一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统的制作方法

1.本实用新型涉及led照明技术领域，特别是涉及一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统。


背景技术：

2.随着教育行业对于学校教室的光环境质量愈发重视，专业的led教室灯、led黑板灯应运而生。目前，常见的教室用灯排布方案为9+3方案，即9盏教室灯3x3排列，外加3盏黑板灯并排排布。但此类方案存在成本高、光能量利用率低、能耗大的缺陷。因此，需要提出一种技术方案，在满足gb7793-2010《中小学校教室采光照明和卫生标准》中对黑板面平均照度及照度均匀度要求的情况下，降低教室照明成本，提高光能利用率，节约能源。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要提供一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统。
4.为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型第一方面提供一种透镜结构，包括：透镜本体，其底部向内凹陷形成光腔，供安装光源于所述光腔内，光源发出的光线经所述透镜本体照射于目标平面上；所述透镜本体的远目标平面侧设有依次连接的第一入射面、全反射面和第一出射面，供光线经所述第一入射面入射，再经所述全反射面全反射后，经所述第一出射面出射以照射目标平面的第一部分；所述透镜本体的近目标平面侧设有相互连接的第二入射面和第二出射面，供光线经所述第二入射面入射后，经所述第二出射面出射以照射目标平面的第二部分。
5.在本实用新型第一方面较佳的实施方式中，所述透镜本体包括：第三入射面；所述第一入射面、第三入射面和第二入射面依次连接形成所述光腔的内表面，光线经所述第三入射面入射后，经所述第一出射面出射以照射所述目标平面的第一部分。
6.在本实用新型第一方面较佳的实施方式中，所述第一入射面、全反射面、第一出射面、第二出射面、第二入射面和第三入射面首尾顺次连接以形成闭合的所述透镜本体。
7.在本实用新型第一方面较佳的实施方式中，所述第二入射面为第一自由曲面；所述第二出射面为第二自由曲面。
8.在本实用新型第一方面较佳的实施方式中，所述透镜本体为注塑成型结构。
9.在本实用新型第一方面较佳的实施方式中，所述第三入射面与所述第二入射面的连接处位于所述透镜本体的底部中垂线上。
10.为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型第二方面提供一种黑板灯，包括：基板；led芯片，与所述基板连接；所述透镜结构，罩设于所述led芯片以使芯片位于所述光腔内。
11.在本实用新型第二方面较佳的实施方式中，所述黑板灯包括：磨砂板，设于所述透镜结构的外围，以分散出射的光束。
12.在本实用新型第二方面较佳的实施方式中，所述黑板灯包括：多个led芯片，并排设于所述基板上；多个所述透镜结构，与所述多个led芯片一一对应安装。
13.为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型第三方面提供一种教室照明系统，包括：两个所述的黑板灯，对称设于黑板顶部两侧。
14.如上所述，本实用新型涉及的一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统，具有以下有益效果：通过对透镜结构的光学设计，使光源发出的部分光线经第一入射面、全反射面和第一出射面照射目标物体的下半部分，部分光线经第二入射面和第二出射面照射目标物体的上半部分，从而提高光源的光能利用率和目标平面的照度均匀度，减少应用场景所需的灯具，降低灯具成本和能耗；进一步地，模具注塑生产所述透镜，产品一致性好；灯具选用磨砂板出光，光线视觉效果柔和不刺眼，用户体验良好。
附图说明
15.图1显示为本实用新型一实施例提出的一种透镜结构的示意图。
16.图2显示为本实用新型一实施例提出的一种透镜本体的结构示意图。
17.图3和图4显示为本实用新型一实施例提出的一种透镜结构的立体结构示意图。
18.图5和图6显示为本实用新型一实施例提出的另一种透镜结构的示意图。
19.图7和图8显示为本实用新型一实施例提出的一种黑板灯的结构示意图。
20.图9和图10显示为本实用新型一实施例提出的一种教室照明系统的结构示意图。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点及功效。
22.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的的情况下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本实用新型的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
23.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、组
件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
25.本实用新型要提供一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统，以解决现有技术中教室照明成本高、光能利用率低、能耗大的技术问题。
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.如图1所示，本实用新型一实施例提供一种透镜结构的示意图，其包括：透镜本体11，其底部向内凹陷形成光腔111，供安装光源12于所述光腔111内，光源12发出的光线经所述透镜本体11照射于目标平面13上。
28.所述透镜本体11的远目标平面侧设有依次连接的第一入射面112、全反射面113和第一出射面114，供光线经所述第一入射面112入射，再经所述全反射面113全反射后，经所述第一出射面114出射以照射目标平面的第一部分131；所述透镜本体11的近目标平面侧设有相互连接的第二入射面115和第二出射面116，供光线经所述第二入射面115入射后，经所述第二出射面116出射以照射目标平面13的第二部分132。
29.可选的，透镜本体11包括但不限于硅胶透镜、pmma透镜(聚甲基丙烯酸甲酯，即亚克力)、pc透镜(polycarbonate，聚碳酸酯)、玻璃透镜等中的任意一种或多种的组合。其中，优选pmma透镜，其制造成本低，且生产效率高，有利于产品的推广使用。并且，光源12优选led芯片，其具有节能环保、发光效率高的优点，尤其适用于本实用新型。
30.所述透镜本体11包括但不限于模压成型结构、注塑成型结构，或包括组合成型结构、一体成型结构等等。其中优选注塑成型及一体成型结构，其具有产品一致性好、生产工艺成熟的优点，尤其适用于本实用新型。
31.本实施例中透镜结构的独特光学设计使得光源发出的大部分光线照射于目标平面上，可有效提高光能的利用率和目标平面的照度均匀度。在所述目标平面为黑板平面的情况下，目标平面的第一部分131为黑板的下半部分，第二部分132为黑板的下半部分，经过所述第一入射面112、全反射面113和第一出射面114的大部分光线会投向黑板面下半部分，提高黑板面下半部分照度以提升黑板面照度均匀度；经过所述第二入射面115和第二出射面116的大部分光线会为黑板上半部分提供光强，并适当补足黑板下半部分的照度，以达到更高的黑板面照度均匀度。
32.优选的，所述光源12设于所述透镜本体11的底部中垂线上，光源12发出的一半光线将经所述第一入射面112、全反射面113和第一出射面114照射于目标平面的第一部分131，光源12发出的另一半光线将经所述第二入射面115和第二出射面116照射于目标平面13的第二部分132，提高目标平面的照度均匀度。
33.在本实施例较佳的实施方式，所述透镜本体11包括第三入射面117；所述第一入射面112、第三入射面117和第二入射面115依次连接形成所述光腔111的内表面，光线经所述第三入射面117入射后，经所述第一出射面114出射以照射所述目标平面13的第一部分131。本实施方式考虑到经所述第一入射面112、全反射面113和第一出射面114的光线距离目标
平面的光路较长，光能损耗较大，通过所述第三入射面117对目标平面13的第一部分131进行照明补充，可进一步提高目标平面的照度均匀度。
34.在本实施例较佳的实施方式，所述第二入射面为第一自由曲面；所述第二出射面为第二自由曲面。和传统球面光学相比较，自由曲面可由非对称、不规则、复杂的自由曲面随意组合而成，通过使用自由曲面这种非常紧凑的设计，可以实现更小的空间包络，使得重量更轻；可以减少光学表面的数量，因而增加产量，尤其适用于本实用新型。
35.图2所示为图1中透镜本体11的放大结构示意图。在本实施例较佳的实施方式中，所述第一入射面112、全反射面113、第一出射面114、第二出射面116、第二入射面115和第三入射面117首尾顺次连接以形成闭合的所述透镜本体11。所述第三入射面117与所述第二入射面115的连接处位于所述透镜本体11的底部中垂线上，所述光源12也位于所述透镜本体11的底部中垂线上，有利于提升光源对目标平面的照度均匀度。
36.为便于理解，图3和图4给出本实施例所述透镜结构的立体结构示意图，该透镜结构包括透镜本体11，且透镜本体11的表面向内凹陷形成光腔111，光源12设于该光腔111内，其发出的光线经该透镜本体11折射或反射后均匀照射于一侧的目标平面上。
37.举例如下，如图5和图6所示，本实用新型一实施例提出另一种透镜结构的示意图，其中图5为透镜结构的侧截面示意图，图6为透镜结构的俯视图。其中，光源12与第一入射面112的距离a＝0.36mm，与第二入射面115的距离b＝3.24mm，与透镜本体11两侧最远端的距离c＝d＝7.97mm。需说明的是，本示例仅为举例说明，具体的透镜尺寸设计可根据光源尺寸、目标平面的尺寸等进行调整，本实用新型对此不作限定。
38.如图7和图8所示，本实用新型一实施例提出一种黑板灯的结构示意图，其中，图7为俯视透视图，图8为侧视透视图。图7中的箭头指向黑板面。该黑板灯包括基板21；led芯片22，与所述基板21连接；前文所述的透镜结构23，罩设于所述led芯片22以使芯片位于所述光腔111内。
39.在一些示例中，所述基板21可选的有刚性基板或柔性基板材料；或可选用纸基、玻璃纤维布基、复合基(cem系列)、积层多层板基和特殊材料基(陶瓷、金属芯基等)等等。其中，优选铝基板，其可降低产品运行温度，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用寿命，缩小产品体积，降低硬体及装配成本等，尤其适用于本实用新型。
40.在本实施例较佳的实施方式中，所述黑板灯包括磨砂板(出光板)24，设于所述透镜结构的外围，以分散出射的光束。通过特定透过率和雾度的磨砂板使得出光面出光柔和，不刺眼，满足蓝光危害rg0要求。优选的，所述黑板灯选用90％透过率和33％雾度的磨砂板，在提高光能利用率的情况下，保护用户的眼部健康。
41.在本实施例较佳的实施方式中，所述黑板灯包括灯体型材25，型材是指金属经过塑性加工成形、具有一定断面形状和尺寸的实心直条，本实施方式中作为灯体的外壳，用于保护灯体内部的元器件。可选的有：热轧型材、冷弯型材、冷轧型材、冷拔型材、挤压型材、锻压型材、热弯型材、焊接型材和特殊轧制型材等。
42.在一些示例中，所述黑板灯包括多个led芯片，并排设于所述基板上；还包括多个所述透镜结构，与所述多个led芯片一一对应安装。例如，总长1.8m的黑板灯，其基板上并排设有64个led芯片，对应安装有64颗透镜。
43.如图9和图10所示，本实用新型一实施例提出一种教室照明系统的结构示意图，其
中，图9为正视图，图10为侧视图。该照明系统包括：两个所述的黑板灯31，对称设于黑板32顶部两侧。相较于现有的教室用灯排布方案：9+3方案，即9盏教室灯3x3排列，外加3盏黑板灯并排排布，本实施例用两盏黑板灯代替三盏黑板灯，且单灯功率不变，降低能耗，减少灯具本身成本以及安装成本。
44.在一些示例中，黑板灯31中的透镜结构底部与水平面夹角呈18.20
°
，黑板灯31距离黑板32的顶部的垂直距离e＝35cm，两黑板灯31之间的间隔距离f＝90cm，黑板灯31距离黑板32的水平距离g＝55cm。需说明的是，本示例仅为举例说明，具体的黑板灯的安装方式可根据黑板尺寸、黑板灯尺寸以及应用需求等进行调整，本实用新型对此不作限定。
45.综上所述，本实用新型提出一种透镜结构及其所应用的黑板灯和教室照明系统：通过对透镜结构的光学设计，使光源发出的部分光线经第一入射面、全反射面和第一出射面照射目标物体的下半部分，部分光线经第二入射面和第二出射面照射目标物体的上半部分，从而提高光源的光能利用率和目标平面的照度均匀度，减少应用场景所需的灯具，降低灯具成本和能耗；进一步地，模具注塑生产所述透镜，产品一致性好；灯具选用磨砂板出光，光线视觉效果柔和不刺眼，用户体验良好。因此，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
46.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。