專利名稱：使用白熾燈的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用白熾燈的照明系統(tǒng)。
相關(guān)技術(shù)的描述共軸反射系統(tǒng)，如橢圓和拋物面反射系統(tǒng)，經(jīng)常使用在如纖維光學(xué)照明器，大屏幕顯示的投影設(shè)備和投影監(jiān)控器中。這些共軸反射系統(tǒng)可以用于使來自發(fā)射源的電磁輻射耦合到小目標(biāo)。然而，共軸反射系統(tǒng)可以不同的角度和不同數(shù)量來放大由發(fā)射源放射出的電磁輻射。放大程度的差別隨光源的尺寸加大而加劇。對于共軸系統(tǒng)，理想的光源是點光源。
在這樣的系統(tǒng)中，經(jīng)常采用弧光燈作為電磁輻射源，而不是采用如白熾燈，因為弧光燈足夠小，接近點光源?；」鉄舯劝谉霟粜?，是因為，如白熾燈內(nèi)的鎢絲通常比可與其比較的短弧光燈的弧光長。如果白熾燈用于共軸反射系統(tǒng)，那么燈絲的圖像會隨不同角度的輻射光，具有不同的放大，結(jié)果是一個模糊的大點。因此，白熾燈在將光耦合成小目標(biāo)方面效率很差。然而，白熾燈通常比弧光燈便宜、壽命更長。因此，僅當(dāng)效率不是問題時，在共軸反射系統(tǒng)中一般采用白熾燈。在效率不是問題的應(yīng)用中，可以采用白熾燈，如大瓦數(shù)的燈。
因此，需要一種耦合系統(tǒng)，能將電磁輻射由一白熾燈高效率地耦合成一小目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明包括一種使用白熾燈的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個白熾燈，一個有第一和第二焦點的反射器，該白熾燈設(shè)于接近反射器的第一焦點處，以反射由反射器反射出來的電磁輻射的輻射光線，并使其基本上都會聚第二焦點，其中由白熾燈發(fā)射的一部分電磁輻射直接射到反射器上，一部分電磁輻射沒有直接射到該反射器上，其中該系統(tǒng)還包括一個附加反射器，設(shè)置該附加反射器以將至少部分沒有直接射到反射器上的電磁輻射部分通過反射器的第一焦點反射到該反射器。
另一方面，本發(fā)明包括一種照明方法，包括以下步驟在一反射器的第一焦點處設(shè)置一白熾燈，由該白熾燈產(chǎn)生輻射光線，由該反射器將一部分上述輻射光線反射到第二反射器的第二焦點，使上述輻射光線會聚到該反射器的第二焦點，將沒有直接射到該反射器的輻射光線中的至少一部分通過該反射器的第一焦點反射到該反射器；設(shè)置一出射光管，其具有一入射表面和一出射表面，則該入射表面基本上接近第二焦點，收集入射表面的輻射光線，將這些輻射光線傳輸通過出射光管，輻射光線由出射光管的出射表面射出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第八實施例的照明系統(tǒng)的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第九實施例的照明系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
使用白熾燈的照明系統(tǒng)100的第一實施例如圖1所示，白熾燈102可設(shè)置在接近反射器104的第一焦點106處，該反射器具有第一焦點106和第二焦點108。白熾燈102可以是鎢絲白熾燈。白熾燈102發(fā)射出電磁輻射光線110。一些電磁輻射光線110由反射器104反射并基本上會聚到第二焦點108。
盡管一些由白熾燈發(fā)射的電磁輻射光線110直接射到反射器104上，但仍有部分電磁輻射光線112沒有直接射到反射器104上。照明系統(tǒng)100還包括一個附加反射器114，設(shè)置該反射器用以將沒有直接射到反射器104上的電磁輻射光線112中的至少一部分通過第一焦點106射向反射器104。然而，由于白熾燈102的燈絲已經(jīng)占據(jù)了第一焦點106的位置，因此基本上白熾燈102的燈絲阻礙了電磁輻射光線112。因此白熾燈102的燈絲將吸收一些電磁輻射光線112。被白熾燈102的燈絲吸收的那部分電磁輻射光線112會加熱白熾燈102的燈絲，使其溫度升高。更高的溫度將導(dǎo)致光線射出量增加，增加量可能為30％。
附加反射器114可能是，如，一個球形回射器，設(shè)置在白熾燈102與反射器104相對的一側(cè)，以將從白熾燈102發(fā)射出的電磁輻射光線112通過第一焦點106反射向反射器104。在第二實施例中，如圖2所示，附加反射器114可以是一拋物面反射器154和平面鏡156結(jié)合而成。在進一步的可選實施例中，可以采用一個全圓周的拋物面反射器。
在一實施例中，反射器104具有一涂層116，基本上僅反射電磁輻射110光譜中的預(yù)定部分118。預(yù)定部分118可能是，例如，可見光輻射光線，紫外線，紅外線，預(yù)定波長頻帶的輻射光線，或一具有特定顏色的輻射光線。
在第三實施例中，如圖3所示，照明系統(tǒng)100包括一個濾波器148，基本上設(shè)置在電磁輻射光線110的路線上。濾波器148具有一涂層150，基本上僅反射電磁輻射110光譜中的預(yù)定部分152。在一可選實施例中，涂層150基本上僅反射電磁輻射110光譜中的預(yù)定部分152。在另一實施例中，預(yù)定部分152可以是，例如，可見光輻射光線，紫外線，紅外線，預(yù)定波長頻帶的輻射光線，或一具有特定顏色的輻射光線。
在一優(yōu)選實施例中，濾波器148將紫外線和紅外線反射回第一焦點106，同時將可見光輻射光線傳送至第二焦點108。如果可見光被發(fā)射進入一輸出裝置，而紫外線或紅外線沒有進入，則會是上述這種情況。因此，被濾波器148反射的紅外線和紫外線能被再次聚焦到白熾燈102的燈絲上，進一步對該燈絲加熱以產(chǎn)生更多的光。因此，更多的紅外線和紫外線被限制在反射器104內(nèi)部，用于加熱白熾燈102的燈絲，從而提高系統(tǒng)100的效率。因此，否則可能被浪費的紫外線和紅外線被再利用。在另一可選實施例中，濾波器148的一半是一反射器，而另一半設(shè)有涂層，例如，涂層150。
在一優(yōu)選實施例中，照明系統(tǒng)100包括一出射光管120，其具有一入射表面122和出射表面124。入射表面122位于接近第二焦點108的位置處，以充分收集所有輻射光線110。輻射光線110通過出射光管120，并且基本由出射表面124射出。出射光管120可以是由下列材料制成，例如，石英，玻璃，塑料，或丙烯酸。出射光管120可以是，例如，一個均質(zhì)器，一個錐形光管，或一直光管。出射光管120具有一個可以是，例如矩形，圓形，三角形，梯形，菱形，五邊形，六邊形，或八邊形的橫截面。
在第四實施例中，如圖4所示，照明系統(tǒng)100可以還包括一個纖維光學(xué)器件126，其基本上可以被自出射光管120的出射表面124出射的輻射光線110照亮，然后纖維光學(xué)器件126釋放收集到的輻射光線110，以提供在預(yù)定位置128的照明。
在第五實施例中，如圖5所示，照明系統(tǒng)100可以還包括一個聚光鏡130，基本上設(shè)置在出射光管120的出射表面124附近。一個圖像投影系統(tǒng)132，基本上設(shè)置在聚光鏡120的射出側(cè)134附近，釋放由聚光鏡130收集和會聚的輻射光線110以顯示一圖像136。
在第六實施例中，如圖6所示，照明系統(tǒng)100包括一波導(dǎo)146，其基本上設(shè)置在輸出表面124的附近。波導(dǎo)146可以是一個單芯光纖，一個光纖束，一個熔合的光纖束，一個多棱桿或一中空的反射光管。波導(dǎo)146進一步還可以是一個圓形波導(dǎo)，一棱柱波導(dǎo)，一棱錐波導(dǎo)或其組合。波導(dǎo)146可以由例如石英、玻璃、塑料或丙烯酸的材料制成。
在第七實施例中，如圖7所示，照明系統(tǒng)100的反射器104包括一個具有一第一光軸140的第一反射器138和一具有第二光軸144的第二反射器142。第二反射器142基本上可以與第一反射器138對稱設(shè)置，以便第一、第二光軸140、144基本上在同一條直線上。此實施例中，第一焦點106可以是第一反射器138的一個焦點，第二焦點108可以是第二反射器的142的一個焦點。
在一個實施例中，第一和第二反射器138、142每個都可以是，例如，一個基本上旋轉(zhuǎn)曲面的至少一部分。在另一個實施例中，第一、第二反射器138、142每個都可以是，例如，一個基本上旋轉(zhuǎn)球面的至少一部分。
在一個可選實施例中，如圖7所示的第一反射器138包括一個基本上旋轉(zhuǎn)橢圓面的至少一部分，而第二反射器142包括一個基本上旋轉(zhuǎn)雙曲面的至少一部分。在其另一個可選實施例中，第一反射器138包括一個基本上旋轉(zhuǎn)雙曲面的至少一部分，而第二反射器142包括一個基本上旋轉(zhuǎn)橢圓面的至少一部分。這些變化的優(yōu)點可顯示于一些系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中，一些因素可能要求兩種反射器的形狀不同，或需要補償燈罩，或目標(biāo)可能較大，不必按1∶1成像。
在第八實施例中，如圖8所示，第一和第二反射器138e、142e每個都可以是，例如，一個基本上旋轉(zhuǎn)橢圓面的至少一部分。圖8示出了照明系統(tǒng)100e的一個實施例，采用具有基本上共線的光軸140e、144e的兩個半周橢圓鏡138e和142e。
白熾燈102的燈絲可以設(shè)置在橢圓反射器138e的焦點106e。球反射器114e可提供向后反射。球濾波器148e可這樣設(shè)置，濾波器148e的曲率中心158與兩個橢圓反射器138e、142e共有的焦點160重合。入射到濾波器148e上的紅外線和紫外線將沿同樣的路徑反射回到白熾燈102的燈絲上。
在一實施例中，橢圓反射器138e、142e基本上具有相同的形狀。在其他實施例中，橢圓反射器138e、142e可以，例如具有不同的橢圓率，以便投影的圖像可能接近1∶1。
在進一步的實施例中，出射光管120的入射表面122可以設(shè)置在第二橢圓反射器142e的第二焦點108e處，以收集電磁輻射光線110并將其數(shù)值孔徑(numerical apertureNA)轉(zhuǎn)換成，例如，較低的數(shù)值孔徑。
在第九實施例中，如圖9所示，第一和第二反射器138p、142p每個可以是，例如是一個基本上回轉(zhuǎn)拋物面的至少一部分。由拋物面反射器138p收集的輻射光線110平行進入拋物面反射器142p。拋物面反射器142p基本上可以對稱地設(shè)置在與拋物面反射器138p相對的位置，這樣在拋物面反射器138p的第一焦點106處形成白熾燈102的燈絲的對所有角度的光線都具有單位放大率的影像，并保持燈絲的亮度。
在第十實施例中，照明方法包括下列步驟在一反射器104的第一焦點106處設(shè)置一白熾燈102，由該白熾燈102產(chǎn)生輻射光線110，由該反射器104將一部分上述輻射光線110反射到第二反射器104的第二焦點108，使上述輻射光線110會聚到該反射器104的第二焦點108，將沒有直接射到該反射器104的輻射光線110中的至少一部分通過該反射器104的第一焦點106反射到該反射器104，設(shè)置一出射光管120，其具有一入射表面122和一出射表面124，則該入射表面122基本上接近第二焦點108，收集在入射表面110的輻射光線，將這些輻射光線110傳輸通過出射光管120，輻射光線110由出射光管120的出射表面124射出。
盡管本發(fā)明已詳細描述如上，但本發(fā)明并不限于描述的實施例。顯然，熟悉此技藝的人士可以在不脫離本發(fā)明精神下利用所述的實施例并對其進行修飾。
權(quán)利要求
1.一種使用白熾燈的照明系統(tǒng)，包括白熾燈；反射器，具有第一焦點和第二焦點；該白熾燈設(shè)置在所述反射器的第一焦點附近，其發(fā)射出電磁輻射光線，該電磁輻射光線由該反射器反射并基本上會聚在該第二焦點；其特征在于，由該白熾燈發(fā)射的電磁輻射光線的一部分直接射到該反射器且一部分沒有直接射到該反射器，其中所述系統(tǒng)還包括一個附加反射器，以使至少部分沒有直接射到該反射器的電磁輻射光線通過該反射器的第一焦點反射向該反射器。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述附加反射器包括球形回射器，設(shè)在該白熾燈的與該反射器相對的一側(cè)，以將該白熾燈沿遠離該反射器的方向發(fā)射出的電磁輻射光線通過該反射器的第一焦點反射至該反射器。
3.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述附加反射器包括一個拋物面回射器和一個平面反射器；該拋物面回射器設(shè)在該白熾燈的與該反射器相對的一側(cè)，以將該白熾燈沿遠離該反射器的方向發(fā)射出的電磁輻射光線反射至所述平面反射器，這樣所述電磁輻射光線可以被該平面反射器反射至所述拋物面回射器，并通過該反射器的第一焦點。
4.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述白熾燈包括鎢絲白熾燈。
5.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述反射器具有一涂層，基本上僅反射該電磁輻射光線譜的預(yù)定部分。
6.如權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定部分選自一個組中，該組包括可見光輻射光線，紫外線，紅外線，具有預(yù)定波長頻帶的輻射光線，和具有特定顏色的輻射光線。
7.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，還包括一個出射光管，其具有一入射表面和一出射表面；所述入射表面設(shè)置在該第二焦點附近，基本上用于收集所有的所述輻射光線；及其中所述出射表面基本上傳送所有的輻射光線。
8.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述出射光管由選自包括石英、玻璃、塑料或丙烯酸的組中的材料制成。
9.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述出射光管選自一個組，該組包括一個均質(zhì)器，一個錐形光管，和一直光管。
10.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述出射光管具有一個橫截面，所述橫截面選自包括下列形狀的組中矩形，圓形，三角形，梯形，菱形，五邊形，六邊形和八邊形。
11.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個纖維光學(xué)器件，該纖維光學(xué)器件基本上被在所述出射光管的出射表面?zhèn)魉偷妮椛涔饩€照亮，該纖維光學(xué)器件將收集和聚集的輻射光線釋放出來，提供在一預(yù)定位置的照明。
12.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括聚光鏡，基本上設(shè)在所述出射光管的出射表面附近；一個圖像投影系統(tǒng)，基本上設(shè)置在所述聚光鏡的出射側(cè)附近；一圖像，被由所述出射光管的出射表面?zhèn)魉偷妮椛涔饩€照亮，該投影系統(tǒng)釋放收集和聚集的輻射光線從而顯示該圖像。
13.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述反射器包括具有第一光軸的第一反射器和具有第二光軸的第二反射器；所述第二反射器基本上與該第一反射器對稱設(shè)置，這樣該第一光軸和第二光軸基本上在同一條直線上；和其中該第一焦點是該第一反射器的焦點，該第二焦點是該第二反射器的焦點。
14.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上是回轉(zhuǎn)橢圓面的一部分。
15.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上為旋轉(zhuǎn)曲面的一部分。
16.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上為回轉(zhuǎn)球面的一部分。
17.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上為回轉(zhuǎn)拋物面的一部分。
18.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于所述第一反射器至少包括基本上為回轉(zhuǎn)橢圓面的一部分；和所述第二反射器至少包括基本上為回轉(zhuǎn)雙曲面的一部分。
19.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于所述第一反射器至少包括基本上為回轉(zhuǎn)雙曲面的一部分；和所述第二反射器至少包括基本上為回轉(zhuǎn)橢圓面的一部分。
20.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個波導(dǎo)元件，實質(zhì)設(shè)在所述出射表面附近，所述波導(dǎo)元件選自一個組中，該組包括一單芯光纖，一光纖束，一熔合的光纖束，一多棱桿，和一中空的反射光管。
21.如權(quán)利要求20所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)元件選自由圓形波導(dǎo)、棱柱波導(dǎo)、棱錐波導(dǎo)和其組合組成的組。
22.如權(quán)利要求20所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)元件的材料選自石英、玻璃、塑料或丙烯酸組成的組。
23.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個濾波器，基本上設(shè)在所述電磁輻射光線的路徑中。
24.如權(quán)利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器具有一涂層，該涂層基本上僅反射電磁輻射光線光譜的預(yù)定部分。
25.如權(quán)利要求24所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定部分選自由下列光線構(gòu)成的組可見光線，紫外線，紅外線，具有預(yù)定波長頻帶的光線，和具有特定顏色的光線。
26.如權(quán)利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器具有一涂層，該涂層基本上僅傳輸電磁輻射光線光譜的預(yù)定部分。
27.如權(quán)利要求24所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定部分選自包括下列光線構(gòu)成的組可見光線，紫外線，紅外線，具有預(yù)定波長頻帶的光線，和具有特定顏色的輻射光線。
28.一種照明方法，包括下列步驟在一反射器的第一焦點處設(shè)置一白熾燈；由該白熾燈產(chǎn)生輻射光線；由該反射器將一部分上述輻射光線反射到第二焦點；使上述輻射光線會聚到該第二焦點；將沒有直接射到該反射器的輻射光線中的至少一部分通過該反射器的第一焦點反射到該反射器；設(shè)置一出射光管，其具有一入射表面和一出射表面，則該入射表面基本上接近第二焦點；收集位于入射表面的輻射光線；將上述輻射光線傳輸通過該出射光管；將輻射光線由出射光管的出射表面射出。
29.如權(quán)利要求28所述的照明方法，其特征在于，所述反射器包括第一反射器和第二反射器；其中所述第一焦點是第一反射器的一個焦點；和]所述第二焦點是第二反射器的一個焦點。
30.如權(quán)利要求29所述的照明方法，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上為回轉(zhuǎn)拋物面的一部分。
31.如權(quán)利要求29所述的照明方法，其特征在于，該第一和第二反射器至少包括一基本上為回轉(zhuǎn)橢圓面的一部分。
32.如權(quán)利要求29所述的照明方法，其特征在于所述第一反射器包括基本上為回轉(zhuǎn)橢圓面的至少一部分；和所述第二反射器包括基本上為回轉(zhuǎn)雙曲面的至少一部分。
33.如權(quán)利要求29所述的照明方法，其特征在于所述第一反射器包括基本上為回轉(zhuǎn)雙曲面的至少一部分；和所述第二反射器包括基本上為回轉(zhuǎn)橢圓面的至少一部分。
全文摘要
一種使用白熾燈的照明系統(tǒng)，包括一個白熾燈(102)，一個有第一和第二焦點的反射器(104)，該白熾燈(102)設(shè)于接近該反射器(104)的第一焦點(106)處以發(fā)射出電磁輻射光線，該電磁輻射光線由該反射器反射，并基本上會聚在該第二焦點(108)，其中由白熾燈(102)發(fā)射的一部分電磁輻射直接射到反射器(104)上，一部分電磁輻射沒有直接射到該反射器上，其中該系統(tǒng)還包括一個附加反射器，設(shè)置該附加反射器以將至少部分沒有直接射到反射器上的電磁輻射通過反射器的第一焦點(106)反射到該反射器(104)上。
文檔編號F21V7/06GK1491366SQ02805106
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月21日
發(fā)明者肯尼思·K·李, 肯尼思 K 李 申請人:威維恩有限公司