CN105156990B - Led路灯透镜单元、模组及具有该led路灯透镜模组的路灯 - Google Patents

Led路灯透镜单元、模组及具有该led路灯透镜模组的路灯 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种LED路灯透镜单元，设于一LED光源的出光口，包括形状为平面的出射面和形状为自由曲面的入射面，以平行于所述出射面且经过所述LED光源的平面为XY平面、以所述LED光源为O点建立一个直角坐标系OXYZ，在所述直角坐标系OXYZ中，所述入射面的正Y方向部分大于或等于负Y方向部分，且所述入射面的Z方向高度随着所述LED光源的出射光与Y轴的夹角变化而变化。本发明还公开了一种路灯，包括设于壳体内的驱动模组和上述的LED路灯透镜模组，所述驱动模组驱动所述LED路灯透镜模组发光。

Description

LED路灯透镜单元、模组及具有该LED路灯透镜模组的路灯
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其涉及一种LED路灯透镜单元、LED路灯透镜模组及具有该LED路灯透镜模组的路灯。
背景技术
为了满足城市道路照明设计标准，传统的道路照明灯具往往采用耗电200瓦以上含水银的灯泡。相比之下，到2009年，市场上发光二极管(LED)的光学效率已经超过了100lm/W，这意味着采用LED作光源的路灯，其耗电量将会大大的减少。由于LED的超长寿命、不含汞和节能的特性，采用LED作光源的路灯来取代传统的LPS(低压钠灯)或MH(金属卤化物灯)是很好的选择。目前，LED路灯在世界上各个国家都进行了测试。为了解决能源紧缺和温室气体的排放问题，LED路灯在一些地方已经实用化，其中中国、北美以及欧洲的一些地区和都市的政府进行了积极的推广。
目前市场上路灯透镜基本为花生米形状，具有内外两个光学表面且为自由曲面，路灯透镜设计时，一般固定内表面设计外表面或者内外表面同步设计，设计复杂且灯具表面不平整影响美观。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种LED路灯透镜单元、LED路灯透镜模组及具有该LED路灯透镜模组的路灯。
本发明公开了一种LED路灯透镜单元，设于一LED光源的出光口，包括形状为平面的出射面和形状为自由曲面的入射面，以平行于所述出射面且经过所述LED光源的平面为XY平面、以所述LED光源为O点建立一个直角坐标系OXYZ，在所述直角坐标系OXYZ中，所述入射面的正Y方向部分大于或等于负Y方向部分，且所述入射面的Z方向高度随着所述LED光源的出射光与Y轴的夹角变化而变化。
优选地，所述入射面关于Y轴对称。
优选地，在ZOY剖面内，在所述出射光与Y轴夹角在0至30度以及70至130度范围内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标减小而增大，在所述出射光与Y轴夹角在30至70度以及130至180度范围内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标减小而减小。
优选地，所述入射面关于X轴对称，同时关于Y轴对称。
优选地，在ZOY剖面内，所述入射面为弧面。
优选地，所述入射面是旋转对称图形。
优选地，在ZOY剖面内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标的绝对值增大而减小。
优选地，在所述出射光与Y轴夹角在0至30度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度；在所述出射光与Y轴夹角在30至70度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度；在所述出射光与Y轴夹角在70至90度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度。
优选地，在ZOX剖面内，所述入射面的Z方向高度随着X坐标的绝对值增大而减小。
优选地，在所述出射光与X轴夹角在0至30度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度；在所述出射光与X轴夹角在30至70度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度；在所述出射光与X轴夹角在70至90度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度。
优选地，所述LED路灯透镜单元为全反射透镜。
本发明还公开了一种LED路灯透镜模组，包括壳体，以及固定在所述壳体中的多个如前文所述的LED路灯透镜单元。
优选地，所述LED路灯透镜单元排布成透镜阵列，且每一所述LED路灯透镜单元的入射面朝同一方向偏配光。
本发明还公开了一种路灯，包括设于壳体内的驱动模组和上述的LED路灯透镜模组，所述驱动模组驱动所述LED路灯透镜模组发光。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明使用外表面为平面的LED路灯透镜，能够满足道路照明需求且方便透镜表面的加工、清洗，灯具外观平整性好。
2.本发明使用的LED路灯透镜单元中，入射面在Z方向上的高度所接收到的LED光源出射光与Y轴的夹角有关，实现一种较为均匀、辐照距离较宽的道路照明。
附图说明
图1为符合本发明优选实施例的LED路灯透镜单元的透视图；
图2为符合本发明第一优选实施例的LED路灯透镜单元的俯视图；
图3为符合本发明第一优选实施例的LED路灯透镜单元ZOX剖面图；
图4为符合本发明第一优选实施例的LED路灯透镜单元ZOY剖面图；
图5为符合本发明第一优选实施例的LED路灯透镜单元ZOX剖面的光路图；
图6为符合本发明第一优选实施例的LED路灯透镜单元ZOY剖面的光路图；
图7为符合本发明第二优选实施例的LED路灯透镜单元的俯视图；
图8为符合本发明第二优选实施例的LED路灯透镜单元ZOX剖面图；
图9为符合本发明第二优选实施例的LED路灯透镜单元ZOY剖面图；
图10为符合本发明第二优选实施例的LED路灯透镜单元ZOX剖面的光路图；
图11为符合本发明第二优选实施例的LED路灯透镜单元ZOY剖面的光路图；
图12为符合本发明第三优选实施例的LED路灯透镜单元的俯视图；
图13为符合本发明第三优选实施例的LED路灯透镜单元的ZOX剖面图；
图14为符合本发明第三优选实施例的LED路灯透镜单元ZOX剖面的光路图；
图15为符合本发明优选实施例的LED路灯透镜单元的配光曲线图；
图16为符合本发明优选实施例的LED路灯透镜模组。
附图标记：
1-LED光源；
2-出射面；
3-入射面；
4-壳体；
5-LED路灯透镜单元。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
如图1所示的是符合本发明优选实施例的一种LED路灯透镜单元5，其设于一LED光源1的出光口，其整体形状可以根据实际配光需要设计成长方体、正方体、圆柱体等形状，但必须得保证内腔结构的完整、不被破坏。该LED路灯透镜单元5包括形状为平面的出射面2和形状为自由曲面的入射面3，具体来说，以该LED路灯透镜单元5的一个平整表面作为出射面2，在与该出射面2相对的位置向内凹设形状为自由曲面的内凹表面作为入射面3，由于入射面3的内凹设置，可以形成一个容纳LED光源1的容纳部，使入射面3能够尽可能多地接收来自LED光源1的出射光。
以平行于出射面2且经过LED光源1的平面为XY平面、以LED光源1为O点建立一个直角坐标系OXYZ，在直角坐标系OXYZ中，入射面3的正Y方向部分大于或等于负Y方向部分，且入射面3的Z方向高度随着LED光源1的出射光与Y轴的夹角变化而变化。如上述设置的LED路灯透镜单元5，在该OXYZ直角坐标系中，朝Y轴方向偏离O点放置，使得在实际应用过程中，能够更多地照射到道路上更加远的地方。
本发明的入射面3的面型具有三种优选实施例的结构，分别是入射面3关于Y轴对称、入射面3同时关于X轴、Y轴对称以及入射面3关于O点旋转对称。这三种实施例结构有一个共同的特征就是，在ZOX剖面内，入射面3的三种面型结构是一样的。具体地，入射面3的Z方向高度随着X坐标的绝对值增大而减小，形成一个大致为凸面的曲面面型，使得LED光源1的出射光经过LED路灯透镜单元5后呈发散形式照射到道路上，如图3、图8和图13所示，在LED光源1的出射光与X轴夹角在0至30度范围内，入射面3的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度，在LED光源1的出射光与X轴夹角在30至70度范围内，入射面3的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度，在LED光源1的出射光与X轴夹角在70至90度范围内，入射面3的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度，其光路图如图5、图10和图14所示，LED光源1的出射光中的大部分光线l1首先经过入射面3的折射发生一次扩散，再经过出射面2的折射发生二次扩散，从而将一个点光源或者近似点光源扩散成一个辐照距离较远、亮度分布均匀的光斑，同时在出射光中的小部分光线l2在接触到入射面3和出射面2时会发生反射，它们之中有的经过一次反射从透镜单元5的侧面出射，有的则在透镜单元5中发生多次反射或折射，从透镜单元5的其他表面出射。该LED路灯头颈单元5的配光图如图15所示，形成趋近于矩形形状的蝙蝠翼光斑。但是，以上配置仅为示例，不排除其他角度范围。
如图2、图4所示的第一优选实施例中，入射面3关于Y轴对称，使得路灯两边的道路被照区域大致相同，且能够产生矩形的光斑。优选地，在ZOY剖面内，本发明采用如下的配置设计入射面3的曲面面型，即在LED光源1的出射光与Y轴夹角在0至30度以及70至130度范围内，入射面3的Z方向高度随着Y坐标减小而增大，在LED光源1的出射光与Y轴夹角在30至70度以及130至180度范围内，入射面3的Z方向高度随着Y坐标减小而减小，其光路图如图6所示，LED光源1的出射光的大部分光线l3投射到倾向于正Y轴偏配光的入射面3，经入射面3的折射后呈会聚光继续传播至出射面2，再经出射面2折射后发散，而出射光的小部分光线l4在与出射面3和入射面2接触时会发生反射，有的反射光从LED路灯透镜单元5的侧面折射而出，有的则在LED路灯透镜单元5的内部经过多次反射后从其他表面出射，从而形成光强分布均匀、辐照较远的光斑。采用上述各种配置的入射面3曲面面型，能使得LED光源1的出射光呈发散形式(如图5、图6所示)四散地传播至道路上尽可能远的地方。在平行于道路方向，光源1的出射光经入射面3的分光，透过出射面2均匀地分配至路灯两侧；在垂直于道路方向，光源1的出射光经入射面3的偏配光，朝向道路的机动车道方向偏转，实现有目的性地偏配光照明。
如图7、图9和图11所示第二优选实施例中，入射面为成同时关于X轴和Y轴对称的图形，从而出射的光斑也大致为中心对称，更加美观。在这种入射面3的配置中，在ZOY剖面内，入射面为弧面，出光大致均匀，不会出现道路的一边明显比道路的另一边亮的情形。在平行于道路方向，光源1的出射光经弧形入射面3的折射，透过出射面2均匀地分配至路灯两侧；在垂直于道路方向，光源1的出射光经入射面3的分光，同样均匀地对路灯底下的道路进行照射，最终产生一种椭圆形光斑。其中，图11中LED光源1的出射光的传播路径和原理与图5相同。
如图12所示的第三优选实施例中，入射面3为旋转对称图形，根据实际需求，可以将LED路灯透镜单元5的入射面3设计成具备旋转对称特点的曲面，从而使出射的光斑为具有旋转对称特点的特殊光斑。它不仅在ZOX剖面内具有入射面3的Z方向高度随着Y坐标的绝对值增大而减小的特征，在ZOY剖面内也同样具有这一特征，甚至进一步地，在第三优选实施例中，入射面3的任意通过O点垂直于XY平面的剖面都具有这一特征。优选地，在出射光与Y轴夹角在0至30度范围内，入射面的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度；在出射光与Y轴夹角在30至70度范围内，入射面的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度；在出射光与Y轴夹角在70至90度范围内，入射面的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度。基于这种配置，光源1透过入射面3后，其各个方向上的传播特性都基本相同，最终在路灯底下的道路上呈现一种圆形光斑。
优选地，该路灯透镜单元是全反射透镜，增加LED光源1的光利用率，增强光斑的光强，节约能源。
如图16所示，本发明公开了一种LED路灯透镜模组，其包括壳体4，以及固定在壳体4中的多个上文所述的LED路灯透镜单元5，将若干个LED路灯透镜单元5集成在一起，一方面增强光强，另一方面增加辐照面积。
优选地，LED路灯透镜单元5排布成透镜阵列，且每一LED路灯透镜单元5的入射面3朝同一方向偏配光，使得整个LED路灯透镜模组的出射光斑光强均匀分布，光斑形状规整、美观。
本发明还公开了一种路灯，包括设于壳体内的驱动模组和上述的LED路灯透镜模组，驱动模组驱动LED路灯透镜模组发光，在垂直于道路方向上实现以使机动车道受到更多路灯出射光照射为目的的偏配光，在平行于道路方向上实现均匀出光。
采用了符合本发明的LED路灯透镜单元5以及路灯透镜模组后，使用外表面为平面的LED路灯透镜，能够满足道路照明需求且方便透镜表面的加工、清洗，灯具外观平整性好。本发明使用的LED路灯透镜单元5中，入射面3在Z方向上的高度所接收到的LED光源1出射光与Y轴的夹角有关，实现一种较为均匀、辐照距离较宽的道路照明。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种LED路灯透镜单元，设于一LED光源的出光口，其特征在于，包括形状为平面的出射面和形状为自由曲面的入射面，以平行于所述出射面且经过所述LED光源的平面为XY平面、以所述LED光源为O点建立一个直角坐标系OXYZ，在所述直角坐标系OXYZ中，所述入射面的正Y方向部分大于或等于负Y方向部分，所述入射面的Z方向高度随着所述LED光源的出射光与Y轴的夹角变化而变化；
所述入光面关于Y轴对称；或者所述入光面关于X轴对称，同时关于Y轴对称；或者所述入射面是旋转对称图形；
在ZOX剖面内，所述入射面的Z方向高度随着X坐标的绝对值增大而减小；在所述出射光与X轴夹角在0至30度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度；在所述出射光与X轴夹角在30至70度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度；在所述出射光与X轴夹角在70至90度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度。
2.根据权利要求1所述的LED路灯透镜单元，其特征在于，当所述入光面关于Y轴对称时，在ZOY剖面内，在所述出射光与Y轴夹角在0至30度以及70至130度范围内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标减小而增大，在所述出射光与Y轴夹角在30至70度以及130至180度范围内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标减小而减小。
3.如权利要求1所述的LED路灯透镜单元，其特征在于，当所述入射面关于X轴对称，同时关于Y轴对称时，在ZOY剖面内，所述入射面为弧面。
4.如权利要求1所述的LED路灯透镜单元，其特征在于，当所述入射面是旋转对称图形时，在ZOY剖面内，所述入射面的Z方向高度随着Y坐标的绝对值增大而减小。
5.如权利要求4所述的LED路灯透镜单元，其特征在于，在所述出射光与Y轴夹角在0至30度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从90度增加至110度；在所述出射光与Y轴夹角在30至70度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从110度减小至105度；在所述出射光与Y轴夹角在70至90度范围内，所述入射面的切线与正Z轴的夹角从105度增加至140度。
6.如权利要求1所述的LED路灯透镜单元，其特征在于，所述LED路灯透镜单元为全反射透镜。
7.一种LED路灯透镜模组，其特征在于，包括壳体，以及固定在所述壳体中的多个如权利要求1至6任一项所述的LED路灯透镜单元。
8.如权利要求7所述的LED路灯透镜模组，其特征在于，所述LED路灯透镜单元排布成透镜阵列，且每一所述LED路灯透镜单元的入射面朝同一方向偏配光。
9.一种路灯，其特征在于，包括设于壳体内的驱动模组和如权利要求7至8任一项所述的LED路灯透镜模组，所述驱动模组驱动所述LED路灯透镜模组对应的LED光源发光。
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