CN101440931B - 提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反光装置，特别是一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，包括：抛物面反光镜、设于抛物面反光镜焦点上的氙灯光源，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口平面上扣设一中心设有透光孔的球面反光镜，球面反光镜的球心与抛物面反光镜的焦点重合。本发明光利用率高，能将99％以上的氙灯所发光变成平行光由透光孔射出。由透光孔射出的平行光强度高，照射距离远。
Description
技术领域
本发明涉及一种反光装置，特别是一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置。
背景技术
传统的远程探照灯的基本结构如图1所示，是以碳精电弧灯1作为光源，与抛物面反光镜2组合成聚光照明系统，所述物面反光镜2碳精电弧灯1设置于圆筒形的灯壳3内，灯壳的光线射出口上设有透明保护罩4。位于抛物面反光镜2焦点上的碳精电弧灯所发光经抛物面反光镜2反射成一束平行光a通过透明保护罩4射出。由光路图可见，传统探照灯只有照射到抛物面反光镜2上的光线才能成为发射出的平行光a，其中一部分照射于壳体3内壁上的光b在内壁反复反射，或经内壁反射从透明保护罩散射，而直射于透明保护罩4上的光c则以直线发散，因此形成平行光a照射到远方的仅仅是碳精电弧灯1所发光的一部分，光利用率很低，当焦点到反光镜边缘连线与中轴线夹角为60’时，光利用率仅为25％。另外，碳精电弧灯在电弧燃烧过程中，伴随产生烟雾，污染反射镜3及透明保护罩4，使反射铝及透射率降低。一根碳精棒的燃烧时间仅90分钟。因此传统探照灯不能长时间连续使用，每使用90分钟继续更换碳精棒，使用十分麻烦。
为解决碳精电弧灯所存在的上述不足，一种方法是用氙灯取代碳精电弧灯，如专利号92205457.6名称：探照灯的发明专利，公开了一种采用氙灯作为光源的探照灯，从而解决了烟雾污染及时间短的问题。该发明专利为提高光利用率，在氙灯与保护罩之间设置一聚光透镜5或球面反光镜，且所述聚光透镜或球面反光镜的焦点于抛物面反光镜的焦点重合，所述氙灯设于所述重合的焦点上。其光路如图2所示，由光路图可见，该发明所提供的反光装置将直射至保护罩上的光c经透镜折射成为平行光，因而提高了光利用率，但是仍有相当大的一部分照射于壳体上的光b未能得到利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，而提供一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置。
本发明的设计思想：
本发明用氙灯作为光源，氙灯成管状，灯管采用耐高温，热膨胀系数小的全透明石英管，两端封接有二个钍钨(或钡钨)电极，管内充有高纯度的氙气。氙灯功率可以从1万瓦到几十万瓦。由于两端封接电极，所发光两端被电极阻挡，形成锥角为120°的圆锥阴影。所发光可以看成一个从中心扣除圆锥角为120′的对顶圆锥的球面光。
有关氙灯的设置有两种方案：
方案一、将氙灯卧设于抛物面反光镜的焦点，即氙灯的二电极轴方向与抛物面反光镜轴方向垂直，这样设置即使将抛物面反光镜做得很大也无法将大部分光反射成平行光，将无光的两端全都设于抛物面反光镜内，使抛物面反光镜不能得到充分利用，过大的反光镜远离中心部分的光强很弱，不能远距离照射，因此不可取。
方案二、将氙灯立设于抛物面反光镜的焦点，即氙灯的二电极轴方向与抛物面反光镜轴方向一致，氙灯向反光装置射出光线方向存在一个顶角为120°的无光圆锥。因此如果要将所有氙灯发出的光全部反射成平行光射出，则所需的抛物面反光镜镜口直径D0＝2P(1+(1+(tg60°)2)1/2)/tg 60°＝3.46P。
其中P＝2*焦距。
若焦距为70mm，则抛物面反光镜镜口直径D0＝485mm。
如此设计不仅抛物面反光镜直径很大，也同样存在光强沿径向分布很不均匀，远离中心部分的光强很弱，不能远距离照射的问题，如图3所示。
为解决该问题，本发明所提供的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置是在抛物面反光镜镜口上扣设一中心设有透光孔的球面反光镜，球面反光镜的球心与抛物面反光镜的焦点重合，从而将远离中心的光通过焦点反射回到抛物面反光镜，成为平行光从透光孔射出，具体技术方案如下：
一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，包括：抛物面反光镜、设于抛物面反光镜焦点上的氙灯光源，所述抛物面反光镜的镜口平面上扣设一中心设有透光孔的球面反光镜，球面反光镜的球心与抛物面反光镜的焦点重合，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口直径D＝2P(tg α+((tgα)2+1)1/2)，其中P＝2倍焦距；α为2～5°；镜口边缘至焦点的连线与镜口平面之间的夹角为α。
如上所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其中，所述球面反光镜的半径R＝D/(2Sin50°)。
如上所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其中，所述氙灯灯轴与所述抛物面反光镜的轴线重合，且氙灯发光中心位于抛物面反光镜的焦点。
如上所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其中，所述透光孔上设有透明保护罩。
除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口平面垂直于抛物面反光镜轴线，镜口边缘至焦点的连线与镜口平面之间的夹角为α。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口平面垂直于抛物面反光镜轴线，到抛物面反光镜顶点的距离稍大于焦距；
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述球面反光镜中心透光孔的直径等于抛物面反光镜的镜口直径。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口直径D＝2P(tgα+((tgα)2+1)1/2)，其中P＝2焦距；α为1°～5°。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述球面反光镜的半径R＝D/(2Sin60°)。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述氙灯灯轴与所述抛物面反光镜的轴线重合，且氙灯发光中心位于抛物面反光镜的焦点。
所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述透光孔上设有透明保护罩。
本发明的优点在于：
光利用率高，能将99％以上的氙灯所发光变成平行光由透光孔射出。
由透光孔射出的平行光强度高，照射距离远。
为对本发明的结构特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1是现有探照灯反光装置结构及光路示意图。
图2是现有另中结构改进的探照灯反光装置结构及光路示意图。
图3是全反射线灯光路图。
图4是本发明提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置的结构及光路示意图。
具体实施方式
图4是本发明提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置的结构及光路示意图。本发明所提供的一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，包括：抛物面反光镜10、设于抛物面反光镜10焦点上的氙灯光源11。由于氙灯两端轴向存在被电极遮挡的圆锥形阴影区，为减少因光源直接照射于透明保护罩上的散射光，本发明将所述所述氙灯光源11的氙灯灯轴与所述抛物面反光镜10的轴线重合，且氙灯发光中心位于抛物面反光镜10的焦点。并在所述抛物面反光镜10的镜口平面上扣设一中心设有透光孔12的球面反光镜13，并根据圆锥形阴影区设计所述球面反光镜13中心的透光孔12的直径，使透光孔12的直径等于球面与阴影圆锥相交圆的直径D1。则
D1＝RSinβ
其中：R为球面反光镜13的半径；β为阴影圆锥的半顶角。一般半顶角β为60°。
此时，氙灯所发光全部在反射装置内，不存在因直接照射于透明保护罩上的光所造成的散射光c损失。
为使全部氙灯光源所发光能经反光装置反射后从透光孔12射出，所述抛物面反光镜10的镜口平面垂直于抛物面反光镜轴线，镜口边缘至焦点的连线与镜口平面之间的夹角为α；球面反光镜13的球心与抛物面反光镜10的焦点重合。且所述球面反光镜13中心透光孔12的直径D1等于抛物面反光镜的镜口直径D2。所有由光源发出的至射于抛物面反光镜10表面的光a经抛物面反光镜10反射后成平行光由透光孔12射出；而所有照射到球面反光镜13上的光b将经焦点反射至抛物面反光镜表面，再经抛物面反光镜反射成平行光由透光孔12射出。
所述抛物面反光镜10的镜口直径D2＝2P(tg α+((tg α)2+1)1/2)，其中P＝2倍焦距；α＝1°～5°。
α＝1°～5°时，tgα近似为零；因此镜口直径D2近似等于2P，等于4倍焦距。设焦距为70mm，则D2＝280mm。
球面反光镜13中心透光孔12的直径D1＝D2＝280mm。
根据公式D1/2＝RSinβ，可求出R＝D1/2Sinβ；若β＝60°，则R＝280/2Sin60°＝161.65mm.其直径则为323mm。与全部由抛物面反光镜反光的镜口直径D0＝485mm相比其直径仅为其三分之一。并将氙灯所发全部光能均集中于此小的面积内，因此光强得到提高。
为防止灰尘等杂物进入，所述透光孔12上设有透明保护罩14。
所述抛物面反光镜10与所述球面反光镜13之间通过法兰用螺钉紧固，法兰与法兰的接触面上设有防水垫圈。
所述透明保护罩14用压环固定于所述球面反光镜的透光孔12上。
Claims (4)
1.一种提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，包括：抛物面反光镜、设于抛物面反光镜焦点上的氙灯光源，所述抛物面反光镜的镜口平面上扣设一中心设有透光孔的球面反光镜，球面反光镜的球心与抛物面反光镜的焦点重合，其特征在于：所述抛物面反光镜的镜口直径D＝2P(tgα+((tgα)2+1)1/2)，其中P＝2倍焦距；α为2～5°；镜口边缘至焦点的连线与镜口平面之间的夹角为α。
2.根据权利要求1所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述球面反光镜的半径R＝D/(2Sin50°)。
3.根据权利要求1所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述氙灯灯轴与所述抛物面反光镜的轴线重合，且氙灯发光中心位于抛物面反光镜的焦点。
4.根据权利要求1所述的提高光利用率和光强减小照射面积的反光装置，其特征在于：所述透光孔上设有透明保护罩。
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