CN208689343U - 一种防眩光补光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防眩光补光装置。所述防眩光补光装置包括：补光灯、准直器件与微结构体(3)；所述补光灯用于生成补光光源；所述准直器件被配置为使得所述补光光源经由准直器件得到准直光，所述准直光与所述补光装置出光面的夹角在0度至20度的范围内；所述微结构体(3)设置在所述准直器件的出光面处，用于对准直器件出射的准直光进行配光分布。本实用新型的防眩光补光装置采用微结构体对准直器件出射的准直光进行配光分布，从而通过增加出光面积来降低光源与背景的亮度差异，进而达到防眩的目的。

Description

一种防眩光补光装置

技术领域

本实用新型涉及摄像技术领域，特别是涉及一种防眩光补光装置。

背景技术

补光透镜是指一种实现光的二次分布的光学器件。眩光是一种不良的照明现象，当光源的亮度极高或者背景与视野中的亮度差异较大时，就会产生眩光。

现有技术的防眩光透镜，通常适用于室内灯具。在室内灯具中，光轴垂直于地面，对于人眼而言，主要为其大角度出光入射至人眼导致眩光，故现有的防眩光透镜，其旨在收缩LED出射角度，将大角度的光降低至最低，减少出光入射至人眼，从而起到防眩光的作用。

在安防应用中，要实现人脸或者人体监测，从而补光灯需要直射人眼，不能降低人体方向之光强。从而，在安防应用领域，不可通过降低光强值来实现，因此不能使用现有技术中的已有防眩技术。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防眩光补光装置来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本实用新型提供一种防眩光补光装置，所述防眩光补光装置包括：补光灯、准直器件与微结构体；

所述补光灯，用于生成补光光源；

所述准直器件，被配置为使得所述补光光源经由准直器件得到准直光，所述准直光与所述补光装置出光面的夹角在0度至20度的范围内；

所述微结构体，设置在所述准直器件的出光面处，用于对准直器件出射的准直光进行配光分布。

准直器件与微结构体，所述微结构体设置在所述准直器件的出光面处，用于对准直器件出射的准直光进行配光分布。

优选地，所述准直器件为TIR透镜。

优选地，所述准直器件，被配置为使得所述补光光源经由准直器件得到准直光，所述准直光与所述补光装置出光面的夹角在0度至10度的范围内。

优选地，在所述TIR透镜的透镜本体的一端设置有光源放置孔，在透镜本体的另一端设置所述微结构体，所述TIR透镜的侧部为喇叭形的透镜反射面。

优选地，所述微结构体的单微结构的形状根据镜头的视场角设置。

优选地，所述微结构体采用矩形长条微结构。

优选地，所述微结构体的单微结构的长度方向尺寸在0.4mm至2mm的范围内，高度方向尺寸在0.04mm至1.0mm的范围内。

优选地，所述微结构体所述与准直器件为一体化结构并一体成型。

优选地，所述微结构体与所述准直器件为分体结构。

优选地，所述微结构体为微结构薄膜，贴合在所述准直器件的出光面处。

优选地，微结构自由曲面实现适配安防应用镜头视场角分布。

优选地，所述TIR透镜的杯口尺寸≥20mm且不超过40mm，杯体高度为10mm-20mm，开口尺寸为4mm-8mm，火山口壁厚为0.8mm-2mm。

本实用新型还提供一种摄像机，所述摄像机包括白色补光灯和如上所述的防眩光补光装置。

优选地，所述白色补光灯为LED灯。

本实用新型的防眩光补光装置采用微结构体对准直器件出射的准直光进行配光分布，从而通过增加出光面积来降低光源与背景的亮度差异，进而达到防眩的目的。

附图说明

图1为灯杯基本架构的示意图。

图2是一般TIR透镜光路示意图。

图3是本实用新型的防眩光补光装置的光路示意图。

图4是微结构防眩一体透镜外观示意图。

图5是分离式微结构片或薄膜防眩示意图。

图6是微结构件的正视示意图。

图7是以准直凸透镜作为准直器件的防眩光补光装置的光路示意图。

附图标记：

1	TIR透镜	13	分光侧壁面
				2	LED灯	14	透镜反射面
3	微结构体	15	出光面
				11	光源放置孔	31	单微结构
12	模芯透射面	4	凸透镜

具体实施方式

在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型的发明人经过分析发现：在安防补光领域，眩光属于直接眩光，即光源正对目标面或者行人，光会直接照射进入人眼导致眩光不舒适性。我们用眩光指数GR来评价，计算公式为

GR＝27+24log(LV1/LVe^0.9)

式中，

Lv1——由灯具发出的光直接射向眼睛所产生的光幕亮度，

Lve——由环境直接射向眼睛所产生的光幕亮度

LVe^0.9即LVe的0.9次方。

显然，GR值与LV1与LVe相关，环境光通常是不能控制或难以控制的，所以，假设环境光产生的亮度值LVe固定。在本专利中，GR值主要通过调整LV1(即灯具发出的光射向眼睛所产生的光幕亮度)来进行控制。

在安防应用中，假定某一方向满足补光需求，光强度值存在最低限度Imin,即需满足此方向上的补光需求，此方向的光强度值需求满足I≥Imin。人眼位于此方向时，接收到的亮度为Imin/S,S为此方向光源发光面面积。

也就是说，可以得出：Lv1＝Imin/S

从而，眩光值GR公式转换为

GR＝27+24log((Imin/S)/LVe^0.9)

式中，Imin固定，Lve固定，GR值取决光源的出光面积S，S越大，GR值越低，舒适性越好，故本实用新型的特性主要为在补光器件透镜尺寸固定的前提下，去实现出光面积S的增加。

一般TIR透镜设计中的光路图如图2。假设LED为点光源，设计一般为点对点一对一映射，即反射面上的一点只与目标面上的一点对应，模芯透射面上的一点只与目标面上的一点对应。

假设这一点的面积为ds，即目标面上某一方向θ上，最多存在两个点与光学器件对应，发光面积为2ds，仍然近似为点光源，产生亮度值Lv1极高，显然GR眩光值很高。如何在TIR透镜尺寸限定的条件下实现发光面积的最大化(发光面积不等于透镜出光口径面积)？

需求实现光学器件与目标的多对一映射，即目标某一方向上，存在N个点贡献，此方向的发光面积为ds*N，LV1缩小N倍，N越大，Lv1越小，GR值越低，防眩光效果越好。假设透镜反射面杯口直径为其出光面积最大化为一般透镜补光的时候，出光面仅仅是出光面A中的一个点或者少数点，本实用新型重在通过设置微结构体来实现多点对一个方向的映射，从而防眩。

出光面积最大化实现方式，即使得补光区域内，任意方向的光强，整个出光面均贡献。本实用新型实现方式，以TIR为例，TIR母体实现光线的准直，即，LED出射光在分光侧壁进行分光分别入射至模芯透射面产生折射以及入射至反射面产生反射后光线准直，在入射至出光面时，在出光面上添加微结构(一体式，微结构与TIR准直母体为一体结构，一次成型)，依靠微结构实现光分布的新变化，不同的微结构，可实现不同的功能。

参见图3至图5，本实用新型实施例的防眩光补光装置包括补光灯、准直器件与微结构体3。

所述补光灯用于生成补光光源。补光灯通常为白色补光灯，例如补光灯为LED灯2。

准直器件可以为TIR透镜1、凸透镜4等任何适当的准直器件。所述准直器件被配置为使得所述补光光源经由准直器件得到准直光。所述准直光与所述补光装置出光面的夹角在设定的角度范围内，例如设置在0度至20度的范围内。这有利于进一步提高补光效果并改善防眩光效果。

微结构体3设置在所述准直器件的出光面处，用于对准直器件出射的准直光进行配光分布。

准直器件主要实现LED出光二次配光准直。也就是说，准直器件出射准直光。准直光是指发射角度为0度或很小的小角度，一般要求半角在10度以内。微结构体主要将准直器件得到的准直光实现新的配光分布达到补光的目的。微结构体大体呈片状。

在图示实施例中，所述准直器件为TIR透镜1。微结构体3一体成型，或通过周圈粘贴或者其他方式固定在准直器件出光侧。

参见图1至图5，在所述TIR透镜1的透镜本体的一端设置有光源放置孔11，在透镜本体的另一端设置所述微结构体3，所述TIR透镜1的侧部为喇叭形的透镜反射面14。

参见图4至图6，所述微结构体3采用矩形长条微结构。从而，可以更好地适应镜头视场(镜头视场通常为矩形)。有利的是，对单微结构结构的形状进行适当的设置，实现功能区域补光，非功能区域(非功能区指的是镜头视场角范围以外的区域)不进行补光，从而降低光污染，降低功能区以外的眩光值。也就是说，单微结构的曲面根据镜头的视场角设置。

有利的是，单微结构31的长度方向尺寸在0.4mm至2mm的范围内，高度方向尺寸在0.04mm至1.0mm的范围内。例如，参见图6，单微结构31的长度方向尺寸设置为0.8mm。此种尺寸范围设置能够容易地以注塑方式一体地在透镜上形成微结构体，且能够形成尽可能多的微结构，由此增加补光发光点的数量，实现良好的防眩效果。单微结构31的长宽比可以设置为4：3或16：9，与镜头的视野相对应。

在图4所示的实施例中，所述微结构体3所述与准直器件为一体化结构并一体成型。

在图5所示的实施例中，所述微结构体3与所述准直器件为分体结构。具体地，图5中的微结构体3为微结构薄膜，贴合在作为所述准直器件的TIR透镜1的出光面15处。此种技术方案的优势在于：相同的母体(准直器件)，更换薄膜即可实现不同的光分布。微结构体可以通过周圈粘贴，或者其他方式固定在准直透镜前侧。

本实用新型还提供一种摄像机，所述摄像机包括白色补光灯和如上所述的防眩光补光装置。

优选地，所述白色补光灯为LED灯。

本实用新型的防眩光补光装置采用微结构体对准直器件出射的准直光进行配光分布，从而通过增加出光面积来降低光源与背景的亮度差异，进而达到防眩的目的。

从图3可见，LED出射光经分光面分成2部分(实线与虚线示意)，一部分经模芯透射面偏折后平行于光轴准直传播，另一部分经分光面偏折后入射至反射面，经反射面反射准直平行于光轴传播，产生平行光束。

所述平行光束经出光面15处的微结构体扩束，实现大角度出光，假设微结构的数量为N，图示θ方向上，发光面积为ds*N,显然，出光面相比于一般配光方式，提升N/2倍，较大的提升了出光的舒适性，达到防眩的作用。N越大越好，可拓展透镜实现准直光，外增扩散膜实现扩束，扩散膜微观，N可达到最大值。N为微结构的数量，有效的增加了各个方向的舒适性，N越大越好。

图示仅为微结构单面扩束效果，实际，微结构为一实体结构，可360度实现各向不同分布夹角，以此，可依据微结构自由曲面实现适配安防应用镜头视场角分布，在防眩的同时，增加了补光能源利用率，降低了无效区域的光污染。添加微结构后透镜外观示意图见图4

以透镜片实现矩形光斑为例，单微结构而言，长度方向尺寸不宜大于2mm，建议0.4mm-2mm，高度不大于1mm，建议0.04-1mm，在能实现注塑加工基础上，越小越好，越小，获得的N值越大。再小，需求微结构膜实现，微结构基本处于微米级别。基于母体TIR实现准直，故分离式与一体式效果一致。对于微结构非控光区域尺寸，不做限定。

应用中，准直母体的准直性越好，效率越高。应用时，光源为扩展光源，扩展光源会导致并不是所有的光线均能够准直出射，故为降低扩展量的影响，需求准直透镜器件具有一定尺寸，以TIR透镜为例，建议杯口尺寸≥20mm，为不影响生产成型，不宜超过40mm，本实用新型应用直径为23mm。杯体高度10-20mm，开口4-8mm，火山口壁厚0.8mm-2mm，便于顶出。拔模角度设定建议为1-5°，较大，菲涅尔反射角较大，容易入射至遮阳罩或者装饰环等导致反光，本实用新型设定为2度。模芯实现准直，需求较小控光区间(模芯尺寸有限，控光区间较大，准直性较差)，建议设定为单侧15°至25°区间，反射面设定控制其剩余25°(15°)至90°空间光。以火山口为基准，设定出射光线准直，迭代求解反射曲面，从而得到反射面型。优选地，所述TIR透镜1的杯口尺寸≥20mm且不超过40mm，杯体高度为10mm-20mm，开口尺寸为4mm-8mm，火山口壁厚为0.8mm-2mm。

如前所述，实现准直的光学器件还包含凸透镜，凸透镜即为TIR透镜模芯透射面的放大版，可参见图7。为实现准直，且具有较大的控光比例，凸透镜口径尺寸建议设置为20mm-30mm，否则，实现准直之后，具有较厚透镜肉厚，影响成型，外加微结构片或者薄膜实现新的配光分布。在以凸透镜4作为准直器件的情况下，需要在凸透镜4的凸出的曲面上设置微结构体。有利的是，所述微结构体与凸透镜4一体成型。

本实用新型主要是以TIR实现准直来说明实现方式。需要指出的是，实际应用中，准直器件(或准直母体)可以是TIR透镜，还可以是反光杯，也可以是凸透镜等等，只要是可实现LED准直出射配光的器件即可。准直母体前侧添加微结构模或者微结构器件还能够在实现对准直光进行扩束补光的同时，进行防眩。

也就是说，微结构体可以在实现大角度补光的同时防眩。微结构体上的单微结构可实现水平、垂直等异性分布，可贴合镜头视场实现矩形分布，例如参见图6。镜头视场角区域，一般为4:3或者16:9矩形区域。贴合镜头视场实现矩形分布即补光也呈现矩形分布，补光范围贴合镜头视场分布范围，避免镜头视场范围内均存在充足补光，从而使得无暗角暗边不良。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种防眩光补光装置，其特征在于，包括：补光灯、准直器件与微结构体(3)；

所述补光灯，用于生成补光光源；

所述准直器件，被配置为使得所述补光光源经由准直器件得到准直光，所述准直光与所述补光装置出光面轴线的夹角在0度至20度的范围内；

所述微结构体(3)，设置在所述准直器件的出光面处，用于对准直器件出射的准直光进行配光分布。

2.如权利要求1所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述准直器件为TIR透镜(1)、凸透镜或反光杯。

3.如权利要求2所述的防眩光补光装置，其特征在于，在所述TIR透镜(1)的透镜本体的一端设置有光源放置孔(11)，在透镜本体的另一端设置所述微结构体(3)，所述TIR透镜(1)的侧部为喇叭形的透镜反射面(14)。

4.如权利要求1所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)的单微结构(31)的形状根据镜头的视场角设置。

5.如权利要求4所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)采用矩形长条微结构。

6.如权利要求5所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)的单微结构(31)的长度方向尺寸在0.4mm至2mm的范围内，高度方向尺寸在0.04mm至1.0mm的范围内。

7.如权利要求1-6中任一项所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)所述与准直器件为一体化结构并一体成型。

8.如权利要求1-6中任一项所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)与所述准直器件为分体结构。

9.如权利要求8所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述微结构体(3)为微结构薄膜，贴合在所述准直器件的出光面处。

10.如权利要求2所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述TIR透镜(1)的杯口尺寸≥20mm且不超过40mm，杯体高度为10mm-20mm，开口尺寸为4mm-8mm，火山口壁厚为0.8mm-2mm。

11.如权利要求1所述的防眩光补光装置，其特征在于，所述准直光与所述补光装置出光面轴线的夹角在0度至10度的范围内。