各向同性阅读照明装置的制作方法

本实用新型涉及一种各向同性阅读照明装置。

背景技术：

视力下降、眼睛近视是现在中小学生的一个普遍问题，而阅读照明是影响学生视力的一个重要环节。

为了改善在阅读中的照明质量，目前主要采用了这样几种方法：一、在光源的前面增加毛玻璃类的光学材料，使光源发出的光线通过毛玻璃类的光学器件进行散射，散射后的光线照射在书本等阅读介质上时，不能形成明显的光点，从而减少对眼睛的刺激；二、在光源的前面增加一类光学材料，把点光源转变为平行光，在阅读介质上形成平行光照射，从而降低点光源在阅读介质上形成的局部眩光区；三、增加光源到阅读介质间的距离，消除阅读介质暗区入眼情况，降低暗区入眼引起的轴性近视；四、选择阅读角度，调整光线与阅读介质法线的角度以及视线与阅读介质法线角度，减小眩光。

以上四种方法虽然用不同的方式降低眩光的形成，增加阅读的舒适度，但都有一个共同的缺陷，就是阅读时对光线的各向异性感受。在上述四种阅读照明方法中，由于光源是点光源或局部光源，在阅读介质的不同微小区域会形成不同的入射角度和入射方向，对于阅读介质的某一微小区域，以不同的角度和不同的方向看，会有不同的亮度；随不同的视角和方向不同，人眼的感受的明暗程度也不同；对于阅读介质的某微小区域，阅读者感受到阅读照明具有各向异性的特征。由于阅读照明的各向异性的特征，对于阅读介质的整个区域，阅读者会感受到明暗差异，这种明暗差异长时间作用在眼睛的视网膜上，会引起眼睛肌肉紧张和疲劳，诱发近视。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种减轻眼睛肌肉紧张和视觉疲劳，为阅读者提供良好的阅读环境，降低近视发病几率的各向同性阅读照明装置。

本实用新型各向同性阅读照明装置，包括：将阅读介质上的区域划分为多个微小区域，在各微小区域100，以微小区域的中点为原点构建一个三维直角坐标，阅读界面的法线方向为z轴，阅读界面上规定相互垂直的两条线一为x 轴，另一个为y轴。微小区域的入眼光线为101，入射光线在xy平面上的投影为投影直线102，入射光线与z轴的夹角为角度夹角，投影直线与x轴的夹角为方向夹角，通过对发光器件的布置和在发光器件上设置光学元件使得无论角度夹角和方向夹角如何变化，保持入眼光线的亮度不变。

本实用新型各向同性阅读照明装置，包括：阅读介质照射在阅读介质上的发光器件，将阅读介质上的区域划分为多个微小区域，在各微小区域(100)，以微小区域的中点为原点构建一个三维直角坐标，阅读界面的法线方向为z轴，阅读界面上相互垂直的两条线一为x轴，另一个为y轴；微小区域的入眼光线 (101)，入射光线在xy平面上的投影为投影直线(102)，入射光线与z轴的夹角为角度夹角，投影直线与x轴的夹角为方向夹角；

多个小功率光源，分散成线性布置在阅读介质上方任一平行平面的前方和左右方的上沿或均匀分布在阅读介质上方任一平行平面前面和左右面，在多个小功率光源上设有光学元件，使得无论角度夹角和方向夹角如何变化，保持入眼光线的亮度不变。

进一步地，所述光学元件，包括由三层构成，分外层、中间层和里层，光源放在外层和中间层之间，外层使用不透明的具有漫反射特性的反光材料，对光源的光线进行反射；中间层和里层为具有散射特性的透明材料，反射光和光源的入射光经过中间层透射，使光线的方向散乱；散乱的光线再经过里层透射。

进一步地，所述的各向同性照明装置总体上为一个U型结构，最外层为木质结构，在木质结构的内表面粘贴轻质反光铝箔材料，使灯光照射在铝箔后进行反射，中间层和里层为透光不透明的亚克力板，亚克力板做成U型，亚克力板同时具有透光和散光的性能，当灯光照射或经铝箔反射到中间层亚克力板上，中间层亚克力板对光线进行透射、散射和漫射，中间层亚克力板散射和漫射出来的光线照射到里层的亚克力板上，里层的亚克力板对光线再次进行透射、散射和漫射，光线照射到阅读介质上的光线具有各向同性。

进一步地，灯与中间层亚克力板距离为5～10毫米。

有益效果

本实用新型在分析现有阅读照明技术的基础上，提出了各向同性阅读照明技术。在阅读介质上的每一微小区域上，从不同的角度和方向看，眼睛感受的是同样的亮度，即各向同性。对于阅读介质的整个区域，如果每个微小区域都能够保持阅读照明的各向同性，无论视线和阅读介质处于什么角度和方向，阅读者感受到的是一个亮度均匀的区域，在眼睛的视网膜上具有均衡光感，从而减轻眼睛肌肉紧张和视觉疲劳，为阅读者提供良好的阅读环境，降低近视发病几率。

本实用新型能使阅读者感受到阅读介质不同的角度和方向都具有一致的亮度；能够最大程度降低光线方向对阅读者视力的危害；各向同性阅读照明技术与光谱相结合，能够得到较理想的阅读照明光线。

附图说明

图1是本实用新型各向同性阅读照明装置的入射角度图；

图2是本实用新型各向同性阅读照明装置的入射角度图；

图3是本实用新型各向同性阅读照明装置的结构示意图。

100阅读介质上一个微小区域；101入眼光线；102入眼光线在xy平面上的投影；103入眼光线与阅读介质法线夹角；104入眼光线在xy平面上投影与 x轴的夹角；200阅读介质上一个微小区域；201入射光线；202入射光线在xy 平面上的投影；203入射光线与阅读介质法线的夹角；204入射光线在xy平面上投影与x轴的夹角；300阅读介质；301由不同方向朝阅读介质入射的光线； 302发光装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

以阅读介质上的某一微小区域(微小区域的半径可以任意地小)为例，在图1中，有阅读介质上的某一微小区域100，以微小区域100的中点为原点构建一个三维直角坐标，阅读界面的法线方向为z轴，阅读界面上规定相互垂直的两条线一为x轴，另一个为y轴。微小区域100的入眼光线为101，光线101 在xy平面上的投影为直线102。光线101与z轴的夹角为103，直线102与x 轴的夹角为104。夹角103在本实用新型中简称为角度，夹角104在本实用新型中简称为方向。则夹角103和夹角104两个参数能够唯一确定入眼光线101 的路径。

各向同性的含义是，无论夹角103还是夹角104如何变化，入眼光线101 的亮度不变；人眼从不同的方向和角度观察阅读介质上的某一微小区域，而这一微小区域的亮度不变，即各向同性。

如果阅读介质上的每一微小区域都具有各向同性的照明特性，则视线和阅读介质无论是什么角度和方向，都不会影响阅读时的视觉感受，这直接带来了两个好处，一是阅读时两眼位置前后左右的变化不会引起阅读介质上任意微小区域的亮度变化，二是阅读时视线和阅读介质间的方向和夹角在动态变化，而这种动态变化也不会引起阅读介质上任意微小区域的亮度变化。即阅读介质上每个微小区域的亮度与人眼的位置和视线的角度及方向无关。

阅读者在阅读过程中依靠眼睛的分辨能力来获取信息，分辨能力使用分辨率来表示。人眼的分辨率和亮度具有直接的关系。视觉装置会根据阅读介质的亮度进行调节以获得最佳的分辨率，如果阅读介质的亮度不均衡，随着视线的移动阅读介质的阅读聚焦区域的亮度发生变化，必然引起视觉装置的调节，阅读介质亮度不均衡性越大，视觉装置调节越频繁，越容易引起视觉疲劳，反之，如果阅读介质的亮度均衡，随着视线的移动阅读基值的阅读聚焦区域的亮度保持不变，视觉装置的只是缓慢地调节，这样不容易引起视觉疲劳。

只要保证了阅读介质上每个微小区域照明的各向同性特征和阅读介质的均衡照明，就保证了整个阅读介质具有均衡的亮度。

由于阅读介质表面具有一定的粗糙程度，当光线照射到阅读介质上时，光线会发生漫反射。如果光线从某一个方向照射，虽然照射在阅读介质上的光线发生的是漫反射，但不同的角度和方向的反射光线的强度不一样，也就是说，不同的角度和方向具有不同的亮度。假设阅读介质光线照射的微小区域有一个镜面，则在光线的镜面反射方向亮度最大，与镜面反射方向的夹角越大，亮度越小。光线从一个方向朝阅读介质照射，在阅读介质的每一个微小区域亮度都具有各向异性的特征，而得不到各向同性的特征。

要使阅读介质的每一个微小区域亮度都具有各向同性的特征，则每一个微小区域的入射光线必须来源于不同的方向和角度。以阅读介质上的某一微小区域为例，在图2中，有阅读介质上的某一微小区域200，以微小区域200的中点为原点构建一个三维直角坐标，阅读界面的法线方向为z轴，阅读界面上规定相互垂直的两条线一为x轴，另一个为y轴。微小区域200的入射光线为201，光线201在xy平面上的投影为直线202。光线201与z轴的夹角为203，202 直线与x轴的夹角为204。夹角203的取值范围为0～90°，夹角204的取值范围为0～360°，理想情况下，夹角203和夹角204在取值范围内连续变化，而入射光线201的光照强度保持不变，这样就保证了在阅读介质微小区域200上光照强度的各向同性。如果阅读介质上的每一个微小区域都能够保证光照强度的各向同性并且均衡，则整个阅读介质都能够保持光照强度的各向同性，进而保证整个阅读介质亮度的各向同性并且均衡。

使阅读介质上的每一个微小区域保持光照强度的各向同性并且均衡在实际实现中很难做到，在现实需求中也没有必要。只要保证在阅读者眼睛可能位置上能够感受到阅读介质亮度具有各向同性和均衡性，就具有和理想情况下阅读介质亮度各向同性和均衡性几乎一样的效果。在这种条件下，阅读介质上每个微小区域的入射光在夹角203和夹角204的适当连续区间变化时具有相同照度就能保证在阅读者在阅读时感受到阅读介质的一致均衡的亮度。夹角203和夹角204的适当的连续区间是指阅读者眼睛前后左右移动时视线在阅读介质上的镜面反射线总能包含在该连续区间内。

图3为各向同性阅读照明的一种实现方案。在书桌的左侧面、右侧面和后面做成发光装置302，发光装置由光源和光学材料构成，光源选用白炽灯或卤素灯等接近自然光谱的光源，光源的布置采用小功率多点布置的方式，光学材料包括漫射材料和射材料，使光源发出的光能够均衡地透射出来并照射到阅介质上。301为由不同方向朝阅读介质入射的光线，光线301是由光源发出的光线经过漫射、散射、反射等方式和途径照射到阅读介质上的光线，这些光线能够保证阅读者眼睛可能的位置上观看阅读介质感受到均衡一致的亮度。300为阅读介质，阅读介质放置在阅读台，阅读介质可以在阅读台一定范围内移动而不影响眼睛感受到均衡一致的亮度。

所述光学元件，包括由三层构成，分外层、中间层和里层，光源放在外层和中间层之间，外层使用不透明的具有漫反射特性的反光材料，对光源的光线进行反射；中间层和里层为具有散射特性的透明材料，反射光和光源的入射光经过中间层透射，使光线的方向散乱；散乱的光线再经过里层透射。

具体地，所述的各向同性照明装置总体上为一个U型结构，最外层为木质结构，在木质结构的内表面粘贴轻质反光铝箔材料，使灯光照射在铝箔后进行反射，中间层和里层为透光不透明的亚克力板，亚克力板做成U型，亚克力板同时具有透光和散光的性能，当灯光照射或经铝箔反射到中间层亚克力板上，中间层亚克力板对光线进行透射、散射和漫射，中间层亚克力板散射和漫射出来的光线照射到里层的亚克力板上，里层的亚克力板对光线再次进行透射、散射和漫射，光线照射到阅读介质上的光线具有各向同性。灯与中间层亚克力板距离为5～10毫米，由于卤素灯表明温度很高，不能与中间的亚克力板层直接接触，否则亚克力板会受到高温变形；灯与亚克力板的距离也不能太远，否则增加了整个装置的厚度，不便于使用。

当阅读者在图3的阅读装置下阅读时，能够感觉到阅读照明的光线柔和自然，降低因光线带来的阅读疲劳，减小近视发病几率。

本实用新型各向同性阅读照明装置，阅读介质、照射在阅读介质上的发光器件，将阅读介质上的区域划分为多个微小区域，在各微小区域100，以微小区域的中点为原点构建一个三维直角坐标，阅读界面的法线方向为z轴，阅读界面上规定相互垂直的两条线一为x轴，另一个为y轴。微小区域的入眼光线为101，入射光线在xy平面上的投影为投影直线102，入射光线与z轴的夹角为角度夹角，投影直线与x轴的夹角为方向夹角，使用多个小功率光源，分散成线性布置在前方和左右方的上沿或均匀分布在前面和左右面，只要通过光学材料散漫射后能均匀照射到阅读介质上的光源分布方式都是合理分布，在发光器件上设置有光学元件，光学元件由三层构成，分外层、中间层和里层，光源放在外层和中间层之间，外层使用不透明的具有漫反射特性的反光材料，对光源的光线进行反射；中间层和里层为具有散射特性的透明材料，反射光和光源的入射光经过中间层透射，使光线的方向散乱；散乱的光线再经过里层透射，人眼所看到的里层亮度较为均衡，没有明显的光团；其它光学器件结构只有能使光源的光线散乱，能够均衡地照射到阅读介质上都是合理的光路结构，通过光源的合理布置和光学元件的使用，使得无论角度夹角和方向夹角如何变化，保持入眼光线的亮度不变。

各向同性照明装置总体上为一个U型结构。实物的长宽高的尺寸和此例可以根据实际使用的环境设定。总的结构分为三层，最外层为木质结构，木质结构的外表面涂带纹理的涂料，使照明装置与阅读台协调、美观。

在木质结构的内表面粘贴轻质反光铝箔材料，使灯光照射在铝箔后进行反射。在木质结构的上边沿红色位置安装灯，灯为卤素白炽灯，体积小，重量轻，寿命长，光谱连续。中间层和里层为透光不透明的亚克力板，亚克力板做成U 型，放置在木质结构的梯形槽内。亚克力板同时具有透光和散光的性能。

当灯光照射或经铝箔反射到中间层亚克力板上，中间层亚克力板对光线进行透射、散射和漫射，但是，由于灯与中间层亚克力板距离近，从中间层亚克力板观察还能看到灯光引起的光团。中间层亚克力板散射和漫射出来的光线照射到里层的亚克力板上，里层的亚克力板对光线再次进行透射、散射和漫射，光线到达阅读台的阅读介质，则照射到阅读介质上的光线具有各向同性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。