Ступенчатый отражатель Советский патент 1935 года по МПК F21V14/08 

Предлагаемый ступенчатый отражатель составлен из отдельных параболических, торических, конических и сферических зон-ступеней, середины которых одинаково удалены от и екоторой точки, являющейся общим фокусом для всех упомяпутых зон-ступеней.

На чертеже фиг. 1 изображает схему построения УГЛОВ излучения для различных точек отражателя п. н шаровом источнике света; фиг. 2- иомогр .мму nocTpoei ия теоретической кривой светораспределения паг аболического прожектора при шаровом кстичнике свега; фиг. 3-теоретическ -ю и фактическую кривые све:ораспредрлеиия реальной светооптической системы; фиг. 4схему желательного сзеторасиределения )(рожектора; фиг. 5 -схему построения профиля предлагаемою ступенчатого отражателя, фиг. 6-теоретическую криБЗю светораспределения сгупенчятогп отрахч-ателя, фиг. 7-15 -графики и схемы, относящиеся к построению профилей различных видоизменений предлагаемого ступенчатого отражателя.

Обычные параболические отражатели, получипшие иыке весьма большое распространение, имеют недостаток в том смысле, что отдельные зоны отражателя излучают световой поток с различным углом излучения. Это происходит потому, что каждая точка отражателя излучает световой поток именно в таком телесном угле, в котором из этой точки отражателя усматривается тело

(301)

пер:«14: ого источника света. При сферическом источнике света на;,болыиий угол изл.чения отвечает центральной точке отражателя. При пе|емещении исследуемой точки отражателя к периферии, как видно из фиг. 1, угол излучения будет уменьшаться по закону, отвечзго1аему следующе.му выражению:

-2-:. (1-fees

и):

/

где )-угол излучения от оси, г-радиус светящегося тела, /-фокус1 ое расстоягке отражателя -радиус сектора зо.чы и а-зональ: ып угол.

Так как свето;юй поток всего прожекторного получается от сложения ci ето:-ых потоков отдельных зон, то закон снетораспределения для правильно центрнропанной снсггм.-, при источнике света к виде niapa равномерной Г1ркостн представляется Kpnsui-i, которая строится по номограмме, изображенной на фиг. 2. Эта номог|.а:.;ма составляется ;з четырех св.товых построений а. б, в и г. На фиг. 2 часть а изображает мськдианние сечение параболического отражателя с подразделением его па отдельные зоны. Часть о фиг. 2 представляет собою кривую завнсимостк площади светового отверстия s от его радиуса при дaннo J фокусном расстоянии /. Часть е фиг, 2 представляет собою номограмму для оты- j екания угла излучения 3 согласно выражению () | по заданным размерам источника света г и зо- j налыюму Улу 21. Часть г фиг. 2 изображает | кривую светорасиределения прожектора 1-/ (3), которая строится по точкам. Абсциссы этой кри- ; вой представляют собой значения }-1Лов кзлучения В; ордмкаты этой кривий отвечают выражению | 1 Tj 5 5 где В-яркость первичного источника света. 5- площадь светового отражателя до изучаемой , зоны, 1 -коэфициент сонершенства светооптической системы. Из приведенной номограм5 ы I видно, что для идеально1-о теоретического случая фотометрическое тело прожектора в пряыоугольных осях координат представляет собою усеченный ; фигурный конус, у которого верхнее основание тем меньше, чем больший угол захвата имеет I отражатель. Для отражателя/ .eгo захват в 70°, верхнее основание будет составлять 67% нижнего основания. Реальные светоонтические системы всегда ряд дефектов (аберрацию отражателя, неравномерность распред ;ле 1ия яркости ио телу первичного источника света, iioriieuiHOCTb цектр;;рог;к;1 : л т. п.). Вследствие этого у реальных прижскто- ; ров закон светораспределения иска;кастся, а именно, осиоепая силл снета у леныпастся, ; верхушка заостряется и основание еще расширяется, как это указано на фиг. 3. Вглнчкла | этого иска;хения обычно растет с увеличенягм утла захвата сг с относительным уменьишпием : источника света и уменьшение ; ьеличины фокус- кого расстояния. Между тем указанное иск;1жекие является чрезвычайно досадным, так как ущи)е;;ие основания тела сиетораспределения. : е увеличивая по сущест5у площади освещени ;, , создает световую завесу и понижает видимость . целей боковол:у наблюдателю. С точки эксплоатпционных требований, для большинства случаеь 1ракткки жглахельна такая с::етоопткческая система; которая давала бы светораспред;;.ие, бтвечающее фигуре цилиндра, как это п.окй- ; зано на фкг. 4. Такое светорасиредсление }.:у;-:аго получить в том случае, если есе зоны отражателя будут усматривать тело излучателя Б одинаковом телесном угле зреиын, Это тр бо- , вание с жсласлгой степенью иркблиисения быть, по мнению изобретителя, 1Ыаолие;;Г при применении предлагаемого ciynciiqETovr:. отражатглп. Профиль ступекчато|-о отражателя, ;ак ;. о из фиг. S. соста.леи из отдельных нарабслическЕ х : зонп.1ьных ступе;; а, Средние точки этих ступеней расиоложепы по л-.те круга, р;1дкус Kiiroрого равен фокусыйму расстоящио отра;;.;ател:-.. благодаря этому расстояние от иервичного источника CLCTa до любой зоны будет остаилься одним и теп же и, слсдо1:ате,;ьно, lipn источнике света в i пде шара ьсе зоны будут излучать световые потоки с одинаковыми углами пзлучеьи.ч. Koiie4HO. строго говоря,, отдельтые точки ступени будут излучать световые потоки с (-азным ; углами излучения. ТеиретическоЯ кривая светораспре -елек1:я д.1я ступенчатого отра-.;;мелк изоб,..а:кен;1 в ..-ле ;;омог аа)ичес;а/г:. ;1ост:юе и2 на фиг. 5. Из посгроения , что чем больше число ступеней и меньше их ширина, тем совершеннее будет теоретическая кривая. Так как увеличение числа ступеней бздет усложнять изготовление подобных отражателей, то число их будет определяться совокупностью scex привходящих условий. Описанный стз1;енчатый отражатель с параболическими ступенями, в котором средние части составляющих его отдельных параболических зон-ступеней одинаково удалены от некоторой точки, являющейся общим фокусом для всех параболических зон ступеней, может представить некоторое затруднение производстве при обработке ряда иараболоидальпых поверхностей. Однако, в виду того, что размеры ступеней по высоте незначительны, не будет больштгм .худшекием делать их не парзболоидальггыми, а в виде торических повег/хг остей, изготовление которых проще. Радиус кривизны торической поверхности eciecTiesiHO приравнять радиусу кривизны длл средней точки параболической стуиенп. Известно, что ;:опбгце радиус кривизн:. для любоГ точки к-граболы определяется выраже;-1пем где Я- -параметр параболы. Tax как центр тат.яуса К11ивизпы должен лежать на р.ормали AN. то ;оложение его. а иднов.земенио и величина радиуса кривизны, легко а аходится построением, указаипым на фиг. 7. Пара иетры параболических дуг отдельных стуiieHeii сьязаны следующ1 м основны;. ураьненнем .:- const 1 -- cos у. где - о-радиус и Ч5льнск дуги, р - кри -;з1-;ь: пйрабилической сту;:енк и Р царгболическгм параметр. Решая уравнение (11П, инеем: Р -.гг г (1-1- COS а : /- -р г cos х ... (V) где /,. S /ij ;та;;а.-:етр и ф)кус;1ое расстояние :;,ент:1сль и;й зоны S. Я V. f - зоны под угле. а. Из 1;ы1пеизло.-; еиного след-.ОТ; что iwov.ai ;;сех ступеней пересекаются Б одной точке Л . Пользугсь построением, з1 азанным H;I фиг. 7, . егко находят центры кривизны д;;Я всех ступелей, как зго показано на фи1-. S. После этого нет.пудно уже к ирочертить к интервале ме:;:ду линиями раздела участки круговых дуг. котср..е при врпш.е-.иии всего прсфи.: о; о,О Л;г ии O.V :адут iO :i i4ecKiie iioijepx: н:ти.

Числовое значение радиуса кривизны ториче:: ой ступени будет отвечать выражению:

(1 Ч- cos -Л

cos а, 3 2

cos а 2 1 + cos а

/0 cos- а/.

гле /о-фокусное расстояние отражателя и S-зональный угол захиата.

Ступенчатый отражатель с торическимн ступенйыи (фиг. 8) может быть видоизменен при достаточном числе ступеней и их относительно малой ширине путем применения профиля с коническими ступенями (фиг. 9). средняя часть которых одинаково удалена от одной точки, являющейся фокусом отрахкателя, а нормали степеней иересехают оптическую ось на ДБОЙИОМ фокусном расстоянии. Указанный профиль может быть видоизменен добавлением участков; зон для .улавливания светового потока в зональных интервалах. Эти участки могут оыть сферичес1.ими, имея центром фокусную точку, или коническими, нормали которых петтесекаются в фокусной точке.

Наконец, коническая поверхность ьсех зон как основных, так и дополнительных может быть упрощенп путем осущест1.ления ее и.з плоских зерка. (фиг. 10).

i видоизменении стзпенчатого отра;кателя, .изображенно.м на фиг. 11, торические iLOBepxности, с целью облегчения процесса обработки, заменены сферическими, имеющими общий центр в точке Л пересечения нормалей торических зон, лежащей на оптической оси на двойном фокусно1Г расстоянк. Указанное изменение очертания образующий профиля при одинаковом числе зон повысит его аберрационнзю дефективность. .Поэтому число зон подобно, с/ отражател должно быть больше, чем соответственного ступеичатоторического.

Ступенчатый параболический от;)ажатель, согласно п. 1 предмета изобретения, в котором средние части (фиг. 12) составляющих его зонступеней одинаково удалены от некоторой , являющейся оощим фокусом для всех napajo,:i ческих зон-ступеней имеет светораспределени-;, отвечающее на фиг. 12 чэтыреуго.,ьнику 00;V.V. Если ОБ вместо указанного отражателя Оыл взят обычны параболический отражатель того ;ке светового отверстия, то его светораспределекие отвечало бы четырехзгольнику . Таким треуго.1ы;ик образом NNX отвечает -световому потоку, падающему в интервалы между стуценямк.

Если профиль ступенчатого отражателя не будет магазинно -о типа,, а будет представлять непрерывную фиг}ру с полками, параллельными оптической оси (фиг. 13), то такой отражатель, вс.едствке повторных отражений, будет и.меть побочное рассеивание, если полки не зачернены. Теряемый бесполезно световой поток NXN может быть использован на дополнительный подогрев первичного источника света при нижеследующем видоизменении основного профиля. Из фнг. 14, изображающей профиль стзпснчатого сферическо-иараболнческого отражателя видно, что каждая параболическая стзпень на периферии переходит L сферу, центр к .торой соЕмещен

с фокусом отражателя. Величина дуги згой сфе рмческой части зональной ступени отвечает у1ловой величине, под которой соединительная полка усматри ается из фокуса отражателя. При таком профиле лучи, поиаьшие на указанные сферические участки, после отражения напраьягся оцять к фокусу и буду повышать накал первично; источника света. Угловые размеры сферической части всей ступени отвечают угловому интервалу между двумя соседними параболическими зональны.ми ступенями. Параболические части сгуненей создают световой прожекторный пучок, а сферические части С|уненей дают дополнительный нагрев первичного источника света.

Описанный отражатель может быть совершенным в том случае, если первичный источник света будет иметь одностороннее излучение, например электрическая ..ампа, колба которой наполовину зачер;.ена или зазерка.тена. ьсли первичный источник света дает излучение в телесном учле 4т:, то для уничтожения побочного свега его надо экранировать со стороны ноли. Экран этот целесообраз ее всего осуществить в 1иде сферического конгр-отражате .я. как это изобра;ке1:и );а фиг. 15.

Н с.;учае применения решетчатого источника света, как, например, спиральная нить электрической лампы, часть световых лучей, отражаемая коитр-отражателем, также примет участие и световом прожекторном . 1:.ще больше это уудет иметь место при газосветном или нламецJ o i источнике света.

П р е д J е т изобретения.

1.Ступенчатый отражатель, отличающийся тем. что средние части составляющих его отдельных параболических зэк-стзпеьей pauiio Здалены от одной точки, лвляющег.ся фокусной точкой отралслтел : (фиг. 5).

2.Видоизменение отражателя по п. 1- отличаюш,ееся тем, чш вместо параболических зон-ступеней применены торпческие зо 1Ы-ступени и нормали к каждоГ из с:у;1еней пересекают окти-ческзю ось отр.ажате.ш на расстоянии, равно.м двойному с о фокусному расстоянию (фиг. S).

3.1)ИДиизмепение отражателя по а. 1, отличающгзс: тем, что вместо па 1аболпческих зонступеней н:)именены сферические зоиы-сту :енн, которые имеют оощий , лежащий на оптической оси отражатс.чя, на двойном его фокусном расстоянии (фнг. 9,/.

4.Видоизменение отражател;; io п. 1, отличающееся тем, что BMecTi) параболических .юнстзпеней применены конические зоны-стуи.ени, нормали к KOTopBiM пересекают оптическою ось

отражателя на л.ьойном его фокусном расстоянии (фкг. 11).

5.ьидииз.менение отражате.тя iro i;n. 1.- 4, стличающеес;; тем, что с целью улавливания cteTOLoro jiOTOKa и зон;1льных интервалах применены сферические пассивные участки зон с цер.трами в ФОКУСНЫХ точках отражателя (фиг. 14).

6.Видоизменение отражателя но п. 4 к 5, отличающееся тем, что вместо сферических пассньных участков зон пр1;менены конические пассивные зоны, нормали к которым пересекаются в фокз ной точке отра лате;;я.

7. Екдонзмеиенйе отражателя по п. 6, стли- cocvai..;eHHb s из отдельных }|лоскях зе:К5л

чающееся тем, что вместо конических активных |(фиг, Ю).

и пассивных зон-ступеней применены активные jS. В отражателе по п.ч. 1-7 применение

и 1.вассиЕиые зоны в виде усеченных пира; нд. ;контр-отражателей (фкг. 15.

CV-J

§

О.Д 3

L I- А- Физ9 --SW : j ocu tipsuiSii I фи8.12 ГГ ,,-I %l vti lfvir (