CN1013701B - 照明装置 - Google Patents

Abstract

所提供的一种照明装置，绕反射镜(1)的光轴环形地布置有多个N光源(2)。通过提供相对于光源对称布置的中央镜面柱(10)，提高了这种装置的效率及其使用寿命。镜面柱(10)具有DN对称性，它将由光源发出的光线沿偏离光源本身的方向反射，从而减少了反射而回到光源上的光量，以及减少了它们的热负荷。

Description

本发明涉及一种照明装置，尤其是涉及一种产生强光束的照明装置。

由于光源本身产生的热量的结果，照明装置的光输出量通常是受到光源上的热负荷所限制的;当光源的输出量增加时，主要是由于置于其上的非常高的热负荷，这样会使光源的使用寿命缩短。本发明提供了一种照明装置，对于该装置的一定输出量，光源的寿命可以延长。

在电影和电视机的照明中，由于产生若干个阴影的数个照明装置会给出不逼真的效果，所以希望提供一种产生单一，限定阴影的照明装置。单一阴影可由单一光源或灯泡而产生，可是单一光源产生的光束的强度是受到光源在用以产生强光束所必需的高温下的热负荷所限制的。

本发明的目的是要提供一种照明装置，这种照明装置克服了或基本上改进了上述缺点。

本申请所公开的一种照明装置包括一凹面反射镜，围绕凹面反射镜中央光轴隔一定间距地配置于该凹面反射镜前面的想象圆环上的多个（N个）光源，以及一个位于由各光源所组成的圆环内的中央镜面体，该镜面体的外表面是由布置成使得镜面体具有D_N对称性的若干部分组成的。各光源是相对于相应的部分而设置的。镜面体包括多个伸入所述圆环各光源之间的第一尖峰，使各光源与相邻光源隔离开来。

如果一镜面体具有D_N对称性，这是指它有N个镜对称平面，这些平面之间通常有360°/N角。

本发明有益地提供了一种仿效单一光源的照明装置，尽管它是由 若干个光源组成的，但它只产生单一的阴影，由于采用若干个光源的结果，这种照明装置能产生强光束。

参照附图，通过例子现在就描述本发明的一种最佳形式，其中：

图1a和1b是本发明装置的一个实施例的局部剖视图和顶视图，以及

图2是图1所示装置的详细顶视图。

先参照图1a和1b，图中配置有一个任何理想凹形（例如抛物面）的、用任何抛光、耐热，反光材料（例如不锈钢、钛或铝）制成的反射镜1。六个等离子体光源2对称地布置在围绕抛物面反光镜的光轴1′的一个想象圆环上。这六个光源位于靠近抛物面反射镜的焦点3的一个平面内。反射镜内还配置有一个中央镜面柱10，这个中央镜面柱10也是用不锈钢、钛或铝制成的，并且是由六部分所组成的，其中之一示于图1b中的线6，6之间。每一部分有两个相交于尖峰8的曲面4、5（如图1b中的横截面所观察到的那样）。每个光源2是相对于这些尖峰的其中之一而设置的。相邻的部分相交于伸入光源2所在的圆环内的尖峰9。曲面4，5的形状具有这样的形状，即是使它们不会把光反射回光源2上。这些形状下文会更详尽地描述。图1中所示的中央镜面10具有六个等间隔的镜对称平面。三个穿过相对的尖峰9，三个穿过相对的尖峰8，镜面柱因而具有D₆对称性。

借助于伸入诸光源2所在圆环的尖峰9，据此形成邻近光源之间的热屏蔽，而减低光源的热负荷。由于这种热屏蔽的结果，对于具有相同体积的照明装置来说，就可以在相同的热负荷下采用较大的总光输出的光源。同时照明装置的光效率也获得了改善。

中央镜面柱10是空心的，它有一条中心通道12，空气可以穿过中心通道12吹入，以冷却镜面柱10。

图2详细地表示图1的镜面柱的两个半部分。镜面柱2的状形是以下列方式得到的：玻璃球，即等离子体光源的灯泡2具有一个相对于相 象平面6的对称镜象2′，而下一个光源球就放在象2′的位置上（图2）。镜4，5的表面必须放置在离开光源2，2′一定距离处，这段距离是由光源玻璃球的直径和照射在镜面上的光源输出强度所决定的;这是因为辐照输出的其中一小部分总是被镜面所吸收，而使镜面变热。对于某种镜面材料，这样产生的温度是建造照明装置的一个绝对限制因数，由于如果温度太高，镜面会熔化或变质。虽然铝可以用于低强度的用途，但是镜面柱最好是用不锈钢或钛制成的。

已经发现，图2中所示镜面4，5的几何形状能提供最低的热负荷;可是这种外形不能被描述为一简单的可数学限定的形状的其中一部分（亦即是它不能由任何单一的函数所给出）。该形状是由延伸于平面6和6′之间的各段曲线构成的;每条曲线有一个拐点7。这些曲线的形状可以这样的方式经数学计算达到最佳值而使从等离子体光源发射的辐照尽可能小的量由中央镜面10反射后而回到等离子体光源。使用图1或图2的照明装置，只有总发射量的3-4%被反射而回到光源。这就保护光源不致过热，而且具有使所用的中央镜面柱不会过热及其反射性能不会劣化的效果。在实验过程中，曾经试图使镜面柱的表面至少部分漫反射，发现在这种情况下，伴随效率的略为减低，照明装置的光分布获得了改善。

同时还试验了具有可由其它“乘方”公式例如抛物线或高次幂曲线的渐伸线或圆柱面所描述的表面的中央镜面柱。发现当中央镜面柱的形状对称时，中央镜面柱和辐射等离子体上出现最小的热负荷，这种布置还给出了最大的光发射。在最佳热状态下，照明装置的效率提高了30%，到达目标物体上的光通量增高了15%。因此利用一种经验方法，发现采用中央镜面柱显著地提高了照明装置的效率，而同时减少了光源上的附加热负荷。从实验中已经搞清楚：中央镜面柱的最佳好处可用一种布置而获得，其中镜面柱的各部分可以这样一种方法得出，即是（线6和6′ 之间的）半部分在想象平面6上得到反射，然后再在一新的想象平面6′上得到反射，直到平面上的一系列反射沿着光源的节圆（pitch    circle）精确地到达起始位置。

反射作用或想象镜平面的数量最好正好为光源数的两倍;当有偶数个光源时，因为每个镜对称平面包含两个想象平面6和6′（结合图2所述），这种镜面就有N个镜对称平面。这种对称叫做D_N对称（其中N是光源数），在结晶学和原子场理论的领域中，这是一种众所周知的对称形式。这种镜面可以包含多于N个镜对称平面，但是要体会到，这些镜面同样具有D_N对称。

从一个三相电源（虽然任何其它的相移电源可以代替使用）向照明装置的光源2输入交变电流;每一相连接两个光源（通常彼此相对布置的那两个），这样，在整个照明装置内由于交变电流引起的各个灯的闪烁现象就几乎看不出来，因为当一对灯发出较低强度的光时（即在其周期的最低强度时），其它四个光源正发出强度接近它们的最大值的光，这样，这些灯的闪烁就趋于抵消。在本发明的照明装置中可以配置任何数量的光源，只是这个数量最好是交流电源相数的倍数，例如对于三相电源来说，可以配置三个，六个，九个等数量的光源。

中央镜面柱10沿偏离光源的方向反射光线，所以该反射光线不会提高光源的温度，因而它们有较长的使用寿命。因为对于一定的光输出，本发明装置上的热负荷比以前的装置低，镜面不会很快变质，从而导致整个装置以及尤其是光源的使用寿命得以增长。此外照明装置的生产成本也较低。

图1中所示的照明装置价廉、具有高的输出功率和低的热负荷，并能产生均匀和无闪烁的光线。利用镜面柱10使照明装置的效率提高了大约15%。

Claims (8)

1、一种照明装置，其特征在于包括：一个凹面反射镜，N个绕该凹面反射镜的中央光轴以一定间距环形地配置在该凹面反射镜前面想象圆环上的光源，以及一个位于该光源组成的圆环内的中央镜面体，该镜面体的外表面是由布置成使得该镜面体具有D_N对称性的若干部分组成的，诸光源是相对于相应的部分而设置的，所述中央镜面体包括多个伸入所述圆环的各光源之间的第一尖峰，用以使各光源与相邻光源隔离开来。

2、根据权利要求1的照明装置，其特征在于，各部分是由至少两个在第二尖峰处相交的弯曲表面所组成的，各光源是相对于相应部分的第二尖峰而设置的。

3、一种根据权利要求1至2任一项的照明装置，其特征在于：该中央镜面体的该反射面是部分漫反射的。

4、一种根据权利要求1至2任一项的照明装置，其特征在于：该反射镜的该凹面具有一旋转体的形状。

5、一种根据权利要求3的照明装置，其特征在于：该反射镜的该凹面具有一旋转体的形状。

6、一种根据权利要求4的照明装置，其特征在于：该反射镜为一抛物面。

7、一种根据权利要求5的照明装置，其特征在于：该反射镜为一抛物面。

8、一种根据权利要求1的照明装置，其特征在于，所述各第一尖峰被配置成使得各光源位于相邻的光源看不见的地方。

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