CN1142586A - 用于产生平行光并能消除灯后阴影效应的光源装置 - Google Patents

Abstract

一个用于产生平行光的光源装置，配备着补偿光源本身投出的阴影的双重反射镜，此装置包括一个椭圆反光镜，一个位于椭圆反光镜近焦点上的光源，一个具有中心小孔的第一反射镜，用于把光源发出的光线反射回光源方向，一个位于光源正前方的第二反射镜，用于反射第一反射镜反射的光线，并使这些光线通过第一反射镜的小孔，以及一个平行校正透镜，用于聚集已通过第一反射镜的小孔的光线，形成平行光。

Description

用于产生平行光并能消除灯后阴影 效应的光源装置

本发明涉及一个用于产生平行光的光源装置，尤其涉及一个用于产生平行光并装有目的在于消除灯后阴影效应的双重反射镜的光源装置。

在使用椭圆反光镜(反射镜)产生平行光的常规技术中，由于灯泡本身投下的阴影，在平行光的中心轴周围形成一个所不希望的相对低光强的小区域。当然还有直接从灯泡发出的光。不过，因为这个直光未经聚焦并且由于不是平行光而随着行进距离减弱的缘故，它并不能补偿在阴影区出现的光强的损失。

使用椭圆反光镜产生平行光的常规技术示于图1。用于产生平行光的装置包括光源1(例如金属卤素灯)，在其焦点上置有光源1的椭圆反光镜2，置于光源1的前方的光阑7以及透镜6。画有阴影线的区域8表示由灯泡1的阴影引起的光强减弱的区域。这里，从位于椭圆反光镜2的近焦发出的光经椭圆反光镜2反射后，会聚到位于光阑7中小孔的反光镜的远焦点上，其后此光散开并借助一个焦点也与光阑小孔相重合的透镜6形成平行光(准直光)。

随着对平行光的使用目的不同，阴影区8的减弱的光强可能成为致命的缺陷。因此，应当设法补偿这一减弱的光强，而在补偿此减弱光当中所考虑的几个相关问题如下：一个是在根据灯泡1的阴影即灯泡1的横截面确定靠近灯泡1的一个反射镜4的尺寸时确定另一个反射镜3的尺寸的问题，一个是与此尺寸确定相关的灯泡1和反射镜3之间的距离的问题，一个是由两个反射镜形成的焦点与椭圆反光镜的焦点之间的一致性问题，以及一个穿过透镜的全部光线借助于透镜的焦点与上述的一致焦点精确重合而平行行进的问题。

为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一个使用椭圆反光镜的光源装置，其中双重反射镜被用来产生没有灯泡阴影效应的平行光。

因此，为达到上述目的，根据本发明的一个实施方式提供的用于产生平行光的光源装置包括：一个椭圆反光镜；一个位于椭圆反光镜近焦点的光源；一个在其中心有一个小孔的第一反射镜，用于把光源直接发出的光反射回光源方向；一个位于光源正前面的第二反射镜，用于反射由第一反射镜反射的光线并使这些光线通过第一反射镜的小孔；以及一个平行校正透镜，用于聚集已通过第一反射镜的小孔的光线，形成平行光。

为达到上述目的，根据本发明的另一实施方式提供的另一个光源装置包括：一个椭圆反光镜；一个置于椭圆反光镜近焦点上的光源；一个偏置在光源和椭圆反光镜的远焦点之间的光轴一侧的第一反射镜；一个置于光源正前面的第二反射镜，用于反射第一反射镜反射的光线；以及一个平行校正透镜，用于聚集来自椭圆反光镜和第二反射镜的光线，形成平行光。

本发明的上述目的和优点，通过参照附图详细叙述其可行的实施方式将变得更为明显，在附图中：

图1是一个视图，说明使用椭圆反光镜产生平行光的常规光源装置；

图2是一个视图，说明根据本发明产生平行光的光源装置；

图3A和3B都是视图，示出在椭圆反光镜上安装第二反射镜的方法；

图4是一个视图，说明第一和第二反射镜之间的光学对应关系；以及

图5是一个视图，说明本发明的另一个实施方式。

图2示出根据本发明使用装有双重反射镜的椭圆反光镜产生平行光的一个方法。在这样一个用于产生平行光的光源的装置中，金属卤素灯1位一椭圆反光镜2的焦点上，由灯泡1发出的光，经椭圆反光镜2反射后，行进到透镜6并形成平行光。第一反射镜3中心有一小孔供光线通往透镜6，它把灯泡1射出的光线反射到第二反射镜4上。第二反射镜4位于灯泡1的前面，它聚集并把第一反射镜3反射挑线反射到透镜6，透镜6收集所反射的光线形成平行光。

为要从上面提出的装置得到满意的结果，有一些条件需要满足。

第一，椭圆反光镜2反射的光线必须聚焦到透镜6的焦点所在的同一点上，在该点周围开出小孔5；即椭圆反光镜2的远焦点尖当与透镜6的焦点重合。而且，第二反射镜4反射的光线也必须聚焦在透镜6的同一个焦点上。在附图中，虽然第二反射镜4表示为一个凸面镜，但是如有必要，由于第二反射镜4的焦点形成与第一反射镜3相关，也可以使用凹面镜。也就是说，调整第一反射镜3的焦距，第二反射镜4的焦距就能相应地改变。

第二，补偿由灯泡1的阴影引起的光强损失的条件得重新考虑。除了光强不足之外，过量的光强也能成为问题，因而也必须准确决定和完全满足这个条件。满足这个条件靠两个决定性参数：一个是灯泡1与第一反射镜3之间的距离，另一个是第一反射镜3的有效面积，要以根据先决定灯泡与第一反射镜之间的距离来确定有效面积，也可以使用相反的方法。这里，考虑到其他相关因素，采取前一方法有好处。照明度与光源的发光强度成正比，而与距离的平方成反比。因而满足条件的补偿光强决定于灯泡1和椭圆反光镜之间的距离以及灯泡的阴影面积。第一反射镜3的面积可以用相关公式计算：

                   S₁/d₁ ²＝S₂/d₂ ²式中S和_d1分别为灯泡1的阴影面积和灯泡1到椭圆反光镜2的距离，S₂和d₂分别为第一反射镜3的面积和灯泡1到第一反射镜3的距离。当然，上述公式仅用作概念性的说明，并且仅对面积容易算出且距离一致的情形，即在理想条件下才能够直接应用。

第三，第二反射镜必须安装得又精确又稳固，即镜子的安装必须把对光路径的影响减到最小程度。同第一反射镜一样，第二反射镜4的准确位置和方向必须维持稳定。如果第二反射镜4的位置和方向扭转一点点，在光束中就会形成一个光强不足或过量的区域，此区域在屏幕上引起一个所不希望的阴影图像。使用3根或4根辐条把第二反射镜4固定到椭圆反光镜2上的方法如图3的A和B所示。对于辐条来说，应优先用能够耐灯泡高温的稳定材料。一般，组成反光镜骨架的材料都是经过选择的，如像耐蚀耐高温镍基合金或铬镍铁合金这样的高级合金也可使用。而且，焊接是稳定可靠地固定辐条的最好方法，不过，如果因为幅条使用的材料与构成反光镜骨架的材料不同，焊接方法有困难，或焊接变形影响到装置的精度时，可以考虑用铆钉连接。

第四，要考虑第一和第二反射镜的协调性问题，在这里，协调性是指光强的均匀形成和传送，以及借助使用两个反射镜而形成的焦点位于其正常位置。因而，这两个反射镜是相互相关设计的。毫无疑问，第一反射镜3表面上的各点与灯泡1相隔同一距离是所希望的。因为通过会聚光线的孔开在第一反射镜3上，可以当第一和第二反射镜有一一对应关系时，就在第一反射镜3的中心形成一个光强减弱区。由是，第一反射镜3成了反射如图4所示的光，并且这个发自第一反射镜3的光重叠落到第二反射镜4的上面。在图4的或，用分量a，b，c和d表示由第一反射镜3投出的光。同样，在图4的B，C，D和E中，投到第二反射镜4的光分量也分别表示为a，b，c和d。为了拽明分量的方向，每个分量用箭头表示。这样一来，第一反射镜3的两个分量(例如分量a和c)就在第二反射镜4上叠加。当然，这种叠加正是预想之中的，根据叠加建立起了光强。借助这一光强，就解决了由第一反射镜3的小孔引起光强减弱区的问题。

图5示出根据本发明用于产生平行光的光源装置的另一实施方式。这里，第一反射镜3a偏置在光源与所述椭圆反光镜的远焦点之间形成的光轴一侧。在这一型式的装置即第一反射镜3a偏离光轴的装置中，不需要在第一反射镜的中心形成任何小孔，并且第一反射镜3a可以安装在第二反射镜4与透镜6之间形成的光轴的旁侧。

采用这一实施方式涉及到灯泡1的截面积尺寸；也就是说，当上述截面积不大时，最好采用本实施方式。而且，在本实施方式中，由于第一反射镜3a的支架或辐条容易安装又不影响光的路径，因此可以根据应用需要安装多个第一反射镜3a。

如上所述，通过按照本发明补偿由灯包的阴影引起的光强损失，就能得到均匀的平行光束。这个平行光可以用作要求高度均匀平行光源的光学仪器的光源或其他部件。

Claims (2)

1.一个用于产生平行光的光源装置，包括：

一个椭圆反光镜；

一个位于所述椭圆反光镜的近焦点上的光源；

一个在其中心有一小孔的第一反射镜，用于把所述光源直接发出的光线反射回所述光源的方向；

一个位于所述光源正前面的第二反射镜，用于反射所述第一反射镜反射的光线，并使这些光线通过所述第一反射镜的小孔；以及

一个平行校正透镜，用于集聚已通过所述第一反射镜的光线，形成平行光。

2.一个用于产生平行光的光源装置，包括：

一个椭圆反光镜；

一个位于所述椭圆反光镜的近焦点上的光源；

一个偏置在所述光源与所述椭圆反光镜之间的光轴一侧的第一反射镜；

一个位于所述光源正前面的第二反射镜，用于反射所述第一反射镜反射的光线；以及

一个平行校正透镜，用于集聚来自所述椭圆反光镜和所述第二反射镜的光线，形成平行光。

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