與具有初級(jí)透鏡的led光源一起使用的led路燈的透鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種與具有初級(jí)透鏡的LED光源一起使用的LED路燈的透鏡，該LED路燈的透鏡具有外部的彎曲表面，在該外部彎曲表面的一側(cè)上具有凹面部分。透鏡的后表面具有微棱鏡陣列和定位足。后表面中的凹陷接收LED光源。透鏡的外表面具有小面或窗部，其提供來自相鄰小面的光的重疊投射。透鏡大體上是墊子形狀，在一側(cè)具有齒狀結(jié)構(gòu)。透鏡在其橫向上以不對(duì)稱分布引導(dǎo)光并且在其縱向上在寬范圍上對(duì)稱地引導(dǎo)光。
【專利說明】與具有初級(jí)透鏡的LED光源一起使用的LED路燈的透鏡
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年9月16日申請(qǐng)的US序列號(hào)14/027，827的優(yōu)先權(quán)，其在此引入作為參考。
[0003]【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本申請(qǐng)總體上涉及用于路燈中的透鏡，更具體涉及用于發(fā)光二極管(“LED”)路燈的透鏡。
[0005]【背景技術(shù)】
[0006]LED是能量有效的和環(huán)境友好的并且具有發(fā)光效率高和工作壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。因此，作為新一代的綠色、能量有效的光源，已經(jīng)看到了 LED總體上在照明設(shè)備中并且特別是在道路照明中更廣泛的應(yīng)用。LED路燈在為了節(jié)能的道路照明設(shè)施改革中變成首要選擇。然而，從照明的角度來說，LED路燈仍然面臨四個(gè)方面的技術(shù)問題，即照明效率、配光、光衰減和色溫。由于在LED半導(dǎo)體技術(shù)、二次配光技術(shù)和熱輻射技術(shù)中的快速發(fā)展，在LED路燈的照明效率、配光和光衰減方面已經(jīng)取得顯著提高。
[0007]例如，各種次級(jí)光學(xué)透鏡類型，例如具有自由彎曲表面的花生狀、馬鞍狀或用于偏光的不對(duì)稱彎曲表面的那些，能夠?qū)ED發(fā)出的光分布成矩形的高效均勻的光斑。用于配光的彎曲表面采用蝙蝠翼形狀可良好地適合于滿足中國(guó)城市道路照明的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
[0008]然而，直到現(xiàn)在還沒有對(duì)于LED路燈的色溫差(即色差)的令人滿意的解決方案。熒光粉在LED芯片的發(fā)光表面上的不均勻應(yīng)用和次級(jí)光學(xué)透鏡固有的色差通常會(huì)在投射光斑的中間和邊緣產(chǎn)生不同的色溫。光斑在中間微藍(lán)，具有較高的色溫，而在邊緣微黃，具有較低的色溫。另外，色溫是影響LED路燈性能的重要參數(shù)，并且其空間分布對(duì)于產(chǎn)品性能是高度重要的。
[0009]相關(guān)色溫是指最類似于相同亮度刺激的顏色的標(biāo)準(zhǔn)黑體的溫度。相比于LED路燈的相關(guān)色溫的空間分布中的高達(dá)幾百K的差值，可被人眼識(shí)別的相關(guān)色溫差可以低至50-100K。具有色差的透鏡將會(huì)在路面上產(chǎn)生高度區(qū)別性的黃白相間的“光學(xué)斑馬線”，并且因此嚴(yán)重影響路燈的視覺效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]考慮到以上情況，本實(shí)用新型的第一方面提供了 LED路燈的次級(jí)光學(xué)透鏡，所述路燈整合有特征為自由彎曲表面的光學(xué)透鏡以便利用有小面的表面技術(shù)進(jìn)行傾斜的配光，其提供了光混合效果。路燈透鏡將LED發(fā)出的光線沿著透鏡的X-X或縱向部分(沿著道路的方向)分布在寬角度上和沿著透鏡的Y-Y或橫向部分(垂直于道路的方向)分布在不對(duì)稱的和傾斜的角度上。提供透鏡的配光的透鏡彎曲表面上具有很多提供光混合功能的微小的小面，從每個(gè)微小的小面輸出的所有光線具有它們自己的很小的分散角，并且由于附近小面發(fā)出的光斑的重疊，它們形成色溫均勻的光斑。這種構(gòu)形完全解決了 LED路燈光斑的色差問題，即在光斑的中間微藍(lán)而在光斑的邊緣微黃，消除了路面的“光學(xué)斑馬線”，并且因此確保路面上的光斑均勻分布。[0011]由于根據(jù)本實(shí)用新型的該第一方面的次級(jí)光學(xué)透鏡具有光混合效果，所以為這種透鏡采用的LED可以包括單芯片LED、多芯片LED、C0B (板上芯片)模塊LED光源。COB模塊是其中多個(gè)芯片陣列整合在同一印刷電路板上形成光源模塊的裝置。光斑將不會(huì)投射LED的多芯片陣列的影子。
[0012]在本實(shí)用新型的第二方面中，與具有初級(jí)透鏡的LED光源一起使用的LED路燈的透鏡，包括次級(jí)光學(xué)透鏡的透鏡本體，該透鏡本體具有由其發(fā)出光的彎曲的外表面，彎曲的外表面具有第一周界部分和與第一周界部分相對(duì)的第二周界部分；與彎曲的外表面相對(duì)的后表面，后表面限定了接收LED光源的凹陷，與接近第二周界部分的程度相比，該凹陷更接近第一周界部分；形成于后表面上的反射微棱鏡陣列；彎曲的外表面在第一周界部分限定了凹面部分；在彎曲的外表面上的多個(gè)小面；和用于安裝透鏡本體的安裝結(jié)構(gòu)。
[0013]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，透鏡本體具有縱軸和橫軸，透鏡本體成形為提供光學(xué)特征以在沿著縱軸的截面上在寬分布角度上發(fā)出來自LED光源的光并且在沿著橫軸的截面上在傾斜的分布角度上發(fā)出來自LED光源的光。
[0014]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，在透鏡本體的彎曲外表面上的每個(gè)小面被構(gòu)形成在窄角度上輸出光，小面被布置成發(fā)出與從其它小面發(fā)出的光重疊的光斑以提供光混合，從而從次級(jí)透鏡輸出色溫基本上均勻的光。
[0015]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，透鏡本體的彎曲外表面成形為在折射軸發(fā)出光，該折射軸在沿著橫軸的透鏡本體的截面上以下列角度布置:相對(duì)于光源光軸在30度和70度的閉合區(qū)間之間。
[0016]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，凹陷包括面對(duì)LED光源的表面，其被構(gòu)形成收集由LED光源發(fā)出的光線并且向著用于配光的外部彎曲表面折射光線。
[0017]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，在后表面上的反射微棱鏡陣列被構(gòu)形成收集由彎曲的外表面在內(nèi)部反射的光并且向著彎曲的外表面反射收集的光以通過透鏡本體進(jìn)行分布。
[0018]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，安裝結(jié)構(gòu)包括從透鏡本體的后表面伸出的多個(gè)定位足，定位足是非光學(xué)元件。
[0019]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，透鏡本體被構(gòu)形成與至少一個(gè)選自下列的LED光源一起使用:單芯片LED光源，多芯片LED光源，和板上芯片模塊LED光源。
[0020]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，透鏡本體成形為折射來自光源中心的光從而使從透鏡本體發(fā)出的光在有折射軸的情況下發(fā)出，折射軸在沿著透鏡本體橫軸的截面上以距LED光源光軸在30度和70度閉合區(qū)間之間的角度布置，透鏡本體成形為折射來自光源中心的光從而使邊緣的發(fā)出光線在沿著透鏡橫軸的截面上以相對(duì)于光源光軸的-20度到-45度閉合區(qū)間的角度布置。
[0021]在本實(shí)用新型的另一個(gè)方面中，透鏡本體被成形為以相對(duì)于光源光軸的角度Θ1折射從光源中心發(fā)出的單個(gè)光線從而使該光線以相對(duì)于光源光軸的角度Θ2從彎曲的外表面發(fā)出，其中Θ1和Θ 2滿足等式:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種與具有初級(jí)透鏡的LED光源一起使用的LED路燈的透鏡，其特征在于，包括: 次級(jí)光學(xué)透鏡的透鏡本體，該透鏡本體具有: 由其發(fā)出光的彎曲的外表面，所述彎曲的外表面具有第一周界部分和與所述第一周界部分相對(duì)的第二周界部分； 與所述彎曲的外表面相對(duì)的后表面，所述后表面限定了接收所述LED光源的凹陷，與接近所述第二周界部分的程度相比，該凹陷更接近所述第一周界部分； 形成于所述后表面上的反射微棱鏡陣列； 所述彎曲的外表面在所述第一周界部分限定了凹面部分； 在所述彎曲的外表面上的多個(gè)小面；和 用于安裝所述透鏡本體的安裝結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體具有縱軸和橫軸，所述透鏡本體成形為提供光學(xué)特征以在沿著所述縱軸的截面上在寬分布角度上發(fā)出來自所述LED光源的光并且在沿著所述橫軸的截面上在傾斜的分布角度上發(fā)出來自所述LED光源的光。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，在所述透鏡本體的所述彎曲外表面上的每個(gè)小面被構(gòu)形成在窄角度上輸出光，所述小面被布置成發(fā)出與從其它小面發(fā)出的光重疊的光斑以提供光混合，從而從所述次級(jí)透鏡輸出色溫基本上均勻的光。
4.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體的所述彎曲外表面成形為在折射軸發(fā)出光，該折射軸在沿著所述橫軸的所述透鏡本體的截面上以下列角度布置:相對(duì)于所述光源的光軸在30度和70度的閉合區(qū)間之間。
5.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述凹陷包括面對(duì)所述LED光源的表面，其被構(gòu)形成收集由所述LED光源發(fā)出的光線并且向著用于配光的所述彎曲的外表面折射所述光線。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，在所述后表面上的所述反射微棱鏡陣列被構(gòu)形成收集由所述彎曲的外表面在內(nèi)部反射的光并且向著所述彎曲的外表面反射收集的光以通過所述透鏡本體進(jìn)行分布。
7.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述安裝結(jié)構(gòu)包括從所述透鏡本體的后表面伸出的多個(gè)定位足，所述定位足是非光學(xué)元件。
8.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體被構(gòu)形成與至少一個(gè)選自下列的LED光源一起使用:單芯片LED光源，多芯片LED光源，和板上芯片模塊LED光源。
9.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體成形為折射來自所述光源的中心的光從而使從所述透鏡本體發(fā)出的光在有折射軸的情況下發(fā)出，折射軸在沿著所述透鏡本體的橫軸的截面上以距所述LED光源的光軸在30度和70度閉合區(qū)間之間的角度布置，所述透鏡本體成形為折射來自所述光源的中心的光從而使邊緣的發(fā)出光線在沿著所述透鏡橫軸的截面上以相對(duì)于所述光源的光軸的-20度到-45度閉合區(qū)間的角度布置。
10.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體被成形為以相對(duì)于所述光源光軸的角度Θ 1折射從所述光源的中心發(fā)出的單個(gè)光線，從而使該光線以相對(duì)于所述光源光軸的角度Θ 2從所述彎曲的外表面發(fā)出，其中Θ1和Θ 2滿足等式:
11.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體成形為折射來自所述光源中心的光從而使從所述透鏡本體發(fā)出的光在沿著所述透鏡縱軸的截面上以120度到155度閉合區(qū)間之間的發(fā)射角分布。
12.如權(quán)利要求2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡本體成形為以相對(duì)于所述光源光軸的角度I I折射從所述光源中心發(fā)出的單個(gè)光線，從而使該光線以相對(duì)于所述光源光軸的角度12從所述彎曲的外表面發(fā)出，其中ξ?和ξ 2滿足等式:
13.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述小面包括平面、凹面和凸面中的至少一個(gè)，所述小面被布置成發(fā)出光斑，該光斑與從其它小面發(fā)出的光重疊，以提供光混合從而從所述次級(jí)透鏡輸出色溫基本上均勻的光。
14.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，在所述彎曲的外表面上的小面的表面和所述小面參照光源的中心在所述凹陷的內(nèi)表面上的投影形成假透鏡，該假透鏡對(duì)于從所述小面發(fā)出的光具有發(fā)散效果，其中從所述光源的中心發(fā)出通過所述小面的光以3度到5度閉合區(qū)間的發(fā)散角沿著沿透鏡橫軸截取的截面?zhèn)鞑ァ?br> 15.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，在所述彎曲的外表面上的小面的表面和所述小面參照光源的中心在所述凹陷的內(nèi)表面上的投影形成假透鏡，該假透鏡對(duì)于從所述小面發(fā)出的光具有發(fā)散效果，其中從所述光源的中心發(fā)出通過所述小面的光以3度到5度閉合區(qū)間的發(fā)散角沿著沿透鏡縱軸截取的截面?zhèn)鞑ァ?br> 16.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，在所述透鏡本體的后表面上的所述微棱鏡陣列包括金字塔反射器結(jié)構(gòu)、立方角反射器結(jié)構(gòu)和圓錐形反射器結(jié)構(gòu)之一。
【文檔編號(hào)】F21Y101/02GK203731285SQ201320633666
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】施毓?fàn)N, 梁華興 申請(qǐng)人:元暉光電有限公司