用于余弦立方、典型蝙蝠翼、平坦蝙蝠翼分布的透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及發(fā)光二極管(LED)照明。更具體來說，本公開涉及在平坦表面上產(chǎn)生均勻照度的LED透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著LED功率和效率增加及其成本降低，LED在許多應(yīng)用中用作常規(guī)熒光燈、白熾燈、氖管和光纖光源的可行替代。LED照明系統(tǒng)能夠在多種環(huán)境中用來照射平坦表面，例如街道照明、停車場、停車庫、車行道、走道、邊道、過道、走廊、桌子、臺階、房間、制造設(shè)施、倉庫和其他類型的環(huán)境。
[0003]在將這些光應(yīng)用于這些環(huán)境中，許多因素影響設(shè)備的選擇、固定裝置(fixture)的放置以及適合于結(jié)構(gòu)、地形和業(yè)余活動的照度?；跒樘囟☉?yīng)用所選擇的LED透鏡，能夠造成非均勻光強度的亮點，其對人眼是顯見的。不良照明設(shè)計能夠造成投射陰影的眩光的盲點，從而造成刺眼以及多個保險和安全風(fēng)險。因此，對于安裝了商業(yè)照明系統(tǒng)的企業(yè)主，安全列為最尚關(guān)注。
[0004]例如在停車場照明系統(tǒng)中，能見度構(gòu)成每一個設(shè)計中的主要因素。停車場照明系統(tǒng)實際上由政府來管理，并且按法規(guī)必須產(chǎn)生最小四英尺燭光。忽視這個元素不僅使駕駛員和行人在停車場中有風(fēng)險，如果不幸事故在因不良能見度的前提下發(fā)生，則它還能夠?qū)ζ髽I(yè)主造成采取可能的政府罰款形式的責(zé)任和法律責(zé)任。
[0005]因此，照明系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)的光學(xué)規(guī)范通常識別要求由所選光源所產(chǎn)生的專用輻射圖。例如，在諸如街道照明、停車庫照明和走道照明的一些照明應(yīng)用中，期望從光源所輸出的均勻照射，以便均勻照射整個區(qū)域。
[0006]但是，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域具有廣泛變化距離時，這個要求可能難以達(dá)成。為了實現(xiàn)在整個區(qū)域上的均勻照射，需要通過相對于該區(qū)域的最近部分朝該區(qū)域的更遠(yuǎn)部分增加強度，來定制(tailor) LED透鏡的強度。
[0007]為了在平坦表面上產(chǎn)生均勻照度，理想強度分布通過倒余弦立方定理(Ι/cos3 Θ，變化，其中Θ是所測量與燈的垂直方向的角度)來給出。幅度可根據(jù)電源而變化，但是分布形狀仍然遵循倒余弦立方定理。不能產(chǎn)生具有“理想”均勻照度的特性的準(zhǔn)確透鏡。
[0008]一些常規(guī)技術(shù)而是接近均勻照度，而沒有實際實現(xiàn)“理想”均勻照度。一種這樣的常規(guī)技術(shù)是蝙蝠翼光束圖，其常用于照射平坦表面?？赏ㄟ^在燭光分布圖中具有兩個大致相等峰值(其中在大約0度處峰值之間具有谷值)，來限定蝙蝠翼圖。輻射蝙蝠翼強度分布的一些LED燈能夠產(chǎn)生均勻照度，但是都不能產(chǎn)生遵循倒余弦立方定理的強度分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]給定上述缺陷，仍然需要一種透鏡，其給出與倒余弦立方分布基本上類似的均勻照度強度輪廓。
[0010]此外，當(dāng)傳統(tǒng)光源、例如熒光燈的組件破裂并且要求更換時，熒光燈的修理在部件和人力方面能夠是成本高的。另外，熒光燈的處置引發(fā)環(huán)境問題，因為它們包含汞。為了解決與熒光燈關(guān)聯(lián)的問題，LED燈提供比熒光燈更為有效和環(huán)境友好的光源。
[0011]因此，仍然存在改進(jìn)的照明系統(tǒng)的需要，照明系統(tǒng)能夠在改型和新應(yīng)用中均在平坦表面上產(chǎn)生均勻照度。仍然存在設(shè)計用于由具有將在平坦表面上產(chǎn)生均勻照度設(shè)計的LED進(jìn)行照射的透鏡的需要。但是，一些照明應(yīng)用可能不要求如倒余弦立方定理所表達(dá)的理想均勻照射。實際上，它可以是確定是否要優(yōu)選具有基于倒余弦定理的參數(shù)的透鏡的照明系統(tǒng)的應(yīng)用類型。
[0012]因此，可為特定應(yīng)用選擇不同透鏡。因此，存在具有根據(jù)LED的預(yù)期光分布所限定的截面輪廓的透鏡的需要。此外，存在能夠產(chǎn)生具有可用于多種環(huán)境中的不同強度分布的若干不同配置透鏡的單個透鏡設(shè)計方法的需要。
[0013]在一個實施例中，本公開描述一種透鏡，其提供高達(dá)65度的近完善1/C0S~3強度分布。在另一個實施例中，本公開描述一種透鏡，其提供也具有60度遮光角的標(biāo)準(zhǔn)蝙蝠翼分布。在又一個實施例中，本公開描述一種透鏡，其提供具有60度遮光角的平坦蝙蝠翼分布。在特定應(yīng)用中，透鏡的照度需要的精度可用來確定要使用哪一個透鏡。
[0014]下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點以及本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構(gòu)和操作。要注意，本發(fā)明并不局限于本文所述的具體實施例。這類實施例在本文中僅為了說明的目的而提出。附加實施例對于一個或多個相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員基于本文包含的教導(dǎo)將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0015]圖1是按照本公開的均勻照度分布透鏡的截面圖；
圖2是示出圖1的均勻照度分布透鏡的強度分布的圖；
圖3A是按照本公開的均勻照度透鏡設(shè)計的示范實施例；
圖3B是圖3A的均勻照度分布的外表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖3C是圖3A的均勻照度分布的內(nèi)表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖4A是按照本公開的均勻照度透鏡設(shè)計的另一個示范實施例；
圖4B是圖4A的均勻照度分布的厚度比的數(shù)據(jù)的示范表；
圖5是按照本公開的蝙蝠翼強度分布透鏡的截面圖；
圖6A是按照本公開的蝙蝠翼透鏡設(shè)計的實施例；
圖6B是圖6A的蝙蝠翼透鏡設(shè)計的外表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖6C是圖6A的蝙蝠翼透鏡設(shè)計的內(nèi)表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖7A是按照本公開的蝙蝠翼透鏡設(shè)計的另一個實施例；
圖7B是圖7A的蝙蝠翼透鏡設(shè)計的厚度比的數(shù)據(jù)的示范表；
圖8是圖5的蝙蝠翼強度分布的極坐標(biāo)圖；
圖9是按照本公開的平坦蝙蝠翼分布透鏡的截面圖；
圖10A是按照本公開的平坦蝙蝠翼透鏡設(shè)計的實施例；
圖10B是圖10A的平坦蝙蝠翼透鏡設(shè)計的外表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖10C是圖10A的平坦蝙蝠翼透鏡設(shè)計的內(nèi)表面的數(shù)據(jù)的示范表；
圖11A是按照本公開的平坦蝙蝠翼透鏡設(shè)計的另一個實施例； 圖11B是圖11A的平坦蝙蝠翼透鏡設(shè)計的厚度比的數(shù)據(jù)的示范表；以及圖12是圖9的平坦蝙蝠翼強度分布的極坐標(biāo)圖。
[0016]本公開可采取各種組件和組件的布置以及各種過程操作和過程操作的布置的形式。本公開在附圖中示出，附圖中，相似參考標(biāo)號在各個附圖中可指示對應(yīng)或類似部件。附圖僅為了示出優(yōu)選實施例的目的，而并不是要被理解為限制本公開。給定附圖的以下實現(xiàn)性描述，本公開的新方面對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)變得顯見的。
【具體實施方式】
[0017]雖然本文中采用特定應(yīng)用的說明性實施例來描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此。獲得本文所提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將會知道在本發(fā)明以及本發(fā)明在其中具有顯著效用的附加領(lǐng)域的范圍之內(nèi)的其他修改、應(yīng)用和實施例。
[0018]以下詳細(xì)描述實際上只是示范性的，而不旨在限制本文所公開的應(yīng)用和用途。此夕卜，并不是意在通過前面的背景、概述或者以下詳細(xì)描述中提出的任何理論來限制。
[0019]本公開的各種實施例提供設(shè)計可在多種環(huán)境中用來提供照明平坦表面的均勻照度的照明系統(tǒng)的若干方式。應(yīng)當(dāng)理解，光源可配置用于多種照射應(yīng)用。“照射源”是一種光源，其具體配置成生成具有有效照射內(nèi)部或外部空間的充分強度的輻射。系統(tǒng)和方法可配置用于各種平坦表面應(yīng)用，例如街道照明、停車場、停車庫、車行道、走道、人行道、過道、走廊、桌子、臺階、房間、制造設(shè)施、倉庫和其他類型的環(huán)境。
[0020]本文中公開在平坦表面上提供均勻照度的至少兩種主要方式:分段方式和厚度比方式。兩種方式均基于透鏡幾何結(jié)構(gòu)(即，透鏡的形狀)來產(chǎn)生均勻照度，如圖1、圖5和圖9所示。
[0021]在分段方式中，實施例提供將強度分布曲線分為段的近似。這在圖3A-3C、圖6A-6C和圖10A-10C中示出。每個透鏡提供適合于區(qū)域照明的不同強度分布，并且具有由分段圓弧所組成的內(nèi)和外表面。
[0022]在厚度比方式中，實施例限定作為在不同角度沿光軸的透鏡的厚度的函數(shù)的透鏡的曲率或深度。這在圖4A-4B、圖7A-7B和圖11A-11B中示出。