一種防眩光led燈的設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種防眩光LED燈的設計方法，其核心是在防眩光LED燈的透鏡沉槽內增加消光鑲件，多次調整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調整時的光強分布曲線，將中心光強的值與未增加消光鑲件中心光強的初始值相對比，半角A度處的光強度的值與半角A度處的初始值相對比，半角B度處的光強度的值與半角B度處的初始值相對比，若中心光強衰減在預設標準百分比數之內，半角A度處的光強度的值衰減在40％以上，半角B度處的光強度的衰減在50％以上，則此時消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h的值為最佳h值。本發明在透鏡沉槽內固定設有消光鑲件，與不加消光鑲件的原光學系統比，無效區域的邊緣眩光有明顯改善。
【專利說明】一種防眩光LED燈的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED交通燈【技術領域】，特別涉及一種防眩光LED燈的設計方法。
【背景技術】
[0002]隨著道路交通管理的提升，在路口的拍照監控裝置越來越多，智能交通補光燈作為其組成部分之一，發揮著日益重要的作用。在拍照過程中，需要較強的光才能將場景拍攝清楚，但是強光給路邊的行人以及機動車駕駛員造成刺眼的不舒適，也就是眩光，對于單車道的補光燈的無效光產生的眩光問題，單車道有效光學角度為14度，眩光闕角為20度，也就是是法向O度到單邊10度旋轉一周這個范圍的光強，20度以外就是無效光。
[0003]現有技術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光源容置空間內設有LED光源2，透鏡內部設有槽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于中心光強貢獻非常低，中心光強為O度方向的光強,也就是沿LED發光面的法線7的方向，LED發光面的法線7也為光軸；根據光學模擬軟件以及實際產品測試，中間光束的光對于中心光強的貢獻比例不超過5%，影響非常小，卻是邊緣眩光的根本來源，因此第一種方案會使得人們出現刺眼，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直，避免了無效眩光的產生，該方案對于近似點光源有效，但是LED光源本身不是點光源，發光面具有幾何形狀，同時該外凸曲面離LED光源較近，無法實現把光束都控制在20度范圍之內，同時該凸面會把LED的幾何形狀成像出來，會出現花斑，第二種方案的透鏡整體機械尺寸比較大，使得LED光源變成近似的點光源，可以實現把中間光束控制在20度范圍內，由于透鏡尺寸較大，因此相應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。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是克服現有產品中不足，本發明提供一種防眩光LED燈的設計方法，從而使LED燈具有結構簡單、緊湊、成本低、不刺眼的效果。
[0008]為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0009]一種防眩光LED燈的設計方法，包括下列步驟:
[0010]在光學軟件建模出透鏡，透鏡的頂面為出光面，透鏡的側面為一個全反射面或者反射面，在透鏡底面上設有沉槽，該沉槽具有使光線進入到透鏡的入射側面、入射頂面，在沉槽槽口的正中心位置處設置LED光源，同時設置透鏡出光面的大小和整燈的尺寸；
[0011]模擬LED光源發光，在沉槽內無消光鑲件的情況下得到原始光強分布曲線，并得到中心光強的初始值，在有效光區域內半角A度處光強的初始值和半角B度處光強的初始值；
[0012]在透鏡沉槽內增加消光鑲件，多次調整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調整時的光強分布曲線，將中心光強的值與中心光強的初始值相對比，半角A度處的光強度的值與半角A度處的初始值相對比，半角B度處的光強度的值與半角B度處的的初始值相對比，若中心光強衰減在預設標準百分比數之內，半角A度處的光強度的值衰減在40%以上，半角B度處的光強度的衰減在50%以上，則此時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]作為優選，消光鑲件的底面所處的平面與入射側面相交的位置剛好為透鏡側面有效光區域的最外側光路的入射點。
[0014]作為優選，沉槽形狀為圓柱形或圓臺形。
[0015]作為優選，消光鑲件的形狀為圓柱體或圓臺體。
[0016]作為優選，所述消光鑲件頂面的大小與沉槽槽底的大小相同。
[0017]作為優選，所述消光鑲件為一實心體。
[0018]作為優選，消光鑲件為起到消光作用的塑料或金屬。
[0019]本發明的有益效果如下:
[0020]1、本發明在透鏡沉槽內固定設有消光鑲件，與不加消光鑲件的原光學系統比，無效區域的邊緣眩光有明顯改善，同時中心有效區域的光強變化非常小。該方案具有結構簡單，緊湊，適用范圍廣，通用性好、成本低、易控制、防眩光范圍大等優勢。
[0021]2、本發明相對于傳統結構，具有結構緊湊，成本低廉，通用性好，無花斑等光斑缺陷，中心光強影響小等優勢，最重要的是肉眼不會直接觀看到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于附近行人、居民、駕駛員的光干擾，同時又幾乎不影響拍照所需的光強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術中的第一種方案的結構示意圖；
[0023]圖2為現有技術中的第二種方案的結構示意圖；
[0024]圖3為現有技術中的第三種方案的結構示意圖；
[0025]圖4為本發明一種防眩光LED燈的結構示意圖；
[0026]圖5為實施例中在TRACEPR0軟件中發光面為1.7mmX 1.7mm的LED光源的光強分布圖；
[0027]圖6為實施例中在TRACEPR0軟件中設置沉槽內無消光鑲件的光強分布曲線圖；
[0028]圖7為實施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3mm的光強分布曲線圖；
[0029]圖8為實施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.3mm的光強分布曲線圖；
[0030]圖9為實施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.5mm的光強分布曲線圖；
[0031]圖10為實施例TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為3.8mm的光強分布曲線圖；
[0032]圖11為TRACEPR0軟件中增加消光鑲件、h為4.5mm的光強分布曲線圖；
[0033]圖12為實施例中將消光鑲件厚度設置為O時的LED燈的發光效果示意圖；
[0034]圖13為實施例中消光鑲件高度1.7mm，且開設直徑為Imm的中間孔，H值為3.5mm時的發光效果圖；
[0035]圖14為實施例消光鑲件高度6.61mm，中間孔直徑為1mm，消光鑲件高度為6.61mm, H為3.5mm時的發光效果圖；
[0036]圖15為基于圖14的基礎上得到的光強分布曲線圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合說明書附圖對本發明的技術方案作進一步說明:
[0038]如圖4所示，本實施例的一種防眩光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的側面622為一個全反射面或者反射面，在透鏡62底面上設有沉槽621，該沉槽621具有使光線進入到透鏡62的入射側面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上固定設有消光鑲件5，消光鑲件5的底面51所處的平面與入射側面624相交的位置剛好為透鏡62側面有效光區域的最外側光路的入射點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的光線通過透鏡62的側面622反射，再通過透鏡62的頂面623將光線準直射出。
[0041]消光鑲件5底面與沉槽621的槽口之間的距離h是一個重要的參數，透鏡62的側面622分為光線有效區域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側面的有效區域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，此時就會產生眩光。若消光鑲件5底部與沉槽621的槽口之間的距離h偏低，會導致沉槽621的入射側面624的過多的光束被擋，影響LED光照強度及中間光的光強。
[0042]因此，在設計時需要調整消光鑲件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的入射側面相交的位置剛好為反射面有效區域S的最外側光路的入射點8，反射面有效區域S指的是光線在透鏡62的入射側面發生反射所在的有效區域，最外側光路的入射點8通過透鏡62的側面622反射，再通過透鏡62的頂面將光線準直射出。透鏡62側面所在有效區域S之外的區域為加工余量段Y，若有光線從加工余量段Y射出光線，則會產生眩光問題。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]本發明和現有技術中第一種方案相比，在沉槽的入射頂面上固定設有消光鑲件，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]本發明與現有技術中第二種方案對比，本發明的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]本發明和現有技術中第三種方案相對比，其整體高度還與原來保持一樣，使得結構更加緊湊，通用性好，因此有利于整燈的安裝，體積小。
[0046]—種防眩光LED燈的設計加工方法，包括下列步驟:
[0047]采用TRACEPR0軟件進行模擬，將本發明一種防眩光LED燈的結構導入到軟件中，設置LED光源發光面定義為1.7mmX 1.7mm,整燈尺寸為Φ 20.8mmX 13.2mm ；LED光源自身的光強曲線如圖5所示。
[0048]通過TRACEPR0軟件整燈模擬光學系統:如圖6所示，設置無消光鑲件得到原始光強分布曲線，得到O度中心光強的初始值為3000cd，半角12度處光強的初始值為200cd，半角14度處光強的初始值為lOOcd。
[0049]如圖7所示，TRACEPR0軟件中增加消光鑲件，并得到h值為3mm的光強分布曲線圖，中心光強的值為2580cd，為初始值的86%，半角12度處的光強為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的光強分布曲線圖，中心光強的值為2580cd，為初始值的96.7%，半角12度處的光強為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的光強分布曲線圖，中心光強的值為2950cd，為初始值的98.3%，半角12度處的光強為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的光強分布曲線圖，中心光強的值為2900cd，為初始值的98.7%，半角12度處的光強為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的光強分布曲線圖，中心光強的值為2970cd，為初始值的98.8%，半角12度處的光強為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]從以上數據對比可以得出，H在3.3-3.8之間比較合適。中心光強衰減在5%之內，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,中心光強衰減達到了 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]為證明本發明的實用性與有效性，再進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，因此從常識認為不僅將20度以外的雜光消除，同時也將20度以內的有效光也吸收，如果中間開個孔，只讓20度以內的光通過，20度以外的光消除，是否會更好？
[0059]現在做如下系統理論分析:
[0060]LED光源發光面定義1.7*1.7mm，那么對角線為2.4mm，所以按2.4mmLED光源直徑來計算:
[0061]方案一，如圖12所示，中間挖一個點(點的直徑近似為O)，消光鑲件厚度近似為
O;在H值為3.5mm時，中間光對應的光束角為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，得到如圖15所示的光強曲線圖，在圖15中，中心光強(也就是O度方向的光強，也就是LED發光面的法向方向)，中心光強1 = 15.3cd，初始值為3000,15.3/3000 = 0.51%，幾乎可以忽略不計。同時該結構制造難度大，工藝性較本發明的結構復雜，不利于批量生產。
[0064]需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一種具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。
[0065]總之，本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種防眩光LED燈的設計方法，其特征在于，包括下列步驟: 在光學軟件建模出透鏡，透鏡的頂面為出光面，透鏡的側面為一個全反射面或者反射面，在透鏡底面上設有沉槽，該沉槽具有使光線進入到透鏡的入射側面、入射頂面，在沉槽槽口的正中心位置處設置LED光源，同時設置透鏡出光面的大小和整燈的尺寸； 模擬LED光源發光，在沉槽內無消光鑲件的情況下得到原始光強分布曲線，并得到中心光強的初始值，在有效光區域內半角A度處光強的初始值和半角B度處光強的初始值； 在透鏡沉槽內增加消光鑲件，多次調整消光鑲件底面與沉槽槽口之間的距離h，得到每一次調整時的光強分布曲線，將中心光強的值與中心光強的初始值相對比，半角A度處的光強度的值與半角A度處的初始值相對比，半角B度處的光強度的值與半角B度處的的初始值相對比，若中心光強衰減在預設標準百分比數之內，半角A度處的光強度的值衰減在40%以上，半角B度處的光強度的衰減在50%以上，則此時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.根據權利要求1所述一種防眩光LED燈的設計方法，其特征在于，消光鑲件的底面所處的平面與入射側面相交的位置剛好為透鏡側面有效光區域的最外側光路的入射點。
3.根據權利要求1所述一種防眩光LED燈的設計方法，其特征在于，所述沉槽形狀為圓柱形或圓臺形。
4.根據權利要求1所述一種防眩光LED燈的設計方法，其特征在于，所述消光鑲件的形狀為圓柱體或圓臺體。
5.根據權利要求1所述一種防眩光LED燈的設計方法，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.根據權利要求1所述一種防眩光LED燈的設計方法，其特征在于，所述消光鑲件為一實心體。
【文檔編號】F21V13/12GK104392618SQ201410550666
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】徐根達, 趙合昌, 張朝曙, 薛海巖 申請人:杭州意博高科電器有限公司