CN2570824Y - 一种多曲面反射光源 - Google Patents

Abstract

一种多曲面反射光源，属于光学仪器的光源设计领域，尤其涉及投影仪器中的光源设计。本实用新型解决了现有投影仪器中光源照明不均匀的问题，公开了一种多曲面反射光源，包含一个点光源和反射器件，其特征在于所述的反射器件至少含有2个反射曲面，所述反射器件的反射曲面的焦点重合并与所述点光源位于同一处，反射器件的反射曲面可以均为抛物面、也可均为椭球面，亦可均为球面。本实用新型能够均匀照明、光强分布较好，可广泛应用于需要均匀照明的光学仪器中。

Description

一种多曲面反射光源

技术领域

一种多曲面反射光源属于光学仪器的光源设计领域，尤其涉及投影仪器中的光源设计。

背景技术

光源的性能决定了光学仪器显示的质量。投影仪中照明系统的作用是将光源发出的光通量尽可能多的聚集到投影物镜中去，并均匀照明被投影物体。照明方式有以下两大类：(1)临界照明：要求光源本身均匀，多用于投影面积比较小的情况，例如电影放映机等；(2)柯勒照明：多用于大面积投影仪中，例如幻灯机和放大机等。

现有投影仪器中的光源一般有两种形式：

一、用无反射器件直接照明；

二、光源中含有反射器件，反射器件只有一个抛物面作为反射面。

由于实际上一个点光源在各方向发光强度不同，且不同的光源的光强分布函数不同，所以光源照明存在一定的不均匀性。即使如上述第二种形式所述，光源中的反射器件使用一个抛物面作为反射面，这样出射的平行光投射到屏上仍然存在中间亮、边缘暗的情况，如果中心和边缘的亮度对比过大，将会大大影响投影的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有投影仪器中光源照明不均匀的问题，提供一种能够均匀照明、光强分布较好的多曲面反射光源。

本实用新型公开了一种多曲面反射光源，包含一个点光源和反射器件，其特征在于所述的反射器件至少含有2个反射曲面，所述反射器件的反射曲面的焦点重合并与所述点光源位于同一处。

此多曲面反射光源的反射器件的反射曲面可以均为抛物面，也可以均为椭球面，还可以均为球面。

实验证明，本实用新型达到了预期的目的。

附图说明

图1为本实用新型的外形示意图。

图2为一个点光源S照明情形的示意光路图，其中照明方式为柯勒照明。

图3为在图2所示照明情形的基础上增加一个点光源S’，即两个点光源照明情形的示意光路图。

图4为假定的点光源在各方向上的发光强度的分布图。

图5为一个点光源的情形下屏上的光照度分布图。

图6为两个点光源的情形下屏上的光照度分布图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的多曲面反射光源，包含点光源1，反射器件2。反射器件2的反射曲面为两个相交抛物面，且两抛物面的焦点重合。点光源1摆放在两抛物面的焦点处。

点光源1发出的发散光线经反射器件2的反射，将原光线转变为相当于从两个点光源发出的两束有一定夹角的平行光线，这样做可以提高光源照明的均匀性，且光强分布较好。

以下是提高光源照明的均匀性的理论论证：

为了简化计算，假设光源为点光源，透镜为薄透镜。

1.光源向各方向均匀辐射的光通量相等

则该光源各个方向上的平均发光强度为常数，设为I₀

①一个点光源S的情形，如图2所示，薄透镜3的中心为点光源S的像，为了计算方便，后面计算所用的点光源即为点光源在薄透镜3上的像：

由光照度公式推导出屏4上光照度： $E_{\mathrm{\θ}}=\frac{I_0}{l^2}{\cos }^3\mathrm{\θ}$

E_θ——屏4上与光轴夹角为θ处的光照度

θ——面元的法线和照射光束方向的夹角(由三角形的关系可以推出θ也是照射光线与光轴的夹角)

l——薄透镜3到屏4的距离

I₀——光源各个方向上的平均发光强度

②两个点光源的情形，如图3所示，两个点光源对称位于光轴的两侧：

由光照度公式推导出屏上的光照度为： $E_{\mathrm{\θ}}=\frac{I_0}{l^2}{\cos }^3\mathrm{\α}+\frac{I_0}{l^2}{\cos }^3\mathrm{\β}$

其中 $\mathrm{tg\α}=\frac{\mathrm{ltg\θ}-h}{l},\mathrm{tg\β}=\frac{\mathrm{ltg\θ}+h}{l}$

h——薄透镜3上，点光源的像到透镜中心的距离

若取θ为±37°，得：

一个点光源时：E_θ/E₀≈0.5，两个点光源时：E_θ/E₀≈0.72

E₀——屏4中心(即θ＝0)处的光照度，

结论：改为两个点光源后，投射屏幕上的边缘光照度与中心光照度的对比上升。

2.点光源在不同方向辐射的光通量不等

由于实际上一个光源在各方向发光强度不同，且不同的光源的光强分布函数不同，可假定如下的一个函数为光源在各方向上的发光强度分布：

I_i＝I_Ncos²i

i——各方向角

I_N——方向角为90度处的发光强度

I_i——方向角为i处的发光强度

其分布图如图4所示。

仍由光照度的公式推导，得出在投影屏幕上的光照度分布如下：一个点光源的情形，在屏上光照度的分布如图5所示，两条直线即为屏幕的边缘处，边缘处与中心的光照度比约为0.32；两个点光源的情形，在屏上光照度的分布如图6所示，两条直线即为屏幕的边缘处，边缘处与中心的光照度比约为1/1.2＝0.83。

由以上推导可以得出，若增加点光源的个数，可以提高光源照明的均匀性，且结构并不复杂。同理，增加光源中反射器件的反射曲面的个数，也就是相当于增加点光源的个数，亦可达到提高光源照明的均匀性的目的。

对光源和反射器件性能的要求可以根据不同场合的需要采用不同的规格。光源可采用一般的灯泡或灯丝，对于较高要求的光学仪器可采用性能较优的超高压汞灯。多曲面反射光源的反射器件可采用一般玻璃，但需要镀膜使其达到透红外光和紫外光、反射可见光的要求。

此多曲面反射光源的反射器件的反射曲面可以均为抛物面，也可以均为椭球面，还可以均为球面。

当然，反射器件中采用其他形式的非规则的反射曲面仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种多曲面反射光源，包含一个点光源和反射器件，其特征在于所述的反射器件至少含有2个反射曲面，所述反射器件的反射曲面的焦点重合并与所述点光源位于同一处。

2.根据权利要求1所述的多曲面反射光源，其特征在于所述反射器件的反射曲面均为抛物面。

3.根据权利要求1所述的多曲面反射光源，其特征在于所述反射器件的反射曲面均为椭球面。

4.根据权利要求1所述的多曲面反射光源，其特征在于所述反射器件的反射曲面均为球面。

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