本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种各向异性格栅及各向异性格栅灯具。
背景技术：
目前在学校、写字楼办公区、商场、超市等大型照明环境中，未做防眩光处理的荧光管、led灯管或普通的格栅灯具被大量运用，特别是应用于教学场合，这些灯具产生的眩光会加速教师及学生的眼部疲劳，长时间在眩光值较高的教学场所教学或学习，会增加师生的近视率。
而传统的防眩光格栅的四个面均为垂直与灯具发光面的平面，为避免光线直接进入人眼，只能通过增加格栅的高度来实现，影响灯具的发光效率。专利号为zl201720960082.3的专利，公开了一种防眩光格栅组件，通过将格栅条的横断面设置为不同的形状，构造不同的入光面，形成不同的入射角，将光源发出的光线重新分配，达到防止眩光的目的。该格栅组件没有考虑视觉任务的视线方向，格栅反射的部分光线会射向眼睛方向，防眩光效果有限。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种各向异性格栅及各向异性格栅灯具，无需增加格栅高度，格栅反射的光线都射向地面，灯具的防眩光效果好。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种各向异性格栅，包括由多个格栅条垂直交叉排列而成的网格式格栅板，所述格栅条沿竖直方向包括近光源反射面和远光源反射面，所述近光源反射面和远光源反射面的每个点的曲率根据视觉任务的视线方向不同而各不相同，形成基于视觉任务的自由曲面。
进一步地，所述自由曲面的设计包括以下步骤：
(1)灯具建模：运用分布光度计测量灯具的配光曲线；
(2)场景建模：对灯具应用的场景进行建模，并结合要达到的照明目标，将照明区域(地面)划分成若干等份区域；
(3)建立映射关系：灯具发出的光线通过格栅的反射到受照面(地面)上，将受照面(地面)的点与格栅上反射面的每个点建立对应关系，计算出每个照明区域对应的格栅上反射面的对应点的法矢量，并确定每一个离散点的坐标；
(4)曲面拟合：将单位发光单元分成与所述照明区域对应的若干等份区域，对每个等份区域对应的反射面的离散点组成的自由曲面进行菲涅尔化。
进一步地，所述建立映射关系的过程如下：
设入射光线的方向矢量i入射到自由曲面表面的p点上，经其反射之后的反射光线的方向矢量为o，落在受照面上，则i、o以及p点法矢量n三者满足反射定律：
[2-2(o·i)]1/2n＝o–ni；
a)计算初始点的法矢量np1：根据照明场景，将反射面与发光面的交点位置作为计算的初始点p1点，根据光源配光曲线，对光源建模，求出由光源出射的初始点的离散光线的单位方向向量即入射光线的方向矢量ip1，再对照明区域建立坐标，得到照明区域的坐标，然后将反射光线与照明区域的点一一对应，即得出反射光线的方向矢量op1，根据上述公式，在设定的初始点得到自由曲面在初始点的法矢量np1；
b)确定自由曲面上每一个离散点的坐标：根据初始点的法矢量np1确定初始点的切平面，由切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点p2的法矢量np2，按照上述方法依次由前一点的切平面与下一点的入射光线所在的直线相交可得出下一点；运用matlab软件，采用迭代法可得出反射面上所有点的坐标，由此确定自由曲面上每一个离散点的坐标，形成点云。
进一步地，所述曲面拟合的过程如下：
将得到的点云保存为文本文档格式，再将其导入rhino软件中，把不规则的点删除获得规则的曲面点云，将处理后的点云导入imageware软件中进行处理，通过点云抽取扫描线，再利用扫面线获得自由曲面。
一种各向异性格栅灯具，所述灯具安装有上述各向异性格栅。
本发明的有益效果有：本发明将格栅条沿竖直方向分为近光源反射面和远光源反射面，所述近光源反射面和远光源反射面的每个点的曲率根据视觉任务的视线方向不同而各不相同，形成基于视觉任务的自由曲面，得到的近光源反射面和远光源反射面为非对称的自由曲面结构，削弱面向用户一侧光强值，使反射的光线射向地面，从而降低灯具的眩光，并且能够显著降低格栅的高度，提高灯具的发光效率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的图1沿a-a方向的剖面示意图。
图3为本发明的图2中b处的局部放大图。
图4为本发明的灯具的配光的经纬网格能量映射图。
图5为本发明场景建模的示意图。
图6为本发明场景建模的光线反射的示意图。
图7为本发明实施例黑板灯的近黑板面的自由曲面。
图8为本发明实施例黑板灯的光线追迹图。
图9为本发明实施例黑板灯的光强分布图。
图10为本发明实施例黑板灯的地面照度分布图。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种各向异性格栅，包括由多个格栅条1垂直交叉排列而成的网格式格栅板2，所述格栅条1沿竖直方向包括近光源反射面3和远光源反射面4，所述近光源反射面3和远光源反射面4的每个点的曲率根据视觉任务的视线方向不同而各不相同，形成基于视觉任务的自由曲面。一种所述的各向异性格栅灯具，所述灯具安装有所述各向异性格栅。
所述自由曲面的设计包括以下步骤：
(1)灯具建模：运用分布光度计测量灯具的配光曲线，采用经纬网格能量映射，如图4所示；
(2)场景建模：对灯具应用的场景进行建模，并结合要达到的照明目标，将照明区域5划分成若干等份区域，如图5所示。
(3)建立映射关系：灯具发出的光线通过格栅的反射到受照面上，将受照面的点与格栅上反射面的每个点建立对应关系，计算出每个照明区域对应的格栅上反射面的对应点的法矢量，并确定每一个离散点的坐标。其过程如下：
设入射光线的方向矢量i入射到自由曲面表面的p点上，经其反射之后的反射光线的方向矢量为o，落在受照面x上，则i、o以及p点法矢量n三者满足反射定律：
[2-2(o·i)]1/2n＝o–ni；
a)计算初始点的法矢量np1：如图6所示，根据照明场景，将反射面与发光面的交点位置作为计算的初始点p1点，根据光源配光曲线，对光源建模，求出由光源出射的初始点的离散光线的单位方向向量即入射光线的方向矢量ip1，再对照明区域建立坐标，得到照明区域的坐标，然后将反射光线与照明区域的点一一对应，即得出反射光线的方向矢量op1，根据上述公式，在设定的初始点得到自由曲面在初始点的法矢量np1；
b)确定自由曲面上每一个离散点的坐标：根据初始点的法矢量np1确定初始点的切平面，由切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点p2的法矢量np2，按照上述方法依次由前一点的切平面与下一点的入射光线所在的直线相交可得出下一点；运用matlab软件，采用迭代法可得出反射面上所有点的坐标，由此确定自由曲面上每一个离散点的坐标，形成点云。
(4)曲面拟合：将单位发光单元分成与所述照明区域对应的若干等份区域，对每个等份区域对应的反射面的离散点组成的自由曲面进行菲涅尔化，形成微型光学阵列。其过程如下：
将得到的点云保存为文本文档格式，再将其导入rhino软件中，把不规则的点删除获得规则的曲面点云，将处理后的点云导入imageware软件中进行处理，通过点云抽取扫描线，再利用扫面线获得自由曲面。
一种安装有上述各向异性格栅的灯具，以黑板灯为例，本实施例的黑板灯为40cm*40cm的正方形led面板灯光，设计光通1000lm，朗伯体发光模式。根据教室与灯具的尺寸，以近黑板面为例，要设计一个格栅条之间间距为8cm各向异性格栅，即曲面高度为8mm，控制反射光线的角度为20度，格栅表面黑色吸光，紧贴面板灯正下方放置。则根据上述方法得到的自由曲面如图7所示。
对黑板灯进行仿真，仿真在tracepro环境中进行，100000根光线，设置5m*5m照明区域，面板灯及格栅置于3m高度。仿真结果如图8-图10所示，图8为光线追迹图，图9为光强分布图，图10为地面照度分布图，其中(a)为无格栅的仿真图，(b)为有格栅的仿真图。从仿真结果可以看出，加装各向异性格栅后，面向人脸眩光降低程度>25％。
上述说明是示例性的而非限制性的。通过上述说明本领域技术人员可以意识到本发明的许多种改变和变形，其也将落在本发明的实质和范围之内。
1.一种各向异性格栅，包括由多个格栅条垂直交叉排列而成的网格式格栅板，其特征在于，所述格栅条沿竖直方向包括近光源反射面和远光源反射面，所述近光源反射面和远光源反射面的每个点的曲率根据视觉任务的视线方向不同而各不相同，形成基于视觉任务的自由曲面。
2.根据权利要求1所述的各向异性格栅，其特征在于，所述自由曲面的设计包括以下步骤：
(1)灯具建模：运用分布光度计测量灯具的配光曲线；
(2)场景建模：对灯具应用的场景进行建模，并结合要达到的照明目标，将照明区域划分成若干等份区域；
(3)建立映射关系：灯具发出的光线通过格栅的反射到受照面上，将受照面的点与格栅上反射面的每个点建立对应关系，计算出每个照明区域对应的格栅上反射面的对应点的法矢量，并确定每一个离散点的坐标；
(4)曲面拟合：将单位发光单元分成与所述照明区域对应的若干等份区域，对每个等份区域对应的反射面的离散点组成的自由曲面进行菲涅尔化。
3.根据权利要求2所述的各向异性格栅，其特征在于，所述建立映射关系的过程如下：
设入射光线的方向矢量i入射到自由曲面表面的p点上，经其反射之后的反射光线的方向矢量为o，落在受照面上，则i、o以及p点法矢量n三者满足反射定律：
[2-2(o·i)]1/2n＝o–ni；
a)计算初始点的法矢量np1：根据照明场景，将反射面与发光面的交点位置作为计算的初始点p1点，根据光源配光曲线，对光源建模，求出由光源出射的初始点的离散光线的单位方向向量即入射光线的方向矢量ip1，再对照明区域建立坐标，得到照明区域的坐标，然后将反射光线与照明区域的点一一对应，即得出反射光线的方向矢量op1，根据上述公式，在设定的初始点得到自由曲面在初始点的法矢量np1；
b)确定自由曲面上每一个离散点的坐标：根据初始点的法矢量np1确定初始点的切平面，由切平面与第二点p2的入射光线相交从而确定第二点的法矢量np2，按照上述方法依次由前一点的切平面与下一点的入射光线所在的直线相交可得出下一点；运用matlab软件，采用迭代法可得出反射面上所有点的坐标，由此确定自由曲面上每一个离散点的坐标，形成点云。
4.根据权利要求3所述的各向异性格栅，其特征在于，所述曲面拟合的过程如下：
将得到的点云保存为文本文档格式，再将其导入rhino软件中，把不规则的点删除获得规则的曲面点云，将处理后的点云导入imageware软件中进行处理，通过点云抽取扫描线，再利用扫面线获得自由曲面。
5.一种如权利要求1所述的各向异性格栅灯具，其特征在于，所述灯具安装有所述各向异性格栅。
技术总结