用於產生平行光並能消除燈後陰影效應的光源裝置的製作方法
2023-06-05 09:00:41
專利名稱：用於產生平行光並能消除燈後陰影效應的光源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個用於產生平行光的光源裝置，尤其涉及一個用於產生平行光並裝有目的在於消除燈後陰影效應的雙重反射鏡的光源裝置。
在使用橢圓反光鏡(反射鏡)產生平行光的常規技術中，由於燈泡本身投下的陰影，在平行光的中心軸周圍形成一個所不希望的相對低光強的小區域。當然還有直接從燈泡發出的光。不過，因為這個直光未經聚焦並且由於不是平行光而隨著行進距離減弱的緣故，它並不能補償在陰影區出現的光強的損失。
使用橢圓反光鏡產生平行光的常規技術示於
圖1。用於產生平行光的裝置包括光源1(例如金屬滷素燈)，在其焦點上置有光源1的橢圓反光鏡2，置於光源1的前方的光闌7以及透鏡6。畫有陰影線的區域8表示由燈泡1的陰影引起的光強減弱的區域。這裡，從位於橢圓反光鏡2的近焦發出的光經橢圓反光鏡2反射後，會聚到位於光闌7中小孔的反光鏡的遠焦點上，其後此光散開並藉助一個焦點也與光闌小孔相重合的透鏡6形成平行光(準直光)。
隨著對平行光的使用目的不同，陰影區8的減弱的光強可能成為致命的缺陷。因此，應當設法補償這一減弱的光強，而在補償此減弱光當中所考慮的幾個相關問題如下一個是在根據燈泡1的陰影即燈泡1的橫截面確定靠近燈泡1的一個反射鏡4的尺寸時確定另一個反射鏡3的尺寸的問題，一個是與此尺寸確定相關的燈泡1和反射鏡3之間的距離的問題，一個是由兩個反射鏡形成的焦點與橢圓反光鏡的焦點之間的一致性問題，以及一個穿過透鏡的全部光線藉助於透鏡的焦點與上述的一致焦點精確重合而平行行進的問題。
為解決上述問題，本發明的一個目的是提供一個使用橢圓反光鏡的光源裝置，其中雙重反射鏡被用來產生沒有燈泡陰影效應的平行光。
因此，為達到上述目的，根據本發明的一個實施方式提供的用於產生平行光的光源裝置包括一個橢圓反光鏡；一個位於橢圓反光鏡近焦點的光源；一個在其中心有一個小孔的第一反射鏡，用於把光源直接發出的光反射回光源方向；一個位於光源正前面的第二反射鏡，用於反射由第一反射鏡反射的光線並使這些光線通過第一反射鏡的小孔；以及一個平行校正透鏡，用於聚集已通過第一反射鏡的小孔的光線，形成平行光。
為達到上述目的，根據本發明的另一實施方式提供的另一個光源裝置包括一個橢圓反光鏡；一個置於橢圓反光鏡近焦點上的光源；一個偏置在光源和橢圓反光鏡的遠焦點之間的光軸一側的第一反射鏡；一個置於光源正前面的第二反射鏡，用於反射第一反射鏡反射的光線；以及一個平行校正透鏡，用於聚集來自橢圓反光鏡和第二反射鏡的光線，形成平行光。
本發明的上述目的和優點，通過參照附圖詳細敘述其可行的實施方式將變得更為明顯，在附圖中
圖1是一個視圖，說明使用橢圓反光鏡產生平行光的常規光源裝置；圖2是一個視圖，說明根據本發明產生平行光的光源裝置；圖3A和3B都是視圖，示出在橢圓反光鏡上安裝第二反射鏡的方法；圖4是一個視圖，說明第一和第二反射鏡之間的光學對應關係；以及圖5是一個視圖，說明本發明的另一個實施方式。
圖2示出根據本發明使用裝有雙重反射鏡的橢圓反光鏡產生平行光的一個方法。在這樣一個用於產生平行光的光源的裝置中，金屬滷素燈1位一橢圓反光鏡2的焦點上，由燈泡1發出的光，經橢圓反光鏡2反射後，行進到透鏡6並形成平行光。第一反射鏡3中心有一小孔供光線通往透鏡6，它把燈泡1射出的光線反射到第二反射鏡4上。第二反射鏡4位於燈泡1的前面，它聚集並把第一反射鏡3反射挑線反射到透鏡6，透鏡6收集所反射的光線形成平行光。
為要從上面提出的裝置得到滿意的結果，有一些條件需要滿足。
第一，橢圓反光鏡2反射的光線必須聚焦到透鏡6的焦點所在的同一點上，在該點周圍開出小孔5；即橢圓反光鏡2的遠焦點尖當與透鏡6的焦點重合。而且，第二反射鏡4反射的光線也必須聚焦在透鏡6的同一個焦點上。在附圖中，雖然第二反射鏡4表示為一個凸面鏡，但是如有必要，由於第二反射鏡4的焦點形成與第一反射鏡3相關，也可以使用凹面鏡。也就是說，調整第一反射鏡3的焦距，第二反射鏡4的焦距就能相應地改變。
第二，補償由燈泡1的陰影引起的光強損失的條件得重新考慮。除了光強不足之外，過量的光強也能成為問題，因而也必須準確決定和完全滿足這個條件。滿足這個條件靠兩個決定性參數一個是燈泡1與第一反射鏡3之間的距離，另一個是第一反射鏡3的有效面積，要以根據先決定燈泡與第一反射鏡之間的距離來確定有效面積，也可以使用相反的方法。這裡，考慮到其他相關因素，採取前一方法有好處。照明度與光源的發光強度成正比，而與距離的平方成反比。因而滿足條件的補償光強決定於燈泡1和橢圓反光鏡之間的距離以及燈泡的陰影面積。第一反射鏡3的面積可以用相關公式計算S1/d12＝S2/d22式中S和d1分別為燈泡1的陰影面積和燈泡1到橢圓反光鏡2的距離，S2和d2分別為第一反射鏡3的面積和燈泡1到第一反射鏡3的距離。當然，上述公式僅用作概念性的說明，並且僅對面積容易算出且距離一致的情形，即在理想條件下才能夠直接應用。
第三，第二反射鏡必須安裝得又精確又穩固，即鏡子的安裝必須把對光路徑的影響減到最小程度。同第一反射鏡一樣，第二反射鏡4的準確位置和方向必須維持穩定。如果第二反射鏡4的位置和方向扭轉一點點，在光束中就會形成一個光強不足或過量的區域，此區域在屏幕上引起一個所不希望的陰影圖像。使用3根或4根輻條把第二反射鏡4固定到橢圓反光鏡2上的方法如圖3的A和B所示。對於輻條來說，應優先用能夠耐燈泡高溫的穩定材料。一般，組成反光鏡骨架的材料都是經過選擇的，如像耐蝕耐高溫鎳基合金或鉻鎳鐵合金這樣的高級合金也可使用。而且，焊接是穩定可靠地固定輻條的最好方法，不過，如果因為幅條使用的材料與構成反光鏡骨架的材料不同，焊接方法有困難，或焊接變形影響到裝置的精度時，可以考慮用鉚釘連接。
第四，要考慮第一和第二反射鏡的協調性問題，在這裡，協調性是指光強的均勻形成和傳送，以及藉助使用兩個反射鏡而形成的焦點位於其正常位置。因而，這兩個反射鏡是相互相關設計的。毫無疑問，第一反射鏡3表面上的各點與燈泡1相隔同一距離是所希望的。因為通過會聚光線的孔開在第一反射鏡3上，可以當第一和第二反射鏡有一一對應關係時，就在第一反射鏡3的中心形成一個光強減弱區。由是，第一反射鏡3成了反射如圖4所示的光，並且這個發自第一反射鏡3的光重疊落到第二反射鏡4的上面。在圖4的或，用分量a，b，c和d表示由第一反射鏡3投出的光。同樣，在圖4的B，C，D和E中，投到第二反射鏡4的光分量也分別表示為a，b，c和d。為了拽明分量的方向，每個分量用箭頭表示。這樣一來，第一反射鏡3的兩個分量(例如分量a和c)就在第二反射鏡4上疊加。當然，這種疊加正是預想之中的，根據疊加建立起了光強。藉助這一光強，就解決了由第一反射鏡3的小孔引起光強減弱區的問題。
圖5示出根據本發明用於產生平行光的光源裝置的另一實施方式。這裡，第一反射鏡3a偏置在光源與所述橢圓反光鏡的遠焦點之間形成的光軸一側。在這一型式的裝置即第一反射鏡3a偏離光軸的裝置中，不需要在第一反射鏡的中心形成任何小孔，並且第一反射鏡3a可以安裝在第二反射鏡4與透鏡6之間形成的光軸的旁側。
採用這一實施方式涉及到燈泡1的截面積尺寸；也就是說，當上述截面積不大時，最好採用本實施方式。而且，在本實施方式中，由於第一反射鏡3a的支架或輻條容易安裝又不影響光的路徑，因此可以根據應用需要安裝多個第一反射鏡3a。
如上所述，通過按照本發明補償由燈包的陰影引起的光強損失，就能得到均勻的平行光束。這個平行光可以用作要求高度均勻平行光源的光學儀器的光源或其他部件。
權利要求
1.一個用於產生平行光的光源裝置，包括一個橢圓反光鏡；一個位於所述橢圓反光鏡的近焦點上的光源；一個在其中心有一小孔的第一反射鏡，用於把所述光源直接發出的光線反射回所述光源的方向；一個位於所述光源正前面的第二反射鏡，用於反射所述第一反射鏡反射的光線，並使這些光線通過所述第一反射鏡的小孔；以及一個平行校正透鏡，用於集聚已通過所述第一反射鏡的光線，形成平行光。
2.一個用於產生平行光的光源裝置，包括一個橢圓反光鏡；一個位於所述橢圓反光鏡的近焦點上的光源；一個偏置在所述光源與所述橢圓反光鏡之間的光軸一側的第一反射鏡；一個位於所述光源正前面的第二反射鏡，用於反射所述第一反射鏡反射的光線；以及一個平行校正透鏡，用於集聚來自所述橢圓反光鏡和所述第二反射鏡的光線，形成平行光。
全文摘要
一個用於產生平行光的光源裝置，配備著補償光源本身投出的陰影的雙重反射鏡，此裝置包括一個橢圓反光鏡，一個位於橢圓反光鏡近焦點上的光源，一個具有中心小孔的第一反射鏡，用於把光源發出的光線反射回光源方向，一個位於光源正前方的第二反射鏡，用於反射第一反射鏡反射的光線，並使這些光線通過第一反射鏡的小孔，以及一個平行校正透鏡，用於聚集已通過第一反射鏡的小孔的光線，形成平行光。
文檔編號F21S8/10GK1142586SQ95116209
公開日1997年2月12日 申請日期1995年9月4日 優先權日1994年10月28日
發明者金東河 申請人:三星電子株式會社