專利名稱：Led透鏡模組及其配光方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像透鏡，尤其涉及一種LED路燈所采用的光學(xué)透 鏡，屬于光學(xué)和半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體在道路照明應(yīng)用的不斷進(jìn)歩，LED路燈以其獨(dú)特的優(yōu)勢獲得了 越來越多的認(rèn)可和普及性推廣。通常情況下，會在LED燈體外部罩設(shè)一透鏡 以便于聚集光線。但現(xiàn)有的透鏡投射的光斑為圓形，而且中心與周邊之間的光 強(qiáng)度相差較大。此外，對于一些在某個方向上需要大范圍照明，而在另一方向 上卻需要小范圍照明的場合(例如道路照明)，在道路延伸方向上要求照射范 圍寬、照明效果好、角度需求大；而在垂直道路方向上并不需要寬范圍的照 明，否則既浪費(fèi)電能，還會對周圍環(huán)境造成光污染。但對丁現(xiàn)有這圓形透鏡的 LED來說，只能通過在道路延伸方向上多設(shè)燈具，通過相鄰燈具的光斑疊加來 達(dá)到光強(qiáng)度要求，即使這樣也難以避免"排骨路"的照明效果，燈具正下方的 照度高，其它區(qū)域照度低，導(dǎo)致路面平均照度低且均勻度差，這種亮暗不均的 照明，直接影響行車安全。
令人遺憾的是，盡管人們研究LED光源二次配光的方法和思路，但是由 丁-其模式還是基于單個透鏡上改進(jìn)和創(chuàng)新，沒有突破傳統(tǒng)方式的光學(xué)配光，且
加工工藝難以克服上述幾方面的弊端。因此，在LED透鏡應(yīng)用上需要采取更
好的方式來改變二次光學(xué)設(shè)計，研究如何使光線到達(dá)地面分布，符合道路照度、均勻度要求，是本領(lǐng)域研發(fā)人員攻關(guān)的一主要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有相同出光角度的單個透鏡配光不能調(diào)整出
光角度及充分利用光源光線的缺陷，提供一種LED透鏡模組及其配光方式。 使LED在道路照明應(yīng)用中，通過對出光透鏡——尤其是出光角度的改進(jìn)，消 除LED光線聚焦光斑周圍存在的眩光及聚光效果，從而提高LED光源能量的 利用率；使LED路燈能符合道路照明的光照分布及節(jié)能要求。
本發(fā)明的第一個目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種LED透鏡模組，包括透鏡座、 一組裝設(shè)在所述透鏡座上的透鏡體， 以及與所述透鏡體一一對應(yīng)組裝的LED,其特征在于該透鏡模組是由一組或 一組以上焦距角度及曲率各異的非球面透鏡體在透鏡座上排列組合成一體，同 一排列方向上各透鏡體呈均勻分布。其中各透鏡體在透鏡座上的排列結(jié)構(gòu)為矩 陣式排列、多邊行列式排列或圓形排列；各透鏡體按焦距角度及曲率的差異由 透鏡座中心向四周逐漸遞減式組合排布，且相鄰?fù)哥R體之間的焦距角度及曲率 變化量均勻。
進(jìn)一步地，前述LED透鏡模組，其中焦距角度指的是透鏡體實際焦距點(diǎn) 相對于中心軸偏斜的角度；且曲率指的是透鏡體本身的彎曲程度。
進(jìn)一歩地，前述LED透鏡模組，其中透鏡體中部設(shè)有一用于安裝LED的 凹坑，該凹坑的坑壁面構(gòu)成LED光照的入射面，而凹坑頂面為下凹狀或上凸 狀的圓弧面。而且透鏡體的凹坑形狀為半圓球形、圓柱形、頂面為凹圓弧面或 凸圓弧面的圓柱形中一種或幾種的結(jié)合體。
5進(jìn)一步地，前述LED透鏡模組，其中透鏡體為透明的PC或PMMA材 料。而該LED透鏡模組在透鏡座四周設(shè)有復(fù)數(shù)安裝定位孔。
本發(fā)明第二個目的籍由上述LED透鏡模組得以實現(xiàn)的技術(shù)解決方法是 一種LED透鏡模組的配光方式，涉及透鏡座、 一組裝設(shè)在所述透鏡座上 的透鏡體，以及與所述透鏡體一一對應(yīng)組裝的LED,其特征在于在LED透 鏡模組中配置一組焦距角度及曲率各異且與LED —一對應(yīng)的透鏡體，通過各 透鏡體焦距角度及曲率與其透光性能成反比的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)不同光照方向上的 所需的光強(qiáng)度。其中該一組透鏡體在對光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)是均勻過度的。
實施本發(fā)明的技術(shù)方案，其有益效果體現(xiàn)在
(1) 排列組合的LED透鏡模組使多組聚光透鏡的照射范圍連接成一體，充 分利用了光源發(fā)出的能量，提高對光源能量的利用率；
(2) 對LED所發(fā)出的光線的聚光效果可以達(dá)到90%以上；
(3) 各透鏡體的中心點(diǎn)距離短，有效縮少產(chǎn)品體積、節(jié)省燈具空間；
(4) LED發(fā)光管準(zhǔn)確、穩(wěn)定地固定在各透鏡體共同的焦點(diǎn)上，有效克服了某 些LED光斑的黃暈現(xiàn)象，光斑均勻集中，亮度高、無雜散光、無黑洞、無陰 影或暗區(qū)；
(5) 該透鏡模組的組合形式具有選配自適應(yīng)性，可選用多塊該透鏡模組按不 同的需要進(jìn)行組合，如選用六塊組合則功率為60W，選用10塊組合則功率為 100W;
(6) 該透鏡模組四周設(shè)計有多個安裝定位孔，安裝及維護(hù)操作較為方便，并 可配合燈具機(jī)構(gòu)設(shè)計成防水結(jié)構(gòu)；在解決了模具的精度后，就能保證工作的可 靠性及穩(wěn)定性。為使本發(fā)明的技術(shù)特征及應(yīng)用后的有益效果更清楚、易于理解，以下結(jié)合 本發(fā)明一優(yōu)選實施例及其附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明LED透鏡模組一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示LED透明模組A-A線段的剖面示意圖； 圖3是本發(fā)明LED透鏡模組另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3所示LED透明模組B-B線段的剖面示意圖。
具體實施方式
實施例一
如圖1和圖2所示，分別是本發(fā)明LED透鏡模組一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示 意圖及其A-A線段的剖面示意圖。從圖中所示可見該用于LED路燈照明的 帶有多角度組合的LED透鏡模組主要是由透鏡座1和以透明的PC或PMMA 制成的透鏡體2a構(gòu)成，數(shù)量上遠(yuǎn)不止一個的一組或若干組透鏡體密封貼裝在 透鏡座1之上排列組合成一體。另包括與該透鏡體2a等數(shù)量的發(fā)光LED，分 別一一對應(yīng)地組裝在透鏡體2a的內(nèi)部。其中，該一組透鏡體的各透鏡體2a 中，單個或部分具有不同于其它透鏡體2a的焦距角度(透鏡體實際焦距點(diǎn)相 對于中心軸偏斜的角度)和曲率(透鏡體本身的彎曲程度)。根據(jù)透鏡配光的 需求，該一組透鏡體矩陣式排列在透鏡座1的表面，并且各透鏡體2a按各自 焦距角度及曲率的差異由透鏡座中心向四周逐漸遞減式組合排布。為取得更柔 和的配光效果，在LED透鏡模組生產(chǎn)制備過程中，需要將相鄰?fù)哥R體之間的 焦距角度及曲率變化兩均勻化。
7上述LED透鏡模組中，該透鏡體2a中部設(shè)有一頂面為弧面的圓柱形凹 坑，各LED發(fā)光源分別是一一對應(yīng)地裝設(shè)在這些凹坑之中的，并以凹坑的坑 壁面構(gòu)成LED光源照射的入射面。其中同一LED透鏡模組上，各凹坑的形狀 不具有單一性，其頂面可以是上凸?fàn)畹幕∶?如圖2所示)、可以是下凹狀的 弧面，也可以是完全的平面。此外，該凹坑更可以是半圓球形，以如此多樣性 的凹坑形式獲得透鏡體2a不同的焦距角度和曲率。
此外，上述LED透鏡模組中，該透鏡座的四周還分別數(shù)量可選地設(shè)有復(fù) 數(shù)安裝定位孔U。以便于該LED透鏡模組以模塊化形式安裝到道路照明路燈 系統(tǒng)中去，并且在發(fā)生故障時，可以方便、快捷地進(jìn)行拆卸、更換。當(dāng)然，其 安裝定位方式為多樣可選，包括螺接、彈性鉚接、膠貼等多種方式均可適用。
實施例二
如圖3和圖4所示，分別是本發(fā)明LED透鏡模組另一實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖及其B-B線段的剖面示意圖。從圖中所示可見該用于LED路燈照明的帶 有多角度組合的LED透鏡模組區(qū)別于實施例一的結(jié)構(gòu)特征在于該LED透鏡 模組是由透鏡體2b和透鏡座1 一體化組裝構(gòu)成的，該球面形透鏡體2b形狀上 不同于實施例一的矩形，且該些透鏡體2b在透鏡大小、排列組合的緊密程度 以及排布方式上來看，均與實施例一所示的透鏡體2a存在明顯差別。此處， 該些透鏡體2b的排列結(jié)構(gòu)為多邊行列式排列，并且任意一行或一列內(nèi)的透鏡 體2b分布是均勻的。由圖4所示可見，本實施例中，該透鏡體2b所設(shè)凹坑的 形狀與實施例一大致相同，惟圓柱體直徑存在的變化而已。
上述兩實施例無論透鏡體形狀或排列結(jié)構(gòu)存在多少的差異，但都出于一個 共性的設(shè)計即采用多個不同角度的焦距或曲率不相同的透鏡， 一體化排列組合到透鏡座之上，構(gòu)成一完整的LED透鏡模塊。并且通過透鏡體不同形狀的
凹坑設(shè)計，可搭配不同光分布的LED，并不會對聚光效果產(chǎn)生影響。
此外，該LED透鏡模組還可以配合燈具機(jī)構(gòu)設(shè)計成防水結(jié)構(gòu)，能夠?qū)β?天環(huán)境陰雨環(huán)境下路燈照明的應(yīng)用進(jìn)一步完善。
在本方案中，它的透鏡數(shù)量通常為3-30 —組或劃分為若干組， 一個模組 可配套的LED光源功率約為3-30W，均勻?qū)ΨQ地排列在同一平面上。所述透 鏡體透鏡座的焦距或曲率由模塊中心向四周逐漸遞減的方式組合，相鄰?fù)哥R模 組之間的透鏡座焦距或曲率成均勻變化，有良好的過度比例。
采用這種透鏡后，其配光曲線呈蝙蝠翼形，并且各個剖面因需而異不完全 相同，而能合理控制光線分布使光斑呈矩形，并且在有效照射區(qū)域內(nèi)出光效率 大于75%，總透光率大于90%，最大程度地降低了光的損失，使光源發(fā)出的 光得到充分的利用；此外，在有效照射區(qū)域內(nèi)照度非常均勻。光斑邊緣清晰， 有效照射區(qū)域外幾乎無雜光，沒有不良眩光，不會造成光污染可廣泛應(yīng)用于 道路照明、廣告投光等對照明區(qū)域有特殊要求的照明領(lǐng)域，是一種綠色、節(jié) 能、環(huán)保的照明產(chǎn)品。
綜上，本發(fā)明不受透鏡出光面形狀的限制，透鏡的出光面無論是平面還是 曲面，采取本發(fā)明技術(shù)方案均能獲得比較理想的應(yīng)用效果。另外，本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員可以推知，本發(fā)明技術(shù)方案并不受到上述"路燈"這一實例的應(yīng)用限 制。事實上，凡采用此種方式配置的LED光源，無論用它制造路燈，還是用 它制造其他各種照明燈具，均可以應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案對透鏡的出光角度進(jìn)行 改進(jìn)，從而消除聚焦光束眩光、散光等問題，提高這些照明工具的使用效果。
9
權(quán)利要求
1.LED透鏡模組，包括透鏡座、一組或一組以上裝設(shè)在所述透鏡座上的透鏡體，以及與所述透鏡體一一對應(yīng)組裝的LED，其特征在于所述透鏡模組是由一組或一組以上焦距角度及曲率各異的非球面透鏡體在透鏡座上排列組合成一體，同一排列方向上各透鏡體呈均勻分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組，其特征在于所述透鏡體在透 鏡座上的排列結(jié)構(gòu)為矩陣式排列、多邊行列式排列或圓形排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組，其特征在于所述透鏡體按焦 距角度及曲率的差異，由透鏡座中心向四周逐漸遞減式組合排布，且相鄰?fù)哥R 體之間的焦距角度及曲率變化量均勻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED透鏡模組，其特征在于所述焦距角度指 的是透鏡體實際焦距點(diǎn)相對于中心軸偏斜的角度；所述曲率指的是透鏡體本身 的彎曲程度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組，其特征在于所述透鏡體中部 設(shè)有一用于安裝LED的凹坑，所述凹坑的坑壁面構(gòu)成LED光照的入射面，而 凹坑頂面為下凹狀或上凸?fàn)畹膱A弧面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED透鏡模組，其特征在于所述透鏡體的凹 坑形狀為十圓球形、圓柱形、頂面為凹圓弧面或凸圓弧面的圓柱形中一種或幾 種的結(jié)合體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組，其特征在于所述透鏡體為透 明的PC或PMMA才才料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組，其特征在于所述LED透鏡模組在透鏡座四周設(shè)有復(fù)數(shù)安裝定位孔。
9. 權(quán)利要求1所述的LED透鏡模組的配光方式，涉及透鏡座、 一組或一 組以上裝設(shè)在所述透鏡座上的透鏡體，以及與所述透鏡體一一對應(yīng)組裝的 LED,其特征在于在LED透鏡模組中配置一組或一組以上焦距角度及曲率各 異且與LED —一對應(yīng)的透鏡體，通過各透鏡體焦距角度及曲率與其透光性能 成反比的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)不同光照方向上的所需的光強(qiáng)度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED透鏡模組的配光方式，其特征在于:所 述一組透鏡體在對光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)是均勻過度的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED透鏡模組及其配光方式，解決現(xiàn)有相同出光角度的單個透鏡配光不能調(diào)整出光角度及充分利用光源光線的問題。該透鏡模組包括透鏡座、一組透鏡座上的透鏡體，以及與透鏡體一一對應(yīng)組裝的LED，其特點(diǎn)是，一組或一組以上焦距角度及曲率各異的非球面透鏡體在透鏡座上由中心向四周逐漸遞減式排列組合成一體，同一排列方向上各透鏡體呈均勻分布。由于通過各透鏡體焦距角度及曲率與其透光性能成反比的結(jié)構(gòu)特性，調(diào)節(jié)不同光照方向上所需的光強(qiáng)度，能夠消除LED光線聚焦光斑周圍存在的眩光及聚光效果，提高LED光源能量的利用率，使LED路燈能符合道路照明的光照分布及節(jié)能要求，為大功率LED道路照明燈具的推廣提供技術(shù)支持。
文檔編號F21Y101/02GK101586776SQ200910032428
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者孫建國, 楊海峰 申請人:南京漢德森科技股份有限公司