專利名稱：Led路燈大角度二次配光透鏡及其制造方法
LED路燈大角度二次配光透鏡及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種LED燈光學透鏡，尤其是指一種用于LED路燈的大角度二次配光 透鏡及其制造方法。
背景技術(shù)：
LED(發(fā)光二極管)被譽為21世紀的綠色照明產(chǎn)品，由于其具有壽命長、啟動時間 短、結(jié)構(gòu)牢固、節(jié)能環(huán)保、及體積小等特點，隨著LED效率的不斷提高及價格的下降，LED的 應用領域也越來越廣。最近幾年，LED道路照明技術(shù)得到了迅速發(fā)展。良好的道路照明要求 路燈的配光為長方形的光斑，將光能盡可能的集中到道路上，道路之外的光污染盡可能的 少，而且要求不能對遠方的車輛產(chǎn)生眩光。由于大部分LED光源的輻射角分布為圓型的、其 半光強的角度為110度至120度的郎伯型(Lambertian distribution)分布，如果LED路 燈不經(jīng)過二次光學元件的配光，那么其在道路上的光斑也將為圓型的郎伯型分布，部分光 會落在馬路之外而損耗掉，而且會對遠處的車輛產(chǎn)生眩光，與道路照明的要求不符。另外，有些主干路上由于路燈安裝的間距比較遠，如燈距為50米或60米，現(xiàn)有的 大部分LED路燈由于照射角度較小，沿道路方向的光束全角大約為120度，即使安裝在12 米高的燈桿，也很難對兩燈之間的路面進行充分的照明。為了使兩燈之間的區(qū)域能夠得到 充分的照明，需要采用大角度的LED配光透鏡，譬如采用光束全角為135° 145°的。為 了使LED路燈正下方和LED路燈之間的路面上的照度都差不多，LED路燈在做配光制造時 還需要制造成蝙蝠翼形狀的光強分布。蝙蝠翼形狀的光強分布可以壓制路燈正下方路面的 光照度，增加路燈之間的路面上的光照度，使路面照明變得很均勻。另外為了解決眩光的問 題，現(xiàn)有透鏡缺乏截光制造，其出射大角度光需在透鏡作用下折射到較小角度，以符合路面 照明要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服了上述缺陷，提供一種適用于路燈應用可有效解決燈距遠 問題。并將LED光二次配光成大角度均勻照射路面同時可將水平出射光的眩光有效消除的 LED路燈二次配光透鏡及其透鏡制造方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種LED路燈大角度二次配光透鏡，它包括第一配 光透鏡及包裹其外的第二配光透鏡，其改進之處在于所述第一配光透鏡成半球面或橢圓 形非球面，所述第二配光透鏡成花生殼形非對稱曲面，由主曲面及兩端銜接的眩光消除曲 面構(gòu)成，其中主曲面位于垂直方向的光軸士71°范圍內(nèi)，LED光束配成沿水平X方向成 0° 士71°分布，沿Y方向成0° 士30°分布的均勻長方形光斑，眩光消除曲面位于垂 直方向的光軸夾角士71° 90°范圍內(nèi)，采用截光法配光制造，產(chǎn)生眩光的71° 90°范 圍之內(nèi)的大角度光束，向路面中間匯聚，配成沿X方向成士71° 56°分布、沿Y方向成 0° 士30°分布的光斑；于配光透鏡底部設有卡腳，卡腳底部設有用于裝配的卡槽，卡腳上還設有階沿；
6
所述卡腳邊緣設有圓角；所述卡腳高1. 5-3mm ；所述半球面第一配光透鏡的曲率半徑為3. 4mm ；所述橢圓形非球面第一配光透鏡的短軸曲率半徑為3. 4mm ； 一種制造如權(quán)利要求1所述的LED路燈二次配光透鏡的方法，其改進之處在于第 二配光透鏡曲面通過如下方式得出a)預設出射光線照射到路面上的是照射范圍，并對其進行網(wǎng)格劃分主曲面于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成士71°、在Y方向與透鏡 的光軸成士30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向劃分成等份的14X18個網(wǎng) 格，同時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X 18個網(wǎng)格；眩光消除曲面于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成71°至55. 51°、在 Y方向與透鏡的光軸成士30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向劃分成等份的 14X2個網(wǎng)格，同時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X2個網(wǎng)格；b)獲取曲面各點法線矢量及，獲取主曲面網(wǎng)格線輪廓 式中x，y分別為預設出射光線照射到路面上目標位置T點的水平軸坐標值而x，y
值的得出符合公式 式中Nx、Ny、Nz為曲面出射點P的法線矢量及于水平x、y、垂直ζ方向的余弦，n0為空氣的折射率、Ii1為二次配光透鏡所采用材料的折射率，ζ為透鏡到照射目標，即成品LED路燈的安裝高度px、py、pz為第二配光透鏡曲面坐標點在P沿X、Y、Z軸方向的分量Ix、Iy、Iz為LED發(fā)出到達透鏡曲面的入射光線于水平x、y、垂直ζ方向的余弦，f為預設出射光線照射到路面上目標位置T點的矢量表示，戶為曲面出射點P的矢量表示；通過計算機數(shù)學迭代法計算出所有曲面點對應法相矢量，從而得出主曲面及眩光 消除曲面的各網(wǎng)格線的輪廓；c)利用三維造型軟件對主曲面進行蒙皮，從而生成透鏡主曲面及眩光消除曲面；d)將主曲面及眩光消除曲面用三維曲面建模軟件連接，連接處的切平面均勻過 渡，從而組成透鏡的二次配光花生殼形曲面；所述眩光消除曲面采用截光的方法進行制造，即把LED發(fā)出的沿X方向光束角為 士71°至90°范圍的會產(chǎn)生眩光的這部分光，向路面中間會聚，分布在沿X方向與光軸成的路面上，以消除眩光；其中士71°角的光線為邊緣光線，其對應于路面上X方向的光斑的邊緣，LED發(fā) 出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線在X方向與光軸的夾角為-71°，經(jīng)眩 光消除曲面折射后，其出射光線與光軸的夾角也為-71°，投影在路面上形成左邊-71° 的光斑的邊緣；LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線與光軸的夾角 為-90°，經(jīng)眩光消除曲面折射后，其出射光線向路面中間會聚，出射光線與光軸的夾角變 為-55. 51°，在路面上形成左邊-55. 51°的光斑的邊緣，同樣，LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除 曲面的輪廓線經(jīng)曲面13折射后，其出射光線對應于路面上形成右邊71°及55. 51°的光斑 的邊緣。所述入射光線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平X方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平X方向) 入射光線角度(水平X方向)士 71士 71士 76士 68. 367068士 80士 65. 721539士 84士 62. 395725士 88士 58. 122523士 90士 55. 513168所述入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平y(tǒng)方向)入射光線角度(水平y(tǒng)方向)士7130士7830士8230士8630士9030所述LED發(fā)出入射光經(jīng)過主曲面后形成出射光，出射光在水平X方向光束角與透 鏡的垂直光軸成士71°、在Y方向與透鏡的垂直光軸成士30°的照射范圍；所述入射光線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平X方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平X方向) 入射光線角度(水平X方向)00
士 48.92253
士 817.432154
士 1225.220254
士 1632.128609
士 2038.131685
士 2443.289071
士 2847.700138
8
士 3251.473727
士 3654.712198
士 4057.504987
士 4459.92729
士 4862.041088
士 5263.896997
士 5665.536231
士 6066.992372
士 6468.29287
士 6869.96027
士 7171所述入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平y(tǒng)方向) 入射光線角度(水平y(tǒng)方向)00
士 21.129784
士 63.384843
士 105.626316
士 147. 844954
士 181003122
士 2212175173
士 2614266365
士 3016293729
士 3418245496
士 3820109123
士 3221871254
士 4623517735
士 5025033695
士 5426403724
士 5827612171
士 6228643599
士 66293834
士 7130。本發(fā)明的有益效果在于提供了一種LED路燈大角度二次配光透鏡，該二次配光透 鏡通過將包裹于第一配光透鏡外的第二配光透鏡設計成花生殼形，該花生殼第二配光透鏡 針對路燈實際需求設置成由垂直方向的光軸士71°范圍內(nèi)主曲面及兩端銜接于垂直方向 的光軸士71° 90°范圍內(nèi)的眩光消除曲面構(gòu)成，從可使得其內(nèi)LED發(fā)出光束在主曲面作 用下配成沿水平X、Y方向成均勻長方形光斑，而水平方向產(chǎn)生眩光光束則在眩光消除曲面
9作用下向路面中間匯聚，從而滿足了路燈照明的照度及安全需求，并符合相應路面要求。本發(fā)明還提供了一種用于制造上述LED路燈大角度二次配光透鏡的制造方法，該 方法首先根據(jù)透鏡實際使用狀況對第二配光透鏡的主曲面及眩光消除曲面對應設計的投 射形成的光斑進行網(wǎng)格劃分，而后獲取曲面各點法線矢量，結(jié)合對應入射光線在水平x、y 方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過兩曲面后的出射光線在水平χ、y方向與垂直光軸的夾角符 合關(guān)系從而獲取兩面的網(wǎng)格線輪廓，再利用三維造型軟件對主曲面進行蒙皮，從而生成透 鏡主曲面及眩光消除曲面，最后將主曲面及眩光消除曲面用三維曲面建模軟件連接，連接 處的切平面均勻過渡，從而組成透鏡的二次配光花生殼形曲面。
下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)圖1為本發(fā)明透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明透鏡的側(cè)視3為本發(fā)明透鏡的仰視4為本發(fā)明透鏡的俯視5為本發(fā)明方法的數(shù)學模型示意6為本發(fā)明方法的透鏡第二配光曲面中主曲面網(wǎng)格劃分示意7為本發(fā)明方法的透鏡第二配光曲面中主曲面在路面上的照射范圍的網(wǎng)格劃 分示意8為本發(fā)明方法的透鏡第二配光曲面中眩光消除曲面網(wǎng)格劃分示意9為本發(fā)明方法的透鏡第二配光曲面中眩光消除曲面在路面上的照射范圍的 網(wǎng)格劃分示意10為本發(fā)明透鏡的第二配光曲面中主曲面X剖面的配光效果示意11為本發(fā)明透鏡的第二配光曲面中眩光消除曲面X剖面的配光效果示意12為本發(fā)明透鏡的第二配光曲面中主曲面Y剖面的配光效果示意圖
具體實施方式如圖1-4所示，本發(fā)明涉及一種LED路燈二次配光透鏡，它包括第一配光透鏡4及 包裹其外的第二配光透鏡，所述第一配光透鏡4成半球面或橢圓形非球面，當其成半球面 時第一配光透鏡4的曲率半徑為3. 4mm，成橢圓形非球面時，其橢圓的短軸曲率半徑也取最 佳為3. 4mm。所述第二配光透鏡成花生殼形非對稱曲面，由主曲面11及兩端銜接的眩光消 除曲面12、13構(gòu)成，其中主曲面11位于垂直方向的光軸士71°范圍內(nèi)，LED光束配成沿水 平X方向成0° 士71°分布，沿Y方向成0° 士30°分布的均勻長方形光斑，眩光消除 曲面12、13位于垂直方向的光軸夾角士71° 90°范圍內(nèi)，采用截光法配光制造，產(chǎn)生眩 光的71° 90°范圍之內(nèi)的大角度光束，向路面中間匯聚，配成沿X方向成士71° 56° 分布、沿Y方向成0° 士30°分布的光斑?？紤]到透鏡使用時的安裝方便，于配光透鏡底部設有卡腳3，卡腳3通常高 1. 5-3mm，設置于透鏡的兩端，其底部設有用于裝配的卡槽32，表面上設有階沿31并于卡腳 3邊緣設有圓角。
100109]a)預設出射光線照射到路面上的是照射范圍，并對其進行網(wǎng)格劃分
0110]主曲面參見圖5、6，于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成士71°、在Y 方向與透鏡的光軸成士30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向劃分成等份的
4X18個網(wǎng)格，同時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X18個網(wǎng)格；
0111]如圖7、8，所述LED發(fā)出入射光經(jīng)過主曲面后形成出射光，出射光在水平X方向光 束角與透鏡的垂直光軸成士71°、在Y方向與透鏡的垂直光軸成士30°的照射范圍。
0112]而對于主曲面，入射光線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后 的出射光線在水平χ方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系
0113]入射光線角度(水平X方向)入射光線角度(水平X方向)
0114]000115]士 48.922530116]士 817.4321540117]士 1225.2202540118]士 1632.1286090119]士 2038.1316850120]士 2443.2890710121]士 2847.7001380122]士 3251.4737270123]士 3654.7121980124]士 4057.5049870125]士 4459.927290126]士 4862.0410880127]士 5263.8969970128]士 5665.5362310129]士 6066.9923720130]士 6468.292870131]士 6869.960270132]士 7171
0133]主曲面上入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出 射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系
0134]入射光線角度(水平y(tǒng)方向)入射光線角度(水平y(tǒng)方向)
0135]00
0136]士 21. 129784
0137]士 63.384843
0138]士 105.626316
0139]士 147. 844954
0140]士 1810.03122
110141]士22
0142]士26
0143]士30
0144]士34
0145]士38
0146]士32
0147]士46
0148]士50
0149]士54
0150]士58
0151]士62
0152]士 66
0153]士 71
25.033695 26.403724
27.612171 28.643599 29.3834
20.109123 21.871254 23.517735
12.175173 14.266365
16.293729 18.245496眩光消除曲面參見圖9、10，于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成71° 至55.51°、在Y方向與透鏡的光軸成士 30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向 劃分成等份的14X2個網(wǎng)格，同時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X2個網(wǎng) 格；如圖8、11，所述眩光消除曲面采用截光的方法進行制造，即把LED發(fā)出的沿X方向 光束角為士71°至90°范圍的會產(chǎn)生眩光的這部分光，向路面中間會聚，分布在沿X方向 與光軸成士71° 55. 51°的范圍之內(nèi)的路面上，以消除眩光；其中士71°角的光線為邊緣光線，其對應于路面上X方向的光斑的邊緣，LED發(fā) 出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線在X方向與光軸的夾角為-71°，經(jīng)眩 光消除曲面折射后，其出射光線與光軸的夾角也為-71°，投影在路面上形成左邊-71° 的光斑的邊緣；LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線與光軸的夾角 為-90°，經(jīng)眩光消除曲面折射后，其出射光線向路面中間會聚，出射光線與光軸的夾角變 為-55. 51°，在路面上形成左邊-55. 51°的光斑的邊緣，同樣，LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除 曲面的輪廓線經(jīng)曲面13折射后，其出射光線對應于路面上形成右邊71°及55. 51°的光斑 的邊緣。所述入射光線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平X方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平X方向)入射光線角度(水平X方向)士 71士 71士 76士 68. 367068士 80士 65. 721539士 84士 62. 395725士 88士 58. 122523士 90士 55. 513168所述入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光 線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系
入射光線角度(水平y(tǒng)方向)
入射光線角度(水平y(tǒng)方向) b)獲取曲面各點法線矢量及，獲取主曲面網(wǎng)格線輪廓透鏡的數(shù)學模型如圖12所示，圖中6為垂直光軸，光軸上的0點位于LED芯片發(fā) 光面的中心，0點也同為第一配光透鏡4的中心點。OZ垂直于LED的芯片發(fā)光面，入射光線 OP由LED的芯片中心發(fā)出，經(jīng)過第一配光透鏡4之后，交第二配光透鏡的主曲面11于P點， P點的坐標為P (χ，ι, ζ)，其矢量表示式為P = (Px,Py,P2)，其中Px，Py, Pz為曲面坐標點在P沿X、Y、Z方向的分量，i，j，k為
X、Y、Z方向的單位矢量表示入射光線OP的單位矢量為7，其單位矢量表示式為7 = (JJ,Iyj,Izk)，Ix、Iy、Iz為LED發(fā)出到達透鏡曲面的入射光線于水平x、y、垂直 ζ方向的余弦光線經(jīng)P點折射后，其出射光線的單位矢量為(5，其單位矢量表示式為(^(^，義/，仏一，其中化^乂分別為出射光線沿乂^“方向的方向余弦P點的法線矢量為及，其單位矢量表示式為i^ =、NJ,Nyj,Nzk·),式中Nx、Ny、Nz為曲面出射點P的法線矢量&于水平x、y、垂直 ζ方向的余弦， 的關(guān)系
根據(jù)斯涅爾折射定律(Snell Law)，入射光線、折射光線和法線的矢量形式有如下
\ + η2 - 2η\0 · /
1/2
及=<5 - . /式中η為透鏡的材料的折射率
預設出射光線照射到路面上目標位置點為T點，其矢量表示式為 T = fc_，7y,Γζ0，其中Tx，Ty, Tz為照射目標點T沿X、Y、Z方向的分量， 則矢量呂，f,戶的關(guān)系如以下式子
O =
(T-P
T-P
可以得出目標位置點τ點的X，y坐標和P點坐標的關(guān)系式，如以下式子
X = -
Kk(Z-Pz)-Vz n。Nz
T-P
T-P
13 nQ為空氣的折射率、Ii1為二次配光透鏡所采用材料的折射率，本發(fā)明中二次配光 透鏡的材料優(yōu)選亞克力，其折射率為1.49ζ為透鏡到照射目標，即成品LED路燈的安裝高度px、py、Pz為第二配光透鏡曲面坐標點在P沿X、Y、Z軸方向的分量f為預設出射光線照射到路面上目標位置T點的矢量表示，戶為曲面出射點P的矢量表示；由于位于P點的曲面的法線向量為曲面上X和Y方向輪廓線函數(shù)的叉乘的導數(shù)。 根據(jù)上式得出的P點的坐標向量，可以得出位于P點的曲面的法線向量，如以下所示
式中X，y分別為預設出射光線照射到路面上目標位置T點的水平軸坐標值利用上述的關(guān)系式，結(jié)合曲面控制網(wǎng)格的節(jié)點法線矢量的匹配法，可以計算出曲 面上各個點的法線矢量，從而得出各點的輪廓線；c)利用三維造型軟件對主曲面進行蒙皮，從而生成透鏡主曲面及眩光消除曲面；d)將主曲面及眩光消除曲面用三維曲面建模軟件連接，連接處的切平面均勻過 渡，從而組成透鏡的二次配光花生殼形曲面。 參見圖11、12，通過對上述制造方法所生產(chǎn)的LED路燈二次配光透鏡的模擬及光 線追跡結(jié)果顯示，當路燈高度為12米的時候，路燈在60米X 12米的路面上可以產(chǎn)生非常 均勻的配光。路燈的遠場角度分布為蝙蝠翼形，輻射強度于水平面X方向的峰值光強的一 半約為士71°，輻射強度于水平面Y方向的峰值光強的一半約為士30°。解決了一直以來 原有LED不適于高距離路燈應用的缺陷，且LED燈通過本產(chǎn)品透鏡后所投射的光場合理，光 強均勻，各類眩光的均得到有效抑制及利用，值得推廣應用。
1權(quán)利要求
一種LED路燈大角度二次配光透鏡，它包括第一配光透鏡及包裹其外的第二配光透鏡，其特征在于所述第一配光透鏡成半球面或橢圓形非球面，所述第二配光透鏡成花生殼形非對稱曲面，由主曲面及兩端銜接的眩光消除曲面構(gòu)成，其中主曲面位于垂直方向的光軸±71°范圍內(nèi)，LED光束配成沿水平X方向成0°～±71°分布，沿Y方向成0°～±30°分布的均勻長方形光斑，眩光消除曲面位于垂直方向的光軸夾角±71°～90°范圍內(nèi)，采用截光法配光制造，產(chǎn)生眩光的71°～90°范圍之內(nèi)的大角度光束，向路面中間匯聚，配成沿X方向成±71°～56°分布、沿Y方向成0°～±30°分布的光斑。
2.如權(quán)利要求1所述的LED路燈大角度二次配光透鏡，其特征在于于配光透鏡底部 設有卡腳，卡腳底部設有用于裝配的卡槽，卡腳上還設有階沿。
3.如權(quán)利要求2所述的LED路燈大角度二次配光透鏡，其特征在于所述卡腳邊緣設 有圓角。4、如權(quán)利要求3所述的LED路燈二次配光透鏡，其特征在于所述卡腳高1. 5-3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的LED路燈大角度二次配光透鏡，其特征在于所述半球面第一 配光透鏡的曲率半徑為3. 4mm。
5.如權(quán)利要求1所述的LED路燈大角度二次配光透鏡，其特征在于所述橢圓形非球 面第一配光透鏡的短軸曲率半徑為3. 4mm。
6.一種制造如權(quán)利要求1所述的LED路燈二次配光透鏡的方法，其特征在于第二配 光透鏡曲面通過如下方式得出a)預設出射光線照射到路面上的是照射范圍，并對其進行網(wǎng)格劃分主曲面于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成士71°、在Y方向與透鏡的光 軸成士30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向劃分成等份的14X 18個網(wǎng)格，同 時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X18個網(wǎng)格；眩光消除曲面于路面的水平面的X方向與透鏡的垂直光軸成71°至55. 51°、在Y 方向與透鏡的光軸成士30°劃定為照射范圍；將該照射范圍沿X和Y方向劃分成等份的 14X2個網(wǎng)格，同時將透鏡的主曲面上在水平的X、Y方向也分成14X2個網(wǎng)格；b)獲取曲面各點法線矢量及，獲取主曲面網(wǎng)格線輪廓-_dP(x,y) dP(x,y) _ (Px χ Py)iV —X— ηrdxdy \Ρχ χ Py\式中X，y分別為預設出射光線照射到路面上目標位置τ點的水平軸坐標值而X，y值的 得出符合公式NxIn0(Z-Pz)-H1IzIf-Pl . _ ..X =-!-+ Px^t-lIxT-PnoNzn0Ny H0(Z-Pz)-H1IzT-Pη, τ ^y =---+Py+-^iyT-pη o^ ζηο式中Nx、Ny、Nz為曲面出射點P的法線矢量及于水平x、y、垂直ζ方向的余弦，%為空氣的折射率、H1為二次配光透鏡所采用材料的折射率，本發(fā)明中二次配光透鏡 的材料優(yōu)選亞克力，其折射率為1.49ζ為透鏡到照射目標，即成品LED路燈的安裝高度Px、py、Pz為第二配光透鏡曲面坐標點在P沿X、Y、Z軸方向的分量Ix、Iy、Iz為LED發(fā)出到達透鏡曲面的入射光線于水平X、y、垂直ζ方向的余弦f為預設出射光線照射到路面上目標位置T點的矢量表示，P為曲面出射點P的矢量表示；通過計算機數(shù)學迭代法計算出所有曲面點對應法相矢量，從而得出主曲面及眩光消除 曲面的各網(wǎng)格線的輪廓；c)利用三維造型軟件對主曲面進行蒙皮，從而生成透鏡主曲面及眩光消除曲面；d)將主曲面及眩光消除曲面用三維曲面建模軟件連接，連接處的切平面均勻過渡，從 而組成透鏡的二次配光花生殼形曲面。
7.如權(quán)利要求5所述的LED路燈二次配光透鏡的制造方法，其特征在于所述眩光消 除曲面采用截光的方法進行制造，即把LED發(fā)出的沿X方向光束角為士 71°至90°范圍的 會產(chǎn)生眩光的這部分光，向路面中間會聚，分布在沿X方向與光軸成士 71° 55. 51°的范 圍之內(nèi)的路面上，以消除眩光；其中士71°角的光線為邊緣光線，其對應于路面上X方向的光斑的邊緣，LED發(fā)出的光 經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線在X方向與光軸的夾角為-71°，經(jīng)眩光消除曲 面折射后，其出射光線與光軸的夾角也為-71°，投影在路面上形成左邊-71°的光斑的邊 緣；LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線，此時入射光線與光軸的夾角為-90°，經(jīng)眩 光消除曲面折射后，其出射光線向路面中間會聚，出射光線與光軸的夾角變?yōu)?55. 51°，在 路面上形成左邊-55. 51°的光斑的邊緣，同樣，LED發(fā)出的光經(jīng)過眩光消除曲面的輪廓線 經(jīng)曲面13折射后，其出射光線對應于路面上形成右邊71°及55.51°的光斑的邊緣。
8.如權(quán)利要求6所述的LED路燈二次配光透鏡的制造方法，其特征在于所述入射光 線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光線在水平χ方向與垂直 光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平χ方向) 士 71士68.367068 士65.721539 士62.395725 士58.122523 士55.513168所述入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光線在 水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平y(tǒng)方向) 入射光線角度(水平y(tǒng)方向) 士 7130士 7830士 8230士 8630士9030。
9.如權(quán)利要求5所述的LED路燈二次配光透鏡的制造方法，其特征在于所述LED入射光線角度(水平χ方向) 士 71 士 76 士 80 士 84 士 88 士 90發(fā)出入射光經(jīng)過主曲面后形成出射光，出射光在水平X方向光束角與透鏡的垂直光軸成 士71°、在Y方向與透鏡的垂直光軸成士30°的照射范圍。
10.如權(quán)利要求8所述的LED路燈二次配光透鏡的制造方法，其特征在于所述入射光 線在水平χ方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光線在水平χ方向與垂直 光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平X方向) 入射光線角度(水平X方向)00士 48.92253士 817.432154士 1225.220254士 1632.128609士 2038.131685士 2443.289071士 2847.700138士 3251.473727士 3654.712198士 4057.504987士 4459.92729士 4862.041088士 5263.896997士 5665.536231士 6066.992372士 6468.29287士 6869.96027士 7171所述入射光線在水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過眩光消除曲面后的出射光線在 水平y(tǒng)方向與垂直光軸的夾角符合關(guān)系入射光線角度(水平y(tǒng)方向) 入射光線角度(水平y(tǒng)方向)00士 21.129784士 63.384843±105.626316士 147.844954±1810 03122士 2212 175173士 2614 266365士 3016 293729士 3418 245496士 3820 109123士 3221.871254士 4623.517735士 5025.033695士 5426.403724士 5827.612171士 6228.643599士 6629.3834士 7130,)
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LED路燈大角度二次配光透鏡及其制造方法，該二次配光透鏡又第一、第二配光透鏡組成，其中第一配光透鏡成半球面或橢圓形非球面，第二配光透鏡成花生殼形非對稱曲面并由主曲面及兩端銜接的眩光消除曲面構(gòu)成，根據(jù)實際路燈照明需求，通過曲面控制網(wǎng)絡節(jié)點法線矢量的匹配法得出兩種曲面上各點的法線矢量，結(jié)合對應入射光線在水平x、y方向與垂直光軸的夾角及經(jīng)過兩曲面后的出射光線的夾角符合關(guān)系從而獲取兩面的網(wǎng)格線輪廓，今兒構(gòu)成完整的自由曲面。使得得到的二次配光透鏡可將LED光束配成沿水平X方向成0°～±71°分布，沿Y方向成0°～±30°分布的均勻長方形光斑，有效消除水平眩光使其符合路面照明需求。
文檔編號H01L33/00GK101922676SQ200910147308
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者杜雪, 蔣金波 申請人:深圳市斯派克光電科技有限公司