LED透镜模组及其配光方式.pdf

本发明公开了一种LED透镜模组及其配光方式，解决现有相同出光角度的单个透镜配光不能调整出光角度及充分利用光源光线的问题。该透镜模组包括透镜座、一组透镜座上的透镜体，以及与透镜体一一对应组装的LED，其特点是，一组或一组以上焦距角度及曲率各异的非球面透镜体在透镜座上由中心向四周逐渐递减式排列组合成一体，同一排列方向上各透镜体呈均匀分布。由于通过各透镜体焦距角度及曲率与其透光性能成反比的结构特性，调节不同光照方向上所需的光强度，能够消除LED光线聚焦光斑周围存在的眩光及聚光效果，提高LED光源能量的利用率，使LED路灯能符合道路照明的光照分布及节能要求，为大功率LED道路照明灯具的推广提供技术支持。

1.  LED透镜模组，包括透镜座、一组或一组以上装设在所述透镜座上的透镜体，以及与所述透镜体一一对应组装的LED，其特征在于：所述透镜模组是由一组或一组以上焦距角度及曲率各异的非球面透镜体在透镜座上排列组合成一体，同一排列方向上各透镜体呈均匀分布。

2.  根据权利要求1所述的LED透镜模组，其特征在于：所述透镜体在透镜座上的排列结构为矩阵式排列、多边行列式排列或圆形排列。

3.  根据权利要求1所述的LED透镜模组，其特征在于：所述透镜体按焦距角度及曲率的差异，由透镜座中心向四周逐渐递减式组合排布，且相邻透镜体之间的焦距角度及曲率变化量均匀。

4.  根据权利要求3所述的LED透镜模组，其特征在于：所述焦距角度指的是透镜体实际焦距点相对于中心轴偏斜的角度；所述曲率指的是透镜体本身的弯曲程度。

5.  根据权利要求1所述的LED透镜模组，其特征在于：所述透镜体中部设有一用于安装LED的凹坑，所述凹坑的坑壁面构成LED光照的入射面，而凹坑顶面为下凹状或上凸状的圆弧面。

6.  根据权利要求5所述的LED透镜模组，其特征在于：所述透镜体的凹坑形状为半圆球形、圆柱形、顶面为凹圆弧面或凸圆弧面的圆柱形中一种或几种的结合体。

7.  根据权利要求1所述的LED透镜模组，其特征在于：所述透镜体为透明的PC或PMMA材料。

8.  根据权利要求1所述的LED透镜模组，其特征在于：所述LED透镜模组在透镜座四周设有复数安装定位孔。

9.  权利要求1所述的LED透镜模组的配光方式，涉及透镜座、一组或一组以上装设在所述透镜座上的透镜体，以及与所述透镜体一一对应组装的LED，其特征在于：在LED透镜模组中配置一组或一组以上焦距角度及曲率各异且与LED一一对应的透镜体，通过各透镜体焦距角度及曲率与其透光性能成反比的结构特性调节不同光照方向上的所需的光强度。

10.  根据权利要求9所述的LED透镜模组的配光方式，其特征在于：所述一组透镜体在对光强度的调节是均匀过度的。

LED透镜模组及其配光方式
技术领域
本发明涉及一种光学成像透镜，尤其涉及一种LED路灯所采用的光学透镜，属于光学和半导体照明技术领域。
背景技术
随着半导体在道路照明应用的不断进步，LED路灯以其独特的优势获得了越来越多的认可和普及性推广。通常情况下，会在LED灯体外部罩设一透镜以便于聚集光线。但现有的透镜投射的光斑为圆形，而且中心与周边之间的光强度相差较大。此外，对于一些在某个方向上需要大范围照明，而在另一方向上却需要小范围照明的场合(例如道路照明)，在道路延伸方向上要求照射范围宽、照明效果好、角度需求大；而在垂直道路方向上并不需要宽范围的照明，否则既浪费电能，还会对周围环境造成光污染。但对于现有这圆形透镜的LED来说，只能通过在道路延伸方向上多设灯具，通过相邻灯具的光斑叠加来达到光强度要求，即使这样也难以避免“排骨路”的照明效果，灯具正下方的照度高，其它区域照度低，导致路面平均照度低且均匀度差，这种亮暗不均的照明，直接影响行车安全。
令人遗憾的是，尽管人们研究LED光源二次配光的方法和思路，但是由于其模式还是基于单个透镜上改进和创新，没有突破传统方式的光学配光，且加工工艺难以克服上述几方面的弊端。因此，在LED透镜应用上需要采取更好的方式来改变二次光学设计，研究如何使光线到达地面分布，符合道路照度、均匀度要求，是本领域研发人员攻关的一主要课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有相同出光角度的单个透镜配光不能调整出光角度及充分利用光源光线的缺陷，提供一种LED透镜模组及其配光方式。使LED在道路照明应用中，通过对出光透镜——尤其是出光角度的改进，消除LED光线聚焦光斑周围存在的眩光及聚光效果，从而提高LED光源能量的利用率；使LED路灯能符合道路照明的光照分布及节能要求。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种LED透镜模组，包括透镜座、一组装设在所述透镜座上的透镜体，以及与所述透镜体一一对应组装的LED，其特征在于：该透镜模组是由一组或一组以上焦距角度及曲率各异的非球面透镜体在透镜座上排列组合成一体，同一排列方向上各透镜体呈均匀分布。其中各透镜体在透镜座上的排列结构为矩阵式排列、多边行列式排列或圆形排列；各透镜体按焦距角度及曲率的差异由透镜座中心向四周逐渐递减式组合排布，且相邻透镜体之间的焦距角度及曲率变化量均匀。
进一步地，前述LED透镜模组，其中焦距角度指的是透镜体实际焦距点相对于中心轴偏斜的角度；且曲率指的是透镜体本身的弯曲程度。
进一步地，前述LED透镜模组，其中透镜体中部设有一用于安装LED的凹坑，该凹坑的坑壁面构成LED光照的入射面，而凹坑顶面为下凹状或上凸状的圆弧面。而且透镜体的凹坑形状为半圆球形、圆柱形、顶面为凹圆弧面或凸圆弧面的圆柱形中一种或几种的结合体。
进一步地，前述LED透镜模组，其中透镜体为透明的PC或PMMA材料。而该LED透镜模组在透镜座四周设有复数安装定位孔。
本发明第二个目的籍由上述LED透镜模组得以实现的技术解决方法是：
一种LED透镜模组的配光方式，涉及透镜座、一组装设在所述透镜座上的透镜体，以及与所述透镜体一一对应组装的LED，其特征在于：在LED透镜模组中配置一组焦距角度及曲率各异且与LED一一对应的透镜体，通过各透镜体焦距角度及曲率与其透光性能成反比的结构特性调节不同光照方向上的所需的光强度。其中该一组透镜体在对光强度的调节是均匀过度的。
实施本发明的技术方案，其有益效果体现在：
(1)排列组合的LED透镜模组使多组聚光透镜的照射范围连接成一体，充分利用了光源发出的能量，提高对光源能量的利用率；
(2)对LED所发出的光线的聚光效果可以达到90％以上；
(3)各透镜体的中心点距离短，有效缩少产品体积、节省灯具空间；
(4)LED发光管准确、稳定地固定在各透镜体共同的焦点上，有效克服了某些LED光斑的黄晕现象，光斑均匀集中，亮度高、无杂散光、无黑洞、无阴影或暗区；
(5)该透镜模组的组合形式具有选配自适应性，可选用多块该透镜模组按不同的需要进行组合，如选用六块组合则功率为60W，选用10块组合则功率为100W；
(6)该透镜模组四周设计有多个安装定位孔，安装及维护操作较为方便，并可配合灯具机构设计成防水结构；在解决了模具的精度后，就能保证工作的可靠性及稳定性。
为使本发明的技术特征及应用后的有益效果更清楚、易于理解，以下结合本发明一优选实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明。
附图说明
图1是本发明LED透镜模组一优选实施例的结构示意图；
图2是图1所示LED透明模组A-A线段的剖面示意图；
图3是本发明LED透镜模组另一实施例的结构示意图；
图4是图3所示LED透明模组B-B线段的剖面示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示，分别是本发明LED透镜模组一优选实施例的结构示意图及其A-A线段的剖面示意图。从图中所示可见：该用于LED路灯照明的带有多角度组合的LED透镜模组主要是由透镜座1和以透明的PC或PMMA制成的透镜体2a构成，数量上远不止一个的一组或若干组透镜体密封贴装在透镜座1之上排列组合成一体。另包括与该透镜体2a等数量的发光LED，分别一一对应地组装在透镜体2a的内部。其中，该一组透镜体的各透镜体2a中，单个或部分具有不同于其它透镜体2a的焦距角度(透镜体实际焦距点相对于中心轴偏斜的角度)和曲率(透镜体本身的弯曲程度)。根据透镜配光的需求，该一组透镜体矩阵式排列在透镜座1的表面，并且各透镜体2a按各自焦距角度及曲率的差异由透镜座中心向四周逐渐递减式组合排布。为取得更柔和的配光效果，在LED透镜模组生产制备过程中，需要将相邻透镜体之间的焦距角度及曲率变化两均匀化。
上述LED透镜模组中，该透镜体2a中部设有一顶面为弧面的圆柱形凹坑，各LED发光源分别是一一对应地装设在这些凹坑之中的，并以凹坑的坑壁面构成LED光源照射的入射面。其中同一LED透镜模组上，各凹坑的形状不具有单一性，其顶面可以是上凸状的弧面(如图2所示)、可以是下凹状的弧面，也可以是完全的平面。此外，该凹坑更可以是半圆球形，以如此多样性的凹坑形式获得透镜体2a不同的焦距角度和曲率。
此外，上述LED透镜模组中，该透镜座的四周还分别数量可选地设有复数安装定位孔11。以便于该LED透镜模组以模块化形式安装到道路照明路灯系统中去，并且在发生故障时，可以方便、快捷地进行拆卸、更换。当然，其安装定位方式为多样可选，包括螺接、弹性铆接、胶贴等多种方式均可适用。
实施例二
如图3和图4所示，分别是本发明LED透镜模组另一实施例的结构示意图及其B-B线段的剖面示意图。从图中所示可见：该用于LED路灯照明的带有多角度组合的LED透镜模组区别于实施例一的结构特征在于：该LED透镜模组是由透镜体2b和透镜座1一体化组装构成的，该球面形透镜体2b形状上不同于实施例一的矩形，且该些透镜体2b在透镜大小、排列组合的紧密程度以及排布方式上来看，均与实施例一所示的透镜体2a存在明显差别。此处，该些透镜体2b的排列结构为多边行列式排列，并且任意一行或一列内的透镜体2b分布是均匀的。由图4所示可见，本实施例中，该透镜体2b所设凹坑的形状与实施例一大致相同，惟圆柱体直径存在的变化而已。
上述两实施例无论透镜体形状或排列结构存在多少的差异，但都出于一个共性的设计：即采用多个不同角度的焦距或曲率不相同的透镜，一体化排列组合到透镜座之上，构成一完整的LED透镜模块。并且通过透镜体不同形状的凹坑设计，可搭配不同光分布的LED，并不会对聚光效果产生影响。
此外，该LED透镜模组还可以配合灯具机构设计成防水结构，能够对露天环境阴雨环境下路灯照明的应用进一步完善。
在本方案中，它的透镜数量通常为3-30一组或划分为若干组，一个模组可配套的LED光源功率约为3-30W，均匀对称地排列在同一平面上。所述透镜体透镜座的焦距或曲率由模块中心向四周逐渐递减的方式组合，相邻透镜模组之间的透镜座焦距或曲率成均匀变化，有良好的过度比例。
采用这种透镜后，其配光曲线呈蝙蝠翼形，并且各个剖面因需而异不完全相同，而能合理控制光线分布使光斑呈矩形，并且在有效照射区域内出光效率大于75％，总透光率大于90％，最大程度地降低了光的损失，使光源发出的光得到充分的利用；此外，在有效照射区域内照度非常均匀。光斑边缘清晰，有效照射区域外几乎无杂光，没有不良眩光，不会造成光污染：可广泛应用于道路照明、广告投光等对照明区域有特殊要求的照明领域，是一种绿色、节能、环保的照明产品。
综上，本发明不受透镜出光面形状的限制，透镜的出光面无论是平面还是曲面，采取本发明技术方案均能获得比较理想的应用效果。另外，本领域内技术人员可以推知，本发明技术方案并不受到上述“路灯”这一实例的应用限制。事实上，凡采用此种方式配置的LED光源，无论用它制造路灯，还是用它制造其他各种照明灯具，均可以应用本发明技术方案对透镜的出光角度进行改进，从而消除聚焦光束眩光、散光等问题，提高这些照明工具的使用效果。