CN105371216A - 一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于交通工具的防眩光技术领域，提供了一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统，包括倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜以及格栅片阵列结构。倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的周缘为抛物面透镜的反射曲面，其一端为菲涅尔透镜的圆形纹路，另一端为菲涅尔透镜的平面，平面上刻画有条形波纹构成单面波纹状透镜。格栅片阵列结构的一端朝向灯具的出光口，另一端与单面波纹状透镜对接，其包括若干相间隔叠置的格栅片。光源发出的正面光经过倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜后形成可供路面照明的条形光斑。逸散光经过格栅片阵列结构产生反射，避免了逸散光直射于驾驶员的眼睛。本发明既能提供足够亮度的照亮路面，又具有很好的防眩光作用。

Description

一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统
技术领域
本发明属于交通工具的防眩光技术领域，尤其涉及一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统。
背景技术
传统交通工具的前照灯(主要是近光灯)防仰角眩光具有两种措施：一是透镜设计，通过凸透镜的精确配光，减少溢散光；二是设置上截光板，通过上截光板截断对面车辆驾驶员与前照灯之间的直视光线，使得驾驶员看不到光源。
但实际上，设置上截光板并没有解决眩光问题。这是因为由凸透镜射出的近于平行的光线在非平面的前照灯外表面发生散射形成了逸散光。请参见图1，逸散光在观察者(此处为机动车驾驶员)视线方向的分量，就构成直接眩光，此时观察者眼前将呈现出一个高亮度的发光面。由于逸散光散射的角度很宽，机动车驾驶员在行驶中的很多位置都会感觉到这个眩光。正是因为这个原因，虽然目前的传统的交通工具前照灯(例如汽车的前照灯)做了许多防眩光的改进，但这种直接眩光亦然存在。
LED光源为目前普遍使用的交通工具照明光源，LED点光源发出接近180度的散射光。菲涅尔透镜可将光源发出的直射至菲涅尔透镜的正面光(中心光)汇聚为光束角小的近乎平行的光束，请参见图2。抛物面光学透镜可将其中的非正面光(非中心光)汇聚为光束角小的近乎平行的光束。将两者结合，构成将LED点光源发出接近180度的散射光汇聚为光束角小的近乎平行光束的菲涅尔-抛物面透镜。经菲涅尔-抛物面透镜配光后，LED光源发出的散射光转变为直径较小的圆形光斑。
理论上，抛物面透镜发出平行光的充分必要条件是光源是一个精确位于抛物面空间焦点的体积无限小的质点，任何偏离该质点位置的发光点通过抛物面透镜所发出的光则必然与主光轴不完全一致，即包含非平行光。非平行光为逸散光，距焦点越远，逸散光越多，请参见图3，点A位于焦点位置，点B及点C偏离焦点，仅点A发出的光La平行于抛物面透镜的主光轴，为有效光；点B及点C发出的光Lb、Lc为逸散光。
实际上，体积无限小的光源无法做出。因此，光源体积越大的光源，逸散光也越多。
将单独的单面波纹状的微构造透镜放置在菲涅尔——抛物面透镜前面，能将较小直径的圆形光斑沿水平方向扩散为路面照明所需的条形光斑。但这种结构在菲涅尔——抛物面透镜与微构造透镜之间存在一个空气间层，该间层将使菲涅尔透镜投射的光再次经过两个界面，必然降低光效，同时也可能沉淀灰尘。
为此，需要研发一种新的交通工具前照灯的防眩光系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统，旨在解决现有技术中的前照灯所存在的光效低以及防眩光效果差的问题。
本发明是这样实现的，一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统，包括菲涅尔透镜、抛物面透镜以及格栅片阵列结构，所述菲涅尔透镜的一侧设置有圆形纹路，另一侧设置有平面，所述平面上刻画有条形波纹构成单面波纹状透镜；所述抛物面透镜的周缘为反射曲面，所述反射曲面的纵向截面呈对称或非对称抛物线状；所述菲涅尔透镜以及抛物面透镜集成一体，构成倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜，所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的周缘为所述抛物面透镜的反射曲面，其靠近所述抛物面透镜的焦点的一端为所述菲涅尔透镜的圆形纹路，另一端为所述菲涅尔透镜的平面；所述格栅片阵列结构的一端朝向灯具的出光口，另一端与所述的单面波纹状透镜对接，所述格栅片阵列结构包括若干相间隔叠置的格栅片。
进一步地，所述格栅片为具有透射能力的薄膜。
进一步地，所述格栅片为一块上、下表面均为平面的薄膜或者由一块薄膜以一弯折角度往向上、下方向交替地连接弯折而成。
进一步地，所述菲涅尔透镜的一端设置有两个或两个以上的同一圆心的圆形纹路。
进一步地，所述集成式防眩光系统还包括灯具外壳，所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜以及格栅片阵列结构均设置于所述灯具外壳内。
进一步地，所述灯具外壳对应灯具的出光口的位置设置有若干进风口，每一进风口分别与相邻两块格栅片之间的间隙相连通；所述灯具外壳上开设有与所述间隙相连通的出风口。
进一步地，所述出风口的位置开设于所述灯具外壳的底部。
进一步地，所述灯具外壳的侧面开设有用于通入水流的清洗通道。
进一步地，所述清洗通道往所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的方向倾斜。
进一步地，所述灯具外壳的上还设置有用于排水的泄水槽或者泄水孔。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明将菲涅尔透镜以及抛物面透镜集合成一体，形成倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜，该透镜靠近抛物面透镜的焦点的一端为菲涅尔透镜的圆形纹路，另一端为菲涅尔透镜的平面，平面上刻画有条形波纹构成单面波纹状透镜。因为菲涅尔透镜、抛物面透镜以及单面波纹状透镜集合成一体，不具有空气层，光线在传播中经过的界面少，光效高，各透镜间无间隙，不存在沉淀灰尘的问题。
光源发出的正面光经过菲涅尔透镜的圆形纹路后，光线集中在抛物面透镜的焦点位置，经过该位置的多个方向的光线照射到抛物面透镜的反射曲面上产出反射，形成几乎与倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜主光轴平行的光束，光束经过单面波纹状透镜沿水平方向扩散，出射后形成上截止线分明的条形光斑，条形光斑穿过格栅片之间的间隙出射，供前方照明。
采用非对称的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜，即垂直与水平方向非对称，相比于对称的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜可进一步提高光效。
倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜出光面发出的逸散光经过格栅片阵列结构产生反射，从而逸散光被截断，避免了逸散光直射于驾驶员的眼睛(即是保证了人眼看不到直接眩光)。因此，本发明既能提供足够亮度的条形光斑照亮路面，同时又具有很好的防眩光作用。
附图说明
图1为应用现有的前照灯，机动车驾驶员在行驶中的多个位置都会感觉到眩光的示意图。
图2为菲涅尔透镜将正面光(中心光)汇聚为光束角小的近乎平行的光束的示意图。
图3为抛物面光学透镜将非正面光(非中心光)汇聚为光束角小的近乎平行的光束。
图4a是本发明实施例提供的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的主视示意图。
图4b是图4a所示的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的俯视示意图。
图5是光源的光线经过本发明实施例中的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜出射的光路及眩光分析示意图。
图6是本发明实施例的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜以及平直型格栅片阵列结构的主视示意图。
图7是本发明实施例的折弯型格栅片阵列结构的立体结构示意图。
图8是光源的光线经过本发明实施例的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜以及折弯型格栅片阵列结构出射的光路示意图。
图9是本发明实施例的灯具外壳的自洁结构的纵向剖视示意图。
图10是本发明实施例的灯具外壳的清洗结构的横向剖视示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图4a至图10所示，为本发明的一较佳实施例，一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统，包括菲涅尔透镜、抛物面透镜以及格栅片阵列结构1。
请参见图4a及4b，菲涅尔透镜的一侧设置有圆形纹路21，另一侧设置有平面，该平面上刻画有条形波纹221构成单面波纹状透镜22。抛物面透镜的周缘为反射曲面23，反射曲面23的纵向截面呈对称或非对称的抛物线状。上述菲涅尔透镜以及抛物面透镜集成一体，构成倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2。倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的周缘为抛物面透镜的反射曲面23，其靠近抛物面透镜的焦点的一端为菲涅尔透镜的圆形纹路21，另一端为菲涅尔透镜的平面。格栅片阵列结构1的一端朝向灯具的出光口11，另一端与单面波纹状透镜22对接，其包括若干相间隔叠置的格栅片12。上述菲涅尔透镜的一端设置有两个或两个以上的同一圆心的圆形纹路21。
在实际应用中，采用非对称的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2，即垂直与水平方向非对称，相比于对称的倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2可进一步提高光效。
具体地，请参见图6，格栅片12为一块上、下表面为均为平面的薄膜(即平直型格栅片)。请参见图7及图8，格栅片12也可以由一块薄膜以一弯折角度(图中的弯折角度为γ)往向上、下方向交替地连接弯折而成，其纵截面大致呈波浪状。灯具在安装后，相对于水平面向上倾斜的角度为θ，逸散光进行入格栅片阵列结构内，以α角度射照到格栅片的弯折处，然后以β角度出射，进入驾使员中，因此该弯折式的格栅片12能更有效地减弱逸散光。
本实施例的集成式防眩光系统将菲涅尔透镜以及抛物面透镜集合成一体，形成倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2，该倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2靠近抛物面透镜的焦点的一端为菲涅尔透镜的圆形纹路21，另一端为菲涅尔透镜的平面，平面上刻画有条形波纹221构成单面波纹状透镜22。因为菲涅尔透镜、抛物面透镜以及单面波纹状透镜22集合成一体，不具有空气层，光线在传播中经过的界面少，光效高，各透镜间无间隙，不存在沉淀灰尘的问题。
光源发出的正面光经过菲涅尔透镜的圆形纹路21后，光线集中在抛物面透镜的焦点位置，经过该位置的多个方向的光线照射到抛物面透镜的反射曲面23上产出反射，形成几乎与倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2主光轴平行的光束，光束经过单面波纹状透镜22沿水平方向扩散，出射后形成上截止线分明的条形光斑，条形光斑穿过格栅片12之间的间隙出射，供路面照明。
如图5所示，上述的条形光斑提高了道路照明的亮度，然而，在实际中，无法做到平行的光束在倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的出光面24完全地发生散射，其非主光轴方向的光会形成逸散光L1，该逸散光L1在观察者(此处为交通工具的驾驶员)视线方向的分量，就构成了直接眩光L2。因此，还需要对逸散光L1进一步地处理。请参见图8，逸散光L1经过格栅片阵列结构1可产生反射，从而逸散光L1被截断，避免了逸散光L1直射于驾驶员的眼睛(即是保证了人眼看不到直接眩光)。因此，上述集成式防眩光系统既能提供足够亮度的条形光斑照亮路面，同时又具有很好的防眩光作用。
上述格栅片12为具有透射能力的薄膜，其选用具有吸光能力的材料制成。逸散光L1及其眩光分量在格栅片阵列结构1的两相邻格栅片12之间的间隙中传播时经过格栅片12的反射与吸收后，大大地减弱。逸散光L1的减弱程度与格栅片12的反射与吸收特性、格栅片阵列结构1的参数有关，这些参数包括格栅片阵列结构1的尺寸，格栅片12之间的间距，格栅片12的长度、厚度、形状、颜色、反射率和排叠方式。优先地，请参见图7，为一种对减弱逸散光有较优效果的格栅片阵列结构1，该结构的宽度从靠近倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的出光面24的一端至靠近灯具出光口11的一端逐渐增大，形成一个横截面呈梯形的结构。
由于上述防眩光的格栅片阵列结构1使逸散光L1在两相邻两块格栅片12之间传播时经过至少一次的反射与吸收，在减低眩光的同时，其代价是降低了整灯光效。为保证在有效减少眩光的同时，又能保持整灯光效不至由于反射与吸收而降得过低，需要对非完全反射的格栅片12以及格栅片阵列结构1的参数进行优化设计。
有5个至关重要的参数会显著影响格栅片阵列结构的防眩光效率：
1、格栅片12的折弯角度。角度过大，则光效降低；角度过小，则眩光变强。
2、格栅片12的厚度。厚度过厚，则光效降低；厚度过薄，则强度较低。
3、两块格栅片12的间隙。间隙过大，则眩光L2变强；间隙过小，则光效降低。
4、格栅片12的反射率。反射率过大，则光效降低；反射率过小，则眩光变强。
5、格栅片12的排叠方式。当采用平均间隙排叠格栅片时，上截止线不够清晰；当采用非平均间隙排叠时，上截止线更为清晰。
在实际应用中，可以根据具体需要实现的效果，对上述的参数进行调整。
请参见图9，集成式防眩光系统还包括灯具外壳3，倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2以及格栅片阵列结构1均设置于灯具外壳3内。
灯具外壳3对应灯具出光口11的位置设置有若干进风口(图中未示出)，每一进风口分别与相邻两块格栅片12之间的间隙13相连通；灯具外壳3上开设有与间隙13相连通的出风口31，出风口31的位置开设于灯具外壳3的底部。交通工具前进时的相对运动使得气流4从外部进入灯具内部的格栅片12之间的间隙13中，气流于间隙中水平运动冲刷格栅片12的上、上表面以及倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的出光面24，最后于灯具外壳3底部的出风口31流出，达到自洁效果。
请参见图10，灯具外壳3的侧面开设有用于通入水流的清洗通道32，清洗通道32往倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的方向倾斜。清洗时，往灯具外壳3侧面的清洗通道口32喷入带有清洁剂的高压水汽5自倾斜的清洗通道32进入灯具内，强力的水汽5一方面冲击倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜2的出光面24，一方面洗刷格栅片12，最后，污水6沿格栅片12流出，达到清洁的目的。灯具外壳3的上还设置有用于排水的泄水槽33以及泄水孔(图中未示出)，泄水孔水平设置于灯具外壳的侧壁上，泄水槽33竖向地设置于灯具外壳3的侧壁上。清洁后的积水或者平时进入到灯具内部的水滴能通过泄水槽33以及泄水孔排到灯具外部。
本发明的集成式防眩光系统所应用的交通工具包括轮船、机动车(包括：汽车、电车、履带车、工程车、吊车、装载车、摩托车)以及非机动车等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，其包括菲涅尔透镜、抛物面透镜以及格栅片阵列结构，所述菲涅尔透镜的一侧设置有圆形纹路，另一侧设置有平面，所述平面上刻画有条形波纹构成单面波纹状透镜；所述抛物面透镜的周缘为反射曲面，所述反射曲面的纵向截面呈对称或非对称抛物线状；所述菲涅尔透镜以及抛物面透镜集成一体，构成倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜，所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的周缘为所述抛物面透镜的反射曲面，其靠近所述抛物面透镜的焦点的一端为所述菲涅尔透镜的圆形纹路，另一端为所述菲涅尔透镜的平面；所述格栅片阵列结构的一端朝向灯具的出光口，另一端与所述的单面波纹状透镜对接，所述格栅片阵列结构包括若干相间隔叠置的格栅片。
2.如权利要求1所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述格栅片为具有透射能力的薄膜。
3.如权利要求2所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述格栅片为一块上、下表面均为平面的薄膜或者由一块薄膜以一弯折角度往向上、下方向交替地连接弯折而成。
4.如权利要求1至3任意一项所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜的一端设置有两个或两个以上的同一圆心的圆形纹路。
5.如权利要求1至3任意一项所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述集成式防眩光系统还包括灯具外壳，所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜以及格栅片阵列结构均设置于所述灯具外壳内。
6.如权利要求5所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述灯具外壳对应灯具的出光口的位置设置有若干进风口，每一进风口分别与相邻两块格栅片之间的间隙相连通；所述灯具外壳上开设有与所述间隙相连通的出风口。
7.如权利要求6所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述出风口的位置开设于所述灯具外壳的底部。
8.如权利要求5所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述灯具外壳的侧面开设有用于通入水流的清洗通道。
9.如权利要求8所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述清洗通道往所述倒置菲涅尔·波纹-抛物面透镜的方向倾斜。
10.如权利要求5所述的交通工具前照灯的集成式防眩光系统，其特征在于，所述灯具外壳的上还设置有用于排水的泄水槽或者泄水孔。
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