專利名稱：光導(dǎo)的拋物面形和球形多端口照明器的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明大體上涉及到反射鏡，尤其是涉及到用于將來(lái)自一個(gè)光源的光耦合到一個(gè)或更多個(gè)光導(dǎo)上的反射鏡。
相關(guān)技術(shù)的描述大直徑光學(xué)纖維，通常被稱為“可彎曲光導(dǎo)”，其在技術(shù)上是眾所周知的，一般地包括一單個(gè)實(shí)心核芯光導(dǎo)，該光導(dǎo)被一個(gè)包層和一個(gè)鞘層或保護(hù)層所纏繞。纖芯是光導(dǎo)上用于傳輸光的部分，通常的直徑大約是2到12mm。它由一種非常柔軟的，半流體的塑料材料組成，例如OPTIFLEXR，由美國(guó)賓西法尼亞州費(fèi)城的Rohm & Haas公司制造。包層通常由聚四氟乙烯(PTFE或TEFLONR)或類似物組成，而外面的保護(hù)層由一種如聚氯乙烯(PVC)的材料制作。與通常用于在相對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)中傳輸信息的小直徑光導(dǎo)不同，這些大直徑“光導(dǎo)”通常被應(yīng)用于難以直接保持照明、危險(xiǎn)，或易受破壞場(chǎng)合下的多種照明系統(tǒng)中。實(shí)例包括有建筑照明，展覽柜，水池和spas(排除近水的電線)，危險(xiǎn)材料區(qū)(排除對(duì)密封照明的需求)，和監(jiān)獄的單人房間。大直徑光導(dǎo)只在必須維持單個(gè)的中心照明系統(tǒng)的情況下而不是多個(gè)獨(dú)立光源的情況下，特別有優(yōu)勢(shì)。
許多現(xiàn)有技術(shù)方法是應(yīng)用反射鏡將從照明源發(fā)出的光線聚焦到一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)上。美國(guó)專利5,222,793號(hào)和美國(guó)專利號(hào)5,259,056號(hào)，二者都屬于Davenport等，公開(kāi)了采用單個(gè)反射鏡組合來(lái)照亮光傳輸元件的照明系統(tǒng)。屬于Saadatmanesh等的美國(guó)專利5,396,571號(hào)公開(kāi)了一種多段透鏡，其將一條光束的光分成四束獨(dú)立光，每束光被聚焦到一條單獨(dú)的光學(xué)纖維上。屬于Whitehead的美國(guó)專利號(hào)4,912,605公開(kāi)了一種安裝在兩個(gè)反射鏡之間的電光源，每個(gè)反射鏡引導(dǎo)光線到一個(gè)相應(yīng)的光導(dǎo)上。屬于Cassarly等的美國(guó)專利號(hào)5,469,337公開(kāi)了一種光源和用于將光聚焦至透鏡上然后再進(jìn)入多個(gè)光導(dǎo)的多個(gè)曲面型反射鏡?；趯⒐怦詈现烈皇鈱?dǎo)的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)踐，為了將光耦合至光導(dǎo)上而在現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用多個(gè)反射鏡和多段透鏡代表了一些進(jìn)步，盡管這種應(yīng)用是低效率的，但是因?yàn)槿菀字圃旌拖鄬?duì)的低成本，所以在某些應(yīng)用中還是需要的。然而，對(duì)于將一個(gè)光源耦合到多個(gè)光導(dǎo)的一個(gè)適當(dāng)而有效率的需求仍然存在。
在很多情況下，對(duì)于將一個(gè)光源耦合到多個(gè)光導(dǎo)的一個(gè)適當(dāng)而有效率的需求是根據(jù)所使用的特定光源而改變的。例如，具有高光輸出水平的現(xiàn)代無(wú)電極燈的光太強(qiáng)了，而不能只耦合到一個(gè)或兩個(gè)光導(dǎo)上，否則會(huì)燒壞光導(dǎo)。如果使用一個(gè)低效率的耦合，有效的亮度將會(huì)降低。這將防止對(duì)光導(dǎo)的損傷，但結(jié)果是浪費(fèi)能源，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用將會(huì)過(guò)高。更理想的是有效的耦合，這樣能夠更充分地利用與產(chǎn)生此高光強(qiáng)照明源有關(guān)的能源。
現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)存在的另一個(gè)缺點(diǎn)與這些設(shè)計(jì)有關(guān)的光學(xué)組件數(shù)量大。減少任何光學(xué)設(shè)計(jì)組成元件的數(shù)量將給在此討論的照明系統(tǒng)帶來(lái)好處。
發(fā)明概述本發(fā)明有效地將來(lái)自一個(gè)光源的光，如無(wú)電極硫磺燈，由FusionLighting制造的燈，耦合到許多個(gè)可彎曲的大直徑光導(dǎo)上，該光導(dǎo)可包括束狀光學(xué)纖維。這樣一個(gè)系統(tǒng)被用于將來(lái)自一個(gè)中心光源的光傳輸?shù)蕉鄠€(gè)遠(yuǎn)端位置。本發(fā)明系統(tǒng)幾種元件的組合導(dǎo)致了光源能量非常有效地傳輸?shù)焦饫w。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一個(gè)光導(dǎo)照明系統(tǒng)包括一個(gè)光源，一個(gè)多段透鏡，和至少一個(gè)用于接收光的輸出光導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)光導(dǎo)照明系統(tǒng)包括一個(gè)用于發(fā)射光的照明源，和一個(gè)實(shí)際上放置在照明源周圍的多聚焦透鏡結(jié)構(gòu)，每個(gè)聚焦透鏡適合于從照明源一般地放射狀向外的方向上聚焦從照明源的發(fā)射來(lái)的光。聚焦透鏡的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)安放在照明源周圍的截去頂端的球形結(jié)構(gòu)。和一個(gè)放置在于照明源和多聚焦透鏡結(jié)構(gòu)之間的熱阻擋屏障。這個(gè)熱阻擋屏障可以涂上一層紅外(IR)和/或紫外(UV)涂層以阻擋從照明源發(fā)出的不可見(jiàn)光輻射接觸到聚焦透鏡。當(dāng)應(yīng)用熱阻擋屏障時(shí)，聚焦透鏡可由塑料制成。
照明源可以包括一個(gè)無(wú)電極硫磺燈。每個(gè)聚焦透鏡適合于從照明源一般地放射狀向外的方向上聚焦從照明源的發(fā)射來(lái)的大約相等量光。光導(dǎo)照明系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括多個(gè)均化棒。每一個(gè)均化棒適合于接收來(lái)自一個(gè)相應(yīng)的聚焦透鏡的光。可替換地，聚焦透鏡包括傳遞透鏡，并且光導(dǎo)照明系統(tǒng)可包括多個(gè)聚光器透鏡，其適合于接收來(lái)自傳遞透鏡的光。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)球形光學(xué)照明系統(tǒng)包括一個(gè)照明源，它有一個(gè)近端部分，一個(gè)遠(yuǎn)端部分，和位于近端和遠(yuǎn)端部分之間的一個(gè)中間部分。球形光學(xué)照明系統(tǒng)還包括一個(gè)安放于靠近照明源近端部分的曲面型反射鏡，和一個(gè)半球形多聚焦透鏡，通常放在照明源的遠(yuǎn)端和中間部分周圍。每個(gè)聚焦透鏡適合于從照明源一般地放射狀向外的方向上聚焦從照明源的發(fā)射來(lái)的光。曲面型反射鏡，和半球形聚焦透鏡實(shí)質(zhì)上一起圍繞著照明源，曲面型反射鏡適合于改變近端的光的方向而使光到達(dá)聚焦透鏡的半球上。照明源可以由一個(gè)1000瓦的燈泡組成，而曲面型反射鏡可以有一個(gè)通常圓形的周長(zhǎng)。球形光學(xué)照明系統(tǒng)還包括一個(gè)金屬籠，其圍繞在照明源遠(yuǎn)端和中間部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)照明源位于一個(gè)拋物面形反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)處。來(lái)自照明源和拋物面形反射鏡的光校準(zhǔn)后到達(dá)多個(gè)傳遞透鏡和聚光器透鏡上。
仍根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)透鏡組合包括多個(gè)徑向彎曲的透鏡組。每個(gè)徑向彎曲透鏡組包括排列在那里的多個(gè)聚焦透鏡。多個(gè)透鏡組實(shí)質(zhì)上適合于安裝在一個(gè)照明源的周圍。多個(gè)透鏡組適合于互相接觸并安裝在一個(gè)照明源周圍。
透鏡組合包括適合于放置在照明源周圍的多個(gè)側(cè)面透鏡組，和適合于放置在照明源上方的一個(gè)頂端透鏡組。該多個(gè)側(cè)面透鏡組可以包括五個(gè)側(cè)面透鏡組。五個(gè)側(cè)面透鏡組中的每一個(gè)包括十二個(gè)聚焦透鏡，而頂端透鏡組可以包括八個(gè)聚焦透鏡。每個(gè)側(cè)面透鏡組的十二個(gè)聚焦透鏡中的每一個(gè)由五個(gè)邊組成。頂端透鏡組的八個(gè)聚焦透鏡中的七個(gè)均由四個(gè)邊組成，而頂端透鏡組的八個(gè)聚焦透鏡中的第八個(gè)由七個(gè)邊組成。
本發(fā)明及附加特征和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)參照以下描述并結(jié)合附圖得到最好的理解。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1a和1b是按照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的示意性的頂視圖；圖2是圖1a所示的燈和四組反射鏡的右側(cè)部分的一個(gè)放大后的示意圖；圖3是一個(gè)組成圖1a所示的部分光學(xué)系統(tǒng)的多扇區(qū)透鏡示意性的側(cè)面圖；圖4是圖3中所示的多扇區(qū)透鏡的一個(gè)底視圖；圖5是一個(gè)按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的球形多端口光學(xué)照明器和熱阻擋屏障的示意圖；圖6是一個(gè)圖5中所示的球形多端口光學(xué)照明器的側(cè)視圖；圖7是一個(gè)按照本發(fā)明的球形多端口光學(xué)照明器的詳細(xì)圖解；圖8是一個(gè)按照本發(fā)明的球形多端口光學(xué)照明器的頂視圖；圖9是一個(gè)按照本發(fā)明的相對(duì)于一個(gè)照明源的兩個(gè)透鏡組邊緣位置的簡(jiǎn)圖；圖10是一個(gè)按照本發(fā)明的三個(gè)透鏡組的側(cè)視圖；圖11a-11d是按照本發(fā)明的各個(gè)傳遞透鏡的上方平面圖；圖11e是一個(gè)按照本發(fā)明的一個(gè)聚光器透鏡的橫截面圖；圖12是一個(gè)按照本發(fā)明的一個(gè)傳遞透鏡和一個(gè)聚光器透鏡的示意圖；圖13示出了一個(gè)通過(guò)圖11e的聚光器透鏡將光聚焦到一個(gè)光導(dǎo)上的光強(qiáng)度的三維圖；圖14是通過(guò)圖12的聚光器透鏡將光聚焦到一個(gè)光導(dǎo)上的光強(qiáng)度的一個(gè)三維圖；圖15是一個(gè)按照第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)拋物面形反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的示意性頂視圖；和圖16是一個(gè)按照第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的拋物面形反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)可替換的實(shí)施例的一個(gè)雙拋物面形反射鏡的透視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在特別參見(jiàn)附圖，示出了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)10，其包括一個(gè)小型光源12，該小型光源可以包含一個(gè)弧光燈或類似光源。該光源12位于一個(gè)四組曲面型反射鏡14的焦點(diǎn)中心，反射鏡由背靠背方式放置的四個(gè)反射鏡部分16、17、18和19組成。在每一個(gè)反射鏡部分16-19中，反射鏡的中心或頂端區(qū)域已被去除，如圖所示。圖中可以看到四個(gè)反射鏡部分16-19在交叉點(diǎn)20-23處被連接。
光源12發(fā)射出光，其最好包括一個(gè)無(wú)電極燈，例如美國(guó)巴爾的摩熔融照明公司制造的Solar 1000TM硫磺燈。然而，光源12可以由發(fā)射光的任何常規(guī)設(shè)備構(gòu)成。這個(gè)1000瓦光源12通過(guò)四組反射鏡14在四個(gè)不同方向被反射，如圖1a中四個(gè)入射線所示，然后通過(guò)四個(gè)平面反射鏡或折迭鏡中的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)大約90°角(或任何其它期望的角度)。
圖1a示出了三個(gè)折迭鏡24,24a，和24b，分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)反射鏡16,18和19。圖1a中只示出了三個(gè)折迭鏡24,24a和24b，但是可以用到四個(gè)折迭鏡，每一個(gè)折迭鏡對(duì)應(yīng)于反射鏡16-19中的一個(gè)。折迭鏡的主要目的是傳輸由光源12產(chǎn)生的熱，因此當(dāng)使用熱光源12時(shí)很有利。這樣圖1a中的每一個(gè)折迭鏡用于實(shí)現(xiàn)把光源12的熱量傳輸?shù)竭h(yuǎn)離光源12的目的。由于本優(yōu)選實(shí)施例中的Solar 1000TM硫磺燈不發(fā)熱，所以如圖1b所示的本優(yōu)選實(shí)施例不包含折迭鏡。
紫外線(UV)和/或紅外線(IR)輻射涂層可以放在出口透鏡面32上，最好是用在不使用折迭鏡24時(shí)的直線狀實(shí)施例中。作為透鏡面32涂層的另一種可替換形式，可以使用熱鏡24′(圖1b)來(lái)反射紫外線和紅外線。這些熱鏡24′可以安放在光源和輸出光導(dǎo)之間的任何階段上，此外可以安放在垂直或偏軸方向上。每一個(gè)聚焦的光束射到對(duì)應(yīng)的一個(gè)圓形均化棒28,28a,28b，和28c的一個(gè)透鏡端。這四個(gè)圓形均化棒28,28a,28b，和28c均由一種透明材料組成，例如玻璃或透明塑料，適合于通過(guò)均化棒內(nèi)的多次反射而組合光束。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以不用均化棒。
如圖1a所示，在該系統(tǒng)的右側(cè)，或右側(cè)管道30上，光束在出口透鏡面32上從均化棒28中射出。然后從均化棒28中出來(lái)的分散光束通過(guò)一個(gè)多扇區(qū)透鏡36(圖1a,3和4)被聚焦并分離成多個(gè)分開(kāi)的聚焦光束。每一個(gè)透鏡扇區(qū)38(圖4)將光聚集到相應(yīng)的一個(gè)輸出光導(dǎo)40的纖芯上。
在常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)中，在圓形均化棒28和多扇區(qū)透鏡36之間很可能需要一個(gè)聚焦透鏡。然而，本發(fā)明的多扇區(qū)透鏡36在常規(guī)透鏡基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，因而不需要一個(gè)聚焦透鏡。例如，此多扇區(qū)透鏡36比在多扇區(qū)透鏡36和圓形均化棒28之間的常規(guī)聚焦透鏡所需要的尺寸要大一些。換言之，一個(gè)常規(guī)透鏡可以與此多扇區(qū)透鏡36一起使用。
圖1a中通過(guò)四組反射鏡14聚焦穿過(guò)頂端管道31的頂部光束的光學(xué)系統(tǒng)與右側(cè)管道30的光學(xué)系統(tǒng)本質(zhì)上相同。通過(guò)四組反射鏡14聚焦穿過(guò)左側(cè)管道42的左側(cè)光束的光學(xué)系統(tǒng)與右側(cè)管道30所描述的光學(xué)系統(tǒng)本質(zhì)上相同，或者，可以替換地，將不同的特征結(jié)合到左側(cè)管道42中。例如，右側(cè)管道30或頂端管道31可以有一個(gè)容納十個(gè)輸出光導(dǎo)的扇區(qū)透鏡，而左側(cè)透鏡42可能只與單個(gè)大光導(dǎo)或多光導(dǎo)束44相耦合。不同的特征，包括在右側(cè)管道30，頂端管道31，和左側(cè)管道42中描述的特征的組合，可以以不同的組合方式結(jié)合并應(yīng)用到任何這些管道中。此外，這些特征的組合可以應(yīng)用于底部管道43中。所示的底部管道43帶有一個(gè)聚焦透鏡45c而沒(méi)有一個(gè)折迭鏡。在圖1b的實(shí)施例中，圖1a的聚焦透鏡45c將第二反射鏡部分17的光聚焦到圓形均化棒28c上。根據(jù)設(shè)計(jì)的參數(shù)，聚焦透鏡45c可用來(lái)分別代替或附加到右側(cè)、左側(cè)、和頂端管道30,42，和31中的任何一個(gè)折迭鏡24,24a，和24b上。
按照更適宜使用一個(gè)Solar 1000TM無(wú)電極燈的圖1b的實(shí)施例，沒(méi)有使用圖1a結(jié)構(gòu)中的折迭鏡，將來(lái)自四個(gè)反射鏡16-19的光直接聚焦到均化棒上，并且隨后聚焦到透鏡或分段透鏡上。
再次參照?qǐng)D1a，一個(gè)旋轉(zhuǎn)色輪46安放在均化棒28的出口處，或可替換地，安放在扇區(qū)透鏡36的前面。當(dāng)色輪46位于均化棒的出口處時(shí)，所有光導(dǎo)的光線顏色是相同的并且隨著色輪的旋轉(zhuǎn)而同步變化。當(dāng)色輪靠近扇區(qū)透鏡36的入口處時(shí)，每一個(gè)光導(dǎo)的光線顏色是不同的并且能因色輪的樣式不同而以不同速率變化。通常需要將色輪中的多個(gè)色盤之一設(shè)為空白，從而起到一個(gè)光閘的作用，用于可選擇性地放出色光的目的。這些各種顏色調(diào)節(jié)裝置在水池照明、信號(hào)、和其它應(yīng)用方面是很有用的。
這種照明系統(tǒng)的高效率源于它的多個(gè)單獨(dú)和聯(lián)合工作部件的特殊設(shè)計(jì)。當(dāng)不使用無(wú)電極燈時(shí)，最適宜選擇具有小電弧空間的光源12，這樣使得光將耦合到相對(duì)小直徑(優(yōu)選為3mm至10mm)的多個(gè)光導(dǎo)上。四組曲面型反射鏡14由四個(gè)軸向?qū)ΨQ的曲面型半球或部分16-19組成，光源12位于它們的相匹配平面的中心。這種配置利用了橢圓體(或近似橢圓體)反射鏡形狀的低倍放大部分的非常有效的聚集性能。在四個(gè)反射鏡部分16-19中每一個(gè)的中心的一個(gè)大洞48，導(dǎo)致了一個(gè)具有環(huán)狀橫截面的聚焦光束。進(jìn)入每個(gè)反射鏡洞中的光沒(méi)有丟失而是進(jìn)入對(duì)面的反射鏡，然后聚焦成為第二聚焦光束。這種反射鏡配置有效地產(chǎn)生了一個(gè)環(huán)狀橫截面光束，此光束對(duì)于減少每個(gè)扇區(qū)透鏡38(圖4)所需的徑向孔徑是非常有用的。
圖2示出了穿過(guò)四組反射鏡14右側(cè)部分的一個(gè)橫截面，它說(shuō)明了環(huán)狀光束50是如何產(chǎn)生的。環(huán)狀光束50被保持并通過(guò)均化棒28，其中變暗的中心部分52用交叉影線表示。
最好如圖3所顯示，環(huán)狀光束也射到扇區(qū)透鏡36上，可以看到環(huán)狀光束50的外邊界54和內(nèi)邊界56，確定了徑向透鏡孔徑。這樣環(huán)狀光束非常有效地限定了所需的透鏡孔徑而且允許應(yīng)用相對(duì)短焦距長(zhǎng)度的透鏡。這種可應(yīng)用短焦距長(zhǎng)度透鏡的性能容許更加有效地耦合于小直徑光導(dǎo)，因而出乎意料地提高了系統(tǒng)的效率。最小光導(dǎo)直徑是根據(jù)輸出光束的發(fā)散與光導(dǎo)的數(shù)值孔徑相匹配的需要來(lái)控制的。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是光源12的方位。特別如圖2中所示，光源12是位于四組反射鏡14的焦點(diǎn)上。將光源12的弧光放電的長(zhǎng)度定向，以便實(shí)質(zhì)上與一個(gè)反射鏡對(duì)稱軸平行和一致，此反射鏡對(duì)稱軸穿過(guò)光源12并且垂直于印刷圖2的紙面。在大多數(shù)應(yīng)用中，通常需要小輸出光導(dǎo)直徑。假如較大光纖的數(shù)值孔徑等于或大于較小光纖，一般地小光導(dǎo)的設(shè)計(jì)通常也將使其有效地耦合于大光導(dǎo)。本優(yōu)選實(shí)施例中，輸出光導(dǎo)纖芯直徑額定是半英寸。
需要這種大直徑是因?yàn)楣庠吹母咻敵龉β士赡軣龎男≈睆焦鈱?dǎo)。此外，本發(fā)明的不需任何聚焦透鏡的扇區(qū)透鏡是一個(gè)非球形狀，可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)方程式來(lái)確定。
盡管圖4顯示了六個(gè)相同的透鏡扇形38，扇區(qū)透鏡36可以有少至兩個(gè)，多至約十二個(gè)或更多的扇形。而且這些扇形不需面積相同，因?yàn)樵谝恍?yīng)用中可能需要將不同數(shù)量的光傳遞到不同的位置上。作為一種分離入射光束裝置的扇區(qū)透鏡相對(duì)于目前使用的束狀光導(dǎo)具有一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，即扇區(qū)透鏡的排列使光導(dǎo)彼此分離(圖3和4)，因而使單個(gè)光導(dǎo)容易安裝和拆除。
如前所述，折迭反射鏡24,24a，和24b可提供折迭鏡和熱阻擋鏡的多個(gè)功能。作為一種折迭鏡，它可與或不與一個(gè)熱光源同時(shí)使用，并提供圍繞機(jī)械軸64和64a旋轉(zhuǎn)整個(gè)輸出光學(xué)系統(tǒng)的性能，最好如圖1a所顯示。這個(gè)特征是非常有用的，它在決定光導(dǎo)從裝置中射出的方向方面提供了很大的靈活性。例如，光源12的每一側(cè)的折迭鏡24和24a的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)提供了輸出光導(dǎo)位置的額外的靈活性。
如上所述，圓柱形均化棒28(和均化棒28a,28b，和28c)常常用來(lái)聚集圍繞棒軸66的光的扇形分布。這是有益處的，它使每一個(gè)光導(dǎo)的光輸出相同(這是通常希望的)，因?yàn)閬?lái)自光源12的扇形光分布一般是不同的。此外，可以作為照明源應(yīng)用的一種金屬鹵化物弧光燈通常在扇形分布上有一些顏色差別，這個(gè)扇形分布也需要被聚集起來(lái)以避免光導(dǎo)之間輸出的不希望有的顏色差別。例如，優(yōu)選地在均化棒兩端的每一端應(yīng)用一個(gè)向場(chǎng)透鏡32來(lái)限制在棒內(nèi)的光，這樣光全部在棒內(nèi)反射。在機(jī)械上，均化棒28的向場(chǎng)透鏡部分32在直徑上大于棒部分本身，以便提供一種安裝于均化棒28上的無(wú)光損失的裝置。除非棒被包覆，否則接觸到均化棒表面的任何情況將漏走一些內(nèi)部的反射光，包層是一個(gè)不利的手段，因?yàn)樗鼫p少了數(shù)值孔徑而且增加了成本。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每一個(gè)均化棒可以包覆一層低導(dǎo)材料。
單個(gè)的透鏡扇區(qū)38(圖4)包含一個(gè)中繼透鏡系統(tǒng)，它使均化棒的輸出端大概成像于光導(dǎo)的端口上。透鏡扇形可以是非球形或失真形狀以減少像差并提高效率，而且最好有一定厚度，這樣輸出光束被聚焦至透鏡扇形的平坦的后表面上。這樣允許光導(dǎo)常用類型的柔軟纖芯“濕潤(rùn)”透鏡表面，因而減少了這一界面上的反射損失。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)40和透鏡扇形38表面可以分隔開(kāi)，這樣一個(gè)所謂的“空氣間隙”位于其間。
如圖1a所示的四組曲面型反射鏡14可以被擴(kuò)大或縮小以或多或少增加曲面型反射鏡。例如，可以應(yīng)用三個(gè)曲面型反射鏡或八個(gè)曲面型反射鏡而不是四個(gè)曲面型反射鏡。曲面型反射鏡(端口)的數(shù)量將取決于特殊系統(tǒng)的需要。對(duì)應(yīng)于一個(gè)端口的每一個(gè)曲面型反射鏡獨(dú)立于其它端口，可以耦合于一個(gè)或幾個(gè)均化棒或光導(dǎo)上。曲面型反射鏡或端口的最大數(shù)量通常由光學(xué)聚焦的大小限制所決定，例如聚焦透鏡的大小限制。
根據(jù)etendue不變量所述的原理，用來(lái)從光源12中收集光線，然后將光線發(fā)射進(jìn)光導(dǎo)的反射鏡，如四組曲面型反射鏡14，是低效率的。etendue或Lagrange不變量是一個(gè)恒定的穿過(guò)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的一些光束。etendue可由幾種不同方法定義，這必須有上下文決定。最簡(jiǎn)單的定義是與來(lái)自極遠(yuǎn)物體來(lái)的光線在一個(gè)半徑a的圓形孔徑上成一個(gè)角度2θ。根據(jù)旁軸近似法，etendue由θa表示。如果這個(gè)圓形孔徑是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的輸入端，同時(shí)如果系統(tǒng)中的光束沒(méi)有阻擋，而且吸收和發(fā)散等可被忽略，那么通過(guò)系統(tǒng)的etendue的數(shù)量是恒定的。
這個(gè)量θa的平方是θ2a2。通過(guò)系統(tǒng)的這個(gè)平方量也是不變的，并經(jīng)常被稱為三維etendue。etendue的這個(gè)三維形式是有用的，因?yàn)樗c通過(guò)系統(tǒng)的功率流成比例。
在非成像的應(yīng)用中(包括光纖和光導(dǎo)照明器)，此旁軸近似法就不再正確，必須應(yīng)用etendue的更通用的定義。這個(gè)更通用的定義是根據(jù)一束光線的小位移來(lái)表述的，光線從指數(shù)n的輸入介質(zhì)中的一點(diǎn)P(X,Y,Z)傳播到指數(shù)n′的輸出介質(zhì)中的一點(diǎn)P′(X′,Y′,Z′)。點(diǎn)P上的余弦方向由(L,M,N)表示，點(diǎn)P′上的余弦方向由(L′,M′,N′)表示。點(diǎn)P處光線的小位移由dx和dy表示，點(diǎn)P′上的相應(yīng)變化為dx′和dy′，并且類似地，余弦方向的小變化由dL,dM,dL′,和dM′表示。通過(guò)這些定義，etendue不變量的關(guān)系式為n′2dx′dy′dL′dM′=n2dx dy dL dM其中L和M分別對(duì)應(yīng)于x和y軸的余弦方向。
將這個(gè)結(jié)果應(yīng)用到上面給出的etendue的第一個(gè)定義中，可以確定etendue與a2sin2θ=a2NA2成比例，其中NA是孔徑值。在這個(gè)結(jié)果中，略去常數(shù)系數(shù)并假定兩點(diǎn)的折射指數(shù)一樣。如果能求得積分的值，用通常的定義可計(jì)算出任何情況下的etendue。
如上所述，根據(jù)由etendue不變量描述的基本原理，應(yīng)用反射鏡來(lái)收集來(lái)自一個(gè)非連貫光源中的光，然后發(fā)射到光導(dǎo)上的效率很低。典型的反射鏡非?？拷庠?，光源通常位于其焦點(diǎn)上，并且反射鏡對(duì)向一個(gè)大立體角，這使得etendue不變量具有一個(gè)很大的值。相反地，光導(dǎo)有一個(gè)具有限定孔徑值的相對(duì)小的開(kāi)口(纖芯直徑)，使得etendue不變量具有一個(gè)相對(duì)小的值。
從另一方面來(lái)說(shuō)，多個(gè)透鏡的一個(gè)球形排列或球形外殼對(duì)于收集來(lái)自非連貫光源的光線是很理想的，這是因?yàn)槿绻豢紤]吸收，散射等，實(shí)質(zhì)上所有的光線能被收集并對(duì)準(zhǔn)整齊排列的多個(gè)光導(dǎo)。此外，多個(gè)透鏡的一個(gè)球形排列或球形外殼的應(yīng)用是與etendue的原理相一致的。在特殊應(yīng)用中的局限包括照明光源的大小和形狀，及光導(dǎo)的大小和孔徑數(shù)值。這些變量包括決定光導(dǎo)數(shù)量的透鏡的數(shù)目，和透鏡的放大倍數(shù)。設(shè)計(jì)首先局限于成像大小，這由光導(dǎo)纖芯大小所決定。因此，光導(dǎo)大小決定了放大率。就一個(gè)給定的放大率，最大的透鏡尺寸由光導(dǎo)的孔徑數(shù)值所限定。這反過(guò)來(lái)決定了所使用透鏡(和光導(dǎo))的最小數(shù)量。經(jīng)常使用大量較小的透鏡，因?yàn)檫@樣光的角度范圍將小于光導(dǎo)的孔徑數(shù)值。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例，圖5和圖6顯示了一種結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)光源12實(shí)質(zhì)上由一個(gè)熱阻擋屏障80和多個(gè)透鏡球體所包圍。光源12由一個(gè)金屬絲籠81所包圍，該金屬絲籠構(gòu)成了一個(gè)微波腔。放置在微波源83中的一個(gè)電機(jī)(未圖示)，使光源12繞一個(gè)垂直軸旋轉(zhuǎn)，因而易于形成一個(gè)均衡的等離子區(qū)?？梢缘玫诫姍C(jī)、金屬絲籠81、微波源83、和位于金屬絲籠81和微波源83之間的一個(gè)平坦反射鏡(未圖示)，例如，如前所述的Solar 1000TM硫磺燈，都可從美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市的Fusion Lighting得到。根據(jù)本發(fā)明，用一個(gè)彎曲半球形向后反射鏡85來(lái)代替通常由Solar 1000TM硫磺燈產(chǎn)品所提供的平坦放射鏡是很有利的。這個(gè)彎曲向后反射鏡85更有效地改變來(lái)自光源12的光的方向，一般地使光返回并通過(guò)硫磺燈到達(dá)聚焦透鏡76上。
一個(gè)均化棒90優(yōu)選地耦合到每一個(gè)聚焦透鏡76上。根據(jù)選擇，均化棒90的數(shù)量可以增加或減少以來(lái)增加或減少系統(tǒng)端口的整個(gè)數(shù)量。也可以完全不用均化棒，或者全部或部分地由其它光導(dǎo)替換。當(dāng)然，球形組合體中的聚焦透鏡76的數(shù)量限制了均化棒90的最大數(shù)量。如本發(fā)明的所有實(shí)施例，扇區(qū)透鏡36和輸出光導(dǎo)40(圖1a)，及其中的其它光學(xué)元件和組合體，都可以與均化棒90一起或代替均化棒90使用。對(duì)應(yīng)于折迭鏡24,24a，和24b的反射鏡同樣可以應(yīng)用于這些實(shí)施例中。曲面型反射鏡85的彎曲部分通常是球形，燈在其焦點(diǎn)上，但是也可以選擇應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和/或由經(jīng)驗(yàn)測(cè)試其曲度來(lái)得到光源12的最大反射量。
熱阻擋屏障80優(yōu)選地由一個(gè)截去頂端的玻璃球殼組成。然而，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，可以應(yīng)用其它材料和除外球形的其它形狀。熱阻擋屏障80起到防護(hù)罩一樣的作用以避免聚焦透鏡76接受可能由光源12產(chǎn)生的過(guò)多的熱量。另外熱阻擋屏障80上可包括紫外和/或紅外阻擋涂層，以便提供額外的阻擋能力和能進(jìn)一步避免聚焦透鏡76接受光源12產(chǎn)生的熱。
由熱阻擋屏障80提供的保護(hù)有助于采用鑄模塑料進(jìn)行聚焦透鏡76的制作。如果應(yīng)用鑄模塑料聚焦透鏡76時(shí)沒(méi)有熱阻擋屏障80，鑄模塑料聚焦透鏡76將可能會(huì)被來(lái)自光源12的熱輻射所損傷。例如，沒(méi)有應(yīng)用熱阻擋屏障80時(shí)，鑄模塑料透鏡76可能融化或變形。在沒(méi)有應(yīng)用熱阻擋屏障80的實(shí)施例中，聚焦透鏡最好由玻璃制作，玻璃相對(duì)的要重、易碎，和昂貴些。比起必須由玻璃或一些其它更抗熱的材料來(lái)制作的透鏡，塑料聚焦透鏡76具有更加經(jīng)濟(jì)的制造成本。
現(xiàn)在看圖7，它示意性示出了球形多端口光學(xué)照明器101的優(yōu)選的實(shí)施例。圖7-14的實(shí)施例與圖5和6的實(shí)施例相似，它具有傳遞透鏡107,109,111,113,115和替代聚焦透鏡76的聚光器透鏡117。同聚焦透鏡76一樣，鑄模塑料是傳遞透鏡107,109,111,113,115和聚光器透鏡117的優(yōu)選材料。本優(yōu)選熱阻擋屏障80(圖5)允許在傳遞透鏡107,109,111,113,115和/或聚光器透鏡117的制造中用塑料替代玻璃。一個(gè)金屬絲籠105包圍光源103,這與圖5和6的光源12類似。
在現(xiàn)在的實(shí)施例中，四排傳遞透鏡環(huán)繞光源103，并且頂層傳遞透鏡位于光源103的上方。第一傳遞透鏡107形成第一排，第二傳遞透鏡109形成第二排，第三傳遞透鏡111形成第三排，和第四傳遞透鏡113形成第四排。頂端傳遞透鏡115形成透鏡的頂層，并且放置多個(gè)聚光器透鏡117以接受來(lái)自多個(gè)傳遞透鏡的光線。每一個(gè)傳遞透鏡可耦合于一個(gè)聚光器透鏡117上。根據(jù)需要，可以增加或減少聚光器透鏡117的數(shù)量以增加或減少系統(tǒng)端口的總數(shù)量。傳遞透鏡的數(shù)量限制了聚光器透鏡117的最大數(shù)量。
第一傳遞透鏡107，第二傳遞透鏡109，第三傳遞透鏡111，和第四傳遞透鏡113更適宜于澆鑄在一起成為透鏡組。側(cè)面透鏡組121優(yōu)選地由三個(gè)第一傳遞透鏡107，三個(gè)第二傳遞透鏡109，三個(gè)第三傳遞透鏡111，和三個(gè)第四傳遞透鏡113組成。一個(gè)頂層透鏡組123最好由八個(gè)頂端傳遞透鏡115構(gòu)成。每個(gè)側(cè)面透鏡組121和頂層透鏡組123更適宜于用塑料澆鑄制作，但是可替換地，可以應(yīng)用玻璃。如現(xiàn)在的實(shí)施例中，所有的五個(gè)側(cè)面透鏡組121實(shí)質(zhì)上形狀相同，并且每個(gè)側(cè)面透鏡組121能固定于兩個(gè)其它側(cè)面透鏡組121之間。
如圖8中可見(jiàn)，頂層透鏡組123可以稍微覆蓋每個(gè)側(cè)面透鏡組121中的第一傳遞透鏡107。圖7中的箭頭A1標(biāo)出了一個(gè)可能的空氣流動(dòng)通道，它使光源103產(chǎn)生的熱量易于放出。在另一個(gè)可替換的實(shí)施例中，頂端透鏡組123可以密封在第一傳遞透鏡107上，這樣空氣可以在密閉結(jié)構(gòu)中循環(huán)。在這兩種空氣流動(dòng)的實(shí)施例中，空氣最好既在熱阻擋屏障80之內(nèi)，而且又在熱阻擋屏障80和傳遞透鏡之間循環(huán)。光源103最好放在所有傳遞透鏡107,109,111,113,115，和聚光器透鏡117的焦點(diǎn)上。
如圖9所示，當(dāng)正確安裝好透鏡時(shí)，第一傳遞透鏡107的焦點(diǎn)130和第二傳遞透鏡109的焦點(diǎn)133相對(duì)于光源103是均勻分布的。類似地，當(dāng)正確安裝好第三傳遞透鏡111和第四傳遞透鏡113時(shí)，第三傳遞透鏡111的焦點(diǎn)135和第四傳遞透鏡113的焦點(diǎn)137相對(duì)于光源103是均勻分布的。
圖10顯示了一個(gè)側(cè)面透鏡組121的橫斷面圖和另一個(gè)側(cè)面透鏡組121的側(cè)視圖。圖10也顯示了頂端透鏡組123的一個(gè)橫斷面圖。圖11a顯示了第一傳遞透鏡107的側(cè)視圖，圖11b顯示了第二傳遞透鏡109的側(cè)視圖。圖11c顯示了第三傳遞透鏡111的側(cè)視圖，圖11d顯示了第四傳遞透鏡113的側(cè)視圖。當(dāng)透鏡107,109,111,113,和115放在光源103周圍時(shí)，傳遞透鏡107,109,111,113,和115外表面優(yōu)選地形成為距光源103有一個(gè)恒定半徑的形狀。然而，透鏡107,109,111,113，和115的內(nèi)表面最好是非球形。
圖11e示出了聚光器透鏡117的一個(gè)橫斷面圖。每一個(gè)傳遞透鏡107,109,111,113,和115都適合于將來(lái)自光源103的光傳遞到一個(gè)對(duì)應(yīng)的聚光器透鏡117上。接著，聚光器透鏡117將光線聚焦到相應(yīng)的光導(dǎo)上(未圖示)。當(dāng)使用無(wú)電極燈時(shí)，光導(dǎo)優(yōu)選地由被認(rèn)為具有適當(dāng)流明輸出的光纖組成。例如，對(duì)于省略了熱阻擋屏障的高流明輸出的情況，光纖可以由一種非塑料材料如束狀玻璃絲組成。例如，如圖12所示，將射到一個(gè)第二傳遞透鏡109的光聚焦到聚光器透鏡117′上。穿過(guò)聚光器透鏡117′的光被聚合以在光導(dǎo)上成像。
圖13和14示出了一個(gè)光導(dǎo)輸入端表面區(qū)域上的光強(qiáng)度的三維圖。圖13區(qū)域的光強(qiáng)度圖相應(yīng)于采用聚光器透鏡117的圖7-9的實(shí)施例。圖14對(duì)應(yīng)于采用聚光器透鏡117′的圖12的實(shí)施例，它表示了此表面區(qū)域上比較一致的光分布。
光導(dǎo)輸入端表面區(qū)域上的光的這種相對(duì)一致的分布通?？蓺w因于聚光器透鏡117′的形狀。每個(gè)傳遞透鏡107,109,111,113,和115優(yōu)選地被設(shè)定后能將光源103來(lái)的大約等量的光傳輸?shù)揭粋€(gè)相對(duì)應(yīng)的聚光器透鏡117′上。聚光器透鏡117′與圖11e的聚光器透鏡117相比形狀不同。更特殊地，每一個(gè)本優(yōu)選聚光器透鏡117′在其中心都有一個(gè)凹口，這有助于使光導(dǎo)輸入端表面區(qū)域上的光相對(duì)一致的分布。
盡管每個(gè)傳遞透鏡107,109,111,113,和115優(yōu)選地由具有五個(gè)邊的五角形組成，但除了頂層透鏡組123的最頂端傳遞透鏡以外，本發(fā)明的這些傳遞透鏡實(shí)際上可以是任何形狀。這些傳遞透鏡的形狀可以包括不等邊四邊形(包括方形)，三角形，五邊形，六邊形，多個(gè)形狀的組合，或恰好彼此適合的球形表面的任意不確定形狀。總的來(lái)說(shuō)，這些形狀都不是規(guī)則的，因?yàn)樗鼈儧](méi)有相等長(zhǎng)度的邊，但是本發(fā)明也試圖應(yīng)用規(guī)則形狀的透鏡來(lái)用于這些實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，全部、一些或沒(méi)有透鏡可以大小相同。本發(fā)明五邊形透鏡的形狀正圓形的，因此有助于以最小的角度來(lái)聚焦光線。然而根據(jù)本發(fā)明，與圓形透鏡一樣，也可以應(yīng)用其它非圓形透鏡。盡管本發(fā)明結(jié)合了一個(gè)相當(dāng)好的球體，但還可以使用部分或全部圍繞著一個(gè)光源的多個(gè)透鏡的任意組合。
作為上述首選結(jié)構(gòu)的替換，傳遞透鏡和聚焦器透鏡可以由構(gòu)成一個(gè)單元的玻璃或塑料鑄模塊或部件制成。如果需要，也可將球形熱屏障分成幾部分，然后放到這些模塊中。
根據(jù)第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圖15是拋物面形光學(xué)反射系統(tǒng)172的示意性上視圖。與在離開(kāi)光源方向上聚焦光的橢圓形反射鏡不同的是，拋物面形反射鏡適合于在離開(kāi)光源方向上校準(zhǔn)光線。從光源12發(fā)出的光被校為朝向傳遞透鏡177和聚光器透鏡178方向的平行光。在結(jié)構(gòu)、排列等方面，圖15的傳遞透鏡177和聚光器透鏡178與圖7-14的傳遞透鏡107,109,111,113,115和聚光器透鏡177相似。另一種可選擇的形式，聚焦透鏡76，例如如圖5和6所示，可以用于替換傳遞透鏡177和聚光器透鏡178。傳遞透鏡177和聚光器透鏡178更適宜于由鑄模塑料組成，但是也可以應(yīng)用其它材料例如玻璃。另外，在可替換的實(shí)施例中，可以在光源12和塑料傳遞透鏡177之間放置一個(gè)熱阻擋屏障。
圖16示出了圖15結(jié)構(gòu)的一個(gè)可替換的實(shí)施例。將圖15中的兩個(gè)拋物面形反射鏡175截去頂端，并以背靠背的方式放置在一起。然后把光源放在雙拋物面形反射鏡181的焦點(diǎn)處。圖15中的傳遞透鏡177和聚光器透鏡178可以安放在雙拋物面形反射鏡181的兩個(gè)輸出端口185,188的一端或兩端上。另一種可選擇的形式，聚焦透鏡76，例如如圖5和6所示，可用于替換傳遞透鏡177和聚光器透鏡178。光源可由一個(gè)Solar 1000TM硫磺燈，或者一個(gè)雙頭金屬鹵化物燈190組成，如圖16所示且在美國(guó)專利申請(qǐng)08/__號(hào)，申請(qǐng)日1997年3月4日，題目是光導(dǎo)的多端口照明器。支架193,197是用于將雙頭金屬鹵化物燈190固定于雙拋物面形反射鏡181上的。
盡管已圖示并描述了本發(fā)明的可仿效的實(shí)施例，但是除了以上段落所闡述之外，在技術(shù)上擁有普通技能的人在不違反本發(fā)明的本質(zhì)和范圍內(nèi)，可以做出很多其它變化，改進(jìn)和替換。
權(quán)利要求
1．一種光導(dǎo)照明系統(tǒng)，包括一個(gè)適合于發(fā)射光的照明源；一個(gè)放置在照明源周圍的多聚焦透鏡結(jié)構(gòu)，每個(gè)聚焦透鏡適合于從照明源一般地放射狀向外的方向上聚焦從照明源的發(fā)射來(lái)的光；和一個(gè)放置在于照明源和多聚焦透鏡結(jié)構(gòu)之間的熱阻擋屏障。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)纖維照明系統(tǒng)，聚焦透鏡結(jié)構(gòu)由塑料制成。
3．如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，聚焦透鏡結(jié)構(gòu)由鑄模塑料制成。
4．如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，聚焦透鏡結(jié)構(gòu)包括一個(gè)放置在照明源周圍的多聚焦透鏡球形結(jié)構(gòu)，和熱阻擋屏障，其由放置在照明源周圍的位于照明源和聚焦透鏡結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)球形結(jié)構(gòu)組成。
5．如權(quán)利要求4所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該熱阻擋屏障由玻璃制成。
6．如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該照明源由一個(gè)硫磺燈組成的；
7．如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，還包括多個(gè)均化棒，每一個(gè)聚焦透鏡適合于將光聚焦到多個(gè)均化棒中相應(yīng)的一個(gè)均化棒中。
8．如權(quán)利要求7所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，每一個(gè)聚焦透鏡包括一個(gè)傳遞透鏡。
9．如權(quán)利要求8所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，還包括多個(gè)聚光器透鏡，多個(gè)傳遞透鏡中的每一個(gè)適合于將光聚焦到一個(gè)相對(duì)應(yīng)的聚光器透鏡上。
10．一個(gè)球形光導(dǎo)照明系統(tǒng)，包括一個(gè)照明源，它有一個(gè)近端部分，一個(gè)遠(yuǎn)端部分，和位于近端部分和遠(yuǎn)端部分之間的一個(gè)中間部分；一個(gè)曲面型反射鏡，其安放于靠近照明源近端部分的；一個(gè)熱阻擋屏障，通常放置在照明源遠(yuǎn)端部分和照明源的中間部分周圍；一個(gè)半球形多聚焦透鏡陣列，通常放置在熱阻擋屏障周圍，每個(gè)聚焦透鏡適合于從照明源一般地放射狀向外的方向上聚焦從照明源的發(fā)射來(lái)的光，曲面型反射鏡，熱阻擋屏障，和半球形多聚焦透鏡陣列實(shí)質(zhì)上一起圍繞著照明源，曲面型反射鏡適合于改變近端的光的方向而使光到達(dá)熱阻擋屏障和半球形多聚焦透鏡陣列上。
11．如權(quán)利要求10所述的球形光導(dǎo)照明系統(tǒng)，照明源由一個(gè)1000瓦的硫磺燈組成。
12．如權(quán)利要求11所述的球形光導(dǎo)照明系統(tǒng)，還包括圍繞在照明源遠(yuǎn)端部分和中間部分的一個(gè)金屬籠，和具有一個(gè)一般圓周線的曲面型反射鏡。
13．一個(gè)透鏡組合，包括多塑料透鏡組，多塑料透鏡組中的每一組形成在其內(nèi)的多聚焦透鏡，多塑料透鏡組實(shí)質(zhì)上適合于安裝在一個(gè)照明源周圍。
14．如權(quán)利要求13所述的透鏡組合，多塑料透鏡組中的每一組是徑向彎曲的，和多塑料透鏡組適合于互相接觸并安裝在一個(gè)照明源周圍，因而實(shí)質(zhì)上圍繞著照明源。
15．如權(quán)利要求14所述的透鏡組合，多塑料透鏡組適合于互相接觸并安裝在一個(gè)熱阻擋屏障周圍，該熱阻擋屏障圍繞照明源放置。
16．如權(quán)利要求15所述的透鏡組合，多塑料透鏡組適合于在兩個(gè)塑料透鏡組之間保留至少一個(gè)空氣間隙。
17．如權(quán)利要求15所述的透鏡組合，該透鏡組合包括一個(gè)多側(cè)面透鏡組和一個(gè)頂端透鏡組。
18．一個(gè)光導(dǎo)照明系統(tǒng)，包括一個(gè)適合于發(fā)射光的照明源；一個(gè)具有拋物面形彎曲表面的反射鏡，其適合于接收來(lái)自照明源的光，然后改變接收光的方向；和一個(gè)多個(gè)聚焦透鏡，其適合于接收來(lái)自照明源和反射鏡的光。
19．如權(quán)利要求18所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，每一個(gè)聚焦透鏡安置在距照明源大約相等半徑之處。
20．如權(quán)利要求18所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，多聚焦透鏡包括多個(gè)傳遞透鏡，多個(gè)傳遞透鏡適合于接收來(lái)自反射鏡的光，并且光導(dǎo)照明系統(tǒng)還包括適合于接收來(lái)自傳遞透鏡的光的多個(gè)聚光器透鏡。
21．如權(quán)利要求20所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該反射鏡具有一個(gè)圓周界，和多個(gè)傳遞透鏡具有一個(gè)一般圓周界，它與反射鏡的圓周界大小近似相同。
22．如權(quán)利要求18所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，照明源適合于安放在反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)上。
23．如權(quán)利要求22所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，還包括一個(gè)支架以固定位于反射鏡的一個(gè)焦點(diǎn)上的照明源。
24．如權(quán)利要求18所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該反射鏡包括以背靠背的方式放置在一起兩個(gè)拋物面形彎曲表面，和適合于安放在兩個(gè)拋物面形彎曲表面之間的一個(gè)焦點(diǎn)上的照明源。
25．一個(gè)光導(dǎo)照明系統(tǒng)，包括一個(gè)適合于發(fā)射光的照明源；一個(gè)反射鏡，具有一個(gè)曲面和一個(gè)輸出端，該曲面適合于將來(lái)自照明源的光反射到輸出端之外；和一個(gè)多聚焦透鏡，其放置于輸出端附近，多聚焦透鏡中的每一個(gè)適合于接收來(lái)自反射鏡的光。
26．如權(quán)利要求25所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該反射鏡具有一個(gè)拋物面形曲面，適合于將光聚焦到多聚焦透鏡上。
27．如權(quán)利要求26所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，多聚焦透鏡包括多個(gè)傳遞透鏡，和光導(dǎo)照明系統(tǒng)還包括適合于接收來(lái)自多個(gè)傳遞透鏡的光的多個(gè)聚光器透鏡。
28．如權(quán)利要求27所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該反射鏡具有一個(gè)輸出端，其有一個(gè)圍繞輸出端開(kāi)口確定的第一周長(zhǎng)，和形成第二周長(zhǎng)的多個(gè)傳遞透鏡，它實(shí)質(zhì)上與第一周長(zhǎng)大小相同。
29．如權(quán)利要求28所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，每一個(gè)聚焦透鏡安置在以照明源為中心的一個(gè)大約相等的徑向距離上。
30．如權(quán)利要求28所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，第一周長(zhǎng)確定了一個(gè)大體上的圓面積，和第二周長(zhǎng)確定了一個(gè)大體上的圓面積。
31．如權(quán)利要求25所述的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，該反射鏡包括以背靠背的方式放置在一起的兩個(gè)拋物面形彎曲表面，和適合于安放在兩個(gè)拋物面形彎曲表面之間的一個(gè)焦點(diǎn)處的照明源。
全文摘要
本發(fā)明系統(tǒng),用于將來(lái)自一個(gè)中心光源的光傳輸?shù)蕉鄠€(gè)遙遠(yuǎn)位置,其有效地將來(lái)自一盞燈,或類似光源的光耦合到許多個(gè)可彎曲的大直徑光纖上。本發(fā)明系統(tǒng)的幾種元件的組合導(dǎo)致了光源能量非常有效地傳輸?shù)焦饫w。來(lái)自燈源的光通過(guò)一個(gè)熱阻擋屏障時(shí)被濾過(guò)一部分,然后進(jìn)入一個(gè)多端口球形結(jié)構(gòu),每一個(gè)端口連接有一個(gè)或多個(gè)可彎曲的大直徑光纖。在另一個(gè)結(jié)構(gòu)中,一個(gè)拋物面形曲面反射鏡將光反射到一個(gè)多聚焦透鏡陣列上。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1303486SQ98814180
公開(kāi)日2001年7月11日 申請(qǐng)日期1998年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月28日
發(fā)明者A·P·里澤爾, R·F·馬蒂斯, J·F·福爾克納 申請(qǐng)人:遙控源照明國(guó)際公司