CN110185982A - 高均匀度高光效低眩光的黑板灯 - Google Patents

高均匀度高光效低眩光的黑板灯 Download PDF

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陶学勤
黄于霖
曾厦婷
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Abstract

本发明公开了一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，包括透镜，透镜的底部设有光源板，其特征在于，所述的透镜包括多个透镜单体，多个透镜单体整齐地固定在透镜长条整版上；每个透镜单体的上表面均为偏光光学曲面，偏光光学曲面为微结构面，每个微结构面上设有多个微结构，每个透镜单体底部的形状为准直TIR光学旋转体。本发明通过透镜上表面的偏光光学曲面，将透镜底面形成的准直光束进行偏折后射出，形成所需的黑板均匀照明的光强分布。

Description

高均匀度高光效低眩光的黑板灯
技术领域
本发明涉及一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，属于教室黑板灯具技术领域。
背景技术
教室黑板灯具为了满足均匀照明黑板要求，要求合理的安装位置和光强分布，以满足使用需求。针对黑板照明灯具产品实际使用情况：黑板灯适宜安装在教师位置与黑板之间(与黑板水平距离<30cm)，光线不直接进入教师眼睛，从而避免光线照射教师眼睛造成眩光，但是由于安装距离黑板很近，要实现高均匀高光效的黑板照明效果，传统的光学方案难以达到。
目前市面产品的黑板灯通常使用反射罩或者传统透镜进行配光。
反射器方案：反射器开口的正面的光线直接出射，图中虚线箭头所示的光线直接出射无法有效控制利用，容易形成无用的杂散光(虚线箭头的光线示意为杂散光)，黑板的光线利用率低，造成照度不均匀或眩光，如图1所示。
市面上现有透镜方案：无法实现近距离安装情况下，灯具光线的高利用率和黑板照度均匀，对教师造成严重眩光。
针对目前现有的专利，LED大角度出射的光线经过透镜折射部分曲面后形成的光线角度较大，在近距离安装黑板灯的情况下，该部分光线无法有效利用照射在黑板上，黑板的光线利用率低，且会照成黑板上部分靠近灯具的区域照度较高，不均匀，如图2a、图2b所示(虚线箭头示意为杂散光)。
针对目前现有的专利，LED透镜主要为截面拉伸结构。拉伸方向光线角度大，光线无法有效利用照射在黑板上，黑板的光线利用率低，且会照成刺眼眩光，如图3所示(虚线箭头示意为杂散光)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决了如何使得黑板灯无杂散光、照度均匀且无眩光的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，包括透镜，透镜的底部设有光源板，其特征在于，所述的透镜包括多个透镜单体，多个透镜单体整齐地固定在透镜长条整版上；每个透镜单体的上表面均为偏光光学曲面，偏光光学曲面为微结构面，每个微结构面上设有多个微结构，每个透镜单体底部的形状为准直TIR光学旋转体。
优选地，所述的多个透镜单体在透镜长条整版上排列为一排。
优选地，所述的每个微结构为具有相同曲率的偏光面。
优选地，所述的光源板为安装有多个LED的灯板，多个LED在同一平面上排列，每个LED对应一个透镜单体；每个透镜单体的底面上设有一个凹槽，LED排列在透镜底面凹槽内。
优选地，每个所述的微结构面射出的光束的夹角范围为：光束在上下位置的夹角小于30°，光束在左右位置的夹角小于60°。
优选地，沿所述的透镜宽度方向的截面上的微结构表面轮廓线为非对称曲线，透镜宽度方向截面上的光分布角度为偏光分布，越偏向下方的光线的光强越强。
优选地，沿所述的透镜长度方向的截面上的微结构表面轮廓线为对称曲线，透镜长度方向截面上的光分布角度为关于每个透镜单体的中心轴对称分布。
优选地，所述的对称曲线两侧的根部切线之间的夹角不小于120°。
优选地，每个所述的偏光光学曲面上均匀分布有多个微结构；每个偏光光学曲面的周围呈矩形；每个微结构的边缘呈矩形。
优选地，所述的每个透镜单体上的微结构数量不小于3x3个。
本发明通过透镜上表面的偏光光学曲面，将透镜底面形成的准直光束进行偏折后射出，形成所需的黑板均匀照明的光强分布；在透镜宽度方向截面上的光分布角度为偏光分布，越偏向黑板下方的光线的光强越强。避免了光线直接出射无法有效控制利用，容易形成无用的杂散光，黑板的光线利用率低，造成照度不均匀或眩光；或者灯具光线的高利用率和黑板照度均匀，对教师造成严重眩光的问题。
附图说明
图1为使用反射罩进行配光的黑板灯的光线照射示意图；
图2a为使用LED大角度出射光线的透镜进行配光的黑板灯的光线照射示意图(1)；
图2b为使用LED大角度出射光线的透镜进行配光的黑板灯的光线照射示意图(2)；
图3为截面拉伸结构的LED透镜进行配光的黑板灯的光线照射示意图；
图4为一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯的示意图；
图5为透镜光路的示意图(宽度方向剖面)；
图6为透镜光路的示意图(长度方向剖面)；
图7为透镜光路的夹角范围(宽度方向剖面)；
图8为偏光光学曲面的最高点的示意图；
图9为透镜光路的夹角范围(长度方向剖面)；
图10为偏光光学曲面的局部放大示意图；
图11为透镜的结构示意图；
图12为透镜上表面的结构示意图；
图13为透镜侧面的结构示意图；
图14为透镜底面的结构示意图；
图15为一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯的使用状态图；
图16为图15的拆分示意图；
图17为图15的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，如图4、图11-图14所示，其包括透镜8，透镜8的底部设有光源板4，透镜8包括多个透镜单体，多个透镜单体整齐地固定在透镜长条整版5上；每个透镜单体的上表面均为偏光光学曲面1，偏光光学曲面1为微结构面，每个微结构面对底面形成的准直光束进行偏折后射出，形成所需的黑板6均匀照明的光强分布，如图5、图6所示。每个微结构面上设有多个均匀分布的复眼(即微结构)，每个复眼在黑板6上对应一个均匀光斑，多个复眼叠加后在黑板上形成更加均匀的光斑。每个微结构为具有相同曲率的偏光面，且形成的偏光方向朝向黑板6。
每个透镜单体表面的偏光光学曲面1的周围呈矩形，每个微结构边缘呈矩形，每个透镜单体上的微结构数量不小于3x3个，数量越多光斑越均匀。
每个透镜单体底部的形状为准直TIR光学旋转体3，光源板4发出的光经过透镜8底部后形成准直小角度光线入射到透镜8上表面，如图5、图6所示。
光源板4为安装有多个LED的灯板，多个LED在同一平面上排列，且每个LED对应一个透镜单体。每个透镜单体的底面上设有一个凹槽2，LED排列在透镜8底面凹槽2内。
透镜8最终形成的光斑角度，即每个微结构面射出的光束的夹角范围为：光束在上下位置的夹角小于30°，光束在左右位置的夹角小于60°。
沿透镜8宽度方向的截面，垂直于黑板6平面，光束在上下位置的夹角如图7所示，图中箭头A所示的方向为透镜8的宽度方向，图中箭头B所示的方向为黑板6的高度方向。此截面上透镜8的微结构的表面轮廓线为非对称曲线，如图8所示，偏光光学曲面的最高点7位于偏光光学曲面1中心的下方，透镜8宽度方向截面上的光分布角度为偏光分布，越偏向黑板6下方的光线的光强越强(即图中C点位置光线的光强强，D点位置光线的光强弱)，在此截面上光束角度<30°(50％最大光强夹角)。
沿透镜8长度方向的截面，光束在左右位置的夹角如图9所示，图中箭头E所示的方向为透镜8长度方向，图中箭头F所示的方向为黑板宽度方向，此截面上透镜8的微结构的表面轮廓线为对称曲线，如图10所示，图中G为轮廓曲线对称中心线，图中H为根部切线，对称曲线两侧的根部切线之间的夹角不小于120°，透镜8长度方向截面上的光分布角度为关于每个透镜单体的中心轴对称分布；在此截面上光束角度<60°(50％最大光强夹角)。
如图15-图17所示，将本发明的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯安装在灯壳体11上，灯壳体11固定在吊杆支架9的一端，吊杆支架9的另一端固定在天花板上。安装时，先将光源板4安装在灯壳体11上相应的槽内，然后透镜8放入该槽内，使得透镜8上带有凹槽2的一面盖在光源板4上，透镜8上的卡扣12直接嵌在灯壳体11内，使其固定。
灯壳体11的结构为倒直角梯形，本发明的黑板等安装其斜边上，使其面向黑板6，且在透镜8宽度方向，光束下部的光线要位于黑板6的下方，光束上部的光线要位于黑板6的上方。

Claims (10)

1.一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，包括透镜(8)，透镜(8)的底部设有光源板(4)，其特征在于，所述的透镜(8)包括多个透镜单体，多个透镜单体整齐地固定在透镜长条整版(5)上；每个透镜单体的上表面均为偏光光学曲面(1)，偏光光学曲面(1)为微结构面，每个微结构面上设有多个微结构，每个透镜单体底部的形状为准直TIR光学旋转体(3)。
2.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，所述的多个透镜单体在透镜长条整版(5)上排列为一排。
3.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，所述的每个微结构为具有相同曲率的偏光面。
4.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，所述的光源板(4)为安装有多个LED的灯板，多个LED在同一平面上排列，每个LED对应一个透镜单体；每个透镜单体的底面上设有一个凹槽(2)，LED排列在透镜(8)底面凹槽(2)内。
5.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，每个所述的微结构面射出的光束的夹角范围为：光束在上下位置的夹角小于30°，光束在左右位置的夹角小于60°。
6.如权利要求1或5所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，沿所述的透镜(8)宽度方向的截面上的微结构表面轮廓线为非对称曲线，透镜(8)宽度方向截面上的光分布角度为偏光分布，越偏向下方的光线的光强越强。
7.如权利要求1或5所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，沿所述的透镜(8)长度方向的截面上的微结构表面轮廓线为对称曲线，透镜(8)长度方向截面上的光分布角度为关于每个透镜单体的中心轴对称分布。
8.如权利要求7所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，所述的对称曲线两侧的根部切线之间的夹角不小于120°。
9.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，每个所述的偏光光学曲面(1)上均匀分布有多个微结构；每个偏光光学曲面(1)的周围呈矩形；每个微结构的边缘呈矩形。
10.如权利要求1所述的一种高均匀度高光效低眩光的黑板灯，其特征在于，所述的每个透镜单体上的微结构数量不小于3x3个。
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