RU116605U1 - LENS FOR STREET LIGHT - Google Patents

Abstract

1. Линза для уличного светильника, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью, отличающаяся тем, что светоприемная поверхность линзы выполнена в виде полусферической выемки, расположенной в центре основания линзы, а светоиспускающая асферическая поверхность линзы имеет вид полинома: ! , ! где a - радиус полусферической выемки в основании линзы; ! z0(a) - эквивалентная толщина линзы (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки радиусом а до внешней поверхности асферической линзы); ! z0max - максимальное значение толщины линзы (z0max=7,0 для a=3 мм); !- нормированные (на z0max) коэффициенты полинома; ! х, y - текущие значения проекции точек поверхности асферической линзы вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно; ! N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i и j соответственно (N≤16); ! i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}). ! 2. Линза по п.1, отличающаяся тем, что полусферическая выемка в основании линзы выполнена радиусом 3÷4 мм. 1. A lens for a street lamp, containing an aspherical lens with a rectangular base for uniform illumination of the roadway in a rectangular sector, equipped with a light-receiving surface and a light-emitting aspherical surface, characterized in that the light-receiving surface of the lens is made in the form of a hemispherical recess located in the center of the lens base, and the light-emitting aspherical lens surface looks like a polynomial:! ,! where a is the radius of the hemispherical recess at the base of the lens; ! z0 (a) is the equivalent lens thickness (distance along the optical axis from the center of the hemispherical notch with radius a to the outer surface of the aspherical lens); ! z0max is the maximum value of the lens thickness (z0max = 7.0 for a = 3 mm); ! - normalized (by z0max) coefficients of the polynomial; ! x, y - current values of the projection of points of the surface of the aspherical lens along the abscissa and ordinate axes, respectively; ! N, N-1 - the order of the power polynomial for two variables i and j, respectively (N≤16); ! i, j are the current values of the variables of the power polynomial N, N-1-th order (i = ∈ {1, N}; j = ∈ {1, N-1}). ! 2. The lens according to claim 1, characterized in that the hemispherical recess in the base of the lens is made with a radius of 3 ÷ 4 mm.

Description

Полезная модель относится к уличным светодиодным осветителям дорожного полотна, конкретно к линзам для уличного светильника.The utility model relates to street LED illuminators of the roadway, specifically to lenses for a street lamp.

Известны линзы для уличного светильника /1-2/, обеспечивающие освещение дорожного полотна лучом с прямоугольным сечением.Known lenses for a street lamp / 1-2 /, providing illumination of the roadway with a beam with a rectangular cross-section.

Наиболее близкой из известных линз по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели относится линза для уличного светильника /2/, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью.The closest known lens in purpose and technical essence to the claimed utility model includes a lens for a street lamp / 2 /, containing an aspherical lens with a rectangular base for uniform illumination of the roadway in a rectangular sector, equipped with a light-receiving surface and a light-emitting aspherical surface.

При этом светоприемная поверхность выполнена плоской и ограничена примыкающей к ней излучающей поверхностью светоизлучающего кристалла.In this case, the light receiving surface is flat and limited by the adjacent emitting surface of the light emitting crystal.

Недостатком известной линзы является относительно невысокая освещенность дорожного полотна на периферии светового луча, связанная с неравномерным рассеиванием линзой света в угловом секторе.A disadvantage of the known lens is the relatively low illumination of the roadway at the periphery of the light beam, associated with uneven scattering by the lens of light in the angular sector.

Задачей полезной модели является повышение освещенности дорожного полотна на периферии светового луча.The objective of the utility model is to increase the illumination of the roadway at the periphery of the light beam.

Основным техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является повышение равномерности распределения линзой светового потока в прямоугольном секторе рассеивания светодиодного излучения.The main technical result that provides a solution to this problem is to increase the uniformity of the distribution of the light flux by the lens in the rectangular sector of the scattering of LED radiation.

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что линза для уличного светильника, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью, согласно полезной модели светоприемная поверхность линзы выполнена в виде полусферической выемки, расположенной в центре основания линзы, а светоиспускающая асферическая поверхность линзы имеет вид полинома:Achieving the claimed technical result and, as a result, solving the problem is achieved by the fact that the lens for a street lamp containing an aspherical lens with a rectangular base for uniform illumination of the roadway in a rectangular sector, equipped with a light-receiving surface and a light-emitting aspherical surface, according to a utility model, the light-receiving surface of the lens made in the form of a hemispherical recess located in the center of the base of the lens, and a light-emitting aspherical surface Nost lens has the form of a polynomial:

, ,

где:Where:

а - диаметр полусферической выемки в основании линзы; a is the diameter of the hemispherical recess at the base of the lens;

z₀(a) - эквивалентная толщина линзы (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки диаметром а до внешней поверхности асферической линзы);z ₀ (a) is the equivalent thickness of the lens (the distance along the optical axis from the center of a hemispherical recess of diameter a to the outer surface of the aspherical lens);

z_0max - максимальное значение толщины линзы (z_0max=7,0 для а=3 мм);z _0max is the maximum value of the thickness of the lens (z _0max = 7.0 for a = 3 mm);

- нормированные (на z_0max) коэффициенты полинома; - normalized (at z _0max ) polynomial coefficients;

x, y - текущие значения проекции точек поверхности асферической линзы вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно;x, y are the current values of the projection of the surface points of the aspherical lens along the abscissa axis and the ordinate axis, respectively;

N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i и j соответственно (N≤16);N, N-1 - the order of the power polynomial for two variables i and j, respectively (N≤16);

i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}).i, j are the current values of the variables of the power polynomial N, N-1st order (i = ∈ {1, N}; j = ∈ {1, N-1}).

При этом полусферическая выемка в основании линзы выполнена радиусом 3÷4 мм.In this case, a hemispherical recess in the base of the lens is made with a radius of 3–4 mm.

Выполнение светоприемной поверхности линзы в виде полусферической выемки в центре основания линзы, а светоиспускающей асферической поверхности линзы с параметрами полинома N и N-1 порядка (N≤16) в двух ортогональных плоскостях позволяет повысить равномерность ввода светодиодного излучения в светоприемную поверхность линзы и равномерность распределения света последней в прямоугольном секторе освещения дорожного полотна.The implementation of the light-receiving surface of the lens in the form of a hemispherical recess in the center of the base of the lens, and the light-emitting aspherical surface of the lens with polynomial parameters N and N-1 of the order (N≤16) in two orthogonal planes allows to increase the uniformity of the input of LED radiation into the light-receiving surface of the lens and the uniformity of light distribution the last in the rectangular sector of illumination of the roadway.

В целом указанные технические преимущества обеспечивают повышение равномерности распределения линзой светового потока в прямоугольном секторе рассеивания светодиодного излучения и решение поставленной задачи по повышению освещенности дорожного полотна на периферии светового луча уличным светильником, использующим предложенную линзу.In general, these technical advantages provide an increase in the uniformity of the lens distribution of the light flux in the rectangular sector of the scattering of LED radiation and the solution of the problem of increasing the illumination of the roadway at the periphery of the light beam with a street lamp using the proposed lens.

На фиг.1 представлена конструкция линзы в сборе со светодиодным излучателем для уличного светильника, на фиг 2 - таблица значений нормированных коэффициентов степенного полинома N, N-1-го порядка для конкретной реализации линзы светильника для освещения участка четырехполосного дорожного полотна.Figure 1 shows the design of the lens assembly with an LED emitter for a street lamp, figure 2 is a table of values of normalized coefficients power polynomial N, N-1st order for a specific implementation of the lamp lens to illuminate a section of a four-lane roadway.

Линза для уличного светильника содержит асферическую линзу 1 с прямоугольным основанием 2 для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью 3 и светоиспускающей асферической поверхностью 4. Светоприемная поверхность 3 линзы 1 выполнена в виде полусферической выемки радиусом а=3÷4 мм в центре основания линзы 1 для установки в нее светодиодного излучателя требуемой цветности. Светоиспускающая асферическая поверхность 4 линзы 1 выполнена в виде асферической неосесимметричной поверхности, уравнение которой представляет степенной полином N-го порядка двух переменных (N≤16):The lens for a street lamp contains an aspherical lens 1 with a rectangular base 2 for uniform illumination of the roadway in a rectangular sector, equipped with a light-receiving surface 3 and a light-emitting aspherical surface 4. The light-receiving surface 3 of the lens 1 is made in the form of a hemispherical recess with a radius of a = 3 ÷ 4 mm in the center the base of the lens 1 for installation in it of an LED emitter of the desired color. The light-emitting aspherical surface 4 of the lens 1 is made in the form of an aspherical non-axisymmetric surface, the equation of which is an N-order power polynomial of two variables (N≤16):

для ряда локальных областей G_k(x, y) которой введены локальные деформации Δz_k(x, y) таким образом, что окончательное универсальное для диапазона размеров а радиуса входной выемки светоприемной поверхности 3 линзы 1 (а=3÷4 мм для светодиодного кристалла 0,3÷1,2 мм с соответствующим геле - люминофорным покрытием) уравнение внешней поверхности формирующей линзы имеет вид:for a number of local regions G _k (x, y) is introduced local deformation Δz _k (x, y) so that the final universal for size range and the radius of the inlet of the recess of the light receiving surface 3 of the lens 1 (a = 3 ÷ 4 mm for the LED chip 0.3 ÷ 1.2 mm with the corresponding gel - phosphor coating) the equation of the outer surface of the forming lens has the form:

где:Where:

а - радиус полусферической выемки в основании линзы 1; a is the radius of the hemispherical recess at the base of the lens 1;

z₀(a) - эквивалентная толщина линзы 1 (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки 3 радиусом а до внешней асферической поверхности 4 линзы 1);z ₀ ( a ) is the equivalent thickness of the lens 1 (the distance along the optical axis from the center of the hemispherical recess 3 of radius a to the outer aspherical surface 4 of lens 1);

Z_0max - максимальное значение толщины линзы (z_0max=7,0 для а=3÷4 мм);Z _0max - the maximum value of the thickness of the lens (z _0max = 7.0 for a = 3 ÷ 4 mm);

- нормированные (на z_0max) коэффициенты полинома; - normalized (at z _0max ) polynomial coefficients;

х, y - текущие значения проекции точек асферической поверхности 4 линзы 1 вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно;x, y are the current values of the projection of the points of the aspherical surface 4 of the lens 1 along the abscissa and the ordinate, respectively;

N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i, j соответственно (N≤16);N, N-1 - the order of the power polynomial for two variables i, j, respectively (N≤16);

i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}).i, j are the current values of the variables of the power polynomial N, N-1st order (i = ∈ {1, N}; j = ∈ {1, N-1}).

Значения нормированных коэффициентов степенного полинома (2) с N=10 для конкретной реализации линзы 1, рассчитаны для освещения участка четырехполосного дорожного полотна размером 30×14 м² приведены в таблице (фиг.2). Для данного примера реализации линзы 1 осветители расположены на столбах высотой 9 м с углом наклона гусака 15° с расположением друг напротив друга на расстоянии 14 м на противоположных сторонах дороги и на расстоянии 30 м друг от друга вдоль ее полотна. Соотношение между габаритами формирующей линзы 1 светодиодного осветителя (ширина, длина и высота линзы) для данного примера составляет: 12,3÷3,7:8,4÷9.1:7,6÷8,1 мм.Values of normalized coefficients power polynomial (2) with N = 10 for a specific implementation of lens 1, calculated to illuminate a section of a four-lane roadway with a size of 30 × 14 m ² are shown in the table (figure 2). For this example, the implementation of the lens 1, the illuminators are located on poles 9 m high with an angle of inclination of the gander 15 °, located opposite each other at a distance of 14 m on opposite sides of the road and at a distance of 30 m from each other along its canvas. The ratio between the dimensions of the forming lens 1 of the LED illuminator (width, length and height of the lens) for this example is: 12.3 ÷ 3.7: 8.4 ÷ 9.1: 7.6 ÷ 8.1 mm.

Линза для уличного светильника работает следующим образом.The lens for a street lamp works as follows.

Перед началом работы в полусферическую выемку радиусом 3÷4 мм светоприемной поверхности 3 линзы 1 устанавливают светодиодный (СД) излучатель, содержащий полупроводниковый кристалл 5 (0.3÷1.2 мм), покрытый геле - люминофорным слоем 6 соответствующего состава для выбора нужной цветности освещения уличного светильника. Внешние геометрические параметры излучающей поверхности СД- излучателя по форме и размерам выбирают максимально соответствующим параметрам светоприемной поверхности 3 линзы 1. При этом перед установкой СД- излучателя в выемку линзы 1 ее светоприемную поверхность 3 покрывают слоем жидкого геля 7 для уменьшения потерь световой энергии на возможных светорассеивающих воздушных полостях, образованных конструктивными допусками на линзу 1 и СД- излучатель. Собранный в единую конструкцию СД- излучатель и линза 1 образуют уличный светильник. Этот светильник устанавливают на стандартных дорожных столбах высотой 9 м с углом наклона гусака 15° друг напротив друга, например на расстоянии 14 м по разные стороны дороги и на расстоянии 30 м вдоль ее полотна. При включении светильника излучение от СД- излучателя перпендикулярно и равномерно по освещенности светоприемной поверхности 3 проникает в тело линзы 1 с минимальными потерями энергии на ее оптических переходах. При этом одновременно за счет выбора параметров линзы 1 из условий (1÷2) обеспечивается равномерное освещение полотна дороги между светильниками по периферии и с одновременным исключением неосвященных частей дорожного полотна при стандартном размещении светильников.Before starting work, a LED (LED) emitter containing a semiconductor crystal 5 (0.3 ÷ 1.2 mm) coated with a gel phosphor layer 6 of the appropriate composition is installed in a hemispherical recess with a radius of 3 ÷ 4 mm of the light receiving surface 3 of lens 1 to select the desired color of illumination of the street lamp. The external geometric parameters of the emitting surface of the LED emitter in shape and size are selected as appropriate for the parameters of the light receiving surface 3 of lens 1. In addition, before installing the LED emitter in the recess of the lens 1, its light receiving surface 3 is covered with a layer of liquid gel 7 to reduce light energy losses due to possible light scattering air cavities formed by design tolerances for lens 1 and LED emitter. The LED emitter and lens 1 assembled into a single design form a street lamp. This lamp is mounted on standard road poles 9 m high with a gander inclination angle of 15 ° opposite each other, for example, at a distance of 14 m on opposite sides of the road and at a distance of 30 m along its track. When the lamp is turned on, the radiation from the LED emitter perpendicularly and uniformly through the illumination of the light-receiving surface 3 penetrates the body of the lens 1 with minimal energy loss at its optical transitions. At the same time, due to the selection of lens parameters 1 from the conditions (1 ÷ 2), uniform illumination of the roadway between the luminaires at the periphery and with the exception of unlit parts of the roadway with the standard placement of the luminaires is ensured.

Полезная модель разработана на уровне опытных образцов в ООО «ИНФОЛЕД». Испытание опытных образцов осветителей с предлагаемыми линзами на стандартных осветителях дорожного четырехполосного полотна показали возможность уменьшения неравномерности освещенности на дороге до величин менее ±20% и снижения предельного угла кривой силы света светодиодного осветителя в различных сечениях до 70°.The utility model is developed at the level of prototypes in LLC "INFOED". Testing of prototypes of illuminators with the proposed lenses on standard illuminators of a four-lane road surface showed the possibility of reducing the unevenness of illumination on the road to values less than ± 20% and reducing the limiting angle of the light intensity curve of an LED illuminator in various sections to 70 °.

Источники информации:Information sources:

1. EP 2322973 (A1) - 2011-05-181. EP 2322973 (A1) - 2011-05-18

2. EP 1621918 (A1) - 2006-02-012. EP 1621918 (A1) - 2006-02-01

Claims (2)

1. Линза для уличного светильника, содержащая асферическую линзу с прямоугольным основанием для равномерного освещения дорожного полотна в прямоугольном секторе, снабженную светоприемной поверхностью и светоиспускающей асферической поверхностью, отличающаяся тем, что светоприемная поверхность линзы выполнена в виде полусферической выемки, расположенной в центре основания линзы, а светоиспускающая асферическая поверхность линзы имеет вид полинома:1. A lens for a street lamp, comprising an aspherical lens with a rectangular base for uniform illumination of the roadway in a rectangular sector, provided with a light receiving surface and a light emitting aspherical surface, characterized in that the light receiving surface of the lens is made in the form of a hemispherical recess located in the center of the lens base, and the light-emitting aspherical surface of the lens has the form of a polynomial:

,

, где a - радиус полусферической выемки в основании линзы;where a is the radius of the hemispherical recess at the base of the lens; z₀(a) - эквивалентная толщина линзы (расстояние по оптической оси от центра полусферической выемки радиусом а до внешней поверхности асферической линзы);z ₀ (a) is the equivalent thickness of the lens (the distance along the optical axis from the center of a hemispherical notch of radius a to the outer surface of the aspherical lens); z_0max - максимальное значение толщины линзы (z_0max=7,0 для a=3 мм);z _0max is the maximum value of the thickness of the lens (z _0max = 7.0 for a = 3 mm);

- нормированные (на z_0max) коэффициенты полинома;

- normalized (at z _0max ) polynomial coefficients; х, y - текущие значения проекции точек поверхности асферической линзы вдоль оси абсцисс и оси ординат соответственно;x, y are the current values of the projection of the surface points of the aspherical lens along the abscissa axis and the ordinate axis, respectively; N, N-1 - порядок степенного полинома для двух переменных i и j соответственно (N≤16);N, N-1 - the order of the power polynomial for two variables i and j, respectively (N≤16); i, j - текущие значения переменных степенного полинома N, N-1-го порядка (i=∈{1,N}; j=∈{1,N-1}).i, j are the current values of the variables of the power polynomial N, N-1st order (i = ∈ {1, N}; j = ∈ {1, N-1}). 2. Линза по п.1, отличающаяся тем, что полусферическая выемка в основании линзы выполнена радиусом 3÷4 мм.

2. The lens according to claim 1, characterized in that the hemispherical recess in the base of the lens is made with a radius of 3 ÷ 4 mm