一種二次光學特殊曲面透鏡及其星形排列透鏡式路燈的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種透鏡及應用該透鏡式路燈，尤其是涉及一種二次光學特殊曲面透鏡及該光學透鏡按一種星形排列方式形成整版光學透鏡進而組成路燈。
【背景技術】
[0002]隨著半導體芯片與封裝技術的發展，LED的發光效率得到迅速的提升。LED具有體積小、壽命長、電光效率高、環保節能等諸多優點，被廣泛應用于LED路燈照明并成為研究熱點。現有的LED室外燈具，特別是用于路燈或隧道照明的LED道路照明燈具，大部分廠家雖對其進行二次光學設計，但經過透鏡出射的光束光線利用率低，特別是單位面積上光線數量很有限，直接影響燈具產品結構形狀，特別不利于LED模塊與燈具一體化設計，LED燈具的光線照射范圍較小，路燈道路適應性較差，照射效果也較差，照度均勻度較差，產品散熱器件不能有效利用，產品成本無法進一步降低。目前市面上的LED路燈光源大都采用單顆1.5W以上矩陣排列或集成LED光源，單顆IW及以下LED光源一般使用在室內燈具或光源中，室外產品特別是路燈上未使用過。
[0003]現有的技術中，四川長虹照明技術有限公司對LED道路照明燈具雖進行了二次光學設計，其實現方法如圖1所示:二次光學非對稱透鏡，包括入射面及出光面，入射面為自由曲面，出光面為自由曲面，入射面及出光面為非對稱分布。非對稱透鏡式路燈，包括至少九個二次光學非對稱透鏡，二次光學非對稱透鏡以AXB矩陣方式排列形成整版透鏡路燈，其中，A為大于等于3的整數，B為大于等于3的整數。顯而易見，以上現有技術在單位面積上的光線數量有限，LED燈具模組結構大小及整燈光學面大小不能做到更小，不利于現有路燈結構兼容，單位面積功率密度不能滿足某些區域客戶要求。而且目前上述類似二次光學設計對光源功率及光效要求較高，單顆光源芯片至少1.5W及以上，這樣極大的限制了 LED模組進一步降低成本，而且目前大功率光源顯色指數較低。成本無法進一步降低，產品顯色指數較低。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是拓展了中、低功率LED光源芯片(0.5W?1W)的使用范圍，將只能應用于室內產品的LED光源應用到道路照明中，大幅度降低產品成本，并極大提升產品顯色指數，有效解決行業難題LED路燈顯色指數較低(由當前的不足70，大幅度提升到80以上)。創新性的將室內大批量應用的中低功率光源通過一種特殊的二次光學設計，大批量應用的中低功率LED芯片拓展使用在室外路燈照明上，有效解決路燈顯色指數低，成本無法進一步降低，照明效果無法滿足1:4及更高的桿高比的問題。
[0005]該二次光學特殊內曲面透鏡設計是提供一種二次光學設計的特殊曲面透鏡，并經過該透鏡出射的光束光線利用率高，光線照射范圍更廣。
[0006]該特殊曲面透鏡式路燈，將上述二次光學特殊曲面透鏡按一定星形矩陣方式排列在一個模組上形成六棱星形透鏡式路燈，該路燈滿足道路照明需求，成本低廉，顯色指數高，節約能源，采用中低功率LED光源，使光照的利用率得到有效提升。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:二次光學透鏡，包括入射面及出光面，入射面為自由曲面，出光面為自由曲面，入射面及出光面為特殊曲面。
[0008]具體的，所述入射面為弧面，出光面為弧面。
[0009]進一步的，入射面的曲面方程為，其中，第一折射率Ic1為光線從空氣到透鏡之間的折射率，其取值范圍為:kl=l.02?1.3 ;入射面曲面半徑R的取值范圍為:R=2?2.5毫米。
[0010]進一步的，出光面的曲面方程為，其中，半徑，半徑r=3.8?4.0毫米，第二折射率k2為光線從透鏡到空氣之間的折射率，其取值范圍為:k2=l.02?1.3 ;c為透鏡折射率與空氣折射率之間的修正系數，其值為c=0.8。
[0011]二次光學透鏡式路燈，包括至少四十八個如上所述的二次光學透鏡，二次光學透鏡以AXB矩陣方式排列形成整版透鏡路燈，其中，A為大于等于4的整數，B為大于等于12的整數。A、B按上述排列后每6個透鏡凸包形成一個類似星形的圖形
[0012]進一步的，該透鏡式路燈還包括防水硅膠條安裝槽，防水硅膠條安裝槽安裝于星形排列透鏡式路燈的四周，以及12個塑料卡勾，該透鏡定位安裝無須使用螺釘及工具。
[0013]本實用新型的有益效果是:二次光學星形透鏡能夠有效提高光線利用率，由其出射的光線照射范圍更廣。在達到相同的照明亮度時，本實用新型所需的中小功率LED光源，在相同功率的LED光源條件下，使用二次光學特殊曲面透鏡星形排布式的燈具照明亮度更高。星形透鏡式路燈能夠有效解決當前光照斑馬效應問題以及桿高間距比超過1:4及以上的實際道路照明問題，滿足當前需求，有效地填補了 LED道路燈具目前的光學設計不滿足當前實際需要，顯色指數一直無法大幅度提升，將室內LED光源芯片與室外LED光源光源兼容應用的技術空白，降低能耗，節約能源，環保可靠，成本更加低廉。本實用新型適用于LED燈具。
【附圖說明】
[0014]圖1是現有技術中具有二次光學LED道路照明燈具結構示意圖；
[0015]圖2是本實用新型的二次光學星形透鏡元件結構示意圖；
[0016]圖3是本實用新型實施例的星形透鏡式路燈結構示意圖；
[0017]其中，401為LED光源，402為安裝底座，403為高反射率反射器，404為透鏡，40為二次光學星形透鏡，401為LED光源，402為入射面，403為出光面，405為安裝面，301為防水硅膠條安裝槽，302為LED路燈元件，303為光源輸入線孔位及光源數量標記盤，304定位及固定卡勾，305為固定螺釘。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖及實施例，詳細描述本實用新型的技術方案。
[0019]如圖2所示，本實用新型的二次光學星形透鏡40，包括入射面402及出光面403，入射面402為自由曲面，出光面403為自由曲面，以LED光源401為中心，入射面402及出光面403特殊內部分布。
實施例
[0020]本例中，LED光源401安裝于安裝面405上，通過固定裝置將二次光學非對稱透鏡40固定在安裝面405上。
[0021]所述入射面402的曲面方程為，本例中第一折射率Ic1=L 35，入射面曲面半徑R的取值范圍為:R=2毫米。
[0022]出光面403的曲面方程為其中，半徑，本例中半徑r=3.8毫米，第二折射率k2=l.3，修正系數c=0.91。
[0023]入射面402接收LED光源201發出的光線，再通過透鏡內部的折射從出光面403出光。
[0024]如圖3，將本實用新型的二次光學透鏡按AXB矩陣方式排列形成整版透鏡路燈，每6個透鏡凸包形成I個6個面的星形，每一整版透鏡不少于6個星形透鏡式路燈，其中，A為大于等于4的整數，B為大于等于12的整數。
[0025]本例中星形透鏡式路燈中，二次光學透鏡呈矩陣排列，每個透鏡的中心橫向間距為18.05mm±0.1mm，縱向間距為10.lmm±0.3mm，矩陣樣式的透鏡一體化注塑成型，每6個二次光學透鏡凸包形成I個星，總共形成不少于6個星形的整板透鏡，進而形成星形透鏡式路燈。在實際中，二次光學透鏡以12縱排和4橫排的矩陣排列方式形成最小整板排列，形成最小單模組發光，滿足實際道路最小照明需求。
[0026]星形透鏡式路燈還包括防水硅膠條安裝槽301，該安裝槽安裝于環路燈的四周，硅膠條安裝在防水硅膠條安裝槽301中，可以解決燈具防水防塵問題，無需外部增加玻璃或其他防水防塵部件，其防護等級可達到IP67及以上。304為星形結構整板透鏡定位針，用于二次光學星形透鏡的定位。
[0027]由于二次光學星形透鏡的入射面402及出光面403內部結構特殊分布。在實際應用中，入射面402與出光面403距離較近的一端，其出光量多，出光角度大，會安裝在路燈遠離燈桿的一端，這樣80%的燈光能夠照射到路面上。入射面402與出光面403距離較遠的一端，其出光量少，出光角度小，會安裝在星形透鏡式路燈靠近燈桿的一端，這樣利用較少光即可使得燈桿附近有良好的照明效果。綜上，采取該星形透鏡式路燈可以大大節約光能，將大部分光束投射到路面，擴大照射范圍，加強路面的照度。
[0028]單個二次光學星形透鏡的照射范圍廣，按一定矩陣方式排列能夠提高照明光的總照度，以使其實際光學照射效果滿足設計要求，在燈桿桿高與間距比大于等于1:4的道路條件下，其橫向和縱向均勻度滿足國標CJJ45-2006要求。若道路寬度增加，要達到照明效果則只需增加相應透鏡即可實現。
【主權項】
1.二次光學非對稱透鏡，包括入射面(402)及出光面(403)，入射面(402)為自由曲面，出光面(403)為自由曲面，其特征在于，入射面(402)及出光面(403)為非對稱分布。2.如權利要求1所述的二次光學非對稱透鏡，其特征在于，所述入射面(402)為弧面，出光面(403)為弧面。3.如權利要求1所述的二次光學非對稱透鏡，其特征在于，入射面(402)的曲面方程為，其中，h為第一折射率，其取值范圍為A1=L 35?1.5 ;入射面曲面半徑R的取值范圍為:R=1.5?2.5毫米。4.如權利要求1所述的二次光學非對稱透鏡，其特征在于，出光面(403)的曲面方程為，其中，半徑，半徑r=4.0?4.3毫米，匕為第二折射率，其取值范圍為:k 2=1.35?1.5 ;修正系數c=0.91。5.特殊曲面透鏡式路燈，其特征在于，包括至少九個如I至4中任意一項權利要求的二次光學特殊曲面透鏡，二次光學特殊曲面透鏡以AXB矩陣方式排列形成整版透鏡路燈，其中，A為大于等于4的整數，B為大于等于12的整數。6.如權利要求5所述的特殊曲面透鏡式路燈，其特征在于，還包括防水硅膠條安裝槽(301)，防水硅膠條安裝槽(301)安裝于特殊曲面透鏡式路燈的四周，并采用自由塑料卡勾安裝固定及定位。
【專利摘要】本實用新型涉及一種透鏡及應用該透鏡的路燈。本實用新型所要解決的技術問題是提供一種光線利用率高，照射范圍廣的經過二次光學設計的透鏡，拓展了中、低功率LED光源芯片（0.5W～1W）的使用范圍，將只能應用于室內產品的LED光源應用到道路照明中，大幅度降低產品成本，并極大提升產品顯色指數，有效解決行業難題LED路燈顯色指數較低（由當前的不足70，大幅度提升到80以上），以及滿足道路照明需求的透鏡式路燈；該透鏡最大的特點是按一種特殊曲面的矩陣星型排列，有效利用單位面積的發光面，該整體一體化透鏡單位面積發光條數明顯比目前市場上所有模組式LED路燈多得多。采用的技術方案可概括為：二次光學特殊曲面透鏡，包括入射面及出光面，入射面為自由曲面，出光面為自由曲面，入射面及出光面為特殊曲面。特殊曲面透鏡式路燈，包括至少48個二次光學非對稱透鏡，二次光學非對稱透鏡以A×B矩陣方式排列形成整版透鏡路燈，其中，A為大于等于4的整數，B為大于等于12的整數。本實用新型降低能耗，節約能源，環保可靠，適用于LED燈具。
【IPC分類】F21W131/103, F21Y101/02, F21S8/08, F21V5/04, F21V31/00
【公開號】CN204786167
【申請號】CN201520529802
【發明人】王正中
【申請人】綿陽晶麗照明技術有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月21日