相接；將組合好的透鏡模組1、 LED模組3 和外殼散熱模組2裝配好后通過固定模組4的主支梁43和燈桿接頭 44將燈具固定在燈桿上。外殼散熱模組2有21、 22、 23、 24、 25五 組，其上設(shè)有若干內(nèi)鰭片26，如圖14所示，帶弧形外表面的鰭片27 與內(nèi)鰭片26在散熱模組2上表面形成徑向方向的空氣通道。
如圖15、 16、 17、 18，所述的LED照明燈具由照明模組(由透 鏡模組la和LED模組2a組成)、固定模組3a、驅(qū)動電源模組4a組 成；照明模組為10組，分兩排以拱橋形呈發(fā)散狀設(shè)置在固定模組3a上。
固定模組3a由固定片31a、支撐架32a、主支撐桿33a以及燈桿 接頭34a、卡簧35a、固定螺釘36a組成，驅(qū)動電源模組4a設(shè)置在支 撐架32a上，每個驅(qū)動電源模組4a里面設(shè)置有與照明模組數(shù)量相等 的恒流驅(qū)動電源41a，該恒流驅(qū)動電源41a兩端分別接插在高低壓接 插座上，每組照明模組包含10只LED燈組成(350mA電流的基礎(chǔ)標(biāo) 準(zhǔn)功耗為10W，其具體功耗由驅(qū)動電源模組提供的電流決定，為可調(diào) 整值)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)功耗為100W時，為減少LED燈具體積，LED照明模組 分為兩大組，前4模組、后6模組作平行排列。
采用上述方案后，LED與電源均采用模塊化設(shè)置，當(dāng)一個模塊 壞后不影響整燈的照明，采用插件方式維修方便，成本低，另外電源 和LED分別設(shè)置，有利散熱，另可以在兩弧面間設(shè)散熱片。采用模塊 化LED燈和電源后，當(dāng)其中一個LED或電源發(fā)生故障時，不影響整個 LED燈的照明，因此不需要隨時維修，只需一定周期進行維護，同時 維修時只要換其中一個模塊，而不需將整個燈拆下迸行更換，省人力 物力。
如圖17所示，所述的照明模組由透鏡模組la和LED模組2a組 成，透鏡模組la和LED模組2a安裝在燈殼5a內(nèi)，燈殼5a內(nèi)表面為 多角度臺階面拼合而成，每個臺階面的角度呈發(fā)散狀，每個臺階面上 固定一個LED21a，透鏡模組la安置在LED模組2a上方，透鏡模組 表面也呈多角度臺階面，每個臺階面的角度與燈殼5a的角度相對應(yīng)， 透鏡模組的每一個臺階面上都設(shè)置一個凸透鏡lla，該凸透鏡lla與LED21a的光路相垂直，LED21a與燈殼5a之間有墊片6a，該墊片有 多種規(guī)格，通過調(diào)整墊片的厚度來調(diào)整LED21a與透鏡模組la之間的 距離，使該LED21a發(fā)出的光在被照物上形成光斑，由于燈殼5a內(nèi)表 面臺階面都呈發(fā)散設(shè)置，所以每個臺階面上的LED21a發(fā)出的光分別 照射不同的區(qū)域，從而實現(xiàn)分區(qū)照射，每個臺階面上的LED21a形成 的光斑可是獨立的，也可通過調(diào)節(jié)使光斑邊緣相接；透鏡模組1使用 卡環(huán)51a固定在燈殼5a上，透鏡模組la與燈殼5a中間置硅膠防水 條7a，緊壓后達到防水的作用。
圖18所示，所述的驅(qū)動電源模組4a由恒流驅(qū)動電源41a、密封 圈42a、上蓋43a、低壓端子44a、卡扣45a、殼體46a、高壓端子47a 組成，恒流驅(qū)動電源41a置于殼體46a中，在恒流電源41a兩端分別 是低壓端子44a和高壓端子47a，交流輸入和直流輸出分別用方便插 拔的防水接口端子來連接方便維護和組裝操作，上蓋43a和殼體46a 之間有密封圈42a，上蓋43a壓緊42a則可起到密封防水的作用。
由于LED按不同角度設(shè)置，可實現(xiàn)對被照射物的分區(qū)照射，每組 安裝導(dǎo)柱上的LED采用不同的顏色，如照射草地用綠色，照射水池用 藍色，照射車道用白色，照射人行道用暖白等，每個安裝導(dǎo)柱上可設(shè) 兩個以上不同顏色的LED，可根據(jù)需要，通過電路控制實現(xiàn)每個安裝 導(dǎo)柱上的LED發(fā)出的光呈現(xiàn)不同的顏色，該顏色可以是固定的也可以 是漸變的或者為跳躍閃爍，而多組LED還可實現(xiàn)跑馬燈的功能。
本發(fā)明路燈照射區(qū)域也可接—角^fte分區(qū)，丄ED在加二次光學(xué)透 鏡后其照射角將變小通過調(diào)節(jié)LED與透鏡間距離，照射角將在幾度到30度間變化，這樣每一盞LED燈在照射面上形成若干亮度均勻的呈 現(xiàn)陣列排布的光斑。
如圖19、圖20為減小路燈的體積、降低風(fēng)阻，本發(fā)明也可在道 路長度方向的中間部分采用光寶或者是OSRAM的方式進行照明，在道 路長度方向的兩端的LED前部設(shè)置透鏡，利用透鏡聚光的特性為邊緣 補光，這樣就解決了歐司朗和光寶公司路燈中間亮邊緣暗的問題。
另外由于本發(fā)明采用分區(qū)照射，人眼最多只看到兩個一半的LED， 因此不會產(chǎn)生炫光，較安全，不會有光污染。
以上描述僅為本發(fā)明的實施例，諒能理解在不偏離本發(fā)明的構(gòu) 思下，對本發(fā)明簡單的修改和替換皆應(yīng)包含在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種LED燈具的照射方法，包括將單個LED燈具所控制照射的路面劃分為多個正方形照射區(qū)域，所有照射區(qū)域布滿需照射路面；其特征在于所述LED燈具上安裝有多個呈穹形曲面陣列分布的LED，所述LED的個數(shù)與所述照射區(qū)域的個數(shù)相同，每個LED前分別設(shè)置有凸透鏡，調(diào)節(jié)每個凸透鏡和與其相對應(yīng)的LED之間的距離，使每個LED在路面上的光斑與對應(yīng)的照射區(qū)域外接并且使相鄰兩個光斑的邊緣部分重疊；被照射路面最亮處與最暗處的照度比為0.5～1，照射區(qū)域的個數(shù)滿足燈具的有效照射率至少為0.75，其中，所述有效照射率為燈具的有效照射面積與燈具的總照射面積的比值。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在路面寬度方向上至 少具有兩個照射區(qū)域，燈桿左右兩側(cè)的照射區(qū)域關(guān)于燈桿對稱分布。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述有效照射率為至 少為0.90，并且在路面寬度方向上至少具有3個照射區(qū)域。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于每個照射區(qū)域的 面積大體相同，每個LED在路面上的光斑對應(yīng)完全覆蓋每個照射區(qū) 域。
5、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于相鄰兩個照射區(qū) 域的面積不同，每個LED在路面上的光斑對應(yīng)完全覆蓋每個照射區(qū)域。
6、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述每個LED的 發(fā)光效率相同和驅(qū)動電流相同。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于被照射路面最亮處與最暗處的照度比趨近于l。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于每個LED的發(fā)光效率不同，或者為每個LED提供的驅(qū)動電流不同。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于每個LED的驅(qū)動電流采用調(diào)四段調(diào)整式調(diào)節(jié)，可按需求調(diào)整為350mA 、 500mA 、 700mA 、綱0mA。
10、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述LED的發(fā)光效率或驅(qū)動電流可直接或間接根據(jù)下述公式獲得Ev平均XA二 (①vX p X ri+①余光)X入X p ;其中Ev ,，-一照射區(qū)域的平均照度值,為測量值或設(shè)計要求值；A ---照射區(qū)域面積；Ov —-單個LED燈具的發(fā)光效率；P---熱衰減因素，其值在0 1之間；n—-透鏡萃取率，其值在0 1之間；①余光---余光值；入一-透過率，其值在0 1之間；" 一-距離損失因素，其值在0 1之間。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述LED的發(fā)光效率或驅(qū)動電流可直接或間接根據(jù)下述公式獲得Ev平均XA二 (OvX p X q+①余光)X入Xii ;其中Ev平均一-照射區(qū)域的平均照度值，為測量值或設(shè)計要求值；A —-照射區(qū)域面積；<1>V ---單個LED燈具的發(fā)光效率；P—-熱衰減因素，其值在0 1之間；ri—-透鏡萃取率，其值在0 1之間；①余光---余光值；入-一透過率，其值在0 1之間；U —-距離損失因素，其值在0 1之間。
12、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于每個照射區(qū)域能夠根據(jù)區(qū)域或者要求的不同而利用不同的顏色的LED進行照射，以實現(xiàn)分區(qū)分色照射。
13、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于需要照射路面中部采用大光斑LED進行照射，而路面兩頭采用小光斑LED進行補充照射。
14、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述照射方法的LED燈具，其包括透鏡模組(1)、外殼散熱模組(2)、 LED模組(3)、固定模組(4)和驅(qū)動電源模組(5);所述透鏡模組(1)包括燈罩(11)和安裝在燈罩(11)上的凸透鏡(12);所述LED模組(3)由固定管身(31)和安裝在固定管身(31)上的LED (32)組成，其特征在于每一LED與每一凸透鏡(12) —一對應(yīng)并且每一 LED發(fā)出的光能夠垂直通過相對應(yīng)的凸透鏡(12)，所述LED在呈穹形曲面陣列分布，相鄰兩個LED在路面上的光斑的邊緣部分重疊，所有LED的光斑布滿需照射路面；LED的數(shù)量和分布要滿足其有效照射率至少為0. 75，所述有效照射率為燈具的有效照射面積與燈具的總照射面積的比值。
15、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述固定模組(4)由主梁(41)和副梁(42)組成，每一固定管身(31)以不同安裝角度設(shè)置在同一副梁(42)上，每一副梁(42)也以不同的安裝角度設(shè)置在兩條平行的主梁(41)上，主梁(41)安置在燈罩上蓋上。
16、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述燈罩(11)表面呈多組臺階狀，每個臺階面對應(yīng)一固定管身(31)，在臺階階面上均設(shè)有凸透鏡(12)。
17、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述凸透鏡(12)與透明燈罩(11) 一體成型，或者是在臺階階面上設(shè)有通孔，凸透鏡(12)安裝在所述通孔內(nèi)。
18、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于外殼散熱模組(2)包括若干散熱內(nèi)鰭片(26)，散熱內(nèi)鰭片(26)外部設(shè)有弧形外鰭片(27)，散熱內(nèi)鰭片(26)與弧形外鰭片(27)形成了氣流可通過的空氣通道。
19、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述LED燈具具有n個透鏡模組(la)、 n個LED模組(2a)、 n個驅(qū)動電源模組(4a)，其中，所述n個LED模組(4a)分兩排以拱橋形成發(fā)散狀設(shè)置在固定模組(3a)上；n為大于等于2的自然數(shù)。
20、 如權(quán)利要求19所述的LED燈具，其特征在于所述固定模組(3a)由固定片(31a)、支撐架(32a)、主支撐桿(33a)以及燈桿接頭(34a)、卡簧(35a)、固定螺釘(36a)組成，驅(qū)動電源模組(4a)設(shè)置在支撐架(32a)上。
21、 如權(quán)利要求20所述的LED燈具，其特征在于每個所述驅(qū)動電源模組(4a)內(nèi)設(shè)置有與LED模組(2a)數(shù)量相等的驅(qū)動電源(41a)， 該驅(qū)動電源(41a)兩端分別接插在高低壓接插座上。
22、 如權(quán)利要求19所述的LED燈具，其特征在于在相鄰兩個LED模組之間設(shè)置有散熱片。
23、 如權(quán)利要求14或19所述的LED燈具，其特征在于可采用墊 片的方式調(diào)節(jié)LED與凸透鏡(12)之間的距離。
24、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述LED模組 在路面寬度方向上至少具有兩個LED，燈桿左右兩側(cè)的LED關(guān)于燈桿 對稱分布。
25、 如權(quán)利要求14所述的LED燈具，其特征在于所述LED模組 在路面寬度方向上至少具有三個LED，燈桿左右兩側(cè)的LED關(guān)于燈桿 對稱分布。
26、 如權(quán)利要求25所述的LED燈具，其特征在于所述有效照射 率至少為0. 90。
27、 如權(quán)利要求14或19所述的LED燈具，其特征在于所述每個 LED的發(fā)光效率相同和驅(qū)動電流相同。
28、 如權(quán)利要求14或19所述的LED燈具，其特征在于每個LED 的發(fā)光效率不同，或者每個LED的驅(qū)動電流不同，每個LED的驅(qū)動電 流采用調(diào)四段調(diào)整式調(diào)節(jié)，可按需求調(diào)整為350mA 、 500mA 、 700mA 、 1000mA。
29、 如權(quán)利要求14或19所述的LED燈具，其特征在于每個所述 LED的發(fā)光顏色能夠根據(jù)要求而有所不同，以實現(xiàn)分區(qū)分色照射。
30、 如權(quán)利要求14或19所述的LED燈具，其特征在于照射路面 中部的LED的光斑大于照射路面兩頭的LED的光斑，產(chǎn)生小光斑的 LED對產(chǎn)大光斑的LED所照射的路面進行補光。
31、 一種將LED排列在LED燈具上的方法，其特征在于(1) 將單個LED燈具所控制照射的路面劃分為多個正方形 照射區(qū)域，所有照射區(qū)域布滿需照射路面，該正方形 即為每一LED在路面所形成光斑的內(nèi)接正方形，照射 區(qū)域的數(shù)量即為燈具上LED的數(shù)量，其中LED的數(shù)量 和分布要滿足其有效照射率為0. 75以上；(2) 按照下述公式計算每個LED在所述LED燈具上的安 裝位置a =arcLos-2QM魯層P =arcGos-2M^層其中，OP為燈桿到照射區(qū)域中心的橫向距離，PN為燈桿到照射 區(qū)域中心的縱向距離，0M為燈桿垂直高度，MN為LED燈具到照射區(qū) 域中心的距離，MN=ikM/2+OT>2+iW2 ， a為MN連線方向與燈桿的 夾角，8為MN連線方向在路寬與路面垂直方向的夾角，Y為MN連線 方向在路長與路面垂直方向的夾角；
全文摘要
本發(fā)明公開一種LED照明燈具，在燈具上設(shè)有多個呈穹曲面形陣列排布的LED，每個LED前分別設(shè)置有透鏡裝置，使每個LED對應(yīng)被照射面上一個獨立的照射區(qū)域，所有照射區(qū)域布滿需照射面；由于待照射區(qū)域上的每個照明單元(像素)都被相應(yīng)的LED形成的光斑所覆蓋，因此不存在照射死角，整個被照面亮度非常均勻；同時所有LED均照射在對應(yīng)區(qū)域，不會產(chǎn)生光污染，也不會有光效浪費。
文檔編號F21V19/00GK101629704SQ20081013289
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者歐陽偉, 歐陽杰 申請人:鄭文戈