CN1177075A - 聚光装置 - Google Patents
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Abstract
本聚光装置由圆球面和椭球面相贯构成一个曲面内反射腔,圆球面的球心、椭球面的第一焦点和点状光源位于同一点上,光的导出孔位于圆球面与椭球面光轴的相交点上,所述的相交点与椭球面的第二焦点为同一点,或者第二焦点位于腔体内,在导出孔设置一个入射端位于第二焦点的光导装置。也可为线状光源、柱面反射腔结构。光的收集率可达近100%;可传出均匀光强;可方便地把光传导到所需方向和位置;可用作新型的定向点(线)状光源。
Description
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种新型的聚光装置。
光学设备中聚光装置的作用是把光源向四面八方发出的光通量汇聚到所需的方向，提高光源的利用率。在已有技术中，一般都是采用在光源的后方设置一个反射镜，把光源向后发射的光反射到前方，以此来增大光的收集效率，例如4233493号美国专利、91100301.0号中国专利揭示的一些光治疗仪等。但是已有技术的这种技术方案总会使光源发出的一部分光散射损失掉。为了获得足够的光通量，达到一定的治疗效果，必须相应地消耗较大的电功率，这就要加大治疗仪散热系统，因而使治疗仪的体积和重量也随之加大，十分笨重。不少光学仪器用光源照明，不仅要求照明均匀，而且也要求提高光源的利用率，例如投影仪、放映机等。用于这方面的已有技术的反射镜聚光装置，也是在光源的后方设置一个椭球面的反射镜，把光源放在椭球面的一个焦点上，通过椭球面反射以后成像在另一焦点上。但是，这种装置仍有大量的光散射掉，而且只能用于临界照明方式(袁旭沧，《光学设计》，第247～248页，北京理工大学出版社，1988年)。94112209.3号中国专利申请提出了一种把光源置于抛物面、球面或椭球面腔体内的一种产生红外定向窄光束的聚光方案，该方案企图通过增加光在壳体内的漫反射以及腔体的积分作用，使灯丝发出的光被反射膜反射返回灯丝，形成反射光对灯丝的多次再加热，以此维持灯丝的最佳工作温度，提高灯的红外辐射效率，并降低电功率的消耗。但是，由于该方案并不能将光源射向幅射口附近腔体内表面的光收集导出，所以这些光除一部分可用于加热灯丝外，其余部分只能在腔体内反射耗散掉。
本发明的目的就是要克服上述现有技术之不足，提供一种光的收集效率高、定向导出效果好、可作定向点(线)状光源的新型聚光装置。
本发明的目的是这样实现的：一种聚光装置，其特征在于由椭球面和圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，圆球面的球心、椭球面的第一焦点和点状光源位于同一点上，光的导出孔位于圆球面与椭球面光轴的相交点上，所述的相交点与椭球面的第二焦点为同一点；为了更好地实现本发明的目的，可以使所述的圆球面和椭球面相贯圆的半径与圆球面的半径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由椭球面和圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，圆球面的球心、椭球面的第一焦点和点状光源位于同一点上，设有光导装置的光的导出孔位于圆球面与椭球面光轴的相交点上，光导装置的入射端位于腔体内椭球面的第二焦点上。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由两个圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源位于第一圆球面焦点的前方附近，第二圆球面的球心与点状光源在同一点上，光的导出孔位于第二圆球面与第一圆球面光轴的相交点上，所述的相交点在第一圆球面最近光源像点前方附近；为了更好地实现本发明的目的，可以使所述的两圆球面相贯圆的半径与第二圆球面的半径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由两个圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源位于第一圆球面焦点的前方附近第二圆球面的球心与点状光源在同一点上，设有光导装置的光的导出孔位于第二圆球面与第一圆球面光轴的相交点上，光导装置的入射端位于腔体内第一球面最近光源像点前方附近。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由抛物面和圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源位于抛物面焦点的前方附近，圆球面的球心与点状光源在同一点上，光的导出孔位于圆球面与抛物面光轴的相交点上，所述的相交点在抛物面最近光源像点前方附近；为了更好地实现本发明的目的，可以使所述的抛物面和圆球面相贯圆的半径与圆球面的半径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由抛物面和圆球面相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源位于抛物面焦点的前方附近，圆球面的球心与点状光源在同一点上，设有光导装置的光的导出孔位于圆球面与抛物面光轴的相交点上，光导装置的入射端位于腔体内抛物面最近光源像点前方附近。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由椭圆柱面和圆柱面相贯构成一个曲面内反射腔，圆柱面的心轴、椭圆柱面的第一焦轴和线状光源位于同一条直线上，光的导出孔位于圆柱面与椭圆柱面光轴面的相交线上，所述的相交线与椭圆柱面的第二焦轴是同一条直线；为了更好地实现本发明的目的，可以使所述的圆柱面和椭圆柱面两条相贯线的距离与圆柱面的圆直径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由椭圆柱面和圆柱面相贯构成一个曲面内反射腔，圆柱面的心轴、椭圆柱面的第一焦线和线状光源位于同一条直线上，设有光导装置的光的导出孔位于圆柱面与椭圆柱面光轴面的相交线上，光导装置的入射端位于腔体内椭圆柱面的第二焦线上。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由两个圆柱面相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源位于第一圆柱面焦线的前方附近，第二圆柱面的心轴与线状光源在同一条直线上，光的导出孔位于第二圆柱面与第一圆柱面光轴面的相交线上，所述的相交线在第一圆柱面最近光源像线前方附近；为了更好地实现本发明的目的，可以使所述的两圆柱面的两条相贯线的距离与第二圆柱面的圆直径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由两个圆柱面相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源位于第一圆柱面焦线的前方附近，第二圆柱面的心轴与线状光源在同一条直线上，设有光导装置的光的导出孔位于第二圆柱面与第一圆柱面光轴面的相交线上，光导装置的入射端位于腔体内第一圆柱面最近光源像线前方附近。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由抛物柱面和圆球柱面相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源位于抛物柱面焦线的前方附近，圆柱面的心轴与线状光源在同一条直线上，光的导出孔位于圆柱面与抛物柱面光轴面的相交线上，所述的相交线在抛物柱面最近光源像线前方附近；为了更好地实现本发明的目的，可以使在于所述的抛物柱面和圆柱面的两条相贯线的距离与圆柱面的圆直径相等。
本发明的目的也可这样实现：一种聚光装置，其特征在于由抛物柱面和圆球柱面相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源位于抛物柱面焦线的前方附近，圆柱面的心轴与线状光源在同一条直线上，设有光导装置的光的导出孔位于圆柱面与抛物柱面光轴面的相交线上，光导装置的入射端位于腔体内抛物柱面最近光源像线前方附近。
采用本发明的技术方案，由于光的导出孔所在圆球面的球心(或圆柱面的心轴)、椭球面的第一焦点(或第一球面的焦点、抛物面的焦点、椭圆柱面的第一焦轴、第一圆柱面的焦轴、抛物柱面的焦轴)和点(线)状光源在同一点(直线)上，这样就能使光源射向该圆球面(或圆柱面)的光线全部反射回来，经过光源所在点(直线)，一部分照到灯丝上，可提高灯丝的温度，改善灯丝的发光效率，另一部分从灯丝附近漏过，由椭球面(或第一球面、抛物面、椭圆柱面、第一圆柱面、抛物柱面)再次反射聚焦(成像)，从而可保证把光源发出的绝大部分光收集传导出去，特别是曲面内反射腔采用圆球面和椭球面相贯结构时，其光的收集率可达近100％；由于采用了相贯圆半径(相贯线距离)与该圆球面的半径(圆柱面的圆直径)相等的结构，这样就能使传导出来的光强更加均匀；由于采用了光导装置，这样就可以很方便地把收集到的光传导到所需的方向和位置；由于可以把聚集的大量的光从很小(窄)的导出孔定向传出，这样就可以把本发明的聚光装置用作新型的定向点(线)状光源，与其它光学装置配合使用。
图1a、b、c为本发明采用圆球面(圆柱面)和椭球面(椭圆柱面)相贯结构的实施例原理示意图。
图2a、b、c为本发明采用两圆球面(圆柱面)相贯结构的实施例原理示意图。
图3a、b、c为本发明采用圆球面(圆柱面)和抛物面(抛物柱面)相贯结构的实施例原理示意图。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
参看图1a，曲面内反射腔采用椭球面2和圆球面1相贯结构的聚光装置，其圆球面1的球心C、椭球面2的第一焦点F1和点状光源S位于同一点上，光的导出孔K位于圆球面1与椭球面2光轴O-O′的相交点上，所述的相交点与椭球面2的第二焦点F2为同一点。图中，实心箭头所示的光线是光源S发出并经椭球面2反射的光线，空心箭头所示的光线是光源S发出、经圆球面1反射、再经椭球面2反射的光线。若使圆球面1和椭球面2相贯圆的半径R与圆球面1的半径r相等，则传导出的光会更加均匀，见图2b。
图1c所示的实施例与图1a不同的是，椭球面2的第二焦F2点在曲面内反射腔体内。在这种情况下，在光的导出孔K处需采用光导装置5，光导装置5的入射端位于第二焦点F2。光导装置5可以采用光导棒、光纤等，本实施例用的是光导棒。
图1a、b、c也可以看成是光源为线状、反射腔为圆柱面和椭圆柱面相贯结构的原理示意图，在此不再赘述。
参看图2a，曲面内反射腔采用两个圆球面1和3相贯结构聚光装置，其点状光源S位于第一圆球面3焦点F的前方附近f，第二圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，光的导出孔K位于第二圆球面1与第一圆球面3光轴O-O′的相交点上。考虑到像差问题，所述的相交点选在第一圆球面3最近光源像点S′前方附近s′。为使大部分光能够传导出去，可适度加大光的导出孔K。若使两圆球面1和3相贯圆的半径R与第二圆球面1的半径r相等，则传导出的光会更加均匀，见图2b。
图2c所示的实施例与图2a不同的是，所述的第一圆球面3最近光源像点S′前方附近s′在曲面内反射腔体内。在这种情况下，在光的导出孔K处需采用光导装置5，光导装置5的入射端位于s′点。光导装置5可以采用光导棒、光纤等，本实施例用的是光导棒。
同样，图2a、b、c也可以看成是光源为线状、反射腔为两圆柱面相贯结构的原理示意图，在此不再赘述。
参看图3a，曲面内反射腔由抛物面4和圆球面1相贯构成的聚光装置，其点状光源S位于抛物面4焦点F的前方附近f，圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，光的导出孔K位于圆球面1与抛物面光轴O-O′的相交点上。考虑到像差问题，所述的相交点选在抛物面最近光源像点S′前方附近s′。为了使大部分光能够传导出去，可适度加大光的导出孔K。若使抛物面4和圆球面1相贯圆的半径R与圆球面1的半径r相等，则传导出去的光会更加均匀，见图3b。
图3c所示的实施例与图3a不同的是，所述的抛物面4最近光源像点S′前方附近s′在曲面内反射腔体内。在这种情况下，在光的导出孔K处需采用光导装置5，光导装置5的入射端位于s′点。光导装置可以采用光导棒、光纤等，本实施例用的是光导棒。
同样，图3a、b也可以看成是光源为线状、反射腔为圆柱面和抛物柱面相贯结构的原理示意图，在此不再赘述。
根据不同用途的需要，本发明的曲面内反射腔可采用金属、玻璃、石英等不同材质，反射面可涂镀金、水银、介质膜等不同反射膜。为了制造上方便，可以把腔体分为不同部分进行加工组装。本发明的技术方案既可以采用把各种成品灯具设置在曲面内反射腔中作为光源，也可以把聚光装置本身就做成一个灯具。
Claims (18)
1.一种聚光装置，其特征在于由椭球面2和圆球面1相贯构成一个曲面内反射腔，圆球面1的球心C、椭球面2的第一焦点F1和点状光源S位于同一点上，光的导出孔K位于圆球面1与椭球面2光轴O-O′的相交点上，所述的相交点与椭球面2的第二焦点F2为同一点。
2.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于所述的圆球面1和椭球面2相贯圆的半径R与圆球面1的半径r相等。
3.一种聚光装置，其特征在于由椭球面2和圆球面1相贯构成一个曲面内反射腔，圆球面1的球心C、椭球面2的第一焦点F1和点状光源S位于同一点上，设有光导装置5的光的导出孔K位于圆球面1与椭球面2光轴O-O′的相交点上，光导装置5的入射端位于腔体内椭球面2的第二焦点F2上。
4.一种聚光装置，其特征在于由两个圆球面1和3相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源S位于第一圆球面3焦点F的前方附近f，第二圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，光的导出孔K位于第二圆球面1与第一圆球面3光轴O-O′的相交点上，所述的相交点在第一圆球面3最近光源像点S′前方附近s′。
5.根据权利要求4所述的聚光装置，其特征在于所述的两圆球面1和3相贯圆的半径R与第二圆球面1的半径r相等。
6.一种聚光装置，其特征在于由两个圆球面1和3相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源S位于第一圆球面3焦点F的前方附近f，第二圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，设有光导装置5的光的导出孔K位于第二圆球面1与第一圆球面3光轴O-O′的相交点上，光导装置5的入射端位于腔体内第一球面3最近光源像点S′前方附近s′。
7.一种聚光装置，其特征在于由抛物面4和圆球面1相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源S位于抛物面4焦点F的前方附近f，圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，光的导出孔K位于圆球面1与抛物面4光轴O-O′的相交点上，所述的相交点在抛物面4最近光源像点S′前方附近s′。
8.根据权利要求7所述的聚光装置，其特征在于所述的抛物面4和圆球面1相贯圆的半径R与圆球面1的半径r相等。
9.一种聚光装置，其特征在于由抛物面4和圆球面1相贯构成一个曲面内反射腔，点状光源S位于抛物面4焦点F的前方附近f，圆球面1的球心C与点状光源S在同一点上，设有光导装置5的光的导出孔K位于圆球面1与抛物面4光轴O-O′的相交点上，光导装置5的入射端位于腔体内抛物面4最近光源像点S′前方附近s′。
10.一种聚光装置，其特征在于由椭圆柱面2和圆柱面1相贯构成一个曲面内反射腔，圆柱面1的心轴C、椭圆柱面2的第一焦轴F1和线状光源S位于同一条直线上，光的导出孔K位于圆柱面1与椭圆柱面2光轴面O-O′的相交线上，所述的相交线与椭圆柱面2的第二焦轴F2是同一条直线。
11.根据权利要求10所述的聚光装置，其特征在于所述的圆柱面1和椭圆柱面2两条相贯线的距离与圆柱面的圆直径相等。
12.一种聚光装置其特征在于由椭圆柱面2和圆柱面1相贯构成一个曲面内反射腔，圆柱面1的心轴C、椭圆柱面2的第一焦线F1和线状光源S位于同一条直线上，设有光导装置5的光的导出孔K位于圆柱面1与椭圆柱面2光轴面O-O′的相交线上，光导装置K的入射端位于腔体内椭圆柱面2的第二焦线F2上。
13.一种聚光装置，其特征在于由两个圆柱面1和3相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源S位于第一圆柱面3焦线F的前方附近f，第二圆柱面1的心轴C与线状光源S在同一条直线上，光的导出孔K位于第二圆柱面1与第一圆柱面3光轴面O-O′的相交线上，所述的相交线在第一圆柱面3最近光源像线S′前方附近s′。
14.根据权利要求13所述的聚光装置，其特征在于所述的两圆柱面1和3的两条相贯线的距离与第二圆柱面1的圆直径相等。
15.一种聚光装置，其特征在于由两个圆柱面1和3相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源S位于第一圆柱面3焦线F的前方附近f，第二圆柱面1的心轴C与线状光源S在同一条直线上，设有光导装置5的光的导出孔K位于第二圆柱面1与第一圆柱面3光轴面O-O′的相交线上，光导装置5的入射端位于腔体内第一圆柱面3最近光源像线S′前方附近s′。
16.一种聚光装置，其特征在于由抛物柱面4和圆球柱面1相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源S位于抛物柱面4焦线F的前方附近f，圆柱面1的心轴C与线状光源S在同一条直线上，光的导出孔K位于圆柱面1与抛物柱面4光轴面O-O′的相交线上，所述的相交线在抛物柱面4最近光源像线S′前方附近s′。
17.根据权利要求16所述的聚光装置，其特征在于所述的抛物柱面4和圆柱面1的两条相贯线的距离与圆柱面1的圆直径相等。
18.一种聚光装置，其特征在于由抛物柱面4和圆球柱面1相贯构成一个曲面内反射腔，线状光源S位于抛物柱面4焦线F的前方附近f，圆柱面1的心轴C与线状光源S在同一条直线上，设有光导装置5的光的导出孔K位于圆柱面1与抛物柱面4光轴面O-O′的相交线上，光导装置5的入射端位于腔体内抛物柱面4最近光源像线S′前方附近s′。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |