[发明专利]一种等亮度照明LED路灯透镜及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种等亮度照明LED路灯透镜及其设计方法。

背景技术

LED进入照明领域后，凭借低能耗、高光效、快响应、长寿命等诸多优势迅速成为照明行业的骄子，这十几年来飞速发展，LED统领照明领域已成不可阻挡之势。但LED发出的光为朗伯分布，很难直接用于照明，需要进行二次光学设计，用于不同照明场景有着不同的要求，因此一门崭新的学科——LED二次光学设计——应运而生。对LED芯片的封装视为一次光学设计，根据一次光学设计的结果设计出折射透镜及反光罩等以满足照明应用的光学设计过程视为二次光学设计。二次光学设计的主要任务是将朗伯型配光改造成能应用于不同场景照明的配光。这个过程对LED在照明领域的应用有着至关重要的作用。

目前，LED二次光学透镜的设计多是根据照度分布进行的，而有些时候并不能够很精确地得到目标照度。亮度，作为人眼直接获取的量能够更好更直接地表达目标要求，《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》中给出了沥青和混凝土路面的简化亮度系数及其与光强的关系，据此确定灯具位置后我们能够精确地计算出目标照明点所需的光强，从而逆向推算出透镜的外形。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述现有技术的缺陷，提出了一种等亮度照明LED路灯透镜及其设计方法。

本发明是这样实现的：一种等亮度照明LED路灯透镜，包括外曲面（1）、底面（2）以及设置底面上的LED灯腔（3）；

外曲面（1）由沿中轴左右对称的不规则曲面构成；

LED灯腔（3）是一个内凹的半球面，该半球面的半径由所选用LED灯珠的尺寸决定。

等亮度照明LED路灯透镜的设计方法，步骤如下：

（1）从简化亮度系数表读出目标照明面各点所需光强；

（2）根据目标照明面光强分布结合光源光强分布进行能量映射；

（3）运用数值计算软件计算出曲面上各点的坐标；

（4）根据几何光学折射原理，将所得坐标导入CAD软件进行建模，得到透镜模型。

目标照明面各点所需光强从简化亮度系数表中读取或者采用内插法进行计算得到。

能量映射是根据能量守恒定律，将光源某一立体角Ω内的光通量按光强分布与经透镜折射后的某一立体角Ω'内的光通量进行映射，即光源某一立体角Ω内的光通量与经透镜折射后的某一立体角Ω'内的光通量恒等。

本发明获得的有效效果是：根据光强分布进行LED二次光学透镜，该方法从光通量及光强的关系出发，严格遵从能量守恒定律，将灯珠出射某一立体角内的光通量与经透镜折射后的另一立体角对应，将LED灯珠近乎所有光线折射于照明面，充分利用了光源光能量。经照明设计软件DiaLux验证，证明透镜可以满足道路照明标准，亮度均匀度比标准高出二十多个百分点，接近等亮度。

附图说明

图1是本发明等亮度照明LED路灯透镜的正面立体图。

图2是本发明等亮度照明LED路灯透镜的反面立体图。

图3是目标照明点与灯具的几何关系示意图。

图4是光线折射示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，一种等亮度照明LED路灯透镜，包括外曲面1、底面2以及设置底面上的LED灯腔3；

外曲面1由沿中轴左右对称的不规则曲面构成；

LED灯腔3是一个内凹的半球面，该半球面的半径由所选用LED灯珠的尺寸决定。

等亮度照明LED路灯透镜的设计方法，步骤如下：

（1）计算目标照明面各点的目标光强

a）根据《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》中简化亮度系数表结合几何关系可以读出照明面上某些特定点的简化亮度系数。

将观察点设置在距离灯杆60m处，并位于一车道中间，根据图3的几何关系可以得到目标面上各位置处对应的tan(γ)与β，对应关系如下：