CN1360672A - 用于柔光辐照的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于柔光辐照的装置,包括一个反射器(10)和一个电磁辐射源(12),上述反射器(10)具有一呈螺线形状的断面,而电磁辐射源(12)这样偏离轴线设置,以便保护光源免予直接观察。冷却通风孔(14)和冷却开口(16)提供辐射源的冲击式冷却,以便能有效的利用一高强度辐射源。外加一个或多个与反射器成流动连通的流体运动装置,可以进一步改善辐射源的冷却。在反射器表面上的光学反射涂层(20)或透射滤光片(32)使该装置能提供具有选择性带宽的辐射输出。可以用多个反射器组合,以便均匀地照明复杂的或大的表面。对这种具有脉冲式光源和连续光源二者的装置有许多特殊的用途。

Description

用于柔光辐照的装置

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种产生梯度变化的柔光辐照的装置，该装置采用的辐射源在一螺旋形反射器内偏偏离轴线线设置，上述螺旋形反射器完全封闭辐射源。本发明还涉及光学涂层与该装置在一起的使用，以使该装置能发射选择性的窄通带宽度的辐射。

2.现有技术说明

A.目前所用的准直器：目前所用的准直器，如加透镜的反射器和抛物面反射器，发射准直的、在空间上相干的电磁能。在这些准直器的孔径处，所有的电磁能在空间上是相干的。空间上相干的光将产生清晰的阴影。

B.反射器设计：以螺旋为基础的曲线已经用于能量的收集。例如，美国专利No.3,974,824，太阳能加热装置，公开了一种太阳能加热装置，该装置利用一个圆筒形反射器，该圆筒形反射器具有一个空间上延伸部分和一个抛物面式部分，用于将太阳能集中在一个轴向上设置的吸收器上，该吸收器装有待加热的流体。在这个装置中，进入的能量沿着螺旋的轴线集中。

此外，螺旋式反射器已用来照明墙壁，按照美国专利No.4,564,888，墙壁照射灯具。然而，这个装置的反射器只显露出在反射器内部使用灯泡，该反射器不完全封闭灯泡。

C.滤光片设计：普通滤光片常常吸收所希望的各波长中50-90％，以便消除光谱的不想要部分。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于柔光辐照的装置，该装置具有一个与电磁辐射源一起使用的螺旋形反射器，上述电磁辐射源这样设置，以便保护辐射源免予直接观察，并离开反射器任何焦轴安放；并使辐射源的输出经受至少一次反射，并且在没有空间准直情况下具有柔光或多角度式色散。

本发明的另一个目的是提供辐射源的冲击式冷却，以便能有效地利用高强度辐射源。

本发明的另一个目的是通过在反射器或透射滤光片的表面上采用光学反射涂层而提供有选择性的带宽输出。

本发明还有一个目的是将多个反射器相结合，以便均匀地照明复杂的或大的表面。

更具体地说，本发明针对在螺旋式弯曲的反射器内的电磁辐射线光源和点光源的偏离轴线定位，以便产生随距离而具有近似线性功率下降的梯度变化的柔光辐照。多个螺旋体的接合可以调到均匀辐照各复杂表面。与目前所用的准直器、如加透镜的反射器和抛物面反射器相比，从本发明的辐射源中所发射的辐射，在没有平行射线情况下，于孔径处在空间色散，同时产生一个柔光辐照图案。此外，本发明针对将光学反射涂层应用到螺旋式发生器的内表面上，以便从较宽带宽的光源中产生选择性的窄通带宽度辐射的发射。本发明的装置将对光疗法(辅助的反应和内生的反应二者)、制革、照相术、平板印刷术、电磁激活的化学反应、和热传送等领域有应用。在脉冲式光源和连续光源二者情况下，将对这个设计有特殊的用途。

本发明的范围内一些装置的例子在各附图中示出并在以后加以说明，但是应该理解，这些装置的附图或者说明都不代表作为本发明的限制，并且对该技术的技术人员来说，在看了此处所述的公开内容时，将会想到也在本发明范围之内的另一些装置。

时附图的简要说明

图1是本发明装置的透视图。

图2是图1装置的侧视图。

图3是图1装置的顶视图。

图4是沿着图3中线段4-4所作的剖视图。气流方向图用箭头示出。

图5是本发明的小室和反射器装置的前视图。气流方向图用箭头示出。

图6是沿着图5中线段6-6所作的剖视图。相对于左面反射器的气流方向图用箭头示出(相对于右面反射器的气流方向图略去)。

图7是用于本发明利用光学反射涂层的装置典型反射曲线。

图8与图4相同的侧面剖视图，该图示出一对跨越反射器内部开口偏置的透射滤光片。气流方向图用箭头示出。

图9也是与图4相同的侧面剖视图，该图示出跨越反射器开口的单块透视滤光片。

图10是本发明的装置可供选择的实施例透视图。气流方向图用箭头示出。

图11是本发明的装置另一个实施例透视图。气流方向图用箭头示出。

图12是本发明的装置另一个实施例透视图。

对优选实施例的说明

如图1所示，本发明的一种优选装置包括一个螺旋形反射器10和一个电磁辐射源12。该装置通过辐射源12的偏偏离轴线线设置，产生梯度变化的柔光辐照，上述辐射源12这样完全封闭在螺旋形反射器10的内部，以使该装置只发出反射的辐射。换句话说，螺旋形反射器10这样完全封闭辐射源12，以使辐射源12不能直接从反射器10的外部看到。因此，从该装置发射的所有辐射都至少反射一次，同时产生所发射辐射的强度更直线下降。

应该理解，一种光源，如灯泡或者灯管，是一种电磁辐射源，该电磁辐射源发射具有在至少一部分可见光谱区内波长的辐射。由于本发明的装置在可见光谱区之外的波长处可以用，所以在此处将把光源当作一种电磁辐射源。

螺旋形是在平面中一个点以距圆心单调增加或减少的距离，绕一固定圆心运动的轨迹。一个阿基米德螺线，具有一通用极坐标方程r＝aθ，并且从坐标轴系的原点开始，是用于优选实施例螺旋形设计的基础。

光学系统的焦轴是形成对称轴的诸点轨迹，平行的入射射线会聚于该对称轴上或者它们似乎是从该对称轴发散。

辐射源12在上述螺旋形反射器10内脱离坐标轴或任何焦轴(“偏离轴线”)的设置，将产生梯度变化的柔光辐照。图2示出用于优选实施例的辐射源典型偏偏离轴线线设置。

此外，环状螺旋形反射器的鹦鹉螺形螺旋和渐开线与如上所述的辐射源12偏偏离轴线线设置一起使用，将产生梯度变化的柔光辐照输出。

在图1和4中还示出，在辐射源12，典型地是一种管状灯附近的螺旋形反射器通风，为了提供辐射源12的冲击式空气冷却，部分地由冷却通风孔14，和在侧面封闭件18中的冷却开口16提供。辐射源12的偏偏离轴线线设置可供这种冷却方法使用。

应该理解，此处提到的空气冷却等同于用任何物质冷却，并且流体冷却可以和空气冷却互换。

如图5和6中所示，在优选实施例中的冲击式空气冷却通过小室22而变得更方便，上述小室22具有若干进气孔28、出气孔30、并由基本上透明的窗26密封，另外还有鼓风机24。鼓风机24用来穿过出气孔30将空气抽出小室22，同时在反射器10的辐射出射孔径和透明窗26之间产生一个较低压力区。因此，空气通过进气孔28吸入小室，穿过冷却通风孔14和冷却开口16进入反射器，越过并包围辐射源12，并穿过反射器10的辐射出射孔径出来。反射器10的螺旋形状和辐射源12的偏偏离轴线线设置有助于提高该方案的冷却效率，因为上述气流围绕辐射源12产生湍流。这种设计允许用各种高强度辐射源在完全封闭的反射器10内使用。

还应理解，至此各图中所示的鼓风机24规定为一般表示造成一种流体，如空气，运动的机械装置。这类装置在该技术中是众所周知的，并且确切的装置类型对本发明的范围来说不是关键。

图6还示出两种螺旋形反射器的优选布局—利用每个反射器相对的梯度变化照明图案，来产生一个均匀的表面照明。此外，优选实施例可供将多对反射器堆垛，来提供实际上是任何尺寸或形状的表面照明。

在图4中还示出，优选实施例螺旋形反射器10的内表面具有一个光学反射涂层20，该光学反射涂层20只有效地反射选定的波长。因为从装置发射出来的大部分辐射在出射之前反射许多次，所以该装置将发射具有清晰轮廓的辐射带。光学反射涂层常常是95-99％在所希望的带宽范围内反射，而不到10％是在别处反射。因此，多次反射将有效地消除不希望要的带宽，而同时保护了所希望要的带宽。图7示出用于优选实施例的典型反射曲线。

另外，借助于从装置中发出的选定的波长，基本上透明的窗26可以通过设计具有对某些波长的辐射进行过滤的特性。

本发明利用选定的透射滤光片的可供选择的实施例在图8-11中示出。

图8示出一对跨过反射器10内部开口交错排列的透射滤光片，以使来自辐射源12的辐射将被滤光，而冷却空气可以继续绕辐射源12流动。

图9示出图8的滤光片设计一种可供选择的型式，其中利用整块透射滤光片32跨越反射器10的内部开口。这种设计允许使用一种减小尺寸的透射滤光片32。

图10和11还示出本发明的另一个实施例，其中透明窗26直接跨越反射器10的辐射出射孔径安放。另外，基本上透明的窗26可以故意地对某种波长的辐射具有滤光特性。

图10所示的实施例利用一个鼓风机24来将空气推入侧面封闭件18的冷却开口16。特别是，冷却通风孔14从这个实施例中除去，同时迫使空气经由冷却开口16进入直到经由沿着反射器10外边缘切开的孔径34排出。

图11示出图10的实施例外加一第二鼓风机25，该第二鼓风机25位于孔径34处，以便将冷却空气拉出反射器10。因此，通过推和拉(推—拉)空气穿过反射器10达到更高的冷却效率。

该装置的一个附加效率是，几乎所有由辐射源12发射的光都被从辐射源12的下面、后面和周围收集，并在一向前方向而不是向后方向上反射到辐射源12中。因此，较低的初始辐射量必需达到所希望的输出水平，同时减少了能耗和不希望有的热量。

装置可以利用脉冲式辐射源和连续辐射源二者。这种装置发出的脉冲式电磁辐照度在照射生物组织时和在起动光化学反应时，具有一些特别优于连续光的优点。这些优点包括以下方面：*  脉冲式辐照度可用来激活许多对治疗皮肤病如银屑病，维生素D的形成，及其它光激发式反应等很重要的内生的和外生的光化学反应。*  脉冲式辐照度可用来更深的穿透高强度电磁能。当有一个与阈值有关的光化学反应时，这将使反应能在表面内部更深处发生。能量以微微秒到毫秒的间隔释放。*  脉冲式辐照度可以在几分之一秒内调节。*  较高的峰值功率可用于以前未知的光化学反应。*  转变成热的脉冲能可以在各脉冲之间消耗掉。*  在电磁辐射对准目标的吸收大于周围组织的情况下，产生脉冲将增加该区域的相对加热。例如，黑色头发毛囊在产生脉冲期间将有选择地受热，同时将不想要的头发破坏，而使周围组织较少不舒服。

装置的优选实施例利用脉冲式氙闪光灯管作为辐射源12。氙灯管被认为足够连续使用许多年，并且过了好多年都提供稳定的输出。装置的脉冲式氙灯实施例提供极为可靠的剂量测定法。

本发明利用多个辐射源36的另一个实施例在图12中示出。这个实施例可供利用不同波长的光源36，亦即，用于在反射器10辐射出射孔处混合光的色调和温度的单色光。

应该理解，上述各例不是作为本发明的限制，而对本领域的技术人员来说，在看了此处所述的公开内容时，将会想到也在本发明范围内的另一些配置。

Claims (20)

1.一种用于柔光辐照的装置，包括：

一个具有呈螺旋形状断面辐射出射孔的反射器；和

一个电磁辐射源，该电磁辐射源这样偏离轴线设置，以便保护辐射源免予直接观察。

2.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，上述反射器螺旋形断面形状沿着它的长度保持固定不变，并且还包括闭合上述反射器侧向开口的侧面封闭件。

3.如权利要求2所述的用于柔光辐照的装置，还包括在上述侧面封闭件中的冷却开口。

4.如权利要求3所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个第一流体运动装置，该第一流体运动装置与上述反射器成流体连通，用于形成一种流经上述反射器的流体。

5.如权利要求4所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个第二流体运动装置，该第二流体运动装置也与上述反射器及同上述第一流体运动装置协同工作的开口成流体连通，以便形成上述反射器的推拉式通风。

6.如权利要求3所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个沿着上述反射器的冷却通风孔。

7.如权利要求6所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个流体运动装置，该流体运动装置与上述反射器成流动连通，用于形成一种流经上述反射器的流体。

8.如权利要求7所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个封闭上述反射器的小室，和一个基本上透明的窗，上述小室具有一个进气孔和一个出气孔，该进气孔和出气孔与上述流体运动装置成流动连通，而基本上是透明的窗在上述辐射出射孔径的前面。

9.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个在上述反射器内表面上的光学反射涂层，用于选择性的透射特定的辐射波长。

10.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，还包括一个透射滤光片，用于选择性的透射特定的辐射波长。

11.如权利要求10所述的用于柔光辐照的装置，上述透射滤光片设置在上述反射器的内部开口处。

12.如权利要求10所述的用于柔光辐照的装置，上述透射滤光片包括多个偏置的滤光片，这些滤光片以间隔开的关系设置在上述反射器的内部开口处。

13.如权利要求2所述的用于柔光辐照的装置，上述电磁辐射源是管形形状并且显著地延伸反射器的长度。

14.如权利要求13所述的用于柔光辐照的装置，上述管状电磁辐射源是氙闪光灯。

15.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，还包括至少一个附加的电磁辐射源，该附加的电磁辐射源也这样偏离轴线设置，以便保护附加的辐射源免予直接观察。

16.如权利要求15所述的用于柔光辐照的装置，上述电磁辐射源和附加的电磁辐射源发射不同波长的辐射。

17.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，上述反射器具有一呈阿基米德螺线形状的断面。

18.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，上述反射器具有一呈鹦鹉螺形螺线形状的断面。

19.如权利要求1所述的用于柔光辐照的装置，上述反射器具有一呈环形螺线渐开线形状的断面。

20.一种柔光式辐照的组件，包括：

多个反射器和电磁辐射源，上述多个反射器具有呈螺线形状的断面，而电磁辐射源这样偏离轴线设置，以便保护辐射源免予直接观察；

上述各反射器互补式排列，以便均匀地照射一个复杂的表面。

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