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1、中国照明电器1999年第5期CHINALIGHT&LIGHTING1探照灯的基础设计李 野(沈阳仪器仪表工艺研究所 沈阳 110043)就越多,就可以将更多的发至光源的无规则光线变成准直光线。如图1中a的集光性能就比b的要强。当然前提是反光表面的曲率半径要足够精确。现在常用的反光镜材料是硼硅酸盐耐热玻璃。它可以通过研磨抛光达到很高的精度,但要做成一个大0 前言包容角的深碟形的玻璃反光镜,工艺上是比较困难探照灯已广泛应用于对重要物体引起注意、标志的。金属反光镜可以做得很深,包容角很大,然而,一方位、对音乐会和舞台节目产生激动反应和对移动画般的常规金属成形工艺,如铸压、旋压等不能达到符面及电视制作
2、创造出特殊的照明效果等方面。照射距合要求的表面精度。最好的工艺是电沉积,这种方法离长,照明范围集中是它独有的特性。由于大功率氙制作的反光镜表面精度可达0101mm。它的主要材料灯及高质量反光镜的良好组合,这一特性得到了淋漓一般为镍或铑。尽至的发挥。反光镜的反光表面一般镀反射率较高的冷光膜1 基本设计(SiO2TiO2)或铝膜。为防止表面腐蚀,膜层上可再镀2抛物面是由方程y=2px的抛物线绕X轴旋转一层SiO2保护膜。p一周形成的。它的焦点F位于坐标(,0)上,确定了只有高精度的反光镜,并不能保证产生清晰的准2一个抛物面的焦距,则这个抛物面的面形就确定了。直光线,还有一个必要的条件是发光点很小的
3、光源。理论上,抛物面反光镜能将发至焦点的任何光线如前所述,抛物面反光镜能将发至焦点的光线准直。反射成平行于光轴的光线——准直光线。根据探照灯然而,任何光源都不可能是一个点,都有一定的体积。的使用特点,反光镜应尽可能多地收集发至光源的光图2中a是理想的点光源的反射情况,b则是有限光线,使其变成准直光线。因此,在设计反光镜时,应该源的反射情况。在加工工艺允许的条件下,尽量增大反光镜的包容角可以看出,有限光源发出的光线经反射后,一部A(见图1)。分光线平行于光轴,另一部分光线与光轴呈X角,X角的大小与光源体积有关。光源越大,X越大。探照灯在使用过程中,随着照射距离的增大,光束的直径也逐渐增大。在特定
4、的使用场合,X的大小直接影响照射效果。我们通常称X为发散角。发散角的计算对探照灯的设计十分重要,因为它关系到光源的选择。下面我们通过光线追迹来求得发散角的计算公式。图3中A为焦点F附近光源上任意一点,其坐标图1为(x1,y1),A点发出的光线在C点反射后与光轴呈在反光镜通光口径相同的情况下,A反映了反光X角射出。BC为曲线在C点的法线,CA与OX轴相镜对光线的包容能力A越大,反光镜所能容纳的光线交,C点坐标(x,y)是我们要追迹的光线入射点。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2中国照明电器1999年第5
5、期2直线CA的方程为:L=x+yötgu(1)曲线方程为:y=2px(2)图2至一个“热点”,其直径约为1mm。抛物面反光镜与氙灯组合产生的光束发散角在1°～3°。这样的准直度适合产生清晰可见的光束。为产生上述光束,还有一个重要的因素是光束的直径,它取决于反光镜的通光口径。由于我们从侧面观察到的实际上是微小尘埃颗粒的散射光,每个颗粒的作用都如同一个独立的光源,它遵循这样一个原则:光束的横断面越大(或颗粒的数量越多),光束越容易看到。实际上,由于横断面随着半径的二次方增大,反光镜直径少量增大将对光束的可见度有明显的影响。图32 观察效果的分析 由(1)、(2)求得C点坐标:在给定的时间内,人在
6、不同的位置观察同一束光222224Lõtgu+p±(Lõtgu+p)+Ltgux=2时结果也不会相同。光束的长度和高度取决于观察者tgu周围的亮度和观察角度。u<90°时取负号,u>90°时取正号2224在一个相当远的位置观察一束光时,光束周围的-pº(Lõtgu+p)-Ltguy=tgu亮度是比较低的,因此,如果观察者在距离探照灯几u<90°时取正号,u>90°时取负号公里以外的地方观察,光束就会显得很亮。然而在距其中:L=x1+y1ötgu离探照灯10m或100m的地方,由于较强的环境亮度根据反射定律:I=I′使光束显得不太明亮。当观察者对面很亮时,由于眼q为切线角余角:q=tg-12px
7、睛瞳孔缩小,对面发出的光束很难看清,这种影响十p分明显,以至于在外面的人很难看清对面一个建筑物-12px所以,I=u-q=u-tg内所装探照灯发出的光束。然而,在建筑物后100m处p因此,X=ûI-qû的观察者却能清晰看到这一光束。因此,探照灯照射当I=q时,光线准直。当I≠q时,光线发散。在距观察者几公里以外的地方要比照射在很近的地根据上述公式,我们可以通过u角的变化,对光方效果要好的多。源上任
