專利名稱：帶有聚焦輸出的反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射器，并且特別涉及帶有聚焦輸出的反射器。
背景技術(shù)：
如現(xiàn)有技術(shù)圖1所示，平面拋物線反射器將例如沿著拋物面的光束的波聚焦。然而，沿著垂直于拋物面的平面的強(qiáng)度剖面是固定的，并且在具體應(yīng)用中其通用性不足。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述背景，本發(fā)明的目的是提供另一種反射器，該反射器帶有聚焦輸出。因此，本發(fā)明在一方面是一種反射器，該反射器包括參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分。多個非參考拋物線部分的焦距由參考拋物線部分的焦距確定。在本發(fā)明的示意實施例中，多個非參考拋物線部分的焦距是從參考拋物線部分的焦點(diǎn)到多個非參考拋物線部分的中心軸線上的垂直投影距離。在另一個示意實施例中，參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分的焦距以常數(shù)縮放。在又一個實施例中，反射器包括凹面部分和凸面部分。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，公開了一種設(shè)計反射器的方法。所述方法包括確定所述反射器的參考拋物線部分的焦點(diǎn)和焦距的步驟，以及設(shè)計所述反射器在參考平面處的參考線的步驟。然后，所述方法提供了在所述參考線上的每個點(diǎn)處的非參考拋物線部分以及非參考拋物線部分的焦距，該焦距為從參考拋物線部分的焦點(diǎn)到非參考拋物線部分中心軸線上的垂直投影距離。在本發(fā)明的另一方面，公開了利用本發(fā)明照明源的障礙燈。障礙燈包括多個照明源，每個照明源包括光源和光反射器。光反射器包括參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分，由參考拋物線部分的焦距確定多個非參考拋物線部分的焦距。圍繞障礙燈的周緣均勻地設(shè)置多個照明源。本發(fā)明具有多個優(yōu)點(diǎn)。一個優(yōu)點(diǎn)是照明源在一個維度上將從光源發(fā)射出的光束聚焦為一個束發(fā)散，而不會在另一維度上限制束發(fā)散。如此，可以自由設(shè)計束發(fā)散從而滿足任何特定應(yīng)用的任何設(shè)計要求。此外，增加了照明源的效率，因為通過光反射器將更多的光導(dǎo)向了所期望的方向。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中平面拋物線反射器的立體視圖。圖2a是根據(jù)本發(fā)明實施例的反射器的立體視圖。
圖2b是圖2a中的反射器沿著參考平面的橫剖面視圖。圖2c是圖2a中的反射器沿著參考拋物線部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。圖2d是圖2a中的反射器沿著非參考拋物線部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。圖3a是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的、具有沿著參考平面的分段參考線的反射器的橫剖面視圖。圖3b是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的、具有參考線的反射器的橫剖面視圖，其中參考線包括沿著參考平面的曲線和直線的組合。圖3c是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的、具有沿著參考平面的不連續(xù)參考線的反射器的橫剖面視圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、沿著參考平面的反射器的橫剖面視圖，其中，所述反射器在參考平面處是凹面弧。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的、圖4中的反射器沿著非參考拋物線部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的反射器沿著參考平面的橫剖面視圖，其中，所述反射器在參考平面處是凹面弧。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的反射器沿著參考平面的橫剖面視圖，其中，反射器在參考平面處是凸面弧。圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的、圖7中的反射器沿著非參考拋物線部分的橫剖面?zhèn)纫晥D。圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的反射器的立體圖的計算機(jī)生成圖形，其中，反射器在參考平面處是凹面弧。圖10是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的反射器的立體圖的計算機(jī)生成圖形，其中，反射器在參考平面處是凹面弧。圖11是顯示在圖10中的實施例的一部分的放大視圖。圖12是障礙燈中根據(jù)本發(fā)明的照明源布置的俯視圖。
具體實施例方式雖然此處參考特定應(yīng)用的示意性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用此處提供的教導(dǎo)而領(lǐng)會到在本發(fā)明范圍內(nèi)的其他修改、應(yīng)用和實施例，以及使本發(fā)明具有重要應(yīng)用的其他領(lǐng)域。為了解釋本發(fā)明，此處提供的實施例的參考平面是在三維坐標(biāo)系中的水平平面，例如，笛卡爾坐標(biāo)系中的x-y平面或者圓柱坐標(biāo)系中的r-Φ平面且z=0。在下面實施例中會交換使用術(shù)語“水平面”，“參考平面”，“x-y平面”和“r-φ平面”。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，參考平面可以在三維空間中的任何方向上。術(shù)語“中心軸線”指的是使拋物線關(guān)于其對稱的軸線，并且術(shù)語“中心點(diǎn)”指的是拋物線和其中心軸線的交點(diǎn)。圖2a_2d顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射器20。反射器20包括彎曲反射表面22，該彎曲反射表面22在圖中顯示為AUVB。所述反射表面22包括沿著參考平面的參考線23。在該圖中，為了描述實施例的目的，僅顯示了反射器20的一部分。反射表面22包括參考拋物線部分32和多個非參考拋物線部分，例如在圖中顯示為34的一個非參考拋物線部分。參考拋物線部分32的中心軸線24被定義為位于參考平面(x-y平面)上，并且是在參考點(diǎn)32a處垂直于參考線23的切向平面的法線。參考點(diǎn)32a是參考拋物線部分32的中心點(diǎn)。參考拋物線部分32是垂直平面上的拋物線曲線，該垂直平面由點(diǎn)P、Q、U和A形成(此后稱為垂直平面PQUA)。參考拋物線部分32具有焦點(diǎn)F，在圖2a標(biāo)識為33。參考點(diǎn)A32a和焦點(diǎn)F33之間的距離是參考拋物線部分32的焦距。類似地，非參考拋物線部分34的第二中心軸線30是在點(diǎn)B34a處垂直于參考線23的切向平面的法線。非參考拋物線部分34是在另一垂直平面上的拋物線曲線，該垂直平面由點(diǎn)T、R、V和B形成(下文中稱為垂直平面TRVB )。在示意實施例中，多個非參考拋物線部分是垂直于參考平面的平面中的拋物線，但是它們可以具有與參考拋物線部分32相同或不同的方向。例如，非參考拋物線部分34是垂直平面TRVB中的拋物線，其具有不同于參考拋物線部分的垂直平面PQUA的方向。在這個例子中，參考拋物線部分32的中心軸線24與非參考拋物線部分34的第二中心軸線30以角度25相交。
在另一個示意實施例中，在多個非參考拋物線部分處的拋物線中心點(diǎn)位于參考平面(z=0)上。例如，位于參考平面上的點(diǎn)B34a是非參考拋物線部分34的中心點(diǎn)。在另一個示意實施例中，多個非參考拋物線部分的第二中心軸線30與參考平面對齊。當(dāng)?shù)诙行妮S線30與參考平面對齊時，標(biāo)識為35的、非參考拋物線部分34的焦點(diǎn)F’位于參考平面上。在示意實施例中，非拋物線部分34的焦距是由參考拋物線部分32確定的。在特定實施例中，非參考拋物線部分34的焦點(diǎn)F’ 35是垂直投影線FF’從焦點(diǎn)F33至沿著參考平面(x-y平面)的第二中心軸線30的交點(diǎn)。這意味著非參考拋物線部分34的焦距BF’與焦點(diǎn)F33在函數(shù)上相關(guān)。換句話說，參考拋物線部分32和非參考拋物線部分34的拋物線曲率是不同的，但是在函數(shù)上是相關(guān)的。在隨后段落中將討論這種函數(shù)關(guān)系。在本發(fā)明的反射器20的應(yīng)用中，反射器20被用于反射從波源發(fā)射的波，該波源在此描述為“源”。在不同實施例中，所述源可以是光源、電磁波輻射器、熱源或聲源。在示意實施例中，波源是點(diǎn)波源。在特定實施例中，所述源是發(fā)光二極管。在示意實施例中，所述源被放置在參考拋物線部分32的焦點(diǎn)F33處。通過定義拋物線，從焦點(diǎn)發(fā)射的入射波會平行于拋物線中心軸線而反射。在這種情形中，這意味著，來自參考拋物線部分32的反射波都是水平的。在圖2c中顯示了入射波和在沿著平面PQUA的參考拋物線部分32處的反射波的射線圖。此處，所有反射線都平行于參考平面。圖2b和圖2d以不同視圖顯示了入射波和在非參考拋物線部分34處的反射波的射線圖。圖2b顯示了沿著參考平面(x-y平面)的反射器20的橫剖面視圖，而圖2d顯示了在沿著平面TRVB的非參考部分34處的反射器20的側(cè)視圖。當(dāng)來自F的入射射線碰到非參考拋物線部分34的反射表面上的任何點(diǎn)時，通過將入射和反射射線分解成水平分量(x-y平面)和其垂直分量(z軸線)，從而分析該反射射線。沿著如圖2a中顯示的x-y平面，從F處的源發(fā)射的入射射線26會在點(diǎn)B處反射從而形成反射射線27。如圖2b中顯示，反射射線27的水平方向依賴于角度25。可以在圖2d的幫助下沿著z軸線分析該反射射線。因為非參考拋物線部分34是具有焦點(diǎn)F’ 35的拋物線，那么從F’ 35發(fā)射的任何射線會被這個拋物線反射，從而使反射射線平行于x-y平面。注意到，焦點(diǎn)F’ 35是從焦點(diǎn)F33至沿著參考平面(x-y平面)的第二中心軸線30的垂直投影線FF’的交點(diǎn)。因此，當(dāng)從側(cè)面觀察時，焦點(diǎn)33和35實際上是同一點(diǎn)，如圖2d中所示。因此，當(dāng)沿著圖2d中顯示的垂直方向(z軸線)分析時，從F33發(fā)射的、碰到非拋物線部分34的射線會平行于x-y平面而反射。通過對每個非參考拋物線部分都重復(fù)這一方法，或者至少僅對不受制于源的部分重復(fù)這一方法，能夠構(gòu)建一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸出所有或大部分反射波并使其成水平方向。根據(jù)參考線23的形狀和參考拋物線部分32的焦距，每個非參考拋物線部分的焦距會發(fā)生變化。如果參考線23是直線，那么所構(gòu)造的反射器20會與圖I中顯示的反射器一樣。在本發(fā)明中，水平束發(fā)散剖面無論如何都不會受限，并且可以被任意設(shè)計以用于特定應(yīng)用，如下面詳細(xì)討論的。在數(shù)學(xué)式中，可以用表達(dá)式I*-/表示上面的反射表面22，其中，&是通過
十/,
點(diǎn)i的拋物線部分的焦距，i是參考線23上的任意點(diǎn),例如參考點(diǎn)A32a或者點(diǎn)B34a,并且r是從圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)到高度z處的反射表面22的水平距離，其中圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)設(shè)置在通過點(diǎn)i的拋物線部分的焦點(diǎn)處。通過表達(dá)式M(X，y)=0表示參考線23的方程，其中，M可以是任何任意函數(shù)。注意到，上面的表達(dá)式類似于拋物線的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。因此，如果在反射表面22上的每個點(diǎn)都滿足這個表達(dá)式，那么，當(dāng)源被放置在參考拋物線部分32的焦點(diǎn)33處時，反射波會都平行于參考平面。沒有被反射器20反射的波仍然保持從源向各個方向擴(kuò)散。參考線23不必是如圖2a所示的平滑曲線。例如，反射表面22可以是如圖3a所示的分段線性直線。分段線性參考線23意味著，反射表面22是分段的，而不是圖2情況中的連續(xù)表面。在圖3b和3c所示的不同實施例中，M(x, y) =0可以包括曲線和直線的組合，并且可以具有不連續(xù)性。在參考平面處具有任意函數(shù)M(x，y)=0的反射器20意味著可以自由設(shè)計水平剖面。例如，能夠?qū)⒉◤?qiáng)度沿著這個平面聚焦成所期望的發(fā)散。在一個實施例中，使用分段線性反射器或分段反射器可以獲得分段波強(qiáng)度剖面。在另一個實施例中，通過反射器20的合適設(shè)計，可以彌補(bǔ)所述源的非均勻強(qiáng)度剖面，以使反射的水平發(fā)散更均勻。例如，諸如發(fā)光二極管的源具有尖銳的錐形強(qiáng)度剖面。可以設(shè)計所述反射器以使被反射的強(qiáng)度剖面不那么尖銳。可以設(shè)計所述反射器20從而垂直地發(fā)散或者會聚被反射的波，而不是平行于參考平面反射這些波。在本發(fā)明的一個實施例中，參考拋物線部分32和多個非參考拋物線部
分的曲率都以常數(shù)k縮放。在數(shù)學(xué)式中,通過表達(dá)式表示這種關(guān)系,其中,對于
發(fā)散波(較小曲率)，k小于I ;對于會聚波(較大曲率)，k大于I。在圖2a所示的實施例中，僅為z>=0定義反射器20，發(fā)散意味著向上并且會聚意味著向下。該縮放有效地改變焦距與參考拋物線部分32和所述源之間距離的比率，因此，如果焦距保持不變而參考拋物線部分32和所述源之間的距離改變，那么會產(chǎn)生相同效果。在一個實施例中，在相同光反射器20中的不同拋物線部分可以具有不同的常數(shù)k。例如，在用于平行輸出的參考部分處，k是1，并且在用于發(fā)散輸出的一些非參考部分處，k是O. 8?？傊?，用于設(shè)計上述反射器的方法包括以下。首先，確定參考拋物線部分的焦點(diǎn)和焦距，并且設(shè)計參考線從而獲得預(yù)期的水平發(fā)散。然后，將非參考拋物線部分的焦距確定為從參考拋物線部分的焦點(diǎn)到非參考拋物線部分的第二中心軸線上的垂直投影距離。在不同實施例中，所述方法進(jìn)一步包括傾斜所述反射器的步驟，縮放在參考拋物線部分處的反射器的焦距的步驟，僅縮放在非參考拋物線部分處的反射器的焦距的步驟，或者上述步驟的組合。圖4顯示了特定實施例的沿著參考平面的橫剖面視圖。在這個實施例中，M(x, y) =0是凹面弧。使凹面弧的中心為三維坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)O,即(r=0, Φ=0, ζ=0),該三維坐標(biāo)系統(tǒng)為例如圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)，并且該凹面弧具有曲率半徑R。反射器的參考拋物線部分的中心點(diǎn)V由(r = R, Φ = ，z = O)表示，并且非參考拋物線部分的中心點(diǎn)Qtl由(r =R, Φ = Φ, z = O)表示,其是參考線上的任意點(diǎn)。源S沿著參考拋物線部分的中心軸線以小于M(x, y) =0的曲率半徑的距離設(shè)置,通過(r = R-Ls=Xs, φ = π ,z = O)表示,其中，Ls是所述源S和參考拋物線部分的中心點(diǎn)V之間的距離。F是從源S至任意點(diǎn)Qtl的垂直投影點(diǎn)。距離QtlF是非參考拋物線部分在Qtl處的垂直投影焦距，其是Φ的函數(shù)，并表示為P (Φ)。圖5顯示了圖4的反射器在Qtl處的非參考拋物線部分處沿著垂直平面的側(cè)視圖，其中該垂直平面由平行于z軸線的垂直線和線QtlO形成。沿著這個平面定義Qtl處的反射
表面的方程是拋物線形式,并且由二Λ -r描述。因為Q0F=R-Xs cos (Ji-(I))=R+(R-Ls)
cos Φ，所以在原點(diǎn)和任意角度和高度處的反射器之間的水平距離可以表示為
權(quán)利要求
1.包括反射表面的反射器；所述反射表面包括參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分，其中，所述多個非參考拋物線部分的焦距由所述參考拋物線部分的焦距確定。
2.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述多個非參考拋物線部分的所述焦距是從所述參考拋物線部分的焦點(diǎn)到所述多個非參考拋物線部分的中心軸線上的垂直投影距離。
3.如權(quán)利要求2所述的反射器，其中，所述參考拋物線部分和所述多個非參考拋物線部分的所述焦距以常數(shù)縮放。
4.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述反射器包括凹面部分和凸面部分。
5.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述多個非參考拋物線部分的中心軸線和所述參考拋物線部分的中心軸線位于參考平面上。
6.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述多個非參考拋物線部分是在垂直于參考平面的平面內(nèi)的拋物線。
7.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述反射器的所述反射表面的形狀滿足方程
8.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中，所述反射器滿足方程
9.設(shè)計反射器的反射表面的方法，其包括以下步驟 a)確定所述反射表面的參考拋物線部分的焦點(diǎn)和焦距； b)設(shè)計所述反射器在參考平面處的參考線；以及 c)在所述參考線上的每個點(diǎn)處提供非參考拋物線部分和所述非參考拋物線部分的焦距，所述焦距為從所述參考拋物線部分的所述焦點(diǎn)到所述非參考拋物線部分的中心軸線上的垂直投影距離。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括縮放所述非參考拋物線部分的所述焦距和所述參考拋物線部分的所述焦距的步驟。
11.包括多個照明源的障礙燈，每個照明源包括 a)光源；以及 b)光反射器，其中，所述光反射器包括反射表面，所述反射表面包括參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分，其中，所述多個非參考拋物線部分的焦距由所述參考拋物線部分的焦距確定； 其中，所述多個照明源圍繞所述障礙燈的周緣均勻設(shè)置。
12.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述光源沿著所述光反射器的所述參考拋物線部分的中心軸線放置。
13.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述光源是發(fā)光二極管。
14.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述多個非參考拋物線部分的所述焦距是從所述參考拋物線部分的焦點(diǎn)到所述多個非參考拋物線部分的中心軸線上的垂直投影距離。
15.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，每個所述光反射器包括凹面部分和凸面部分。
16.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述多個非參考拋物線部分的中心軸線和所述參考拋物線部分的中心軸線位于參考平面上。
17.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述多個非參考拋物線部分是在垂直于參考 平面的平面內(nèi)的拋物線。
18.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述反射器滿足方程
19.如權(quán)利要求11所述的障礙燈，其中，所述反射器滿足方程
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有聚焦輸出的反射器。該反射器包括參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分。多個非參考拋物線部分的焦距由參考拋物線部分的焦距確定。在一個實施例中，多個非參考拋物線部分的焦距是從參考拋物線部分的焦點(diǎn)到多個非參考拋物線部分的中心軸線上的垂直投影距離。在一個實施例中，參考拋物線部分和多個非參考拋物線部分的焦距以常數(shù)縮放。本發(fā)明還公開了設(shè)計反射器的方法，以及使用該反射器的障礙燈。
文檔編號F21V7/06GK102884373SQ201180012197
公開日2013年1月16日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者澤霖·皮特·葉 申請人:三碩科技有限公司