CN103994340A - 封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡 - Google Patents

Abstract

一种封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，所述其方法指采用双端高光效HID灯管作照明光源，采用高硼硅玻璃材质三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光设计，HID灯管安装于反射镜三向椭圆曲面的两焦点轴上，反射镜和透镜采用封闭式结构设计制成本发明灯泡的方法。所述其灯泡由两支HID灯管1，三向椭圆曲面双焦轴反射镜2和透镜3组成，反射镜2采用三向椭圆曲面双焦轴配光设计，具有两条F₃F₄=L的焦点轴和一个最大反射角〆，反射面用真空镀膜处理；两支HID灯管1通过金属支架安装在反射镜2的焦点轴F₃F₄上，透镜3外缘与反射镜采用真空技术封接或胶接技术粘接，制成本发明灯泡。

Description

封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡

技术领域

    本发明涉及一种高反射率封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，属于电器照明领域内的一种新的配光照明，即采用高光效HID灯管作光源，特种高硼硅玻璃三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光，封闭式结构设计，用于实现一定范围和照度要求的城市路灯照明和广场、体育场、机场、码头等场所照明，以及现代农业大棚种植补光照明。

背景技术

    我国城市路灯照明、广场照明等场所照明，要求每盏灯照射一定范围，并达到一定照度，因此须在光源选择的基础上进行配光设计，目前基本上采用HID（高压气体放电灯）照明，其技术方案一般是采用单端HID灯管，用金属反射镜反光，配以电感式镇流器实施照明，也有极少量配以电子镇流器实施照明，其特点是反射率低，配光性能差，从而造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以高光效HID作照明光源，采用高硼硅玻璃三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光设计，实现反射率高，配光性能好的配光照明方法及其照明灯泡，并配以数字式可调光HID电子镇流器实施照明，以取代目前配光照明中反射率低，配光性能欠佳，能源浪费的照明方法及灯泡。

为实现上述目的，本发明提供一种高反射率封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡的技术方案是：

所述其照明方法指采用两支双端高光效HID作照明光源，采用高硼硅玻璃材质的三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光设计，HID灯管安装并固定于三向椭圆曲面反射镜的两条焦点轴上，反射镜与透镜采用封闭式结构设计，用真空技术或胶接技术制成本发明所述配光照明灯泡。

    所述其配光照明灯泡，是实施本发明所述配光照明方法所设计制成的照明灯泡，由两支双端高光效HID灯管1，三向椭圆曲面双焦轴反射镜2，透镜3组成，三向椭圆曲面双焦轴反射镜2采用三向椭圆曲面双焦轴配光设计，具有一个配光用的三向椭圆曲面和两条安装两只高压钠灯灯管1的焦点轴F₃F₄，三向椭圆曲面反射镜有一个按照照明需求设计的最大反射角〆，反射镜2采用高硼硅玻璃材质制成，反射面为真空镀膜结构，表面达镜面标准，HID灯管1采用双端真空封闭型高光效灯管，灯管功率为75W、或100W、或150W、或250W、或400W、或600W，两端通过金属支架安装在反射镜2的两条焦点轴F₃F₄上，并使灯管1轴线与反射镜2的焦点轴F₃F₄重合，透镜3也采用高硼硅玻璃材质，其透光率大于85%，外缘与反射镜2一样设计为椭圆形，与反射镜2采用封闭式结构设计，扣合后用真空技术或胶接技术制成本发明高反射率封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明灯泡。

本发明所述封闭式灯泡，指反射镜2与透镜3采用封闭式结构设计，或是反射镜2与透镜3采用真空结构，边缘扣合处采用火封结构设，在高温半熔溶状态下封接为一个整体，并用真空技术制成封闭式双真空结构型灯泡；或是反射镜2与透镜3采用胶接结构设计，在胶粘固化后制成封闭式单真空结构型灯泡。

本发明所述采用的照明光源HID灯管1，涵盖高压钠灯、陶瓷金卤灯、金属卤化物灯以及氙气灯光源。

本发明所述三向椭圆曲面双焦轴反射镜2，其反射面主要由双焦轴三向椭圆曲面组成，具有两条焦点轴和一个三向椭圆曲面。所述三向椭圆曲面系指反射镜反射曲面在直角坐标系中在Xoy、Xoz、Yoz三坐标面上的投影皆为椭圆，在平行于三坐标面的任一截面图形也皆为椭圆，并符合椭圆标准方程x²/a²+y²/b²=1，且焦点尺寸C符合a²-b²=c²的数学关系。三向椭圆曲面既不是椭球面也不是单向或二向椭圆面，而是以空间Xoy、Xoz、Yoz三个坐标面上最大的椭圆，按其标准椭圆方程作为初始方程同时有规律变换而形成的曲面；所述其双焦轴，系指三向椭圆曲面在Yoy坐标面上，焦距为C的椭圆的两个焦点F₁ 和F₂，在图4上的X轴向平行运动，形成的椭圆曲面长度为F₃F₄=L的两条安装灯管的轴线，两轴线间距为F₁F₂  =2C₃，安装两支高压钠灯灯管1，使高压钠灯灯管1轴线与其焦点轴F₃F₄重合，从而获得光反射的良好效果。

光源发出的光经三向椭圆曲面双焦轴反射镜有规律反射，并在曲面口部通过曲面几何中心上的一点形成最大反射角〆，灯泡按安装高度和最大反射角〆，实现一定照度要求的定范围照明。

本发明设计的三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法，也同样适用于采用单支HID灯管作照明光源，其灯管须安装于平行于两焦点轴的曲面几何中心轴线上，制成灯泡也可取得良好配光效果。

本发明的有益效果是：采用封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光设计，并采用真空镀膜结构，配光科学合理，反射率高，可进行定范围照明，充分利用光能，节约能源；并具有防尘、防潮、提高反射镜寿命的优点。

附图说明

图1 是本发明配光照明灯泡结构图

图2是本发明配光照明灯泡的侧视图

图3是本发明三向椭圆曲面双焦轴反射镜俯视图

图4是本发明三向椭圆曲面双焦轴反射镜主视图

图5是本发明三向椭圆曲面双焦轴反射镜侧视图

具体实施方式

如图1所示，本发明封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，由两只双端高光效HID灯管1，三向椭圆曲面双焦轴反射镜2，透镜3组成。三向椭圆曲面双焦轴反射镜2采用三向椭圆曲面双焦轴配光设计，具有两条安装高压钠灯灯管1的焦点轴F₃F₄，其长度为Lmm，其曲面反射镜具有最大反射角〆，采用高硼硅玻璃材质制成，反射面经真空镀膜处理达镜面标准，HID灯管1采用双端高光效真空封闭型灯管，长度为ιmm，小于焦点轴长度Lmm,两端通过金属支架安装并固定在反射镜2的两条焦点轴上，灯管轴线与焦点轴F₃F₄重合，透镜3也采用高硼硅玻璃材质制造，透光率大于85%，外缘与反射镜一样设计为椭圆形，在与反射镜2扣合后用真空技术或胶接技术制成本发明封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明灯泡。

图2所示本发明灯泡的侧投影关系，重点表示两只HID灯管1安装的结构和位置。

本发明的三向椭圆曲面双焦轴反射镜2具有三向椭圆曲面双焦轴反射镜形成的三个初始椭圆方程，即最大椭圆方程，并分别位于xoy、xoz和yoz坐标面上，以及一个双焦轴长度为F₃F₄ =Lmm的限定椭圆方程，其三个初始椭圆方程为：

（1）反射镜2口部最大尺寸在Xoy面上投影，也就是水平投影方程，即图3的椭圆方程：x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1   (方程1)

（2） 反射镜2在Xoz面上的正投影剖视图，即图4所示的椭圆方程：x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1   (方程2)

（3） 反射镜2在yoz面上的侧投影剖视图，即图5所示的椭圆方程：y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1   (方程3)

其焦点轴长度为F₃F₄ =L的限定椭圆方程为：y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1  （方程4）

三向椭圆曲面双焦轴反射镜（2）的曲面和双焦轴形成遵循下述规律：

（1）在三坐标面上的三个方程x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1、 x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1 、y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1是椭圆长轴、短轴皆最大的形成三向椭圆曲面双焦轴反射镜的初始方程；

（2）在计算机三维制图中，初始方程x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1和x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1的两个椭圆分别沿平行坐标面的方向平移，其长半轴a₁、短半轴b₁，长半轴a₂、短半轴b₂从最大逐渐减小，直到为零，其焦距也随之变小；初始方程y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1的椭圆也沿平行于坐标面方向平移，其长半轴a₃、短半轴b₃自坐标面始，也同时与a₁、b₁，a₂、b₂一样从最大顺次减小，直移动到F₃或F₄的限定方程，其长半轴减小为a₄，短半轴减少为b₄为止，但焦点F₁和F₂始终不变，焦距C=C₃=C₄不变；

（3）方程y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1是焦点轴长度F₃F₄=L的限定椭圆方程，从y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1的椭圆平移变化到y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1椭圆，之间形成两条F₃F₄=L的焦点轴，即三向椭圆曲面双焦轴。

    限定方程y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1为焦点轴F₃F₄ =Lmm长处两端对称于yoz坐标面的两个截面椭圆方程，即方程3 y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1的椭圆焦点F₁和F₂在图5中位置始终保持不变，即焦距始终为常数C₃ ，长轴和短轴尺寸依次递减，到焦点轴F₃F₄=Lmm长度两端的限定方程，即长半轴为a=a₄mm，短半轴b=b₄mm，焦距C=C₃=C₄。

    图3是本发明反射镜2的俯视角，也是反射镜水平投影面上椭圆的最大尺寸图。在xoy面内椭圆方程为：x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1，椭圆长半轴尺寸a=a₁mm，短半轴尺寸b=b₁mm，焦点尺寸C=c₁mm。在主视图4上自下而上用水平横切面对反射镜曲面进行剖切，截面皆为椭圆，而且长轴尺寸和短轴尺寸依次减小，直到切到椭圆短轴顶点为止。

图4是本发明反射镜2的主视图，也是反射镜的正投影剖视图，在尺寸为F₃F₄₌Lmm范围内，反射面椭圆曲面在xoz面内的方程为x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1，椭圆长半轴尺寸为a₂mm，短半轴尺寸为b₂mm，焦点尺寸为C=c₂mm，是反射镜曲面在主视图上投影的最大尺寸。在俯视图3上用通过椭圆长轴的纵向剖面，自长轴开始在短轴方向上依次对反射镜面进行剖切，截面也皆为椭圆，而且长轴、短轴尺寸也顺次减小，直到椭圆短轴顶点为止。

图5是本发明反射镜2的侧视剖面图，也是椭圆曲面侧视投影的最大尺寸图。在yoz面内椭圆方程为y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1，椭圆长半轴尺寸a=a₃mm，短半轴尺寸b=b₃mm，焦点尺寸C=C₃mm。在侧视图5上用平行于yoz的平面自椭圆短轴开始，顺次在长半轴方向上进行剖切，其截面也皆为椭圆，直到剖切到尺寸F₃F₄ =Lmm处的两端限定椭圆方程y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1为止，所有截面椭圆方程长轴和短轴尺寸依次减小，但是，焦点尺寸C=C₃=C₄始终保持不变，也就是说，在双焦轴长度为F₃F₄=Lmm范围内，反射镜面的所有椭圆截面的焦点尺寸都为C₃或C₄，并在图4的反射镜主视图内形成了两条Lmm长的焦点轴F₃F₄，两只HID灯管1安装于焦点轴F₃F₄上；反射镜有一个最大反射角〆，安装在反射镜2两焦点轴F₃F₄上的两只HID灯管1发出的光经三向椭圆曲面双焦轴反射镜反射后，从反射镜口按〆角度传播出去，实现定范围照明。如果灯具安装高度为h，最大反射角为〆，则反射灯光覆盖范围为2htg〆/2。比如：灯具安装高度h为8m，要求照射覆盖范围为50m，则tg〆/2=50/2h，〆/ 2=72°15，即〆=144°30′，即最大反射角设计不小于144°30′。

Claims (6)

1.一种封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：所述其配光照明方法，是指采用双端高光效HID灯管作照明光源，采用高硼硅玻璃材质的三向椭圆曲面双焦轴反射镜进行配光设计，HID灯管安装并固定于反射镜的两条焦点轴上，反射镜与透镜采用封闭式结构设计；用真空技术或胶接技术制成本发明所述配光照明灯泡；所述其配光照明灯泡，是实施本发明所述配光照明方法设计制成的照明灯泡，由两支双端高光效HID 灯管（1），三向椭圆曲面双焦轴反射镜（2），透镜（3）组成，三向椭圆曲面双焦轴反射镜（2）采用三向椭圆曲面双焦轴配光设计，具有一个配光用的三向椭圆曲面和两条安装两支HID灯管（1）的焦点轴F₃F₄ ，有一个按照照明需求设计的最大反射角〆，采用高硼硅玻璃材质制成，反射面为真空镀膜结构，表面达镜面标准，HID灯管（1）采用双端真空封闭型高光效灯管，其功率为75W，或100W，或150W，或250W、或400W，或600W，灯管两端通过金属支架安装在反射镜（2）的两条焦点轴F₃F₄ 上，并使灯管（1）轴线与焦点轴F₃F₄ 重合，透镜（3）也采用高硼硅玻璃材质，外缘与反射镜（2）一样设计为椭圆形，与反射镜（2）采用封闭式结构设计，扣合后用真空技术或胶接技术，制成本发明封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明灯泡。

2.据权利要求1所述的封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：所述采用照明光源双端真空封闭型高光效HID灯管（1），涵盖高压钠灯、陶瓷金卤灯、金属卤化物灯以及氙气灯光源。

3.根据权利要求1所述的封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：反射镜（2）与透镜（3）采用封闭式结构设计，或是反射镜（2）与透镜（3）采用真空结构，边缘扣合处采用火封，即在高温半熔溶状态下封接为一个整体，并用真空技术制成封闭式双真空结构型灯泡；或是反射镜（2）与透镜（3）扣合处采用胶接结构设计，在胶粘固化后制成封闭式单真空结构型灯泡。

4.根据权利要求1所述的封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：所述三向椭圆曲面双焦轴反射镜（2），其反射面主要由双焦轴三向椭圆曲面组成，具有两条焦点轴和一个三向椭圆曲面，所述三向椭圆曲面系指反射镜反射曲面在三直角坐标系中，在xoy、xoz、yoz三坐标面上的投影皆为椭圆，而且是最大的椭圆，在平行于xoy、xoz、yoz坐标面的任一截面图形也皆为椭圆；同时三向椭圆曲面双焦轴反射镜有椭圆焦点为F₁和F₂，焦距为C₃=C₄，在图4中形成的两条F₃F₄=Lmm的焦点轴，还有一个配光用的反射镜曲面口部两侧通过曲面几何中心的最大反射角〆。

5.根据权利要求1所述的封闭式三向椭圆曲面双焦轴反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：所述三向椭圆曲面双焦轴反射镜（2）的曲面和双焦轴形成遵循下述规律：

（1）在三坐标面上的三个方程：x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1、x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1、y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1是椭圆长轴、短轴最大的形成三向椭圆曲面双焦轴反射镜的初始方程；

（2）在计算机三维制图中，初始方程x²/a₁ ²+y²/b₁ ²=1、x²/a₂ ²+z²/b₂ ²=1的两个椭圆分别沿平行于坐标面的方向平移，其长半轴a₁ 、短半轴b₁、长半轴a₂、短半轴b₂从最大逐渐减小，直到为零，其焦距也随之变小，初始方程y²/a₃ ²+ z²/b₃ ²=1的椭圆也沿平行于坐标面方向平移，其长半轴a₃、短半轴b₃自坐标面始，也同时与a₁、b₁  ，a₂、b₂ 一样从最大顺次减小，直移动到F₃ 或F₄的限定椭圆方程的长半轴a₄、短半轴b₄为止，长半轴从a₃减小为a₄，短半轴从b₃减少为b₄，但焦点F₁、F₂的焦距C=C₃始终不变，直到C₄为止，C₄=C₃，（3）方程y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1是焦点轴长度F₃F₄=L的限定椭圆方程，从y²/a₃ ²+ z²/b₃ ² =1的椭圆平移变化到y²/a₄ ²+ z²/b₄ ²=1的椭圆之间形成的两条焦点轴F₃F₄ =L，即三向椭圆曲面双焦轴。

6.根据权利要求1所述的封闭式三向椭圆曲面反射镜配光照明方法及灯泡，其特征在于：所述配光照明方法，同样适用于安装单支HID灯管作照明光源，将灯管安装于F₁F₂的中心，即三向椭圆曲面的几何中心，灯管轴线平行于双焦轴F₃F₄，也可取得良好的配光效果。