DE19532341A1

DE19532341A1 - Lichtquellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts mit zwei Spiegeln zur Beseitigung von Schatteneffekten einer Lampe

Info

Publication number: DE19532341A1
Application number: DE19532341A
Authority: DE
Inventors: Dong-Ha Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1996-05-02
Also published as: KR960015689A; CN1075620C; JP3487386B2; JPH08138426A; KR0135834B1; CN1142586A; US5695277A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtquellenvorrich tung zur Erzeugung parallelen Lichts und spezieller auf eine Lichtquellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts, die zwei Spiegel besitzt, um Schatteneffekte der Lampe zu besei tigen.

Bei der Erzeugung parallelen Lichts nach dem üblichen Stand der Technik, bei dem ein elliptischer Reflektor (Spiegel) verwendet wird, wird unerwünschterweise durch den Schattenwurf der Lampe selbst ein kleines Gebiet mit relativ geringer Lichtintensität um die zentrale Achse des parallelen Lichts herum geformt. Natürlich wird auch Licht direkt von der Lampe ausgestrahlt. Dieses Licht kann jedoch den Verlust der Lichtintensität im schattigen Gebiet nicht kompensieren, da das direkt ausgesandte Licht unfokusiert ist und mit der Entfernung schwächer wird, da es sich nicht um paralleles Licht handelt.

Die Erzeugung parallelen Lichts nach dem üblichen Stand der Technik, bei der ein elliptischer Reflektor verwendet wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts ist zusammengesetzt aus einer Lichtquelle l, wie beispielsweise einer Halogen-Metalldampflampe, einem elliptischen Reflektor 2, der eine Lichtquelle 1 in seinem Brennpunkt aufweist, einer Blende 7 vor der Lichtquelle 1 und einer Linse 6. Der schraffierte Abschnitt 8 zeigt ein Gebiet an, das eine verminderte Lichtintensität aufweist, was durch den Schatten der Lampe 1 verursacht wird. Hier wird das Licht von der Lampe 1, die nahe dem Brennpunkt des elliptischen Re flektors 2 angeordnet ist, durch den elliptischen Reflektor 2 reflektiert, um beim entfernten Brennpunkt des Reflektors, der sich in einer Öffnung der Blinde 7 befindet, zusammenzu treffen, hinter der das Licht auseinander läuft und durch die Linse 6, deren Brennpunkt auch mit der Öffnung zusammenfällt, in paralleles Licht gewandelt wird.

Die verminderte Lichtintensität des schraffierten Ab schnitts 8 kann sich je nach Verwendung des parallelen Lichts als verhängnisvoller Fehler herausstellen. Daher sollte die verminderte Lichtintensität kompensiert werden, wobei für die Kompensation der verminderten Lichtintensität einige damit verbundene Probleme zu betrachten sind: das Problem der Be stimmung der Größe des Spiegels 3, wenn die Größe des anderen Spiegels 4 nahe der Lampe 1 gemäß der Größe des Lampenschat tens, der ein Querschnittsgebiet der Lampe 1 darstellt, fest gelegt wird, das Problem der Entfernung zwischen Lampe 1 und Spiegel 3, das die Größenfestlegung betrifft, das Problem der Übereinstimmung zwischen dem Brennpunkt, der durch die beiden Spiegel bestimmt wird und dem Brennpunkt des elliptischen Re flektors und das Problem der parallelen Ausbreitung der gan zen Strahlen, die durch Linse 6 treten, indem der Brennpunkt der Linse in präziser Übereinstimmung mit den vorher erwähn ten übereinstimmenden Brennpunkten gebracht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zur Lösung der obigen Probleme besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Lichtquellenvorrichtung bereitzustellen, die einen elliptischen Reflektor verwendet, bei der zwei Spiegel vorgesehen sind zur Erzeugung parallelen Lichts ohne Schatteneffekte durch die Lampe.

Um die obige Aufgabe zu lösen, ist daher eine Lichtquel lenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die enthält: einen elliptischen Reflektor; eine Lichtquelle nahe dem Brennpunkt des elliptischen Reflektors; einen ersten Spiegel mit einer Öffnung in der Mitte zur Reflexion von Strahlen, die direkt von der Lichtquelle ausgesandt wurden, zurück zur Lichtquelle; einen zweiten Spiegel, der direkt vor der Lichtquelle angeordnet ist, zur Reflexion der Strahlen, die vom ersten Spiegel reflektiert wurden und zum Durchlassen der Strahlen durch die Öffnung des ersten Spiegels und eine Parallelrichtlinse zur Erzeugung parallelen Lichts durch die Fokusierung der Strahlen, die durch die Öffnung des ersten Spiegels gelangen.

Um die oben angegebene Aufgabe zu lösen, ist eine andere Lichtquellenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die folgendes umfaßt: einen elliptischen Reflektor; eine Lichtquelle am naheliegen den Brennpunkt des elliptischen Reflektors; einen ersten Spiegel, der entfernt von der optischen Achse zwischen der Lichtquelle und dem entfernten Brennpunkt des elliptischen Reflektors angeordnet ist; einen zweiten Spiegel direkt vor der Lichtquelle zur Reflexion der vom ersten Spiegel reflek tierten Strahlen und eine Parallelrichtlinse zur Bildung pa rallelen Lichts durch die Fokusierung der Strahlen, die vom elliptischen Reflektor und vom zweiten Spiegel kommen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht einer konventionellen Lichtquel lenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts unter Verwen dung eines elliptischen Reflektors.

Fig. 2 ist eine Ansicht einer Lichtquellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 3A und 3B sind Ansichten, die das Verfahren zur Installation eines zweiten Spiegels auf einem elliptischen Reflektor zeigen.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die die optische Beziehung zwi schen ersten und zweiten Spiegeln zeigt.

Fig. 5 ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung parallelen Lichts durch Verwendung eines elliptischen Reflektors, der gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Spiegeln ausgerü stet ist. In einer solchen Lichtquellenvorrichtung zur Erzeu gung parallelen Lichts befindet sich die Halogen-Metall dampflampe 1 am Brennpunkt des elliptischen Reflektors 2 und das Licht, das von der Lampe 1 ausgesendet wird, geht, nach dem es vom elliptischen Reflektor 2 reflektiert wurde, zur Linse 6, die paralleles Licht erzeugt. Ein erster Spiegel 3, der in seiner Mitte eine Öffnung 5 zum Durchlaß der Strahlen, die sich auf dem Weg zur Linse 6 befinden, aufweist, reflek tiert die Strahlen, die von der Lampe 1 zum zweiten Spiegel 4 ausgestrahlt werden. Der zweite Spiegel 4 ist vor der Lampe 1 angeordnet und konzentriert und reflektiert die Strahlen, die vom ersten Spiegel 3 reflektiert wurden, zur Linse 6 hin. Die Linse 6 sammelt die reflektierten Strahlen und erzeugt paral leles Licht.

Um mit der oben angegebenen Vorrichtung ein befriedigen des Ergebnis zu erhalten, müssen einige Bedingungen erfüllt werden.

Zuerst müssen sich die Strahlen, die vom elliptischen Reflektor 2 reflektiert wurden im Brennpunkt sammeln, der identisch ist mit dem Brennpunkt der Linse 6, die um die Öff nung 5 herum angeordnet ist; das heißt, der entfernte Brenn punkt des elliptischen Reflektors 2 sollte mit dem der Linse 6 zusammenfallen. Auch müssen sich die Strahlen, die vom zweiten Spiegel 4 reflektiert werden, im gleichen Brennpunkt der Linse 6 sammeln. Obwohl in den Zeichnungen der zweite Spiegel 4 als konvexer Spiegel dargestellt ist, kann bei Be darf auch ein konkaver Spiegel verwendet werden, um den Brennpunkt des zweiten Spiegels 4 im Verhältnis zum ersten Spiegel 3 auszubilden. Das heißt, um die Brennweite des er sten Spiegels 3 zu justieren, kann die des zweiten Spiegels 4 entsprechend verändert werden.

Als zweites muß die Bedingung für die Kompensation des durch den Schatten der Lampe 1 verursachten Verlusts der Lichtintensität überprüft werden. Neben der verminderten Lichtintensität kann auch eine zu große Lichtintensität ein Problem darstellen. Daher muß die Bedingung genau bestimmt und vollständig erfüllt werden. Die Bedingung wird durch zwei entscheidende Elemente erfüllt: eines davon ist die Entfer nung zwischen Lampe 1 und dem ersten Spiegel 3 und das andere ist die effektive Fläche des Spiegels 3. Die effektive Fläche kann in Abhängigkeit von der ersten Entscheidung über die Entfernung zwischen Lampe 1 und erstem Spiegel 3 bestimmt werden, wobei auch das umgekehrte Verfahren möglich ist. Im vorliegenden Fall ist unter Berücksichtigung der Beziehung der anderen Elemente das erste Verfahren nützlich. Die Be leuchtung steht im Verhältnis zur Leuchtintensität einer Lichtquelle und im inversen Verhältnis zum Quadrat der Ent fernung. Daher wird die Lichtintensität zur Kompensation, die die Bedingung erfüllt, bestimmt durch die Entfernung zwischen Lampe 1 und elliptischem Reflektor 2 und dem Gebiet des Lam penschattens bestimmt. Das Gebiet des ersten Spiegels 3 kann berechnet werden unter Verwendung der Formel:

S₁/d₁² = S₂/d₂².

Hier stellen S₁ und d₁ das Gebiet des Schattens der Lampe 1 beziehungsweise die Entfernung der Lampe 1 vom elliptischen Reflektor 2 dar. S₂ und d₂ stellen das Gebiet des ersten Spiegels 3 beziehungsweise die Entfernung der Lampe 1 vom er sten Spiegel 3 dar. Die oben angegebene Formel dient nur zur Erläuterung und kann nur in dem Fall direkt angewandt werden, bei dem das Gebiet leicht berechnet werden kann und die Ent fernung einheitlich ist, das heißt, unter idealen Bedingun gen.

Als drittes muß ein dritter Spiegel präzise und stabil montiert werden, da nämlich die Installation des Spiegels den Einfluß auf den Lichtpfad minimieren soll. Wie beim ersten Spiegel müssen auch beim zweiten Spiegel 4 die genaue Positi on und Ausrichtung stabil aufrecht erhalten werden. Wenn sich die Position und Ausrichtung des zweiten Spiegels 4 etwas verdreht, so bildet sich im Lichtstrahl ein Gebiet mit ver minderter oder erhöhter Lichtintensität, was ein Schirmbild mit unerwünschten Schatten ergibt. Wie in A und B der Fig. 3 gezeigt, gibt es ein Verfahren zur Befestigung des zweiten Spiegels 4 auf dem elliptischen Reflektor 2, das 3 oder 4 Speichen verwendet. Für die Speiche muß vorzugsweise ein sta biles Material, das die hohe Temperatur der Lampe aushält, verwendet werden. Im allgemeinen wird das Material gewählt, aus dem die Tragekonstruktion des Reflektors besteht, wobei auch eine Superlegierung wie Hastelloy oder Inconel verwendet werden kann. Obwohl man am besten ein Schweißverfahren zur sicheren und stabilen Befestigung der Speichen verwendet, kann auch, wenn ein Schweißverfahren nur schlecht angewandt werden kann, da sich das Material der Speiche vom Material der Tragekonstruktion des Reflektors unterscheidet oder wenn die durch das Schweißen bedingte Verformung die Genauigkeit der Vorrichtung beeinflußt, eine Verbindung durch Nieten in Betracht gezogen werden.

Als viertes ist das Problem der Übereinstimmung von er stem und zweitem Spiegel zu betrachten. Hier bedeutet Über einstimmung, daß eine einheitliche Lichtintensität ausgebil det und geliefert wird und daß der sich durch die Verwendung von zwei Spiegeln ergebende Brennpunkt in seiner regulären Position angeordnet ist. Daher werden die beiden Spiegel in Abhängigkeit voneinander ausgebildet. Zweifelsohne ist es wünschenswert, daß die Punkte auf der Oberfläche des ersten Spiegels 3 von der Lampe 1 alle gleichweit entfernt sind. Da im ersten Spiegel 3 eine Öffnung angeordnet ist, durch die die zusammenfallenden Strahlen hindurchgehen, wird, wenn der erste Spiegel identisch mit dem zweiten Spiegel ist, ein Ge biet verminderter Lichtintensität in der Mitte des ersten Spiegels 3 ausgebildet. Folglich ist der erste Spiegel 3 aus gebildet, um Licht, wie in Fig. 4 gezeigt, zu reflektieren, wobei das Licht des ersten Spiegels 3 überlappend auf den zweiten Spiegel 4 fällt. In A von Fig. 4 ist das Licht, das vom ersten Spiegel 3 projiziert wird, durch die Bestandteile a, b, c und d ausgedrückt. Auch in B, C, D und E von Fig. 4 sind die Lichtbestandteile, die zum zweiten Spiegel proji ziert werden, jeweils mit a, b, c und d ausgedrückt. Um die Richtung eines Bestandteils anzuzeigen, ist jeder Bestandteil mit einem Pfeil versehen. Folglich überlappen sich die beiden Bestandteile des ersten Spiegels 3, das heißt, a und c, auf dem zweiten Spiegel 4. Natürlich wird, wenn so eine Überlap pung beabsichtigt ist, die Lichtintensität unter Berücksich tigung der Überlappung festgelegt. Dadurch wird das Problem eines Gebietes mit verminderter Lichtintensität, verursacht durch die Öffnung des ersten Spiegels 3, gelöst.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Licht quellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts gemäß der Erfindung. Hierbei ist der erste Spiegel 3a mit einem Abstand zur optischen Achse zwischen der Lichtquelle und dem entfern ten Brennpunkt des elliptischen Reflektors angeordnet. Bei dieser Art der Vorrichtung, das heißt, wenn der erste Spiegel 3 in einer Entfernung von der optischen Achse angeordnet ist, muß in der Mitte des ersten Spiegels keine Öffnung ausgebil det werden und es kann der erste Spiegel 3 neben der zwischen dem zweiten Spiegel 4 und der Linse 6 ausgebildeten optischen Achse angeordnet werden.

Die Verwendung dieser Ausführungsform hängt ab von der Größe des Querschnittsbereichs von Lampe 1; das heißt, die Ausführungsform wird vorteilhafterweise dann verwendet, wenn das obige Querschnittsgebiet klein ist. Bei dieser Ausfüh rungsform können außerdem eine Vielzahl von ersten Spiegeln 3a abhängig von der Anwendung installiert werden, da Rahmen oder Speichen des ersten Spiegels 3 leicht ohne Beeinflussung des Lichtpfades installiert werden können.

Wie oben beschrieben, kann man durch die Kompensation des Verlusts der Lichtintensität, verursacht durch den Schat ten einer Lampe, mittels der vorliegenden Erfindung einen gleichförmigen parallelen Lichtstrahl erhalten. Das parallele Licht kann als Lichtquelle oder als sonstiges Element eines optischen Instruments verwendet werden, welches eine paral lele Lichtquelle mit hoher Gleichmäßigkeit erfordert.

Claims

1. Lichtquellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts mit:
einem elliptischen Reflektor;
einer Lichtquelle nahe des Brennpunkts des elliptischen Reflektors;
einem ersten Spiegel mit einer in der Mitte angeordneten Öffnung zur Reflexion von Strahlen, die direkt von der Lichtquelle ausgestrahlt wurden, zurück zur Lichtquelle;
einem zweiten Spiegel direkt vor der Lichtquelle zur Reflexion der vom ersten Spiegel reflektierten Strahlen und zum Durchlassen der Strahlen durch die Öffnung des ersten Spiegels; und
einer Parallelrichtlinse zur Formung parallelen Lichts durch die Fokusierung der durch die Öffnung des ersten Spie gels gelangenden Strahlen.

2. Lichtquellenvorrichtung zur Erzeugung parallelen Lichts mit:
einem elliptischen Reflektor;
einer Lichtquelle nahe des Brennpunkts des elliptischen Reflektors;
einem ersten Spiegel, der im Abstand von der optischen Achse zwischen der Lichtquelle und dem entfernten Brennpunkt des elliptischen Reflektors angeordnet ist;
einem zweiten Spiegel direkt vor der Lichtquelle zur Reflexion der vom ersten Spiegel reflektierten Lichtstrahlen; und
einer Parallelrichtlinse zur Formung parallelen Lichts durch Fokusierung der Strahlen, die vom elliptischen Reflek tor und vom zweiten Spiegel kommen.