产生不对称光束图的光学照明系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102384416 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102384416 A *CN102384416A* (21)申请号 201110178892.0 (22)申请日 2011.06.29 61/359389 2010.06.29 US 13/111440 2011.05.19 US F21S 8/08(2006.01) F21V 5/04(2006.01) F21Y 101/02(2006.01) (71)申请人 奥斯兰姆施尔凡尼亚公司 地址 美国马萨诸塞州 (72)发明人 J. 李 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 7200。

2、1 代理人 张涛 卢江 (54) 发明名称 产生不对称光束图的光学照明系统 (57) 摘要 本发明涉及一种产生不对称光束图的光学照 明系统。 公开了一种灯固定装置， 诸如用于高架街 灯。光改向设备 （1） 可以具有中心轴 （CA） 、 通过中 心轴 （CA） 的将前体积 （FV） 与后体积 （BV） 分离的 前后平面 （FB） 、 和通过中心轴 （CA） 并垂直于前后 平面 （FB） 的左右平面 （LR） 。光改向设备 （1） 可以 包括用于产生朝着前体积 （FV） 歪斜的输出光 （9） 的透镜 （10） 。透镜 （10） 可以具有面对半球 （3） 的 相对于左右平面 （LR） 大体上对称且相。

3、对于前后 平面 （FB） 不对称的凹陷内面 （11） 。内面 （11） 可 以具有凹入中心区域 （CR） 、 凸起边缘区域 （PR） 和 在中心区域 （CR） 与边缘区域 （PR） 之间的偏转区 （IZ） 。透镜 （10）可以具有背对半球 （3）的相对 于左右平面 （LR） 大体上对称且相对于前后平面 （FB） 不对称的外面 （12） 。外面 （12） 可以沿着外 面 （12） 是凸起或扁平的， 并可以在前体积 （FV） 中 在沿着左右平面 （LR） 从中心轴 （CA） 横向地移位 的位置 （L） 处具有最大突出体。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产。

4、权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 15 页 CN 102384434 A1/3 页 2 1. 一种光改向设备 （1） ， 具有中心轴 （CA） 、 通过中心轴 （CA） 的将前体积 （FV） 与后体积 （BV） 分离的前后平面 （FB） 、 和通过中心轴 （CA） 并垂直于前后平面 （FB） 的左右平面 （LR） ， 包 括 ： 至少一个发光二极管 （2） ， 用于产生以中心轴 （CA） 为中心的发散光 （7） ； 半球 （3） ， 用于接收发散光 （7） 并产生入射光 （8） ； 以及 透镜 （10） ， 其邻近于半球 （3） 并通过空气与半球 （3） 间。

5、隔开， 用于接收入射光 （8） 并产 生朝着前体积 （FV） 歪斜的输出光 （9） ； 透镜 （10） 具有面对半球 （3） 的相对于左右平面 （LR） 大体上对称并且相对于前后平面 （FB） 不对称的凹陷内面 （11） ， 内面 （11） 具有凹入中心区域 （CR） 、 凸起边缘区域 （PR） 和在中 心区域 （CR） 与边缘区域 （PR） 之间的偏转区 （IZ） ， 透镜 （10） 具有背对半球 （3） 的相对于左右平面 （LR） 大体上对称并且相对于前后平面 （FB） 不对称的外面 （12） ， 外面 （12） 是沿着外面 （12） 凸起或扁平的， 并在前体积 （FV） 中在 沿着左右平。

6、面 （LR） 从中心轴 （CA） 横向地移位的位置 （L） 处具有最大突出体。 2. 权利要求 1 的光改向设备 （1） ， 其中所述至少一个发光二极管 （2） 被设置在半球 （3） 的中心处或附近并面对半球 （3） 的扁平表面 （4） ； 以及 其中半球 （3） 的弯曲表面 （5） 面对透镜 （10） 的内面 （11） 。 3. 权利要求 1 的光改向设备 （1） ， 其中内面 （11） 具有同轴深度 （D） ； 其中在沿着左右平面 （LR） 截取的横截面中， 内面 （11） 的边缘区域 （PR） 在前体积 （FV） 中远离中心轴 （CA） 移位内面 （11） 的同轴深度 （D） 的 40%。

7、 至 80% 并在后体积 （BV） 中移位超 过内面 （11） 的同轴深度 （D） ； 以及 其中在沿着前后平面 （FB） 截取的横截面中， 偏转区 （IZ） 远离中心轴 （CA） 移位内面 （11） 的同轴深度 （D） 的 40% 至 80%， 并且边缘区域 （PR） 径向地远离中心轴 （CA） 延伸内面 （11） 的同轴深度 （D） 的 40% 至 80%。 4. 权利要求 1 的光改向设备 （1） ， 其中前后平面 （FB） 将外面划分成前部分 （FP） 和后部分 （BP） ； 其中外面 （12） 具有同轴厚度 （T） ； 其中在沿着左右平面 （LR） 截取的横截面中， 前部分 （FP）。

8、 径向地远离中心轴 （CA） 延伸 超过同轴厚度 （T） ， 并且后部分 （BP） 径向地远离中心轴 （CA） 延伸小于同轴厚度 （T） ， 以及 其中在沿着前后平面 （FB） 截取的横截面中， 外面 （12） 到处是凸起的或扁平的， 并且径 向地远离中心轴 （CA） 延伸超过同轴厚度 （T） 。 5. 权利要求 1 的光改向设备 （1） ， 其中内面 （11） 具有由内面 （11） 和透镜 （10） 的面向内部的平面 （19） 界定的内部 （I） ； 其中在中心轴 （CA） 处或附近， 内面 （11） 具有在内面 （11） 的内部 （I） 内的曲率中心 ； 以 及 其中对于外面 （12） 上。

9、的至少一个点而言， 外面 （12） 具有在透镜 （10） 外部并超过透镜 （10） 的面向内部的平面 （19） 的曲率中心。 6. 一种光改向设备 （1） ， 具有中心轴 （CA） 、 通过中心轴 （CA） 的将前体积 （FV） 与后体积 权 利 要 求 书 CN 102384416 A CN 102384434 A2/3 页 3 （BV） 分离的前后平面 （FB） 、 和通过中心轴 （CA） 并垂直于前后平面 （FB） 的左右平面 （LR） ， 包 括 ： 透镜 （10） ， 用于接收以中心轴 （CA） 为中心的入射光 （8） 并透射朝着前体积 （FV） 歪斜的 输出光 （9） ； 透镜 （。

10、10） 具有面对入射光 （8） 的内部平面 （IP） ， 透镜 （10） 具有凹入内部平面 （IP） 中的内面 （11） ， 内面 （11） 具有等于内部平面 （IP） 和内面 （11） 与中心轴 （CA） 的交叉点之间的距离的 同轴深度 （D） ， 内面 （11） 在围绕中心轴 （CA） 的中心区域 （CR） 中是凹入的， 内面 （11） 具有围绕中心区域 （CR） 的偏转区 （IZ） ， 内面 （11） 在围绕偏转区 （IZ） 的边缘区域 （PR） 中是凸起的， 其中在沿着左右平面 （LR） 截取的横截面中， 边缘区域 （PR） 远离中心轴 （CA） 移位前体 积 （FV） 中的内面 （1。

11、1） 的同轴深度 （D） 的 40% 至 80% 并移位超过后体积 （BV） 中的内面 （11） 的同轴深度 （D） ， 其中在沿着前后平面 （FB） 截取的横截面中， 偏转区 （IZ） 远离中心轴 （CA） 移位内面 （11） 的同轴深度 （D） 的 40% 至 80%， 并且边缘区域 （PR） 径向地远离中心轴 （CA） 延伸内面 （11） 的同轴深度 （D） 的 40% 至 80%， 透镜 （10） 具有与内面 （11） 相对的外面 （12） ， 外面 （12） 具有等于内部平面 （IP） 和外面 （12） 与中心轴 （CA） 的交叉点之间的距离的 同轴厚度 （T） ， 外面 （12） 。

12、具有到处凸起的在前体积 （FV） 中的前部分 （FP） ， 外面 （12） 具有到处凸起或扁平的在后体积 （BV） 中的后部分 （BP） ， 外面 （12） 的前部分 （FP） 仅包括一个位置 （L） ， 在该位置 （L） ， 外面垂直于中心轴 （CA） ， 所述位置 （L） 沿着前后平面 （FB） 远离中心轴 （CA） 横向地移位， 其中在沿着左右平面 （LR） 截取的横截面中， 前部分 （FP） 径向地远离中心轴 （CA） 延伸 超过同轴厚度 （T） ， 并且后部分 （BP） 径向地远离中心轴 （CA） 延伸小于同轴厚度 （T） ， 以及 其中在沿着前后平面 （FB） 截取的横截面中， 外。

13、面 （12） 到处是凸起的或扁平的， 并且径 向地远离中心轴 （CA） 延伸超过同轴厚度 （T） 。 7. 权利要求 6 的光改向设备 （1） ， 其中透镜 （10） 绕着左右平面 （LR） 是大体上对称的， 并且绕着前后平面 （FB） 是不对称的。 8. 权利要求 6 的光改向设备 （1） ， 其中内面 （11） 具有由内面 （11） 界定的内部 （I） 和内平面 （IP） ； 以及 其中在中心轴 （CA） 处或附近， 内面 （11） 具有在内面 （11） 的内部 （I） 内的曲率中心。 9. 权利要求 6 的光改向设备 （1） ， 其中对于外面 （12） 的前部分 （FP） 上的至少一个点。

14、而 言， 外面 （12） 具有在透镜 （10） 外部且超过透镜 （10） 的面对内部的平面 （19） 的曲率中心。 10. 权利要求 6 的光改向设备 （1） ， 还包括 ： 至少一个发光二极管 （2） ， 其产生发散光 （7） ； 以及 半球 （3） ， 用于接收发散光 （7） 并产生入射光 （8） 。 11. 权利要求 10 的光改向设备 （1） ， 权 利 要 求 书 CN 102384416 A CN 102384434 A3/3 页 4 其中在半球 （3） 的中心处或附近设置所述至少一个发光二极管 （2） ； 以及 其中半球 （3） 的弯曲表面 （5） 直接邻近于透镜 （10） 的内。

15、面 （11） 并通过空气与透镜 （10） 的内面 （11） 间隔开。 12. 权利要求 11 的光改向设备 （1） ， 其中发散光 （7） 和入射光 （8） 两者都是绕着中心轴 （CA） 旋转对称的 ； 以及 其中入射光 （8） 比发散光 （7） 更窄地分布。 13. 权利要求 6 的光改向设备 （1） ， 其中由内面和外面 （11、 12） 、 分别从内面和外面 （11、 12）的周界横向地延伸的一对大体上平行的平面凸缘 （IP、 OP） 、 和由连接限定透镜 （10） 的横向边缘的凸缘的大体上圆柱面 （15） 来界定透镜 （10） 。 14. 一种用于使光改向的方法， 具有中心轴 （CA）。

16、 、 通过中心轴 （CA） 的将前体积 （FV） 与 后体积 （BV） 分离的前后平面 （FB） 、 和通过中心轴 （CA） 并垂直于前后平面 （FB） 的左右平面 （LR） ， 包括 ： 接收散射光 （7） ， 散射光 （7） 是绕着中心轴 （CA） 旋转对称的 ； 通过半球 （3） 来缩窄发散光 （7） 以形成入射光 （8） ； 通过空气从半球 （3） 透射入射光 （8） ； 在透镜 （10） 的内面 （11） 处接收入射光 （8） ， 内面 （11） 相对于左右平面 （LR） 大体上对 称且相对于前后平面 （FB） 不对称 ； 通过透镜 （10） 的内面 （11） 来折射接收到的入射光 。

17、（8） 以形成内部光， 所述内部光朝着 前体积 （FV） 歪斜 ； 向透镜 （10） 的外面 （12） 透射内部光， 所述外面 （12） 相对于左右平面 （LR） 是大体上对 称的， 相对于前后平面 （FB） 是不对称的， 并且在外面 （12） 上是凸起或扁平的 ； 通过透镜 （10） 的外面 （12） 来折射所透射的内部光以形成输出光 （9） ， 该输出光 （9） 朝 着前体积 （FV） 歪斜 ； 以及 从透镜 （10） 透射输出光 （9） 。 15. 权利要求 14 的方法， 其中内面 （11） 具有凹入中心区域 （CR） 和凸起边缘区域 （PR） ； 以及 其中外面 （12） 在前体积 。

18、（FV） 中具有在沿着左右平面 （LR） 从中心轴 （CA） 横向地移位 的位置 （L） 处的最大突出体。 权 利 要 求 书 CN 102384416 A CN 102384434 A1/8 页 5 产生不对称光束图的光学照明系统 0001 相关申请的交叉引用 根据 35 U.S.C. 119(e)， 本申请要求 2010 年 6 月 29 日提交且题为 “Optics Having Free Form Inner and Outer Surfaces” 的美国临时申请 No. 61/359,389 的权益。 技术领域 0002 本公开涉及产生不对称光束图的光学照明系统。 背景技术 0003。

19、 对于高架街道照明而言， 期望的是大体上对称地对街道进行照明， 使得街道的一 侧不会明显比另一侧亮。还期望产生此类照明的灯可以相对接近于街道的一侧定位， 使得 将该灯悬挂在街道之上的杆不需要跨越街道延伸到一半。虽然使用高架街道照明作为示 例， 但应认识到存在其中期望不对称分布的照明的许多其它应用。 0004 结果， 需要一种能够产生不对称地分布的照明的光学系统。 0005 此外， 随着发光二极管 （LED） 变得在一般照明应用中更加普遍且不那么昂贵， 可能 期望在高架街道照明及其它系统中结合 LED 作为光源。 0006 因此， 需要一种能够产生不对称地分布的照明的使用 LED 光源的光学系统。

20、。 发明内容 0007 说明性实施例是光改向装置， 具有中心轴、 通过中心轴的将前体积与后体积分离 的前后平面、 和通过中心轴并垂直于前后平面的左右平面。光改向设备包括用于产生以中 心轴为中心的发散光的至少一个发光二极管。 光改向设备还包括用于接收发散光并产生入 射光的半球。 光改向设备还包括邻近于半球并通过空气与半球间隔开的用于接收入射光并 产生朝着前体积歪斜的输出光的透镜。 透镜具有面对半球的相对于左右平面大体上对称且 相对于前后平面不对称的凹陷内面。内面具有凹入中心区域、 凸起边缘区域和在中心区域 与边缘区域之间的偏转区。 透镜具有背对半球的相对于左右平面大体上对称且相对于前后 平面不对。

21、称的外面。外面沿着外面是凸起或扁平的， 并在前体积中具有在沿着左右平面从 中心轴横向地移位的位置处的最大突出体。 0008 在某些情况下， 可以将至少一个发光二极管设置在半球的中心处或附近， 并且可 以面对半球的扁平表面。在某些情况下， 半球的弯曲表面可以面对透镜的内面。 0009 在某些情况下， 内面可以具有同轴 （on-axis） 深度。在某些情况下， 在沿着左右 平面截取的横截面中， 内面的边缘区域可以在前体积中远离中心轴移位内面的同轴深度的 40%至80%并在后体积中移位超过内面的同轴深度。 在某些情况下， 在沿着前后平面截取的 横截面中， 偏转区可以远离中心轴移位内面的同轴深度的 4。

22、0% 至 80%， 并且边缘区域可以径 向地远离中心轴延伸内面的同轴深度的 40% 至 80%。 0010 在某些情况下， 前后平面可以将外面划分成前部分和后部分。 在某些情况下， 外面 可以具有同轴厚度。 在某些情况下， 在沿着左右平面截取的横截面中， 前部分可以径向地远 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A2/8 页 6 离中心轴延伸超过同轴厚度， 并且后部分可以径向地远离中心轴延伸小于同轴厚度。在某 些情况下， 在沿着前后平面截取的横截面中， 外面可以到处是凸起的或扁平的， 并且可以径 向地远离中心轴延伸超过同轴厚度。 0011 在某些情况下， 内面可以。

23、具有由内面和透镜的面向内部的平面界定的内部。在某 些情况下， 在中心轴处或附近， 内面可以具有在内面的内部内的曲率中心。在某些情况下， 对于外面上的至少一个点而言， 外面可以具有在透镜外部并超过透镜的面向内部的平面的 曲率中心。 0012 另一说明性实施例是光改向设备， 具有中心轴、 通过中心轴的将前体积与后体积 分离的前后平面、 和通过中心轴并垂直于前后平面的左右平面。光改向设备包括用于接收 以中心轴为中心的入射光并透射朝着前体积歪斜的输出光的透镜。 透镜具有面对入射光的 内平面。透镜具有凹入内平面中的内面。内面具有等于内平面和内面与中心轴的交叉点之 间的距离的同轴深度。内面在围绕中心轴的中。

24、心区域中是凹入的。内面具有围绕中心区域 的偏转区。内面在围绕偏转区的边缘区域中是凸起的。在沿着左右平面截取的横截面中， 边缘区域在前体积中远离中心轴移位内面的同轴深度的40%至80%并在后体积中移位超过 内面的同轴深度。在沿着前后平面截取的横截面中， 偏转区远离中心轴移位内面的同轴深 度的 40% 至 80%， 并且边缘区域径向地远离中心轴延伸内面的同轴深度的 40% 至 80%。透镜 具有与内面相对的外面。 外面具有等于内平面和外面与中心轴的交叉点之间的距离的同轴 厚度。外面具有到处凸起的在前体积中的前部分。外面具有到处凸起或扁平的在后体积中 的后部分。外面的前部分仅包括一个位置， 在该位置。

25、， 外面垂直于中心轴， 所述位置沿着前 后平面远离中心轴横向地移位。在沿着左右平面截取的横截面中， 前部分径向地远离中心 轴延伸超过同轴厚度， 并且后部分径向地远离中心轴延伸小于同轴厚度。在沿着前后平面 截取的横截面中， 外面到处是凸起的或扁平的， 并且径向地远离中心轴延伸超过同轴厚度。 0013 在某些情况下， 透镜可以是绕着左右平面大体上对称的且绕着前后平面不对称 的。 0014 在某些情况下， 内面可以具有由内面界定的内部和内平面。 在某些情况下， 在中心 轴处或附近， 内面可以具有在内面的内部内的曲率中心。 0015 在某些情况下， 对于外面的前部分上的至少一个点而言， 外面可以具有在。

26、透镜外 部并超过透镜的面向内部的平面的曲率中心。 0016 在某些情况下， 光改向设备还可以包括产生发散光的至少一个发光二极管。在某 些情况下， 光改向设备还可以包括用于接收发散光并产生入射光的半球。 在某些情况下， 可 以在半球的中心处或附近设置所述至少一个发光二极管。在某些情况下， 半球的弯曲表面 可以直接邻近于透镜的内面并通过空气与透镜的内面间隔开。在某些情况下， 发散光和入 射光两者可以是绕着中心轴旋转对称的。 在某些情况下， 入射光可以比发散光更窄地分布。 0017 在某些情况下， 可以由内面和外面、 分别从内面和外面的周界横向地延伸的一对 大体上平行的平面凸缘、 和由连接限定透镜的。

27、横向边缘的凸缘的大体上圆柱面来界定透 镜。 0018 另一说明性实施例是用于使光改向的方法， 具有中心轴、 通过中心轴的将前体积 与后体积分离的前后平面、 和通过中心轴并垂直于前后平面的左右平面。 接收发散光， 所述 发散光是绕着中心轴旋转对称的。发散光通过半球被缩窄以形成入射光。通过空气从半球 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A3/8 页 7 透射入射光。在透镜的内面处接收入射光。内面是相对于左右平面大体上对称的， 并且是 相对于前后平面不对称的。通过透镜的内面来折射接收到的入射光以形成内部光。该内部 光朝着前体积歪斜。内部光被透射到透镜的外面。外面相对于。

28、左右平面是大体上对称的。 外面是相对于前后平面不对称的。外面在外面上是凸起或扁平的。通过透镜的外面来折射 透射的内部光以形成输出光。输出光朝着前体积歪斜。从透镜透射输出光。 0019 在某些情况下， 内面可以具有凹入中心区域和凸起边缘区域。 在某些情况下， 外面 可以在前体积中具有在沿着左右平面从中心轴横向地移位的位置处的最大突出体。 附图说明 0020 如在附图中所图解的那样， 通过本文公开的特定实施例的以下说明， 本文公开的 前述及其它目的、 特征和优点将是显而易见的， 在附图中， 同样的附图标记遍及不同的视图 指示相同的部分。图不一定按比例， 而是着重于图解本文公开的原理。 0021 图。

29、 1 是示例性高架灯固定装置的透视图。 0022 图 2 是图 1 的高架灯固定装置所包括的光改向设备的示意图。 0023 图 3 是图 1 的光改向设备的 Y-Z 平面中的横截面图。 0024 图 4 是图 3 的透镜的 Y-Z 平面的剖视图。 0025 图 5 是图 3 的透镜的透视图。 0026 图 6 是通过左右平面 L-R 截取的图 5 的透镜的横截面图。 0027 图 7 是通过平行于左右平面 L-R 的平面截取的图 5 的透镜的横截面图。 0028 图 8 是通过平行于左右平面 L-R 的另一平面截取的图 5 的透镜的横截面图。 0029 图 9 是通过平行于左右平面 L-R 的。

30、另一平面截取的图 5 的透镜的横截面图。 0030 图 10 是在通过 X-Z 平面的横截面中截取的图 5 的透镜的内面的表面轮廓的图。 0031 图 11 是在通过 Y-Z 平面的横截面中截取的图 5 的透镜的内面的表面轮廓的图。 0032 图 12 是在通过 X-Z 平面的横截面中截取的图 5 的透镜的外面的表面轮廓的图。 0033 图 13 是在通过 X-Z 平面的横截面中截取的图 5 的透镜的外面的表面轮廓的图。 0034 图 14 是标记本文所使用的几何量的通过 Y-Z 平面截取的图 5 的透镜的横截面图。 0035 图 15 是示出各种曲率中心的位置的通过 Y-Z 平面截取的图 5。

31、 的透镜的横截面图。 0036 图 16 是在远离街道路缘的各种距离处在平行于 X-Z 平面的切片中截取的街道水 平处的模拟照度的图。 0037 图 17 是在沿着街道的各种纵向位置处在平行于 Y-Z 平面的切片中截取的街道水 平处的模拟照度的图。 具体实施方式 0038 在本文中， 方向术语 “上” 、“下” 、“顶部” 、“底部” 、“侧面” 、“横向” 、“纵向” 等用来描 述特定元件的绝对和相对取向。 对于这些描述而言， 假设灯固定装置被高架地安装， 诸如在 灯杆的顶部处， 并且灯固定装置将其输出大体上向下地指向街道。 应理解的是， 虽然此类描 述提供在典型使用中发生的取向， 但是其它。

32、取向当然是可能的。 例如， 固定装置可以被侧面 安装或结合到附加元件中以提供间接照明。 本文所使用的所述描述性术语仍适用于固定装 置， 即使该固定装置具有不同于高架的取向， 或者未安装在其高架取向上。 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A4/8 页 8 0039 图1是示例性高架街灯固定装置的透视图， 该固定装置包括光改向设备1。 在本示 例中， 固定装置被支撑在灯杆 （该灯杆在街道之上延伸） 的顶部处， 并仅部分地横向地延伸 到街道中。应理解的是， 在高架街灯中使用光改向设备 1 仅仅是一个应用， 并且光改向设备 1 可以用于其它适当的应用。 0040 图 。

33、1 包括遍及本文所使用的坐标系。在此 （x, y, z） 坐标系中， x 平行于街道的路 缘 （其可以称为相对于街道的纵向方向） ， y 横向跨越街道， 并且 z 向下或进入街道的人行道 中。除了方便之外， 用于 x、 y 和 z 的这些选择不存在固有意义。 0041 图 2 是图 1 的高架灯固定装置所包括的光改向设备 1 的示意图。元件 2 是发光二 极管 （LED） 或发光二极管 （LED） 的适当阵列。可以从未在图 2 中示出的电气控制系统为 LED 2 供应电功率。LED 产生发散光 7。 0042 图 3 是半球， 该半球可以接收发散光 7 并产生入射光 8。请注意， 发散光 7 。

34、和入射 光 8 的散度在图 2 中被示为是不同的。通常， 相对光束散度量取决于半球的纵向位置。例 如， 如果 LED 2 位于半球的中心处或附近， 则入射光 8 可以比发散光 7 发散得小。存在其它 纵向位置， 在这些位置处入射光可以被粗略地准直或者可以会聚。 0043 入射光 8 被称为入射的， 因为该入射光 8 入射在为透镜的元件 10 上。透镜 10 可 以接收入射光 8 并可以透射输出光 9。请注意， 发散光 7 和入射光 8 可以是大体上对称的， 并且输出光 9 可以是大体上不对称的， 或者向一侧歪斜。此类不对称对于高架街灯应用而 言可能是期望的， 其中人行道上的最亮点被从直接在灯下。

35、面横向地转移离开。本文的大部 分其余部分致力于描述透镜 10 及其各种表面。 0044 通常， 表达 “大体上对称” 意图意指在典型的制造、 对准和操作容差内对称。绕着 特定平面大体上对称的元件应在平面的两侧上看起来本质上是相同的 ； 出于本文的目的， 与对称的小的偏离 （无论是在局部化区域还是在广阔区域中） 不妨碍元件或光束是大体上 对称的。 0045 图 3 是图 2 的光改向设备 1 的 Y-Z 平面中的横截面图。光改向设备 1 包括位于半 球 3 的中心处或附近的至少一个 LED 2。半球 3 具有面对 LED 2 的扁平表面 4 和背对 LED 的弯曲表面 5。在某些情况下， 半球 。

36、3 由玻璃或模制塑料制成。在某些情况下， 半球 3 在一 侧或两侧上具有防反射涂层。 0046 在某些情况下， LED 2可以被设置在半球3的中心处或附近并且可以面对半球3的 扁平表面 4。在某些情况下， 半球 3 的弯曲表面 5 可以面对透镜 10 的内面 11。 0047 透镜 10 具有面对 LED 2 和半球 3 的内面 11， 和背对 LED 2 和半球的外面 12。在 随后的图中更详细地示出内面 11 和外面 12。在透镜 10 的横向周界周围还存在圆柱面 15， 该圆柱面 15 可以有助于操作或安装透镜 10， 但是在透镜 10 的光学功能方面可能起到有限 的作用。 0048 出。

37、于本文的目的， 可以将 Z 轴称为光改向设备 1 的 “中心” 轴 CA。 0049 图 4 是图 3 的透镜 10 的 Y-Z 平面的剖视图。图 4 示出有助于描述透镜 10 的内面 11 和外面 12 的若干几何构造。 0050 可以用 FB 的名称将 X-Z 平面称为 “前后” 平面。前后平面 FB 将透镜 10 划分成包 括 Y 区域中的大于零的每项的前体积和包括 Y 区域中的小于零的每项的后体积。通常， 与 内面 11 的那些特征相比， 透镜 10 的外面 12 的特征朝着前体积移位。如图 1 和 2 所示， 从 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A。

38、5/8 页 9 透镜 10 输出的光也朝着前体积歪斜。 0051 可以用 LR 的名称将 Y-Z 平面称为 “左右” 平面。类似地， 左右平面将透镜划分成 左体积和右体积。通常， 透镜 10 是左右对称的， 使得左右平面 LR 使透镜 10 对称地沿着中 间分裂。 0052 透镜 10 可以是左右对称的， 但是透镜 10 可以不是前后对称的。图 5 至 9 示出透 镜 10 的透视图和四个横截面视图以更清楚地示出透镜 10 的内面 11 和外面 12 的特征和形 状。图 6 是通过左右平面 LR 截取的图 5 的透镜的横截面图， 并且图 7 至 9 是在远离左右平 面 LR 的增加的距离处的横。

39、截面。 0053 将内面 11 和外面 12 的形状的某些方面量化可能是有帮助的。图 10 至 13 示出沿 着前后平面 FB 和左右平面 LR 截取的透镜 10 的内面 11 和外面 12 的横截面。图 14 提供 用来描述透镜表面的许多几何构造的图示描述 ； 非常鼓励读者针对无数术语的解释参考图 14。 0054 图 10 是在通过前后平面 FB 或等效地 X-Z 平面的横截面中截取的透镜 10 的内面 11 的表面轮廓的图。透镜 10 具有面对半球 3 的绕着左右平面 LR 左右对称的凹陷内面 11。 按照图 10， 此类左右对称作为绕着图的 Z 轴的对称是明显的。 0055 内面11可。

40、以具有凹入中心区域CR、 凸起边缘区域PR和在中心区域CR与边缘区域 PR 之间的偏转区 IZ。图 10 中的深色线示出在偏转区 IZ 处与内表面 11 相切的局部表面。 0056 在某些情况下， 内面 11 可以具有被沿着竖轴归一化至单位值的同轴深度 D。在某 些情况下， 可以使偏转区 IZ 远离中心轴 CA 移位内面 11 的同轴深度 D 的 40% 至 80%。在某 些情况下， 边缘区域 PR 可以径向地远离中心轴 CA 延伸内面 11 的同轴深度 D 的 40% 至 80%。 0057 图 11 是在通过左右平面 LR 或等效地 Y-Z 平面的横截面中截取的透镜 10 的内面 11 的。

41、表面轮廓的图。凹陷内面 11 可以不是绕着前后平面 FB 前后对称的。在图 11 中， 透镜 的前体积 FV 从 Z 轴向右延伸 （Y 0） ， 而透镜的后体积 BV 从 Z 轴向左延伸 （Y 0） 中， 内面 11 的边缘区域 PR 可以远离中心轴 CA 移位同轴深 度 D 的 40% 至 80%。在后体积 BV （Y 0） ， 而透镜的后体积 BV 从 Z 轴向左延伸 （Y 0） 具有到处凸起的前部分 FP。在 某些情况下， 外面 12 可以在后体积 BV 中 （Y0） 具有到处凸起或扁平的后部分 BP。在某些 情况下， 外面 12 的前部分 FP 可以仅包括一个位置 L， 在该位置 L，。

42、 外面垂直于中心轴 CA， 所 述位置 L 沿着前后平面 FB 远离中心轴 CA 横向地移位。 0066 如在图 13 中看到的， 在沿着左右平面 LR 截取的外面 12 的横截面中， 前部分 FP 可 以径向地远离中心轴 CA 延伸超过同轴厚度 T， 并且后部分 BP 可以径向地远离中心轴 CA 延 伸小于同轴厚度 T。 0067 到目前为止的许多几何约束已经主要用于透镜 10 的内面 11 和外面 12 的形状和 表面轮廓。可以存在使内表面 11 和外表面 12 与定义其横向边界的大体上横向的平面相关 的附加几何约束。 0068 图 14 示出内平面 IP 和外平面 OP， 该内平面 IP。

43、 和外平面 OP 分别从内面 11 和外面 12 的横向边缘延伸至透镜的横向、 大体上圆柱面 15。如透镜的横向边缘的情况一样， 透镜 的内平面 IP 和外平面 OP 主要起到对准、 安装和 / 或固定透镜的作用， 并且较少地起到光学 作用。 0069 内平面 IP 可以在更精确地定义上述量中的若干个时有用。内平面 IP 可以面对入 射光 8。透镜 10 可以具有凹陷到内平面 IP 中的内面 11。内面 11 可以具有等于内平面 IP 和内面 11 与中心轴 CA 的交叉点之间的距离的同轴深度 D。外面 12 可以具有等于内平面 IP 和外面 12 与中心轴 CA 的交叉点之间的距离的同轴厚度。

44、 T。 0070 还可以将内平面和外平面称为大体上平行的平面凸缘。在某些情况下， 可以由内 面11和外面12、 分别从内面11和外面12的周界横向地延伸的一对大体上平行的平面凸缘 IP、 OP 和由连接限定透镜 10 的横向边缘的凸缘的大体上圆柱面 15 来界定透镜 10。 0071 存在出现在透镜 10 的内面 11 和外面 12 的形状中的各种曲率。图 15 是通过左右 平面 LR 截取的透镜 10 的横截面图， 示出各种曲率中心的位置。 0072 在某些情况下， 内面 11 可以具有由透镜 10 的内面 11 和面向内部的平面 10 界定 的内部 I。在某些情况下， 在中心轴 CA 处或。

45、附近， 内面 11 可以具有在内面 11 的内部 I 内的 曲率中心。在某些情况下， 对于外面 12 上的至少一个点而言， 外面 12 可以具有在透镜 10 外部并超过透镜 10 的面向内部的平面 19 的曲率中心。 0073 到目前为止的讨论已集中于透镜 10 的实际形状和灯固定装置中的各种元件的布 局。 简要地讨论产生所述形状和布局并且还可以产生灯固定装置的模拟性能的系统的模拟 阶段是有益的。 0074 可以在任何部分的构建或测试之前进行光学系统的模拟。 通常用追踪通常从诸如 LED 2 的源到诸如人行道的目标或图像平面的射线的计算机程序来执行模拟。通常用对于 不同的射线而言不同的起始位置。

46、和方向以统计方式来追踪射线。一旦射线离开源， 该射线 就通过表面折射并在表面之间传播， 直至该射线到达目标平面处为止。也可以由射线追踪 程序来追踪折射及其它物理现象。当射线到达目标平面时， 可以标记目标平面上的位置并 使其追溯到起始位置和方向。 可以统计地总结到达位置以产生用于街道表面处的预测照度 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A7/8 页 11 的估计。与该估计相关联的误差通常随着被追踪射线数目的增加而减小。 0075 图 16 是在远离街道路缘的各种距离处在平行于 X-Z 平面的切片中截取的街道水 平处的模拟照度的图。最上面的曲线对应于图 1 中的街道。

47、的 “中心” ， 减小的峰值的其它曲 线大致上对应于远离 “中心” 的增加的距离。这里， 看到对称， 使得随着一个人沿着街道行 驶， 光到峰值的 “斜坡向上” 本质上与来自峰值的在另一侧的 “斜坡向下” 是相同的。 0076 图 17 是在沿着街道的各种纵向位置处在平行于 Y-Z 平面的切片中截取的街道水 平处的模拟照度的图。 最上面的曲线对应于一个人通过在灯杆处开始并步行穿过街道将看 到的照度 ； 其它曲线对应于从灯杆要么沿着街道更远地向上要么沿着街道更远地向下的起 始点。注意到轻微的不对称， 因为峰值中的某些比其它的更多地横向移位。 0077 通常， 图16和17的性能曲线仅仅是示例， 并。

48、且意图表示在灯固定装置的设计阶段 中由典型的射线追踪程序产生的结果。 0078 除非另外说明， 可以将词语 “基本” 和 “基本上” 的使用解释为包括如本领域的普 通技术人员所理解的精确的关系、 条件、 布置、 取向和 / 或其它特性及其偏差， 此类偏差的 程度不会实质性地影响公开的方法和系统。 0079 遍及整个本公开， 为修饰名词对冠词 “一” 或 “一个” 的使用可以被理解为是为了 方便起见而使用的并且包括一个或多于一个被修饰的名词， 除非另外明确地说明。 0080 可以将通过各图来描述和 / 或以其它方式描绘为与别的对象通信、 与别的对象相 关联和 / 或基于别的对象的元件、 组件、 。

49、模块和 / 或其部分理解为以直接和 / 或间接的方式 这样通信、 相关联和 / 或基于， 除非在本文中另外规定。虽然已经相对于其特定说明性实施 例描述了方法和系统， 但这些方法和系统不受此限制。明显地， 按照以上讲授内容， 许多修 改和变化可以变得显而易见。本领域的技术人员可以进行本文所述和所示的细节、 材料和 零件布置方面的许多附加改变。 0081 为了方便起见， 下面是零件列表以及本文中的相关元件号码。 0082 1 光改向设备 2 至少一个发光二极管 3 半球 4 半球的扁平表面 5 半球的弯曲表面 7 发散光 8 入射光 9 输出光 10 透镜 11、 IF 透镜的内面 12、 OF 透镜的外面 15 透镜的圆柱面 19 透镜的面向内部的平面 x、 y、 z 坐标系 BP 透镜的外面的后部分 BV 后体积 说 明 书 CN 102384416 A CN 102384434 A8/8 页 12 CA 中。