CN1054680C - 用两个反射镜阵列产生平行光的装置 - Google Patents
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Abstract
一个使用两个镜阵列的平行光发生装置，包括一个抛物面镜，一个置于抛物面镜的焦点上的灯光，平行放置的第一和第二镜阵列，每个镜阵列分成许多个镜区，并且每一镜区又分成若干镜元，以及一个位于镜阵列之间且具有许多分别对应于两个镜阵列的相应镜区的小孔的控制板，用于阻挡非平行光。
Description
本发明涉及一个产生平行光的装置，尤其涉及使用两个反射镜阵列的平行光发生装置。
一般，光可以是从一个点光源全方位传播，或是以平行光(经平行校正过的)的形式传播。在点光源的情形，光强度(照明度)随传播的距离指数律消散。另一方面，平行光在理论上不管从光源传出多远，都能够无限期维持其原有的能极。因此，平行光由于在行进的路径中处处呈现出不变的强度，它成了使用在光学系统中所需要光。
其间，一个以光源的光生成平行光束的装置，一般使用抛物面反射镜反射光源发射的光线，使之以平行光的形式行进。不过，在这种情形下，严格地说，平行光束中包含有一个小的非平行光成份，即直接由光源射出的仍以扩散的方式继续行进的那些光线(图1中以虚线表示)。然而，如果包含有非平行成份的平行光在未经某些方式(例如以透镜或其他器件集聚或扩散)巧妙处理之前传播出一定的距离，则因为非平行光已经消散到足够程度，其数值可以忽略不计，并不存在造成光强度不均匀性的问题。
但是，在许多光学仪器中，由于仪器本身尺寸原因，聚焦透镜放得靠灯泡(光源)很近。在这种情形下，平行光在经受处理之前，仅传播一个短距离，致使非平行光成份仍呈现一个相当高的强度，因而像有效成份一样起作用，由于其强度不均，对光学系统的工作会产生不利的影响。若光学仪器是一台投影机，则所含的非平行成份投射到屏幕上，就会映出令人讨厌的阴影区。
为解决上述问题，本发明的一个目的就是提供一种装置，用于从光源产生平行光，该装置使用两个反射镜阵列就能排除非平行光成份。
因此为达到上述目的，所提供的平行光发生装置包括：一种平行光发生装置，包括：
一个抛物面反射镜；
一个置于所述抛物面反射镜的焦点上的灯泡，用于产生从所述抛物面反射镜反射的平行光以及非平行光；
平行放置的第一和第二反射反射镜阵列，每个反射镜阵列分成许多个镜区，每一镜区又分成若干小的平面镜元，第一反射阵列被设置为接收来自抛物面反射镜的平行光及非平行光；
一个位于所述第一和第二反射反射镜阵列且具有许多分别对应于所述第一和第二反射镜阵列的每个镜区的小孔的控制板，用于使平行光通过达到第二反射镜阵列并阻挡非平行光。
在本发明的另一实施方式中，一种平行光发生装置，包括：
一个抛物面反射镜；
一个置于所述的抛物面反射镜的焦点的灯泡，用于产生从所述抛物面反射镜反射的平行光以及非平行光；
平行放置的第一和第二反射反射镜阵列，每个反射镜阵列分成许多个镜区，每镜区都是一个非球面凹面反射镜，第一反射反射镜阵列被设置为接收来自抛物面反射镜的平行光及非平行光；
一个位于所述第一和第二反射反射镜阵列之间且具有许多分别对应于所述第一和第二反射镜阵列的每个镜区的小孔的控制板，用于使平行光通过达到第二反射反射镜阵列并阻挡非平行光。
本发明的上述目的和优点，通过参照附图叙述所推荐的其实施方式将变得更为明显，在附图中：
图1是一个视图，说明使用一个抛物面反射镜产生平行光时，非平行光的行进方式；
图2是一个简要视图，说明用于根据本发明的光源的装置；
图3A是图2中所示A区的放大截面视图；
图3B是一个平面视图，说明带有小孔的控制板；
图4是一个视图，说明第一和第二反射镜阵列的两个相应镜区中各镜元之间的对应关系；以及
图5是一个视图，说明本发明的另一个实施方式。
图2中示出用于根据本发明发生平行光的一个装置，作为光源的灯泡1置于抛物面反射镜2的焦点上，借此产生平行光。当然也不可避免地产生非平行光成份。一个第一反射镜阵列3位于抛物面反射镜2的正前方，并对抛物面反射镜的光轴有个倾斜度。一个第二反射镜阵列4置于第一反射镜阵列3所反射的光的行进路径的前方，它平行于第一反射镜阵列并同它隔开一个预先确定的距离。这里，反射镜阵列3和4的反射的相互本对，并且每一反射镜阵列分成许多个镜区，而每镜区又分成若干镜元。一个具有和每一交易了列的镜的数量一样多的小孔的控制板5置于两个镜列之间，它仅通过平行光成份，同时阻挡非平行光成份。
在图3A中，详细说明了图2中的A所示反射镜阵列的镜区8。任一反射镜阵列3或4的每一镜区8都在另一个反射镜阵列内有一个光学对应镜区8同样，对构成镜区8的镜元7也是如此。每一个镜元7都有一个独特的反射角，为的是镜区单元的光束能够以交错的叠加的方式通过控制板5中的相关小孔6。换句话说，每一个镜面区域8可以被看成是一个由若干小平面(即每一镜区的各个镜元7)近似而是的凹面反射镜。在这里，入射到给定的镜元7上的平行光线朝着指定的方向反射，即朝着另一反射镜阵列的相应镜元反射，然后以平行光的方式行进。
用3B示出控制板5的一个平面视图。控制板5中小孔6的数目与构成任一反射镜阵列的镜区8的数目相同，并且每一个小孔6在两个反射镜阵列3和4上都有一个对应的镜区8。于是，由第一反射镜阵列3的各镜区8反射出的光线通过相应的小孔6，并随后行进到第二反射镜阵列4的每个对应镜区8。这里，12个小孔和12个镜区8只是作为例子，而小孔/镜的数目没有限制。
把控制板5放在镜面3和4之间，选出的平行光光线就通过控制板5中的小孔6，而大多数非平行光则被控制板所阻挡。
反射镜阵列3和4之间的距离可以通过控制每一镜元7对入射光束的反射角进行适当调节。控制板5位于反射镜阵列3和4的中间并与它们平行。至于说到控制板5的实际定位，必须明白的是，它的每个小孔6均设置在反射镜阵列3和4的两个对应的镜区8的中心镜元的光学路径上。
图4说明反射镜阵列3和4的划分情况。在这里，对应镜区8之间的关系是点对称关系，这是因为由各镜元7反射的光线全都通过控制板5中的小孔6并且相互交叉的缘故。
图5示出根据本发明的另一实施方式的用于产生平行光的装置。作为光源的灯泡/位于抛物面反射镜2的焦点上，由此产生出平行光。自然，从灯泡1也产生了不希望有的非平行光。两个反射镜阵列3a和4a中的第一反射镜阵列3a位于抛物面反射镜2的正前方，并对抛物面反射镜的光轴有个倾斜度，而第二反射镜阵列4a则置于由第一反射镜阵列3a反射的光的行进路径的前方，平行于同第一反射镜阵列并同它隔开一个预先确定的距离。反射镜阵列3a和4a的反射面相对。每个反射镜阵列分成许多个镜区8，每一镜区8由非球面凹面反射镜构成。具有与所分反射镜阵列的镜区8的数目一样多小孔的控制板5置于两个反射镜阵列3a和4a之间，目的是仅通过平行光成份。
这里，非球面凹面反射镜设计成用反射平行光的方法把平行光会聚到一点上。而且，为使同一形状的连续重复的镜区8布满反射镜阵列的整个表面，构成每一镜区的凹面反射镜，从光轴上看，可以有等边三角形、正方形或者其他正多边形的形状。不过，最好是用正方形，因为在使用图形凹面反射镜的情况下，在圆形镜区之间会产生一个不连续部分，而且，即使这个不连续部分能够用镜面填满，实际制造适合于本发明的反射镜阵列也是困难的。
例如，当用三角镜作两个反射镜阵列的每个镜区8时，由于第一反射镜阵列3a的每个镜区8上的像是倒的，第二反射镜阵列4a就必须倒向放置。
从设计的观点看，没有必要把控制板5置放在与反射镜阵列3a和4a等距离处。控制板5与第二反射镜阵列之间的距离可以缩短(以控制板5不干扰光学路径为原则)。从而，构成第二反射镜阵列的每个镜区的尺寸都可以缩小。(但是，在这种情况下，某些别的调整还是必须的)。当然，这样一来，由第二反射镜阵列反射出的平行光的截面积也就缩小了，这是最好不过的事。因为在大多数情形，总希望在不影响光学装置的精度的条件下，减小光学装置的体积。反之，通过延长控制板5和第二反射镜阵列之间的距离，就能达到扩大平行光的截面积。反射镜阵列3a和4a的尺寸不需要完全一样。就是说，可以使用同形状而不同尺寸的反射镜阵列。
如上所述，在根据本发明产生平行光的装置中，直接由光源发射的非平行光成份能够排除掉，从而得到一个具有均匀光强度的平行光源。这样一个装置，如果用作投影机之类的影像投射装置的话，就能获得一个照度均匀的影像。
Claims (4)
1.一种平行光发生装置，包括：
一个抛物面反射镜；
一个置于所述抛物面反射镜的焦点上的灯泡，用于产生从所述抛物面反射镜反射的平行光以及非平行光；
平行放置的第一和第二反射反射镜阵列，每个反射镜阵列分成许多个镜区，每一镜区又分成若干小的平面镜元，第一反射阵列被设置为接收来自抛物面反射镜的平行光及非平行光；
一个位于所述第一和第二反射反射镜阵列且具有许多分别对应于所述第一和第二反射镜阵列的每个镜区的小孔的控制板，用于使平行光通过达到第二反射镜阵列并阻挡非平行光。
2.如在权利要求1中所述的平行光发生装置，其中每一所述镜元都具有能够拼成连续曲面的正多边形形状。
3.一种平行光发生装置，包括：
一个抛物面反射镜；
一个置于所述的抛物面反射镜的焦点的灯泡，用于产生从所述抛物面反射镜反射的平行光以及非平行光；
平行放置的第一和第二反射反射镜阵列，每个反射镜阵列分成许多个镜区，每镜区都是一个非球面凹面反射镜，第一反射反射镜阵列被设置为接收来自抛物面反射镜的平行光及非平行光；
一个位于所述第一和第二反射反射镜阵列之间且具有许多分别对应于所述第一和第二反射镜阵列的每个镜区的小孔的控制板，用于使平行光通过达到第二反射反射镜阵列并阻挡非平行光。
4.如权利要求3中所述的平行光发生装置，其中分别构成所述第一和第二反射镜阵列的所述非球面凹面反射镜都是几何相似形。
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