CN104832824A - 一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，属于照明灯技术领域。本发明包括若干个相同的圆筒形灯罩，灯罩内具有照明灯，若干个灯罩安装在马蹄行板上。圆筒形灯罩的底部半径，外口半径，长度及筒状径深长度满足如下关系式：Y₁＜Y₂≤2Y₁，其中，Y₁是底部半径，Y₂是外口半径，L是筒状径深长度。

Description

一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯

技术领域

本发明涉及一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，属于照明灯技术领域。

背景技术

阅读灯已是千家万户的生活必需电器，为了满足不同消费者的需求，市场上的阅读灯种类繁多，从光源上分白炽灯、节能灯和LED学习灯。目前阅读灯光源发出的光线存在很大散光部分，从而导致光线利用率低，甚至由于散光会产生直接眩光，给阅读者眼睛造成不同程度的伤害，但市场上还没有很好一种方法降低散光而增加人眼光线接收效率，并彻底解决直接眩光问题。

综上所述，目前阅读台灯存在以下几个方面的问题：

1.存在散光，聚光性差，导致人注意力不集中；

2.通过桌面反射体反射到人眼有用光线部分低，即人眼视觉光线接收率低；

3.存在直接光线进入到人眼，从而对人眼造成直接眩光伤害。

发明内容

本发明提供了一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，照明灯包括采用无散光筒状照明结构，解决了阅读灯普遍存在的散光问题，实现了无散光照射；采用背光源无眩光照明，有效解决了阅读灯的直接眩光危害，最终提高了人眼视觉光线接收效率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，包括若干个相同的圆筒形灯罩，灯罩内具有照明灯，若干个灯罩安装在马蹄行板上。

圆筒形灯罩的底部半径，外口半径，长度及筒状径深长度满足如下关系式：

$Y_2\≤L\≤\sqrt{3}\left(Y_2\right),$

Y₁＜Y₂≤2Y₁，

其中，Y₁是底部半径，Y₂是外口半径，L是筒状径深长度。

本发明技术方案的科学依据如下：

阅读灯光源发出光线，存在的散射光量，会形成了散射光线，一部分光线通过阅读对象，形成了人眼视觉系统接收的反射光线，光源还会有眩光照射到人眼，形成了眩光光线，最终人眼视觉系统接收到的光线函数表达式如下为：

$\stackrel{\→}{R}=\stackrel{\→}{E}+\stackrel{\→}{N}+\stackrel{\→}{C},---\left(1\right)$

式(1)中，为通过阅读对象反射体反射到人眼有用光线部分，为散射光线部分，为直接眩光光线，各函数表达式如下：

$\stackrel{\→}{E}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(2\right)$

式(2)中，为光源发出光线，h为阅读对象反射体反射光系数。

$\stackrel{\→}{N}=\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(3\right)$

式(3)中，为光源发出光线，α为散射光量，当存在外界干扰源条件下，散光函数变为表达式如(4)所示：

${\stackrel{\→}{N}}^{*}=\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{L}}_i,---\left(4\right)$

式(4)中，为外界干扰光线，当表示没有干扰源，综合表达式(1)到(4)，得出光源光线函数如下：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\stackrel{\→}{C},---\left(5\right)$

式(5)中，是由阅读体反射到人眼的光线，是由周围的反射体反射到人眼的杂散光，是直接眩光。

由发光模型得出：进入到人眼光线由三部分组成，一是由阅读体反射到人眼的光线这部分光线是有用光线，是人眼能观察到物体需要的光线，此部分光线越多越好；二是光源发出的光线照射到工作面周围反射体反射到人眼的杂散光杂散光越少，光源发出的光线包裹率越大，光线越集中；三是进入到人眼的光线形成直接眩光，直接眩光是有害光线，需要消除，正是需要解决的问题。

减少直接眩光和杂散光两部分光线，增大由反射体反射到人眼的光线从而可以有效提高人眼光线接收效率。可以从以下两个方面进行：

1、减少直接眩光解决眩光对人眼视觉系统伤害，有助于人眼视觉系统对光线接收。

2、提高阅读灯光源发光光线提高了光源发光聚光性，从而很好减少了散射光量α，最终减少了光源发出的散射光部分，实现无散光照射，照射到阅读体上的光线增强，反射到人眼的光线相应增多，提高读者注意力，集中精神进行作业，提高阅读效率。

与现有技术相比，本发明的收益效果是：

1.提出的无散光筒状照明结构，实现了无散光照射，提高了光源发光聚光性；

2.采用背光源无眩光照明，实现了无直接眩光照射，解决了直接眩光对人眼视觉系统危害；

3.综上所述，一种提高人眼视觉光线接收效率的照明方法及依此方法设计了学习灯照明结构，具有无散光照射，并且无直接眩光危害，能使反射到人眼的有用光线达到最多，最终实现了人眼视觉光线接收效率最大化。

附图说明

图1传统阅读灯光源发光模型；

图2无散光筒状照明结构模型；

图3筒状照明结构分析图；

图4背光源筒状照明结构模型；

图5是背光源筒状照明结构照明方法实例。

图中：1.马蹄行板，2.照明灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，包括若干个相同的圆筒形灯罩，灯罩内具有照明灯2，若干个灯罩安装在马蹄行板1上。

圆筒形灯罩的底部半径，外口半径，长度及筒状径深长度满足如下关系式：

$Y_2\≤L\≤\sqrt{3}\left(Y_2\right),$

Y₁＜Y₂≤2Y₁，

其中，Y₁是底部半径，Y₂是外口半径，L是筒状径深长度。

图1中：为人眼视觉系统接收光线，为光源发出光线，α散射光量，为散射光线，h为阅读对象体的反射光系数，为人眼视觉系统接收的反射光线，为直接眩光光线。

如图1所示，为传统阅读灯发光模型，设人眼视觉系统接收光线为根据图得的表达式如式(1)所示：

$\stackrel{\→}{R}=\stackrel{\→}{E}+\stackrel{\→}{N}+\stackrel{\→}{C},---\left(1\right)$

式(1)中，为通过阅读对象反射体反射到人眼有用光线部分，为散射光线部分，为直接眩光光线，各函数表达式如下：

$\stackrel{\→}{E}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(2\right)$

式(2)中，为光源发出光线，h为阅读对象反射体反射光系数。

$\stackrel{\→}{N}=\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(3\right)$

式(3)中，为光源发出光线，α为散射光量，当存在外界干扰源条件下，散光函数变为表达式如(4)所示：

${\stackrel{\→}{N}}^{*}=\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{L}}_i,---\left(4\right)$

式中为外界干扰光线，当表示没有干扰源，综合表达式(1)到(4)，得出光源光线函数如下：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\stackrel{\→}{C},---\left(5\right)$

进入到人眼光线由三部分组成，一是由阅读体反射到人眼的光线这部分光线是有用光线，是人眼能观察到物体需要的光线，此部分光线越多越好；二是光源发出的光线照射到工作面周围反射体反射到人眼的杂散光杂散光越少，光源发出的光线包裹率越大，光线越集中；三是进入到人眼的光线形成直接眩光，直接眩光是有害光线，需要消除，正是需要解决的问题。

减少直接眩光和杂散光两部分光线，增大由反射体反射到人眼的光线从而可以有效提高人眼光线接收效率。可以从以下两个方面进行：

1、减少直接眩光解决眩光对人眼视觉系统伤害，有助于人眼视觉系统对光线接收。

2、提高阅读灯光源发光光线提高了光源发光聚光性，从而很好减少了散射光量α，最终减少了光源发出的散射光部分，实现无散光照射，照射到阅读体上的光线增强，反射到人眼的光线相应增多，提高读者注意力，集中精神进行作业，提高阅读效率。

如图2所示，是一种无散光筒状照明结构，图3是筒状照明结构分析图，筒状结构只有在最佳的纵深长度(L)下，光线包裹率最大，聚光性最好，有效减小杂散光。

由图3得，设筒状的底部半径是Y₁cm，外口半径Y₂cm，长度为Lcm。在二维平面对筒状进行分析，求出最优化的筒状径深长度(L)如下：

Y₂＝Y₁+Y_K，              (6)

由式(6)知，当Y_k＝0，Y₂＝Y₁，筒状变成柱状，发出圆柱状光线；当Y_k＜0，Y₂＜Y₁，发出光线极细，会造成极强的明暗差，一般不常用；当Y_k＞0，Y₂＞Y₁，筒状发光，具有一定的聚光性。

$\tan \mathrm{\α}=\frac{Y_2}{L}=\frac{Y_1+Y_K}{L},---\left(7\right)$

L＝N(Y₂)＝N(Y₁+Y_K)，               (8)

式(8)中N是比例常数，L和Y₂都是直线，存在一个比例常数的关系，一般筒灯的径深比是30°～45°度左右，包裹率较高，聚光性较好，从而确定了比例常数N的范围得出最优纵深长度L为：

$Y_2\≤L\≤\sqrt{3}\left(Y_2\right),---\left(9\right)$

Y₁＜Y₂≤2Y₁，              (10)

只有满足式(9)和式(10)的两个条件，才能确定筒状灯最优的纵深长度，从而得到最合适的聚光光线。

本筒状照明结构的Y₂＝L＝2cm，符合式(10)和式(11)的最优纵深长度，再根据式(7)可计算得出光束角α为45°，说明发出光线的包裹率较高，聚光性较好。

综上所述，筒状照明结构具有聚光性，也就是提高了光源的发光光线减少了散光量α，相当于减少了散光直接散光也有一定的抑制作用，人眼视觉系统接收光线变为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\stackrel{\→}{C},---\left(11\right)$

由式(11)得，人眼视觉系统接收光线中散光被抑制，反射到人眼光线得到增大，故此人眼视觉系统接收光线增大，提高了人眼视觉系统光线接收效率。

图4是背光源筒状照明结构，由图得：背光源照明结构的中间部分开口(一是保证足够的反射光线通过开口到达人眼，二是保证人眼前端视线开阔)，光源设计在结构背部，光线照射到阅读体上，阅读体将反射光通过中间开口反射到人眼，整个过程都是反射光照射，没有直接光线进入到人眼。

背光源无眩光照明结构模型很明显消除了直接眩光光线即解决了直接眩光对人眼视觉危害问题，人眼视觉系统接收光线为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(6\right)$

筒状照明结构具有聚光性，也就是提高光源的发光光线减少散光量α，相当于减少散光实现无散光照射直接眩光也有一定的抑制作用，人眼视觉光线为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\stackrel{\→}{C},---\left(12\right)$

从式(6)和式(12)知，背光源照明结构消除了直接眩光筒状照明结构消除了散光并对眩光也有抑制作用，综合式(6)和(12)得背光源筒状照明结构的人眼视觉光线接收为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(13\right)$

比较式(13)与式(1)，可以看出背光源筒状照明结构没有直接光线进入到人眼部分减少了光源发出的散射光部分而提高了反射光线进入到人眼部分增加了光线入射效率，使视觉接收效率最大化。

图5是背光源筒状照明结构照明方法实例，结合实例分析如下：

1.由图5得，背光源无眩光照明结构模型无直接眩光光线即解决了直接眩光对人眼视觉危害问题，人眼视觉系统接收光线变为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\mathrm{\α}\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(6\right)$

2.筒状照明结构具有聚光性，也就是提高光源的发光光线减少散光量α，相当于减少散光实现无散光照射直接眩光也有一定的抑制作用，人眼视觉光线为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X+\stackrel{\→}{C},---\left(12\right)$

3.综合式(6)和(12)得背光源筒状照明结构的人眼视觉光线接收为：

$\stackrel{\→}{R}=h\·{\stackrel{\→}{T}}_X,---\left(13\right)$

4.比较式(13)与式(1)，可以看出背光源筒状照明结构没有直接光线进入到人眼部分减少了光源发出的散射光部分而提高了反射光线进入到人眼部分增加了光线入射效率，使视觉接收效率最大化。

本发明不局限于上述实施例，任何在本发明权利要求书所要求的权利内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，其特征在于：包括若干个相同的圆筒形灯罩，灯罩内具有照明灯(2)，若干个灯罩安装在马蹄行板(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种提高人眼视觉光线接收效率的照明灯，其特征在于：圆筒形灯罩的底部半径，外口半径，长度及筒状径深长度满足如下关系式：

$Y_2\≤L\≤\sqrt{3}\left(Y_2\right),$

Y₁＜Y₂≤2Y₁，

其中，Y₁是底部半径，Y₂是外口半径，L是筒状径深长度。