一種防眩光led燈的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其核心是在防眩光LED燈的透鏡沉槽內(nèi)增加消光鑲件，多次調(diào)整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調(diào)整時(shí)的光強(qiáng)分布曲線，將中心光強(qiáng)的值與未增加消光鑲件中心光強(qiáng)的初始值相對(duì)比，半角A度處的光強(qiáng)度的值與半角A度處的初始值相對(duì)比，半角B度處的光強(qiáng)度的值與半角B度處的初始值相對(duì)比，若中心光強(qiáng)衰減在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)之內(nèi)，半角A度處的光強(qiáng)度的值衰減在40％以上，半角B度處的光強(qiáng)度的衰減在50％以上，則此時(shí)消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h的值為最佳h值。本發(fā)明在透鏡沉槽內(nèi)固定設(shè)有消光鑲件，與不加消光鑲件的原光學(xué)系統(tǒng)比，無效區(qū)域的邊緣眩光有明顯改善。
【專利說明】一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED交通燈【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著道路交通管理的提升，在路口的拍照監(jiān)控裝置越來越多，智能交通補(bǔ)光燈作為其組成部分之一，發(fā)揮著日益重要的作用。在拍照過程中，需要較強(qiáng)的光才能將場景拍攝清楚，但是強(qiáng)光給路邊的行人以及機(jī)動(dòng)車駕駛員造成刺眼的不舒適，也就是眩光，對(duì)于單車道的補(bǔ)光燈的無效光產(chǎn)生的眩光問題，單車道有效光學(xué)角度為14度，眩光闕角為20度，也就是是法向O度到單邊10度旋轉(zhuǎn)一周這個(gè)范圍的光強(qiáng)，20度以外就是無效光。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的防眩光燈分為三種:
[0004]第一種方案如圖1所示，防眩光燈包括支架1、透鏡3，支架I底部的LED光源容置空間內(nèi)設(shè)有LED光源2，透鏡內(nèi)部設(shè)有槽4，槽4的槽底為一平面，沒有聚光作用，因此中間光束的光對(duì)于中心光強(qiáng)貢獻(xiàn)非常低，中心光強(qiáng)為O度方向的光強(qiáng),也就是沿LED發(fā)光面的法線7的方向，LED發(fā)光面的法線7也為光軸；根據(jù)光學(xué)模擬軟件以及實(shí)際產(chǎn)品測試，中間光束的光對(duì)于中心光強(qiáng)的貢獻(xiàn)比例不超過5%，影響非常小，卻是邊緣眩光的根本來源，因此第一種方案會(huì)使得人們出現(xiàn)刺眼，使人不舒服。
[0005]第二種方案如圖2所示，槽4的槽底41為改為外凸曲面，通過光路折射將中間光束準(zhǔn)直，避免了無效眩光的產(chǎn)生，該方案對(duì)于近似點(diǎn)光源有效，但是LED光源本身不是點(diǎn)光源，發(fā)光面具有幾何形狀，同時(shí)該外凸曲面離LED光源較近，無法實(shí)現(xiàn)把光束都控制在20度范圍之內(nèi)，同時(shí)該凸面會(huì)把LED的幾何形狀成像出來，會(huì)出現(xiàn)花斑，第二種方案的透鏡整體機(jī)械尺寸比較大，使得LED光源變成近似的點(diǎn)光源，可以實(shí)現(xiàn)把中間光束控制在20度范圍內(nèi)，由于透鏡尺寸較大，因此相應(yīng)的整燈體型體積也很大，制造成本高。
[0006]第三種方案如圖3所示，在透鏡外部放置一個(gè)消光柵格6，用于消除20度以外的無效眩光，如圖3可以看出，消光柵格6相對(duì)于透鏡是又高又長，使整燈高度增加非常多，體型偏大，不利于整燈的安裝，且消光柵格6的成本很高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有產(chǎn)品中不足，本發(fā)明提供一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，從而使LED燈具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本低、不刺眼的效果。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，包括下列步驟:
[0010]在光學(xué)軟件建模出透鏡，透鏡的頂面為出光面，透鏡的側(cè)面為一個(gè)全反射面或者反射面，在透鏡底面上設(shè)有沉槽，該沉槽具有使光線進(jìn)入到透鏡的入射側(cè)面、入射頂面，在沉槽槽口的正中心位置處設(shè)置LED光源，同時(shí)設(shè)置透鏡出光面的大小和整燈的尺寸；
[0011]模擬LED光源發(fā)光，在沉槽內(nèi)無消光鑲件的情況下得到原始光強(qiáng)分布曲線，并得到中心光強(qiáng)的初始值，在有效光區(qū)域內(nèi)半角A度處光強(qiáng)的初始值和半角B度處光強(qiáng)的初始值；
[0012]在透鏡沉槽內(nèi)增加消光鑲件，多次調(diào)整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調(diào)整時(shí)的光強(qiáng)分布曲線，將中心光強(qiáng)的值與中心光強(qiáng)的初始值相對(duì)比，半角A度處的光強(qiáng)度的值與半角A度處的初始值相對(duì)比，半角B度處的光強(qiáng)度的值與半角B度處的的初始值相對(duì)比，若中心光強(qiáng)衰減在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)之內(nèi)，半角A度處的光強(qiáng)度的值衰減在40%以上，半角B度處的光強(qiáng)度的衰減在50%以上，則此時(shí)消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h的值為最佳h值。
[0013]作為優(yōu)選，消光鑲件的底面所處的平面與入射側(cè)面相交的位置剛好為透鏡側(cè)面有效光區(qū)域的最外側(cè)光路的入射點(diǎn)。
[0014]作為優(yōu)選，沉槽形狀為圓柱形或圓臺(tái)形。
[0015]作為優(yōu)選，消光鑲件的形狀為圓柱體或圓臺(tái)體。
[0016]作為優(yōu)選，所述消光鑲件頂面的大小與沉槽槽底的大小相同。
[0017]作為優(yōu)選，所述消光鑲件為一實(shí)心體。
[0018]作為優(yōu)選，消光鑲件為起到消光作用的塑料或金屬。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]1、本發(fā)明在透鏡沉槽內(nèi)固定設(shè)有消光鑲件，與不加消光鑲件的原光學(xué)系統(tǒng)比，無效區(qū)域的邊緣眩光有明顯改善，同時(shí)中心有效區(qū)域的光強(qiáng)變化非常小。該方案具有結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，適用范圍廣，通用性好、成本低、易控制、防眩光范圍大等優(yōu)勢。
[0021]2、本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，通用性好，無花斑等光斑缺陷，中心光強(qiáng)影響小等優(yōu)勢，最重要的是肉眼不會(huì)直接觀看到LED光源以及邊緣無效雜光被消除，從而根本上改善了整燈的眩光，減少了智能交通燈對(duì)于附近行人、居民、駕駛員的光干擾，同時(shí)又幾乎不影響拍照所需的光強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的第一種方案的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的第二種方案的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的第三種方案的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明一種防眩光LED燈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為實(shí)施例中在TRACEPR0軟件中發(fā)光面為1.7mmX 1.7mm的LED光源的光強(qiáng)分布圖；
[0027]圖6為實(shí)施例中在TRACEPR0軟件中設(shè)置沉槽內(nèi)無消光鑲件的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0028]圖7為實(shí)施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3mm的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0029]圖8為實(shí)施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.3mm的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0030]圖9為實(shí)施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.5mm的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0031]圖10為實(shí)施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.8mm的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0032]圖11為TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為4.5mm的光強(qiáng)分布曲線圖；
[0033]圖12為實(shí)施例中將消光鑲件厚度設(shè)置為O時(shí)的LED燈的發(fā)光效果示意圖；
[0034]圖13為實(shí)施例中消光鑲件高度1.7mm，且開設(shè)直徑為Imm的中間孔，H值為3.5mm時(shí)的發(fā)光效果圖；
[0035]圖14為實(shí)施例消光鑲件高度6.61mm，中間孔直徑為1mm，消光鑲件高度為6.61mm, H為3.5mm時(shí)的發(fā)光效果圖；
[0036]圖15為基于圖14的基礎(chǔ)上得到的光強(qiáng)分布曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
[0038]如圖4所示，本實(shí)施例的一種防眩光LED燈，包括LED光源61、透鏡62與支架6，透鏡62的頂面623為出光面，透鏡62的側(cè)面622為一個(gè)全反射面或者反射面，在透鏡62底面上設(shè)有沉槽621，該沉槽621具有使光線進(jìn)入到透鏡62的入射側(cè)面624、入射頂面625，LED光源61處在沉槽621槽口的正中心位置處，在沉槽621的入射頂面625上固定設(shè)有消光鑲件5，消光鑲件5的底面51所處的平面與入射側(cè)面624相交的位置剛好為透鏡62側(cè)面有效光區(qū)域的最外側(cè)光路的入射點(diǎn)8。
[0039]具體的說，消光鑲件5為起到消光作用的塑料或金屬，如消光鑲件5與透鏡62材質(zhì)相同則兩者可通過超聲波焊接在一起；或者消光鑲件5與沉槽621的入射頂面625通過膠水粘合在一起。
[0040]沉槽621形狀為上小下大的圓臺(tái)形。消光鑲件5的形狀為圓柱體。LED光源61的中間光線被消光鑲件5擋住，因此中間光線無法射出，處在中間光線的兩側(cè)的光線通過透鏡62的側(cè)面622反射，再通過透鏡62的頂面623將光線準(zhǔn)直射出。
[0041]消光鑲件5底面與沉槽621的槽口之間的距離h是一個(gè)重要的參數(shù)，透鏡62的側(cè)面622分為光線有效區(qū)域S及加工余量段Y，若消光鑲件5底部與LED光源61之間的距離偏大，就會(huì)有光從加工余量段Y射出光線，具體的說就是，光從透鏡62側(cè)面的有效區(qū)域S的邊界以外的位置將光線射出或者光直接通過透鏡62的頂面直接射出，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生眩光。若消光鑲件5底部與沉槽621的槽口之間的距離h偏低，會(huì)導(dǎo)致沉槽621的入射側(cè)面624的過多的光束被擋，影響LED光照強(qiáng)度及中間光的光強(qiáng)。
[0042]因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要調(diào)整消光鑲件5底面與沉槽621的槽口之間的距離h至最佳h值，即使得消光鑲件5的底部或消光鑲件5的底面所處的平面與沉槽621的入射側(cè)面相交的位置剛好為反射面有效區(qū)域S的最外側(cè)光路的入射點(diǎn)8，反射面有效區(qū)域S指的是光線在透鏡62的入射側(cè)面發(fā)生反射所在的有效區(qū)域，最外側(cè)光路的入射點(diǎn)8通過透鏡62的側(cè)面622反射，再通過透鏡62的頂面將光線準(zhǔn)直射出。透鏡62側(cè)面所在有效區(qū)域S之外的區(qū)域?yàn)榧庸び嗔慷蝁，若有光線從加工余量段Y射出光線，則會(huì)產(chǎn)生眩光問題。中間光被消光鑲件5擋住，中間光無法射出，肉眼無法直接觀看到LED光源，有效解決了眩光問題。
[0043]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中第一種方案相比，在沉槽的入射頂面上固定設(shè)有消光鑲件，LED光源的中間光線被消光鑲件擋住，使肉眼無法直視LED光源，并且消除了 20度以外的無效雜光。
[0044]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中第二種方案對(duì)比，本發(fā)明的LED光源61的中間光線被消光鑲件5擋住，因此中間光線無法射出，本發(fā)明的犧牲了中間光束，使其沒有光漏出，因而也就不存在花斑的問題。
[0045]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中第三種方案相對(duì)比，其整體高度還與原來保持一樣，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，通用性好，因此有利于整燈的安裝，體積小。
[0046]—種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)加工方法，包括下列步驟:
[0047]采用TRACEPR0軟件進(jìn)行模擬，將本發(fā)明一種防眩光LED燈的結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到軟件中，設(shè)置LED光源發(fā)光面定義為1.7mmX 1.7mm,整燈尺寸為Φ 20.8mmX 13.2mm ；LED光源自身的光強(qiáng)曲線如圖5所示。
[0048]通過TRACEPR0軟件整燈模擬光學(xué)系統(tǒng):如圖6所示，設(shè)置無消光鑲件得到原始光強(qiáng)分布曲線，得到O度中心光強(qiáng)的初始值為3000cd，半角12度處光強(qiáng)的初始值為200cd，半角14度處光強(qiáng)的初始值為lOOcd。
[0049]如圖7所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為3mm的光強(qiáng)分布曲線圖，中心光強(qiáng)的值為2580cd，為初始值的86%，半角12度處的光強(qiáng)為lOOcd，為初始值的50 %，該方向的眩光較初始值衰減了 50 %，半角14度處的光強(qiáng)為40cd，為初始值的60%，該方向的眩光較初始值衰減了 60% ；
[0050]如圖8所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為3.3mm的光強(qiáng)分布曲線圖，中心光強(qiáng)的值為2580cd，為初始值的96.7%，半角12度處的光強(qiáng)為lOOcd，為初始值的50 %，該方向的眩光較初始值衰減了 50 %，半角14度處的光強(qiáng)為40cd，為初始值的60 %，該方向的眩光較初始值衰減了 60% ；
[0051]如圖9所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為3.5mm的光強(qiáng)分布曲線圖，中心光強(qiáng)的值為2950cd，為初始值的98.3%，半角12度處的光強(qiáng)為lOOcd，為初始值的50 %，該方向的眩光較初始值衰減了 50 %，半角14度處的光強(qiáng)為40cd，為初始值的60 %，該方向的眩光較初始值衰減了 60% ；
[0052]如圖10所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為3.8mm的光強(qiáng)分布曲線圖，中心光強(qiáng)的值為2900cd，為初始值的98.7%，半角12度處的光強(qiáng)為lOOcd，為初始值的50%，該方向的眩光較初始值衰減了 50%，半角14度處的光強(qiáng)為40cd，為初始值的60%，該方向的眩光較初始值衰減了 60% ；
[0053]如圖11所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為4.5mm的光強(qiáng)分布曲線圖，中心光強(qiáng)的值為2970cd，為初始值的98.8%，半角12度處的光強(qiáng)為148cd，為初始值的74%，該方向的眩光較初始值衰減了 26%，半角14度處的光強(qiáng)為52cd，為初始值的52%，該方向的眩光較初始值衰減了 48% ；
[0054]從以上數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出，H在3.3-3.8之間比較合適。中心光強(qiáng)衰減在5%之內(nèi)，而在12度，14度方向的眩光分別衰減了 50%和60%。
[0055]H值過低,例如3mm,中心光強(qiáng)衰減達(dá)到了 14%。
[0056]H值過高，例如4.5mm，12度.14度方向的眩光只分別衰減了 26%和48%，效果不如H值在3.3-3.8之間。
[0057]為證明本發(fā)明的實(shí)用性與有效性，再進(jìn)行消光鑲件中間開孔的理論模擬:
[0058]由于消光鑲件是將中間的光全部吸收，因此從常識(shí)認(rèn)為不僅將20度以外的雜光消除，同時(shí)也將20度以內(nèi)的有效光也吸收，如果中間開個(gè)孔，只讓20度以內(nèi)的光通過，20度以外的光消除，是否會(huì)更好？
[0059]現(xiàn)在做如下系統(tǒng)理論分析:
[0060]LED光源發(fā)光面定義1.7*1.7mm，那么對(duì)角線為2.4mm，所以按2.4mmLED光源直徑來計(jì)算:
[0061]方案一，如圖12所示，中間挖一個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)的直徑近似為O)，消光鑲件厚度近似為
O;在H值為3.5mm時(shí)，中間光對(duì)應(yīng)的光束角為38度，超過20度。
[0062]方案二，如圖13所示，將消光鑲件5高度提高到1.7mm，消光鑲件5中間開設(shè)通透的中間孔52，中間孔52的直徑為1_，H值為3.5mm,如圖可知，中間最大光束角依然有36度，超過20度。
[0063]方案三，如圖14所示，中間孔52直徑為1mm，消光鑲件高度為6.61mm，H為3.5mm，最大光束角為20度，無20度以外的光，然后在tracepro軟件中模擬這部分光的貢獻(xiàn)，得到如圖15所示的光強(qiáng)曲線圖，在圖15中，中心光強(qiáng)(也就是O度方向的光強(qiáng)，也就是LED發(fā)光面的法向方向)，中心光強(qiáng)1 = 15.3cd，初始值為3000,15.3/3000 = 0.51%，幾乎可以忽略不計(jì)。同時(shí)該結(jié)構(gòu)制造難度大，工藝性較本發(fā)明的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于批量生產(chǎn)。
[0064]需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。
[0065]總之，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括下列步驟: 在光學(xué)軟件建模出透鏡，透鏡的頂面為出光面，透鏡的側(cè)面為一個(gè)全反射面或者反射面，在透鏡底面上設(shè)有沉槽，該沉槽具有使光線進(jìn)入到透鏡的入射側(cè)面、入射頂面，在沉槽槽口的正中心位置處設(shè)置LED光源，同時(shí)設(shè)置透鏡出光面的大小和整燈的尺寸； 模擬LED光源發(fā)光，在沉槽內(nèi)無消光鑲件的情況下得到原始光強(qiáng)分布曲線，并得到中心光強(qiáng)的初始值，在有效光區(qū)域內(nèi)半角A度處光強(qiáng)的初始值和半角B度處光強(qiáng)的初始值； 在透鏡沉槽內(nèi)增加消光鑲件，多次調(diào)整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調(diào)整時(shí)的光強(qiáng)分布曲線，將中心光強(qiáng)的值與中心光強(qiáng)的初始值相對(duì)比，半角A度處的光強(qiáng)度的值與半角A度處的初始值相對(duì)比，半角B度處的光強(qiáng)度的值與半角B度處的的初始值相對(duì)比，若中心光強(qiáng)衰減在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)之內(nèi)，半角A度處的光強(qiáng)度的值衰減在40%以上，半角B度處的光強(qiáng)度的衰減在50%以上，則此時(shí)消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h的值為最佳h值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，消光鑲件的底面所處的平面與入射側(cè)面相交的位置剛好為透鏡側(cè)面有效光區(qū)域的最外側(cè)光路的入射點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述沉槽形狀為圓柱形或圓臺(tái)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述消光鑲件的形狀為圓柱體或圓臺(tái)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述消光鑲件頂面的大小與沉槽槽底的大小相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防眩光LED燈的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述消光鑲件為一實(shí)心體。
【文檔編號(hào)】F21V13/12GK104392618SQ201410550666
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】徐根達(dá), 趙合昌, 張朝曙, 薛海巖 申請(qǐng)人:杭州意博高科電器有限公司