CN1321849A - 点抛物面反光灯 - Google Patents

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L·斯基尔斯基
E·J·科林斯
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Abstract

反光灯(10)具有前抛物面部分(58)和可以为抛物面、椭圆或球形形状的后凹形部分(60)。例如卤素灯灯丝之类的光源(24)与反射器(LA)的轴轴向对准并在前面部分和后面部分的焦点处对中。对抛物面的前面部分刻槽,以便从其反射的光以光束形式平滑地传播,并使中心热点最小。未刻槽的后面部分将从其反射的光导向预定的射束孔径角内,致使发射在预定射束孔径角外的浪费光较少。

Description

点抛物面反光灯
本发明涉及灯领域。更具体地说，本发明涉及用于反射器点抛物面反光灯(reflector spot PAR reflector 1amp)并将特别参照该反光灯进行描述的反射器。应该理解，本发明还可用于使用各种光源的反射灯。
本发明的反光灯特别适用于例如头灯之类的点光源照明。典型反光灯的实例包括通用电器公司的PAR 30、PAR 38和PAR 64灯。PAR是普遍接收的“抛物面铝反射器(parabolic aluminum reflector)”的首字母缩略词。其它可商业购买的反光灯也可受益于本发明的方案。美国专利Re.30832、3010045、4021659、4804878、4833576、4855634、4959583和5199878描述了反光灯及其制造方法。美国专利4420800披露了具有共焦球面和抛物面形状部分的反射器。美国专利4494176披露了刻有抛物面反射器表面的PAR灯。灯丝在抛物面部分的焦点处而不在反射器的较小的邻近颈部的部分，于是，因在射束孔径角外反射而导致浪费的光。美国专利5199787描述了具有弯曲的径向凹槽(flutes)的反射器透镜。图1表示会聚抛物面反射器A。图2表示刻有凹槽的抛物面反射器B。
现有已经发现，在反射器顶部上的凹槽在射束孔径角内扩散灯丝图象方面是有用的，而在反射器底部(或颈部区域)的凹槽产生不希望的较大扩散。
对于良好的点反光灯来说，期望尽量多地具有以距灯轴0-5°的光束发射的光。在6-10°范围内发射的光基本上被浪费掉。可是，在中心(大约0-1°)的太多的光也是不希望的，它导致不均匀的光分布和烧坏。
本发明提供一种克服了上述问题等的新的改进的反光灯。
按照本发明的一个方案，提供一种反光灯。该灯包括其形状一般为抛物面并具有焦点和通过该焦点的轴的第一反射部分。多个凹槽占据了第一反射部分的大部分。第二反射部分具有未刻槽的凹形和与第一反射部分的焦点重合的焦点。第二反射部分与第一反射部分相连接。光源与第一反射部分的轴轴向对准并大致在第一反射部分的焦点和第二反射部分的焦点处对中。
按照本发明的另一个方案，提供一种形成光束的方法，其中该光的大部分在距通过光束的轴5°角的范围内，并且基本上没有中心热点(hot spot)。该方法包括在第一和第二反射表面的焦点处提供光源。第一反射表面具有多个凹槽。第二反射表面没有凹槽。该方法还包括从第一反射表面反射从光源发射的光的第一部分，凹槽使光分布以使热点最小，并且从第二反射表面反射从光源发射的光的第二部分，没有凹槽的第二反射表面反射主要在距通过光束的轴为5°角范围内的光。
本发明的一个优点在于在约5度的预定射束孔径角内发射光。
本发明的另一个优点在于提供具有最小化热点效应的平滑光束。
在阅读和理解优选实施例的下列详细说明的基础上，本领域的普通技术人员将明了本发明的其它优点。
图1是现有技术抛物面反射器的透视图；
图2是现有技术具有刻槽的抛物面反射器的透视图；
图3是按照本发明的具有刻槽的抛物面部分的反射器的透视图；
图4是装有图3的反射器的灯的侧剖面图，示出由刻槽部分和未刻槽部分反射的光；
图5是图3的反射器的扩大的正视图，示出凹槽的位置；和
图6是烛光与相对于反射器轴的射束孔径角(0°是中心，沿反射器轴)的关系曲线。
图7是光由图1中的反射器外壳的未刻槽前端部分反射而照射的目标的原理图，由该部分所形成的图象重叠，而使得热点在中央。
图8是光由图1中的反射器外壳的未刻槽后端部分反射而照射的目标的原理图，由该部分所形成的图象靠近灯丝，部分地落在目标之外。
图9是光由图2中的反射器外壳的有刻槽前端部分反射而照射的目标的原理图，灯丝图象更均匀，使得光照射更均匀。
图10是光由图2中的反射器外壳的有刻槽后端部分反射而照射的目标的原理图，由于灯丝图象被偏转的更远离中心，该部分的凹槽使得更多的光落在目标区域之外。
详细说明用附图展示的发明的本优选实施例。尽管结合优选实施例来说明本发明，但应该理解，本发明并不限于该实施例。相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明实质和范围内的所有变形、变更和等效方案。
下面参照图3和4，灯10包括成形的反射器C，该反射器C包括具有银、铝或其它适当材料以便反射光的内反射涂层14的壳体12。该壳体可由模制或吹制玻璃、塑料或其它适当材料制成。
反射器壳体12包括在反射器壳体前面限定开口20的第一端部或边缘16。使透镜22与该边缘匹配联接。设置例如灯丝之类的光源24，使其最长的尺寸沿灯LA的轴放置。透镜22对所有光是透明的，或可以包括滤光器，以吸收/反射由光源24发射的光。事实上，正如现有技术所公知的那样，透镜22可以被设计来满足灯的特殊要求。
反射器壳体12的颈部或第二端部26包括装有引线34和36的两个通道30和32，引线34和36将灯连接到外电源(未示出)。引线34和36与箔40和42电连接，箔40和42还与引线44和46电连接。以这种方式，对光源24供电。如图4所示，灯丝支架48与引线44电连接，灯丝24与引线46电连接。如果希望，封壳52可包围光源。应该认识到，可使用包括白炽灯、弧光灯、卤素灯等灯的各种光源。显然，灯丝24的纵轴LA位于反射器壳体12的轴LA上。反射器壳体12的凹形的被涂覆的反射部分56包括与透镜相邻的前面部分58，和与前面部分连接并且带有颈部26的后面部分60。前面部分58一般是抛物面结构并在其内表面上刻槽。后面部分60是光滑的反射部分，尽管也可使用球面或抛物面部分60，但最好为椭圆形状。前面部分和后面部分在周边区域62处连接。最好在前面部分和后面部分之间提供平滑的过渡部分(即，在与周边区域相邻的后面部分处的切线与在相邻的前面部分处的切线相同)。
灯丝24或其它光源的尺寸既不是无穷大也不是无穷小，最好在抛物面的刻槽部分58与椭圆、球形或抛物面形状的未刻槽部分60的焦点处对中。以这种方式，刻槽部分和未刻槽部分在与灯的轴大致平行的方向上反射来自灯丝的光。光通过透镜并按光束从灯射出，发射光的大部分在约5°的射束孔径角(beam angle)内。光在射束孔径角内较均匀，没有在中心的明显的热点。
如图4所示，未刻槽的部分60从颈部沿灯轴LA投影出距离n，刻槽部分58沿灯轴从未刻槽部分到透镜投影出距离f。比值f∶n最好在从1∶3到2∶3的范围内选取，约为2∶1更好(***这并不落在已公开的范围内)。这样，大部分从光源24发射的光优选地被刻槽的前面部分反射，仅仅小部分光被未刻槽的后面部分所反射。
还参照图5，刻槽部分58包括围绕刻槽部分内表面排列的大量凹槽64。凹槽最好覆盖刻槽部分内表面的全部或大部分。凹槽最好与轴LA对准，尽管它们可能稍稍形成角度但不会过度地危及光输出。对于四又二分之一英寸(11-12cm)直径的反射器壳体来说，有约12到144个凹槽64较好，有约48-96个凹槽更好，有约72个凹槽最好。在优选实施例中，各凹槽包括两个在边缘74相接的大致平的表面70、72。如果需要，表面之一的长度1大于另一个表面的长度，从而这两个表面以稍稍不同的角度反射光，以改进光束的均匀性。
下面参照图6，图6示出相对于使用图1、2和3中的反射器A、B和C的三种灯来说的光强与距轴LA的角度之关系曲线。反射器C具有椭圆形的后面部分60和约为2∶1比率的f∶n之比。根据实际的几何图形使用计算机算法计算这三种反射器形状的曲线。由实际灯所获得的数据与计算机产生的曲线一致。
如图6所示，烛光分布曲线表明，曲线A在中心有高的值，表示有不期望的热点。在期望的射束孔径角范围(约0-5°)内强度迅速降低，如曲线A的陡坡所示。可是，在大角度(约7°以上)，光强仍然较高。由于该光击不中目标，因而该光基本上被浪费掉。
对于反射器B来说，热点效应低于反射器A的情况，但因接近颈部刻槽的负作用，其以大角度射出的浪费的光甚至更多。
在反射器C的最佳实施例中，使不期望的热点效应最小并使对准目标(在0-5°之间)的光强最大。浪费的光强(在约6°-10°之间)最少。如果用光通量来测量，那么可以更充分地展示反射器C的有益效果。
已参照优选实施例说明了本发明。显然，在阅读和理解前述详细说明的基础上，其他人可以进行改变和修改。本发明被构成为可包括所有的这些改变和修改，只要它们落入所附权利要求或其等效范围内。

Claims (13)

1．一种反光灯，包括：
第一反射部分，其形状一般为抛物面并具有焦点和通过该焦点的轴，多个凹槽占据了第一反射部分的大部分；
第二反射部分，具有未刻槽的凹形形状和与第一反射部分的焦点重合的焦点，所述第二反射部分与所述第一反射部分相连接；
与第一反射部分的轴轴向对准并大致在第一反射部分的焦点和第二反射部分的焦点处对中的光源。
2．如权利要求1的灯，还包括位于第一反射部分入口的透镜。
3．如权利要求1的灯，其中第一反射部分沿轴投影出距离f，第二反射部分沿轴延伸距离n，并且比值f∶n在约1∶3与2∶3之间。
4．如权利要求3的灯，其中比值f∶n约为2∶1。
5．如权利要求1的灯，其中有12到144个凹槽。
6．如权利要求5的灯，其中有48到96个凹槽。
7．如权利要求6的灯，其中有约72个凹槽。
8．如权利要求1的灯，其中在第一反射部分与第二反射部分之间有平滑的过渡区域。
9．如权利要求1的灯，其中第二反射部分是抛物面、球形和椭圆形中的一个。
10．如权利要求9的灯，其中第二反射部分是椭圆形。
11．如权利要求1的灯，其中光源是卤素气体光源。
12．一种形成光束的方法，其中该光的大部分在距通过光束的轴5°角的范围内，并且基本上没有中心热点，该方法包括：
在第一和第二反射表面的焦点处提供光源，第一反射表面具有多个凹槽，第二反射表面没有凹槽；
从第一反射表面反射从光源发射的光的第一部分，凹槽使光分布以使热点最小；
从第二反射表面反射从光源发射的光的第二部分，没有刻槽的第二反射表面反射主要在距通过光束的轴为5°角的范围内的光。
13．如权利要求12的方法，其中第一部分的光的光强大于第二部分的光的光强。
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