WO2019153291A1 - 消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具 - Google Patents

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Abstract

一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法,在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,避免驾驶员的眼睛直视低灯位路灯的发光面,消除了低灯位路灯的直接眩光,且在低灯位路灯的下方消除所有反射体,避免了因反射体的反射而产生的间接眩光。应用本方法制造的无眩光的低灯位路灯灯具,包括正向照明光源(11)、逆向照明光源(12)及中部无反射体的灯壳(13),正向照明光源(11)位于灯壳(13)的上部,灯壳(13)的下部一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源(12)位于灯壳(13)的下部的另一侧,使得倒V形槽达到了逆向照明光源的截光板的作用,能有效的消除眩光。

Description

消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具 技术领域
本发明涉及低灯位道路照明领域,尤其涉及一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具。
背景技术
常规的低灯位安装,一般安装高度低于1.4米。在道路照明中,路灯眩光历来被视为重要的评价指标。眩光是指在驾驶员视域内有光亮度范围不适宜,在空间或时间上存在极端的光亮度对比,以至于引起不舒服或降低可见度的视觉干扰。
近期,一些照明设计师明确提出常规高位照明的需求顺序是:亮度、均匀度、眩光控制、诱导性,而采用低位照明的需求顺序变成:眩光控制、诱导性、亮度、均匀度。由此可见,眩光控制技术是低灯位路灯照明需求的共性关键技术。
现有技术中存在“一种低高度平光道路照明技术”,该技术采用金属卤化物光源(即MH光源),安装间距为8米至11米,高度在1.2米以内,采用平光束配光以向下照明的方式限制眩光。该灯90%的直射光通量分布于路面以内。因减少散溢光。该灯部分克服了高灯位照明方式存在的较大的无效光照区问题,但是由于光源功率密度过高,这一照明方式最大的问题在于靠近路灯行车道的驾驶员会感到强烈的眩光。
某城市干道LED低位路灯照明,单灯功率24瓦,灯距6米。该项目虽然消除了高灯位路灯照明方式下机动车驾驶员前上方视域内的眩光,但仍存在前 下视眩光及侧方眩光,尤其在靠近路灯的车道,高亮度的灯具前发光面影响较大,驾驶员感到强烈的眩光。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具,可以解决现有技术中采用低位路灯照明,易使驾驶员感到强烈的眩光的技术问题。
为实现上述目的,本发明第一方面提供一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法,该方法包括:
在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,以避免驾驶员直视所述低灯位路灯的发光面,消除直接眩光,且所述低灯位路灯下方消除所有反射体,以防止因所述反射体的反射而产生间接眩光。
为实现上述目的,本发明第二方面提供一种无眩光的低灯位路灯灯具,且该灯具应用于消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法,该灯具包括:
正向照明光源、逆向照明光源及中部无反射体的灯壳;
所述正向照明光源位于所述灯壳的上部,所述灯壳的下部的一侧为倒V形槽结构,所述逆向照明光源位于所述灯壳的下部的另一侧。
本发明提供一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具。该方法中,在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,避免驾驶员的眼睛直视低灯位路灯的发光面,消除了低灯位路灯的直接眩光。且在低灯位路灯的下方消除所有反射体,避免了因反射体的反射而产生的间接眩光。该消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法被应用于制造无眩光的低灯位路灯灯具,该灯具的灯壳的下部一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源位于灯壳的下部的另一侧,使得倒V形槽达到了逆向照明光源的截光板的作用,能有效的消除眩光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法的原理示意图;
图2为本发明所提供的低灯位路灯照明示意图;
图3为本发明所提供的菲涅尔透镜聚光原理图;
图4为本发明所提供的“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”的俯视图与侧视图;
图5为为本发明所提供的眩光产生成因的示意图;
图6为本发明第二实施例所提供的一种无眩光的低灯位路灯灯具的结构示意图;
图7为本发明所提供的来自于道路右侧的水平方向眩光的原理示意图;
图8为本发明所提供的前视、侧视及后视眩光范围的示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
由于现有技术中存在采用低位路灯照明,易使驾驶员感到强烈的眩光的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明提出一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具。该方法中,在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,避免驾驶员的眼睛直视低灯位路灯的发光面,消除了低灯位路灯的直接眩光。且在低灯位路灯的下方无反射体,避免了因反射体的反射而产生的间接眩光。该消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法被应用于制造无眩光的低灯位路灯灯具,该灯具的灯壳的下部一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源位于灯壳的下部的另一侧,使得倒V形槽达到了逆向照明光源的截光板的作用,能有效的消除眩光。
为了便于查阅本发明所使用的公式中涉及的各参数的含义,请参阅下表:
Figure PCTCN2018076234-appb-000001
请参阅图1,为本发明第一实施例所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法的原理示意图。该方法包括:
在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,以避免驾驶员直视低灯位路灯的发光面,消除直接眩光,且低灯位路灯下方消除所有反射体,以防止因反射体的反射而产生间接眩光。
其中,标号1表示低灯位路灯,标号2表示截光板,标号3表示地面,标 号4表示驾驶员眼睛。
进一步的,该截光板的长度至少大于:
Figure PCTCN2018076234-appb-000002
Y表示截光板的最小长度,D表示低灯位路灯的光源直径,a表示低灯位路灯的光源垂直角,h 2表示驾驶员眼睛距离地面的高度,h 1表示低灯位路灯的光源底端距离地面的高度,K表示驾驶员与低灯位路灯的光源底端的水平距离。
进一步的,该低灯位路灯的光源垂直角满足:
Figure PCTCN2018076234-appb-000003
L表示低灯位路灯的最大光强处与光源底端的水平距离,h 1表示低灯位路灯的光源底端距离地面的高度,a表示低灯位路灯的光源垂直角,D表示低灯位路灯的光源直径。
需要说明的是,低位路灯与高位路灯不同,高位路灯的投光照射方向向下,与路面近乎垂直,而低位路灯的投光照射方向向左或者向右,与道路路面近乎平行。请参阅图2,为本发明所提供的低灯位路灯照明示意图。因此,低位路灯眩光来自于两个方面:一方面,由于路灯的投光方向要求,使得路灯的发光面由向下改为侧面,路灯眩光将不是来自于垂直方向,而是来自于前方路灯的、侧向的发光面,为水平方向眩光;另一方面,封装后的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)贴片经一次配光后发出接近120度的散射光。为了照射远,需要进一步聚光。因此一般用于路灯的LED都会使用透镜进行二次配光,菲涅尔透镜是其中效率较好的一种。请参阅图3,为本发明所提供的菲涅尔透镜聚光原理图。菲涅尔透镜的功能是将光源发出的直射至菲涅尔透镜的正面光汇聚为光束角小的近乎平行的光束,抛物面光学透镜的功能是将其中的非正面光汇聚为光束角小的近乎平行的光束。将两者结合,构成菲涅尔——抛物面透镜。经菲涅尔——抛物面透镜配光后,LED光源发出的光转变为直径较小的圆形光斑。
理论上讲,抛物面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镜所发出的光必然与主光轴不完全一致,即包含非平行光。非平行光为溢散光,聚焦点越远,溢散光越多。而实际上,体积无限小的光源不存在,光源体积越大,散溢光也越多。
另外,路面照明需要的是条形光斑,而非直径较小的圆形光斑。因此,需在菲涅尔——抛物面透镜前面放置单面波纹状的微构造透镜,使较小直径的圆形光斑沿水平方向扩散为条形光斑。但是这种分离式结构会在菲涅尔——抛物面透镜与微构造透镜之间存在一个空气间层,该间层会使菲涅尔——抛物面透镜投射的平行光发生部分散射,导致光效降低,同时也会沉淀灰尘。一种有效的解决途径是,将微构造透镜与菲涅尔——抛物面透镜进一步集成,使之一体化。如,在倒置的菲涅尔透镜表面刻画波纹,形成“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”,一次成型打出上截止线较分明的条形光斑,可参阅图4,为本发明所提供的“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”的俯视图与侧视图。
使用“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”解决了路面照明所需的条形光斑问题,但并没有解决眩光问题。请参阅图5,为本发明所提供的眩光产生成因的示意图。理论上平行但实际上无法做到完全平行的光束在“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”的外表面发生散射,其非主光轴方向的光形成溢散光,部分溢散光会直接射入驾驶员的眼睛,使得驾驶员感受到强烈的眩光。
实际上,用透镜配光的方法在实际中都存在无法解决的眩光问题。解决的关键是要使得驾驶员实现避开在“倒置菲涅尔波纹——抛物面透镜”的外表面发生的眩光。由于溢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眩光。
在本发明实施例中,根据眩光产生的机理,在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,避免驾驶员的眼睛直视低灯位路灯的发光面,消 除了低灯位路灯的直接眩光,且在低灯位路灯的下方消除所有反射体,避免了因反射体的反射而产生间接眩光。
请参阅图6,为本发明第二实施例所提供的一种无眩光的低灯位路灯灯具的结构示意图。且该灯具应用于消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法,该灯具包括:
正向照明光源11、逆向照明光源12及中部无反射体的灯壳13;
正向照明光源11位于灯壳13的上部,灯壳13的下部的一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源12位于灯壳13的下部的另一侧。
进一步的,该灯壳13的下部的倒V形槽的两边长度不相等,且倒V形槽的长边与灯壳13的侧边连接。
进一步的,倒V形槽的长边的长度至少大于:
Figure PCTCN2018076234-appb-000004
Y'表示倒V形槽的长边的最小长度,D'表示逆向照明光源12的光源直径,a'表示逆向照明光源12的光源垂直角,h 2'表示驾驶员眼睛距离地面的高度,h 1'表示逆向照明光源12的光源底端距离地面的高度,K'表示驾驶员与逆向照明光源12的光源底端的水平距离。
进一步的,逆向照明光源12的光源垂直角满足:
Figure PCTCN2018076234-appb-000005
L'表示逆向照明光源12的最大光强处与光源底端的水平距离,h 1'表示逆向照明光源12的光源底端距离地面的高度,a'表示逆向照明光源12的光源垂直角,D'表示逆向照明光源12的光源直径。
进一步的,灯壳13为矩形灯壳。
进一步的,灯壳13的两个侧面上设置有不透光材料。
进一步的,灯壳13上设置有连接结构,以便于与固定设备结合。
特别的,该灯具的安装高度需要特别注意,其安装高度应低于驾驶员眼睛。即,驾驶员坐在车辆中,当车辆行驶到灯具位置处时,驾驶员的眼睛高度应高于正向照明光源11的上边缘。
需要说明的是,驾驶员驾驶汽车行车过程中,驾驶员与低灯位路灯之间不是简单的二维距离变化关系,而是呈三维动态变化的,因此,低灯位路灯灯具的设计需要从驾驶员位置和视线等方面,动态分析低灯位路灯的眩光,从而设计出高效可靠的低灯位路灯灯具。经过分析表明,低灯位路灯的眩光分为水平方向眩光、垂直方向眩光。具体的,水平方向眩光包括来自道路右侧的水平方向眩光和来自道路左侧的水平方向眩光。来自道路右侧的水平方向眩光指的是,对于靠道路右侧行驶的机动车来说,水平方向眩光指驾驶员感觉到的来自于右侧路灯灯体正面的直射光,可参阅图7,为本发明所提供的来自于道路右侧的水平方向眩光的原理示意图。同理,来自道路左侧的水平方向眩光指的是,对于靠道路左侧行驶的机动车来说,水平方向眩光指驾驶员感觉到的来自于左侧路灯灯体正面的直射光。垂直方向眩光指的是驾驶员感觉到的来自于前方路灯前向发光面(垂直方向)的直射光。
进一步的,请参阅图8,为本发明所提供的前视、侧视及后视眩光范围的示意图。根据统一坐标系的定义,全截光型路灯的截光角β为65度,所对应的遮光角(保护角)α为25度;半截光型路灯的截光角β为75度,所对应的遮光角(保护角)α为15度。具体的:
1、位于-α与α之间的眩光称为前视眩光,范围为2α,性质为失能眩光,效应是暂时性失去部分辨识能力,最不利观察点位于-α与α角度处。
本发明所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光灯具,其逆向照明光源12位于灯壳的下部,发出的光与靠近该灯具安装位置的车辆的行驶方向相反。灯壳13下部的一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源12位于灯壳13的下部的另一侧,使得倒V形槽达到了逆向照明光源12的截光板的作用,消除了 直射入驾驶员眼睛的光线,有效的消除了前视眩光,即消除了前视直接眩光。
2、位于90°-β至90°+β之间,及270°-β至270°+β之间的眩光为侧视眩光。侧视眩光的范围为2β,性质为不适眩光,效应是失去舒适性,最不利观察点位于90°至-90°(即270°)角度处。
本发明所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光灯具,其灯壳13的中部无反射体,使得驾驶员的车辆行驶到该灯具的位置处时,由于灯壳13的中部无反射体,且正向照明光源11位于灯壳的上部,逆向照明光源12位于灯壳的下部,无光直射入驾驶员的眼睛,避免了侧视眩光的产生,即消除了侧视直接和间接眩光。
3、位于180°-α至180°+α之间的眩光为后视眩光,范围为2α,性质为失能眩光,效应是暂时性失去部分辨识能力,最不利观察点位于180°-α与180°+α角度处。
本发明所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光灯具,其正向照明光源11位于灯壳的上部,且正向照明光源11的下边缘高于人眼的位置。因此,当驾驶员的车辆驶过该灯具的位置处,驾驶员看向车辆的后视镜时,其眼睛高于该灯具中的正向照明光源11的位置,使得正向照明光源11与驾驶员眼睛之间相当于具有一个截光板,驾驶员通过后视镜,无法看到正向照明光源11的发光面,有效的消除了后视眩光,即消除后视直接眩光。
在本发明实施例中,该灯具的灯壳13的下部一侧为倒V形槽结构,逆向照明光源12位于灯壳13的下部的另一侧,使得倒V形槽达到了逆向照明光源12的截光板的作用,能有效的消除前视眩光。灯具的中部无反射体,使得无光直射入驾驶员的眼睛,避免了侧视眩光的产生。正向照明光源11的位置低于驾驶员的眼睛,驾驶员通过后视镜,无法看到正向照明光源的发光面,有效的消除了后视眩光。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详 述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法及灯具的描述,对于本领域的技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

  1. 一种消除低灯位路灯眩光的无反射截光方法,其特征在于,所述方法包括:
    在低灯位路灯的上方按照预置角度设置预置长度的截光板,以避免驾驶员直视所述低灯位路灯的发光面,消除直接眩光,且所述低灯位路灯下方消除所有反射体,以防止因所述反射体的反射而产生间接眩光。
  2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述截光板的长度至少大于:
    Figure PCTCN2018076234-appb-100001
    Y表示所述截光板的最小长度,D表示所述低灯位路灯的光源直径,a表示所述低灯位路灯的光源垂直角,h 2表示驾驶员眼睛距离地面的高度,h 1表示所述低灯位路灯的光源底端距离地面的高度,K表示驾驶员与所述低灯位路灯的光源底端的水平距离。
  3. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述低灯位路灯的光源垂直角满足:
    Figure PCTCN2018076234-appb-100002
    L表示所述低灯位路灯的最大光强处与光源底端的水平距离,h 1表示所述低灯位路灯的光源底端距离地面的高度,a表示所述低灯位路灯的光源垂直角,D表示所述低灯位路灯的光源直径。
  4. 一种无眩光的低灯位路灯灯具,其特征在于,所述灯具应用于如权利要求1至3任意一项所述的方法,所述灯具包括:
    正向照明光源、逆向照明光源及中部无反射体的灯壳;
    所述正向照明光源位于所述灯壳的上部,所述灯壳的下部的一侧为倒V形槽结构,所述逆向照明光源位于所述灯壳的下部的另一侧。
  5. 根据权利要求4所述的灯具,其特征在于,所述灯壳的下部的倒V形 槽的两边长度不相等,且所述倒V形槽的长边与所述灯壳的侧边连接。
  6. 根据权利要求5所述的灯具,其特征在于,所述倒V形槽的长边的长度至少大于:
    Figure PCTCN2018076234-appb-100003
    Y'表示所述倒V形槽的长边的最小长度,D'表示所述逆向照明光源的光源直径,a'表示所述逆向照明光源的光源垂直角,h 2'表示驾驶员眼睛距离地面的高度,h 1'表示所述逆向照明光源的光源底端距离地面的高度,K'表示驾驶员与所述逆向照明光源的光源底端的水平距离。
  7. 根据权利要求6所述的灯具,其特征在于,所述逆向照明光源的光源垂直角满足:
    Figure PCTCN2018076234-appb-100004
    L'表示所述逆向照明光源的最大光强处与光源底端的水平距离,h 1'表示所述逆向照明光源的光源底端距离地面的高度,a'表示所述逆向照明光源的光源垂直角,D'表示所述逆向照明光源的光源直径。
  8. 根据权利要求4至7任意一项所述的灯具,其特征在于,所述灯壳为矩形灯壳。
  9. 根据权利要求4至7任意一项所述的灯具,其特征在于,所述灯壳的两个侧面上设置有不透光材料。
  10. 根据权利要求4至7任意一项所述的灯具,其特征在于,所述灯壳上设置有连接结构,以便于与固定设备结合。
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