CN1054194C - 灯具 - Google Patents

Abstract

本发明灯具有一个由小平面(4)拼成的反射罩(1)。小平面排列成排(7)，在第一平行平面(8)之间延伸朝向光发射窗(3)。小平面还受到第二平行平面(9)的约束。第一和第二平行平面平行的延伸到反射罩的轴(2)，但彼此横切。在与反射罩的对称面(6)横切的平面上有用来安装电光源(31′)的装置(30)。本灯具适宜将光源产生的光集中成比较宽的光束并适宜从小距离对场地进行具有高均匀度的照明。

Description

灯具

本发明涉及一种灯具，它包括一个由多块小平面拼成的并有一个对称平面的凹反射罩，该反射罩有一光轴，在所说光轴上的光学中心，光发射窗和围绕着光轴的反射面；所说小平面成排排列，每一排都延伸到第一平面之间的光发射窗，而且受到基本上相互平行的且与第一平面横切的第二组平面的约束。本灯具还包括将电光源安装在反射罩之内，位于与对称面横切的平面上并处在光学中心的装置。

这种灯具可以从美国专利US4,929,863中了解到。

这种公知的灯具是旋转对称的，适于使具有较短光源的电灯所产生的光形成窄光束。因而这种灯具可用于高度在100米以上的建筑物，比如塔形建筑物的照明。这种灯具还可用于大面积场地，如运动场的照明，这时，灯具沿着场地的周围布置。由于光束窄，不得不将这些灯具安装在比较高的，如50米或更高的灯杆上。

这种公知的灯具中的小平面，不仅要在受第一平面约束的同时伸向光发射窗成排排列，而且还要受到与反射罩的轴垂直的许多平行的第二平面的约束，排成连续的环带。

这种公知的灯具的缺点在于，由于光束狭窄，位于距该灯具距离较近的物体只有一小部分受到照明，而只能给出非常高的局部照明，这对于许多应用都是太高的。

本发明的目的在于提供一种在开头段落所述的那种类型的灯具，它是紧凑的，而且造合于给出均匀的而且较宽的光束。

按照本发明，上述目的是这样实现的，即第一组平面基本上相互平行并基本上平行于对称面；第二组平面基本上与光轴平行。

这种灯具在与对称面横切方向，以下称为″水平方向″中，形成了约30°至45°的较宽的均匀光束。这个宽度是沿着该对称面的，也称″竖直方向″上的宽度的2到3倍。当给这种灯具配上具有诸如1500～2000瓦的大功率光源的灯时，它将非常适合于高度比较小的，如25米到30米的灯杆上，对诸如足球场和跑马场等运动场进行照明。然而，当尺寸一定的反射罩具有较少但比较大的小平面时，它就可以与同样功率的光源结合起来在更小的高度，如15到25米处用于同样用途的照明。但是，另一方面，这种灯具可装上一种诸如400到1000瓦的小功率光源，则可用于更低的高度，如10到20米，用作各种用途的室内运动场的室内照明。诸如100瓦或者更低功率的光源也可用在尺寸与这种光源相适应的灯具中，则这种灯具就可用于诸如厅堂或房间，比如办公室的室内照明。

本发明灯具的优点在于，对一个给定的特定灯具，能够装配的光源范围非常广，适宜于横切对称面安装而尺寸不同的各种光源，且基本上不损害所形成光束的性能。另一方面，一个光源也可用于不同尺寸的灯具。

与公知的灯具相比，若从轴向观看，它们的反射罩因小平面而看来类似于一个蜘蛛网，而本发明的灯具，除光发射窗外，从轴向观看呈现出基本上为矩形平面的样式。与公知的反射罩相比，第一组平面不是辐射式的，而是互相平行，且平行于对称面，而第二组平面不垂直于光轴，而是平行于光轴。

反射罩在对称平面中有与第二平面的交点。在一种优选实施方式中，这些交点位于一条曲线，如抛物线上，它具有轴线及在光学中心处的焦点。这时，这些交汇点可能位于第一曲线，如第一条抛物线的一条分枝的光轴的第一侧，也可能处在与第一曲线不同的，例如另一抛物线，如具有焦点的更大焦距的抛物线的，第二曲线的光轴另一侧，所说的焦点实际上与光中心一致。这样，反射罩的那一部分将给出较宽的光束。本领域的那些技术熟练人员，通过在设计过程中选择该曲线，就能容易地使本照明装置适合于所预期的应用。

这些交点可能位于第一曲线，如一抛物线的一枝的光轴的第一侧，该第一曲线的轴与反射罩的轴成一锐角，也可能落在第二曲线的光轴的另一侧，该轴与反射罩的轴成符号相反的锐角。可以在大致垂直的方向上调节光束的宽度，由此而使光束成非对称的。

本发明灯具的良好性能在于高度避免了灯具中的多重反射。由此使灯具有高的效率。

最好是当反射器的轴与一小平面相交时在对称平面中成锐角，而在与对称平面横切的平面中成直角。由此而消除了反射罩将辐射投射到电灯上。这进一步提高了反射罩的效率。另外，反射罩的轴可能落在第二平面上以致没有被该轴穿过的小平面，相反，该轴与两个小平面相切。该轴也可能落在第一平面中，以致于它与四个小平面相切。

在具有中央小平面，即被对称平面横贯的小平面的灯具的实施例中，所说中央小平面可能具有等于或大于要装配的光源长度的与所说平面横切的尺寸。这样的小平面可能给出椭圆形的光发射窗。而且，也是在有这种中央水平面存在情况下，光发射窗可以为圆形。

在本灯具的另一实施方式中，反射罩没有中央小平面。这时，反射罩的轴落在第一平面上。

反射罩可以在比如被轴穿过的中央区域中局部的有比围绕该区域的其它区域更小的小平面。那么，反射罩在这个区域中有一个附加的平面，比如附加的第二平面，它并不伸出这个区域的外边。在中央区域中具有较小的小平面，使之与没有这些较小的小平面的区域相比，由灯罩所形成的灯光光束有更高的中心值。

在一个特定实施例中，反射罩在通过横切对称面的轴的平面内与第一平面有交点，这些交点落在一条曲线上，该曲线具有实际上处在光学中心中的焦点，例如落在一条抛物线上。在这种实施例中，在水平面中的光强分布有较宽的峰值区。

不过，在所说的与对称面横切的平面中的这些交点位于两个抛物面的分枝上，它们每一枝的焦点都横向偏离开该对称面。因而，可将反射罩做得足够宽以便容纳光源，否则光源就不能装到反射罩中。

在所说的与对称面横切的平面中的这些交点还可能位于两个具有不同焦距的抛物面的分枝上。于是获得了在水平面上产生非对称光束反射罩的灯具。

在一个优选实施例中，对称面内靠近光发射窗的那些小平面刚好覆盖一个以光学中心为顶点所测量的角度β，而该平面内的其余小平面刚好覆盖一角β±10％的角度。做为它的一种变型，通过光轴并垂直于对称平面的平面中靠近光发射窗的那些小平面刚好覆盖一个以光学中心为顶点的角，而在这个平面中的其余小平面刚好覆盖一个角γ±10％。这个实施例及其变型的优点在于由灯具所形成的光束的顶部光通量加大。这里的″光束的顶部″指的是：在对光轴的夹角比发射最大光通量之半处的角度小的位置所发射的全部的光。这产生的满意的结果是，要照明一给定场地所需灯具更少，或是可用配置较低功率光源的灯具。另一个结果是在与光轴成较大角度处只辐射较少的光，这样的光可能是令人不舒服或眩晕的。如果各个小平面都覆盖着对称面中的一个相等的角或基本相等的角，那是令人满意的。如果各个小平面覆盖着通过轴并与对称面垂直的平面中的一个相等的角或基本相等的角，同样是会令人满意的。角β以及γ的值随所选的反射罩中的小平面的数目而变化。

本发明灯具可以在对称面处于垂直位置的情况来使用。那未，最好是利用一个安装在反射罩中轴的上方的挡光屏来限制反射罩轴上方的非反射光的辐射。这个挡光屏可设置在横切于对称面，离光轴一定距离处。它背向轴的一面可以是吸收光的，而朝向轴的一面是反射光的。随着反射罩的倾斜，该挡光屏实际上甚至还能防止水平面上方光反射。

本发明灯具适用于放电灯，例如带有稀有气体，水银和金属卤化物的高压放电灯，其中，光源是电极之间的放电间隙，但也可适用于白炽灯，诸如卤素白炽灯，其中光源为一灯丝。灯可以整个放在反射罩内部。但是，最好是使灯通过反射罩伸出，以便供电导体的自由端处于反射罩外侧较冷处，在这里它们很少受到侵蚀。效率也可能因此而得益，因为在这种情况下，将光源接纳在反射罩内部的装置，如灯座就不会遮挡光线了。

反射罩可以沿着可能将灯装在其中的，横切于对称面的平面拆开。样方便灯的插入。

反射罩可以装在可用玻璃板封闭起来的外罩中。但是，反射罩本身或其一部分也可以是灯具的外表面。

也可以将电光源固定地与反射罩中安装光源的装置结合起来，这样，灯具的光度性能事实上因此而保持不受影响。

以下，通过附图对本发明灯具的实施例作出说明，其中

图1表示第一实施例中的轴向视图；

图2是沿图1中的II-II线截取的反射罩截面图；

图3是与图1中III相应的反射罩平面视图；

图4是另一实施例的如图2那样的截面图；

图5是第一实施例沿图2平面测量的光分布曲线；

图6是第一实施例沿通过轴2并垂直于图2平面的平面测量的光分布图；

图7是沿图2平面测量的带有不同光源的第一实施例的光分布图；

图8是在通过轴2并与图2平面垂直的平面中测得的，带有与图7中相同光源的第一种实施例的光分布图；

图9是反光罩的另一实施例的轴向正视图；

图10和11是沿图9中的X和XI截取的正视图；

图12是图10平面中的光分布曲线；

图13是图11平面中的光分布曲线；

图14是另一反射罩实施例的轴向正视图；

图15和16是图14中沿XV和XVI截取的侧视图；

图17是以透视图表示的图14的反射罩；

图18和19是用图14中反射罩中的灯，在图15和图16的平面中分别获得的光分布图。

图1，2和3的灯具包括一个由多块小平面拼成并具有一个对称面6的凹反射罩1，该反射罩有光轴2，在该光轴上的光学中心2′，光发射窗3和围绕光轴的反射面5。小平面排列成排7，每一排都在第一组平面8之间向光发射窗延伸。这些小平面还受到第二组平面9的约束，第二组平面基本上互相平行并与第一组平面8横切。本发明灯具还包括用于将电光源31′安装到反射罩中的装置30，它处在与对称面6横切的平面中并在光学中心处。在该实施例中，这些装置由两个灯座构成，它们各自接纳一支双灯头电灯的一个灯头。但是，在另一些实施例中，也可设计成适用于单灯头电灯。

第一组平面8基本上相互平行，并基本上平行于对称面6。第二组平面9基本上平行于光轴2。该实施例中有一外罩15。在所示的实施例中，光发射窗3具有椭圆形状，其最大直径横切于对称平面。

在对称面6中，反射罩1与第二组平面9有交点41(图2)。这些交点位于曲线411上，该曲线有轴412和焦点413，焦点实际上与反射罩的光学中心2′一致。图中没有画出这条曲线，因为它会延伸得非常靠近按所用比例尺给定的小平面，从而会使图变得很不清楚。

在对称平面6中(图2)，光轴2的第一侧10上，反射罩1与第二组平面9有交点41，这些点在第一曲线411上，图中即为抛物线y²＝4^*50，5X的一分枝上，而在光轴2的另一侧11上有与第二组平面9的交点42，这些点位于具有与第一曲线411不同的轴422和焦点423的第二曲线上。图中第二曲线是抛物线y²＝4^*51.5X的一分枝。所说焦点实际上与光学中心重合。

在对称面6中，反射罩1的轴2与小平面40相交成锐角(图2)，而在与对称面横切的平面中，反射罩1的轴2则与小平面40相交成直角(图3)。

在通过轴2并与对称面6横切的平面中，所画出的反射罩1与图中y²＝4^*62.5X的抛物线20相切(图3)。在所示的实施例中，各抛物线的焦点重叠或基本重叠。

图2中的圆圈指出所安装的高压放电灯31的轮廓，小圆圈31′表示该灯的光源，即放电弧光。由于工作过程中的对流流动，使该弧光偏离灯31的中心。图2示出了当轴2与竖向V成65°的d角时该电弧光的位置。弧光31′垂直灯31的中心线(未示出)。因此，弧光通过光学中心。所说角度d是为所取灯具设计的各种倾斜角的平均值。为了照亮灯具悬挂点正下方的场地，应设定较小的X角，而对于较远处的场地应有较大的d角。光线a是具有最高方位的光线，由于反射罩中有挡光屏50，所以它可以不受反光罩反射即离开灯具(仍见图1和3)。在灯具的予想工作位置中，光线保持在水平H下方。结果，灯具只产生很少的或不产生杂散光。

图4中，对称面5中光轴2的第一侧10处小平面4′与第2组平面9有交点41′，这些交点位于第一曲线411′上。其轴412′与反射罩1的轴2形成一个锐角。在光轴另一侧11，小平面4′与第二组平面9有交点42′，这些交点位于第二曲线421′上，其轴422′与反射罩的轴2成一相反符号的锐角。

焦点413′，423′基本上与光学中心重叠。

图1至3的灯具使用2千瓦的金属卤化物放电灯，其放电弧光110毫米，即其弧长相当于通过对称面的小平面的宽度。图5和6表示所测得的灯具光强分布。图5表示在与竖直线成65°的角度处获得最大光强。在水平方向(与竖向成90°)基本上不发射光。直至与竖直方向成较少角度处该光分布是对称的，在这里，档光板50(图2)使光增加了场地照明度，否则，对于给定照明应用来将是一种损失，因为这部分光是朝上辐射的。在用于诸如小高度的宽建筑物照明时，挡光板可以省去。在竖直面中最大强度一半的范围中的光束有2×7.5°宽度。

图6表示通过灯具的轴的水平平面中的光强分布。水平光束宽度为2×22°，是竖向光束宽度的3倍。

由4根32米高灯杆，各支灯杆有10个如图1-3所说明的灯具，每个灯具含有一个2千瓦的金属卤化物灯并装有带金属网的前玻璃板，用来对68×105米²的场地进行照明。表1中的照度值是在把这些灯具对准不同位置的情况下得到的。

               表1

E(1x)	Emin/Emax	Emin/ E
			420	0.85	0.94
460	0.67	0.8
			480	0.55	0.72

表中， E为平均照度，E_max为最大照度，E_mim为最小照度。

该表表明，获得高达420Lux的平均照度 E具有很高的均匀度(第二和第三栏的高比值)。甚至能够以具有在实践中十分满意的均匀度来实现提高10％的，460Lux的照度 E。表中第三排数字表明，在使用本发明灯具作照明设计时有多么大的灵活性。即使比第一排高出15％的平均照度，也仍然能获得满足对运动场的国际正式推荐所要求的合适的均匀度。

本发明灯具尽管使用了带有金属丝网的前玻璃板，仍然有高达80％的效率。反射罩用具有反射率为86％的经阳极化处理的镜面反射铝来制作，即有86％的入射光被反射。在这种灯具中反射罩的吸收引起的光损失为所产生光的9％。由前玻璃板引起的反射和吸收造成约为入射光量的8％的光损失。另外，估计金属丝网约使通过前玻璃板出射的光的4.5％损失掉。由于灯具效率达80％，这就清楚地表明，那种造成附加损失的灯具内部的多次反射，得到高度地避免。

图7和图8的光强分布是由具有25mm弧光长度的1800瓦放电灯作为光源获得的，即，其弧光长度比起相应于通过对称平面的小平面宽度的四分之一还小。竖向的光束宽度为2×8°，水平光束宽度为2×21°。这种灯具的效率也为80％，而采用的这种光源比以前的光源要短得多。

与用所说的带有110mm水平尺寸的极长光源在相同反射罩中所获得的水平束宽相比，用这种水平尺寸光源所获得的水平束宽说明了小平面的光扩散作用。这些小平面相对于光源的成比例扩大导致光束的变宽。

在图9，图10和图11中反射罩51的部件对应于图1，2和3中的相应部件，在以后的图中有高出50的参照标号。

该反射罩的光轴52位于第二组平面59中，所以不存在由该轴垂直相交又处在第一平面58中的小平面。结果，有四个小平面与该轴相切。在由光学轴横切的区域55′中，所示反射罩有附加平面，图中两个附加平面59′，各自延伸在两排57上。从而形成了更小的小平面54′。

反射罩可在与对称面56横切的平面62中分开，灯就装在该对称面中。反射罩的光发射窗53在相互横切的方向中实际上是等宽的，而因此实际上有圆的形状。

在对称面56中，反射罩51与具有轴462而焦点463在光学中心52′处的抛物线461相切；而在通过轴52并与对称面横切的平面内，反射罩52与图中的抛物线70相切，该抛物线具有基本与光学中心重叠的焦点。

将具有25毫米长电弧的高压放电灯装到带有反射罩51的灯具中，该反射罩中带有反光屏100。该灯消耗功率为1775W。由该灯具所形成光束的光分布由包含与垂直成45°角的灯具来测量。从图12明显看出，光束在对称面中有18.5°的宽度，而从图13看，在通过轴并垂直于对称平面的平面中它有45°的宽度。

该灯具有80％的效率。

在只有前面灯具尺寸0.7倍且光发射窗直径只有28cm的灯罩中采用具有27mm电弧的250瓦的高压放电灯。该灯具产生了包含着由具有较长电弧的灯所产生的光的80％的光束。

在图14至17中，与图1相应的部件具有比其高100的参照标号。所示出的灯具反射罩在对称平面106中靠近光发射窗103处有小平面104。该反射罩在通过轴102并垂直于对称平面106的平面中，在靠近光发射窗103处有小平面104″。反射罩的其余小平面有标号104。在对称面106中，如图10中的情况，反射罩与一抛物线相切，该抛物线焦点在光学中心102′中(图15)。反射罩也与通过轴102且垂直于对称面的平面中的抛物线相切(图16)，如图11的反射罩那样，该抛物线的焦点在光中心中。

小平面104′(图15)恰好覆盖一个以光学中心102′为顶点的角度β。该平面中的其它小平面104恰好覆盖角度β±10％，图中确切地给出角度β。

小平面104″(图16)恰好覆盖一个以光学中心102′为顶点的角度γ。该平面中的其它小平面刚好为角度γ±10。图中，这些小平面仍然覆盖着角度γ。

对带有这种反射罩的灯具配备上述的具有25mm电弧且功率为1775瓦的高压放电灯。这个灯具由带有金属丝栅 的玻璃板封住。由该灯和灯具所产生的光束的光分布示于图18和19中，灯具是光轴与竖直线成45°朝下指的。

在对称面(图18)垂直面中，光束有5260cd/klm的最大发光强度I_max，而半宽度，即发射0.5I_max的方向中的夹角为13.6°，顶点是在光中心中。曲线的侧面很陡峭而底部很低，但由于挡光屏的存在，小角度处比大角度处的强度值更高，要照明的场地接收到按使用目的通常是要损失掉的额外的光。在较大角度处的低发光强度表明了产生眩光危险性小。在通过轴并与对称面垂直的平面中，光束有30°的宽度。除了挡光屏150的作用之外，光束有很高的对称度。灯具的效率为80％。

Claims (12)

1.一种灯具，它包括：

一个由多块小平面(4；54；104)拼成的并具有一个对称面(6；56；106)的凹反射罩(1；51；101)，该反射罩有光轴(2；52；102)，在所述光轴上的光学中心(2’；52’；102’)，光发射窗(3；53；103)和围绕光轴的反射面(5；55；105)；

所述小平面排列成排(7；57；107)，每一排都在第一组平面(8；58；108)之间延伸至光发射窗(3；53，103)，而且

还另外受到第二组平面(9；59；109)的约束，该第二组平面基本上互相平行并与第一组平面(8；58，108)横切；

用于把电光源(31’)安装在反射罩(1；51；101)中的装置(30；80；130)，它位于与对称面(6；56；106)横切的平面上，并在光学中心(2’；52’；102’)处，

其特征在于，

第一组平面(8；58；108)基本上互相平行并基本上与对称面(6；56；106)平行，及

第二组平面(9；59；109)基本上与光轴(2；52；102)平行。

2.根据权利要求1所述的灯具，其特征在于，在对称平面(6；56；106)中，反射罩(1；51；101)与第二组平面(9；59；109)有交点(41)，这些点处在有轴(412)和焦点(413)的曲线(411)上，该焦点位于光学中心(2’)中。

3.根据权利要求2所述的灯具，其特征在于，在光轴(2)的第一侧(10)上交点(41)处在第一曲线(411)上，而在光轴(2)的另一侧(11)则处在带有与第一曲线(411)不同的轴(422)和焦点(423)的第二曲线(421)上，所述的焦点(423)实际上与光学中心(2’)重合。

4.根据权利要求1或2所述的灯具，其特征在于，反射罩(1)的轴(2)与小平面(40)相交，在对称平面(6)中成锐角，而在与对称平面横切的平面中成直角。

5.根据权利要求1所述的灯具，其特征在于，在通过轴(2；52；102)并与对称面(6；56；106)垂直的平面中，反射罩(1)与具有实际上与光学中心(2’；52’；102’)重合的焦点的曲线(20)相切。

6.根据权利要求1或2所述的灯具，其特征在于，光轴(52)处于第二平面(59)中。

7.根据权利要求1或2或6所述的灯具，其特征在于，光轴(52)处于第一平面(58)中。

8.根据权利要求1或2所述的灯具，其特征在于，反射罩(51)在与光轴(52)相交的区域(55’)中有一附加平面(59’)。

9.根据权利要求2所述的灯具，其特征在于，在对称平面(106)中靠近光发射窗(103)的小平面(104’)正好盖住其顶点处在光学中心(102’)中的角β，而在所述平面中的其余小平面(104)正好覆盖角β±10％。

10.根据权利要求5和9所述的灯具，其特征在于，在通过轴(102)并与对称面(106)垂直的平面中靠近光发射窗(103)的小平面(104”)正好覆盖住其顶点在光学中心(102’)处的一个角γ，而在所述平面中的其余小平面(104)正好覆盖住一个角γ±10％。

11.根据权利要求1或2所述的灯具，其特征在于，反射罩(51)可沿横切于对称面(56)的平面(62)分开，在那里可将灯装在装置(80)中。

12.根据权利要求1或2或3所述的灯具，其特征在于，档光屏(50)横切于对称平面(6)与光轴(2)成一定距离安装，以阻止非反射光的发射。

Images