專(zhuān)利名稱(chēng)：高效率、強(qiáng)可控性照明設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
A.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及較大區(qū)域或目標(biāo)的照明，具體涉及利用高強(qiáng)度光源以高效率、強(qiáng)可控性方法對(duì)這些區(qū)域或目標(biāo)進(jìn)行照明。
B.現(xiàn)有技術(shù)缺陷有許多實(shí)例可以說(shuō)明高效率、強(qiáng)可控性及高強(qiáng)度照明的優(yōu)越性。己知有多種高強(qiáng)度照明方法。大多數(shù)均使用高瓦數(shù)弧光燈和反射系統(tǒng)，用以將來(lái)自弧光燈的部分光線(xiàn)指向目標(biāo)區(qū)。其中應(yīng)用廣泛的實(shí)例之一是在碗狀半球反射器中軸向安裝弧光燈。這種己知照明裝置在美國(guó)專(zhuān)利5,343,374和5,337,221中有詳細(xì)介紹。
盡管這種照明裝置可以產(chǎn)生較大強(qiáng)度和受控的集中光束，但該系統(tǒng)的性質(zhì)決定了其在效率和控制方面的一些困難。通常，這些系統(tǒng)被升至數(shù)十英呎然后指向目標(biāo)位置。由于反射器是對(duì)稱(chēng)的，一些光線(xiàn)直接落在目標(biāo)區(qū)，而其它的光線(xiàn)則落在目標(biāo)區(qū)之外。這些光線(xiàn)稱(chēng)為溢出光線(xiàn)。這就降低了光線(xiàn)的有效利用，因?yàn)橛稍撓到y(tǒng)產(chǎn)生、原本可以用于目標(biāo)區(qū)的光線(xiàn)卻沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)區(qū)。
再有，盡管這種照明裝置產(chǎn)生較為受控和集中的光線(xiàn)，但該光線(xiàn)的性質(zhì)表明它仍然不能進(jìn)行長(zhǎng)距離瞄準(zhǔn)，而會(huì)產(chǎn)生某種光束擴(kuò)散和光線(xiàn)散射。因此，在長(zhǎng)距離實(shí)現(xiàn)來(lái)自各個(gè)照明裝置光束圖形尖銳截止和控制該光線(xiàn)精確形狀以及其它特性是困難的。另外，要使來(lái)自該照明裝置的光線(xiàn)形狀與目標(biāo)區(qū)的形狀相匹配也是困難的。
美國(guó)專(zhuān)利5,343,374和5,337,221給出并詳明了照明設(shè)備和方法，其中強(qiáng)調(diào)了光線(xiàn)控制問(wèn)題。其優(yōu)選實(shí)施例所采用的是(但不局限于)碗狀反射器(主反射器)和軸向弧光燈。該照明裝置偏離目標(biāo)區(qū)而指向反射鏡或副反射器。該反射鏡至少對(duì)來(lái)自主光源的部分光線(xiàn)進(jìn)行反射。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可產(chǎn)生具有尖銳、精確截止的受控光束。因此，以賽車(chē)跑道為例，可以將這些照明裝置置于地面。每個(gè)系統(tǒng)發(fā)出一束光束，它覆蓋了跑道的寬度而在跑道外沿限制墻的頂部或非?？拷漤敳窟吘壧幗刂?。從而可將該照明裝置置于跑道處以取代跑道。同時(shí)，其光線(xiàn)不會(huì)射入觀(guān)眾的眼睛?？蓪⒁唤M這樣的照明裝置置于跑道內(nèi)部，共同為跑道提供平穩(wěn)、均勻而受控的照明。
盡管這種系統(tǒng)是有效的，但對(duì)于其設(shè)計(jì)和方法仍存在改進(jìn)的余地。
例如，這種設(shè)備的尺寸較大。在美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374所介紹的優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)光系統(tǒng)的尺寸與常規(guī)具有軸向弧光燈的碗狀照明裝置基本相同。例如，反射器的口面直徑可能為數(shù)英尺。反射鏡或副反射器可能為數(shù)英呎高乘數(shù)英呎寬，且其與發(fā)光系統(tǒng)的距離為數(shù)英尺。
另外，這種設(shè)計(jì)在光線(xiàn)的有效利用方面存在困難。并非所有來(lái)自發(fā)光系統(tǒng)的光線(xiàn)都為副反射器或反射鏡所反射。例如，來(lái)自發(fā)光系統(tǒng)的部分光線(xiàn)可能會(huì)落在反射鏡之外而損失。
同時(shí)，這種設(shè)計(jì)的靈活性或進(jìn)行隨意定位及調(diào)整的性能方面是有限的。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種高效率、強(qiáng)可控性照明裝置和方法，以便改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種有效利用光線(xiàn)的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的又一目的是利用較緊湊的照明裝置為大區(qū)域提供強(qiáng)可控性光線(xiàn)。
本發(fā)明的再一目的是提供關(guān)于操作性能的靈活性，比如所產(chǎn)生光線(xiàn)特性的可調(diào)整性。
本發(fā)明的又一目的是提供關(guān)于光線(xiàn)指向目標(biāo)區(qū)的靈活性。
參考后面的詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求，將對(duì)本發(fā)明上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)有更加清晰的認(rèn)識(shí)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括高強(qiáng)度光源。第一或主反射器置于光源處或接近光源處，且其尺寸與該光源基本相同。第二或副反射器的尺寸顯著大于該光源，它以高度可控的方式反射來(lái)自該光源的光線(xiàn)。主反射器反射來(lái)自光源的光線(xiàn)重新穿過(guò)光源和/或送至副反射器，以便以高度可控的方式將其反射至目標(biāo)區(qū)。
光源、主反射器和副反射器可以包含于同一機(jī)箱內(nèi)。該機(jī)箱可與機(jī)座相連，該機(jī)座可使機(jī)箱相對(duì)于目標(biāo)而調(diào)整定位。該機(jī)座可以置于地面或與某種機(jī)構(gòu)相連，其中包括可抬升該機(jī)座的機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括至少反射部分來(lái)自光源的光線(xiàn)重新穿過(guò)該光源，該反射發(fā)生在該光源的附近。然后，直接來(lái)自光源的光線(xiàn)以及任何被反射重新穿過(guò)該光源的光線(xiàn)以高度可控的方式被反射至目標(biāo)區(qū)。
本發(fā)明的應(yīng)用方式可以是單個(gè)系統(tǒng)，也可以是多系統(tǒng)組合，以便為某個(gè)區(qū)域或目標(biāo)產(chǎn)生高度可控和高利用率的光線(xiàn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例照明設(shè)備的正右側(cè)透視圖。
圖1A為裝于電桿之上組合照明設(shè)備的立體示意圖。
圖2為圖1所示照明設(shè)備的獨(dú)立放大透視圖，其前透鏡處于打開(kāi)狀態(tài)。在該設(shè)備機(jī)箱的內(nèi)部部分地描述了大副反射器、光源組件和主反射器。
圖3為沿圖4中3-3線(xiàn)的側(cè)立體圖。
圖4為圖2光源組件的俯視放大平面圖。
圖5為沿圖4中5-5線(xiàn)的后立體圖。
圖6為圖2的簡(jiǎn)化縮小正立體圖。
圖7A為光源和彎曲分離式主反射器的側(cè)立體示意圖。
圖7B為光源和平直分離式主反射器的側(cè)立體示意圖。
圖7C為光源和涂層式主反射器的側(cè)立體示意圖。
圖8為光源和主反射器實(shí)施例的獨(dú)立透視圖。
圖9為圖1照明設(shè)備的后左側(cè)透視圖。
圖9A為圖9中系統(tǒng)機(jī)箱的放大透視圖，其中描述了繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)而開(kāi)啟的后壁和支撐副反射器的框架后部。
圖10為帶有副反射器連接片的反射器框架獨(dú)立放大透視圖。
圖11為一個(gè)反射鏡片和該鏡片一端與圖10框架相連之連接件的放大側(cè)立體圖，它通常是沿圖10中11-11線(xiàn)觀(guān)察的結(jié)果。
圖11A為沿圖11中11A-11A線(xiàn)的側(cè)視圖。
圖12為沿圖10中12-12線(xiàn)的部分放大后立體圖。
圖13為圖9部分機(jī)箱內(nèi)部的放大剖視圖，描述了該機(jī)箱內(nèi)大反射器框架的定位，它通常是沿圖9中13-13線(xiàn)觀(guān)察的結(jié)果。
圖14A為大副反射器和框架側(cè)立面的放大獨(dú)立視圖，簡(jiǎn)要描述了各個(gè)反射器單元的定位線(xiàn)。
圖14B與圖14A相似，只是其中描述了可用于替換圖14A中反射器單元的反射器單元。
圖15為該照明裝置移去后壁之后機(jī)箱內(nèi)部的后立體圖，描述了副反射器裝于托架之上、使得圖10中框架可在該照明裝置內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的情形。
圖16與圖15相似，只是其中描述了圖10中框架可在該照明裝置中傾斜調(diào)整的情形。
圖17為穿過(guò)圖1照明裝置的垂直剖視圖，說(shuō)明了支撐電桿與下樞軸箱的連接方式。
圖18為沿圖9中18-18線(xiàn)的剖視圖。
圖19為賽車(chē)跑道的俯視平面圖，簡(jiǎn)要描述了根據(jù)圖1照明設(shè)備在跑道內(nèi)定位的一個(gè)實(shí)例。
圖20的側(cè)立體示意圖描述了利用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的照明設(shè)備實(shí)現(xiàn)光束限定截止的情形。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明A.概述為更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)將詳細(xì)說(shuō)明其優(yōu)選實(shí)施例。所述優(yōu)選實(shí)施例只是本發(fā)明可采用的一種形式，它不能也不意味著限定本發(fā)明可采用形式。
在說(shuō)明過(guò)程中將頻繁地參考附圖。在圖中將利用參考數(shù)字表示某些部件和位置。除非特別聲明，所有圖中的相同部件和位置均用同樣的參考數(shù)字表示。
本發(fā)明特殊應(yīng)用的實(shí)例可在美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中找到。例如，本發(fā)明可有效地應(yīng)用于賽車(chē)跑道等目標(biāo)區(qū)域。其它實(shí)例包括田徑場(chǎng)或球場(chǎng)的照明、公路或交叉路口的照明以及其它需要或要求使用高效率、強(qiáng)可控性和高強(qiáng)度照明的情形。
B.最佳實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)圖1描述了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的照明裝置10。機(jī)箱12包括頂部14、底部16、左側(cè)部18、右側(cè)部20、后部22(均為不銹鋼制)和前部24。應(yīng)當(dāng)理解，在此實(shí)施例中前部24由鑲在不銹鋼框架26中的全透明窗或透鏡組成，該框架與機(jī)箱12相連并構(gòu)成其一部分。機(jī)座(通常以數(shù)字28表示)基本上為雙樞軸，叉形部30可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地安裝于機(jī)箱側(cè)部18(見(jiàn)樞軸連接部32)和20，使得機(jī)箱12能繞由樞軸連接部32(見(jiàn)圖6)定義的水平軸旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)箭頭40)；叉形部30(其具有機(jī)箱12下方樞軸箱伸出的垂直分離臂)又可在電桿42上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而定義了垂直軸(見(jiàn)箭頭44)。電桿42再牢固地安裝在地面46上，使得整個(gè)照明裝置10可以置于地面附近。另一方面，電桿42(或其它類(lèi)似裝置)可以安裝于幾乎任意形式的支撐上(甚至包括那些架高的支撐)。實(shí)例之一是將若干照明裝置10安裝在架高于電桿50的橫臂48上(見(jiàn)圖1A)。圖1A中的各個(gè)照明裝置10均可以轉(zhuǎn)動(dòng)和/或傾斜。然而，那些熟知此技術(shù)的人應(yīng)當(dāng)理解，并非一定要使用樞軸式固定裝置，機(jī)箱12可以通過(guò)多種方式安裝于某種支撐結(jié)構(gòu)或任意形式的機(jī)座上。
因此，如圖1所示，照明裝置10為獨(dú)立單元，它由裝于機(jī)箱12內(nèi)的元件產(chǎn)生光輸出。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)箱12的尺寸為寬293/4英吋，高34英吋，深191/4英吋。當(dāng)然也可以使用其它結(jié)構(gòu)和尺寸。機(jī)箱12所使用的材料并不局限。它們可以是金屬片。同樣，機(jī)座28部件的材料也不限定。在此優(yōu)選實(shí)施例中它們由金屬桿和金屬管制成。
圖2描述了前透鏡24在折葉52上繞樞軸開(kāi)啟的情形(通過(guò)釋放插銷(xiāo)56)。插銷(xiāo)56豎直或以其它方式與機(jī)箱12相連，并通過(guò)末端帶有凸緣的中間彈性銷(xiāo)將箱門(mén)24關(guān)閉。中銷(xiāo)兩側(cè)的銷(xiāo)片阻止對(duì)玻璃的側(cè)向抻拉和對(duì)其施加彎曲壓力。前門(mén)(透鏡24)和機(jī)箱12的前周界具有伸展嚙合凸緣和硅樹(shù)脂密封墊以便在門(mén)關(guān)閉時(shí)實(shí)現(xiàn)密封。插銷(xiāo)56既可將門(mén)24可靠地鎖定，又可很容易將門(mén)24打開(kāi)。機(jī)箱12內(nèi)部包括通常被稱(chēng)為光源組件的部件58(由金屬或陶瓷制成)，它懸于反向延伸的鋼棒60和62之上，該鋼棒的外端與鋼臂64和66相連。副反射器(通常用數(shù)字70表示)以一定距離裝于光源組件58與透鏡24相反一側(cè)的周?chē)７瓷淦?0的精確形狀和尺寸可以不同。例如，副反射器70可以比圖2中大得多。其末端可以超出光源組件58向前伸延得更遠(yuǎn)。但是，有時(shí)反射器70尺寸的增加所得到的利益不大。因此，反射器尺寸應(yīng)在不損失光線(xiàn)有效控制的條件下盡可能做得最小。還可以使用附加側(cè)反射器72和74(分別在機(jī)箱12左右兩側(cè)之內(nèi))。反射器72和74裝于與垂直桿73相連的框架(圖中未畫(huà)出)上。電源通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)76供給光源組件58。應(yīng)當(dāng)理解，其它電氣元件(如鎮(zhèn)流器、保險(xiǎn)絲和開(kāi)關(guān)等)可以裝于機(jī)箱12外部，比如裝于樞軸叉部30或其它附件之內(nèi)。例如，樞軸叉部30的水平部(稱(chēng)為樞軸箱)可以包含鎮(zhèn)流器和其它元件。發(fā)熱元件(特別是鎮(zhèn)流器)可裝于機(jī)箱12的外部以減小照明裝置10的散熱問(wèn)題。
圖3-5更為詳細(xì)地描述了光源組件58及其附件。通常，光源80(此處直徑約11/8英吋，長(zhǎng)約41/2英吋、圍繞電極84和86的弧光管82)水平安裝于支架88與90之間，該支架由固定件體92上向后伸出。
弧光管82面向后向一側(cè)為暴露的，并且其面向反射器70。如圖3所示，弧光管82前向一側(cè)被反射器94所環(huán)繞，該反射器僅僅略大于弧光管82且靠近該弧光管或與之相抵。反射器94可以為彎曲的(見(jiàn)圖7A和圖8)、平直的(見(jiàn)圖7B)，也可以由形成于弧光管82上的涂層構(gòu)成(見(jiàn)圖7C)。在此優(yōu)選實(shí)施例中，它的尺寸約為高11/8英吋，厚1/8英吋，高11.0英吋。
參考圖2及圖3-5，可見(jiàn)固定件體92有效地從照明裝置10的前方遮擋住了弧光管82?；」夤?2的后向暴露和反射器94保證了從弧光管82到反射器70的大部分或全部直射光得到反射器70的反射控制。還應(yīng)當(dāng)明白，反射器94的形狀和它到弧光管82的近距離將來(lái)自弧光管82未直接投向反射器70的大量光線(xiàn)反射回弧光管82的弧光流和/或投向反射器70。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，弧光管82由高亮度弧光管組成，該弧光管為細(xì)長(zhǎng)的且產(chǎn)生大致細(xì)長(zhǎng)的弧光流，而不是接近點(diǎn)源光線(xiàn)的情形。然而，應(yīng)當(dāng)明白，水平方向較短弧光流或較短弧光源將在照明裝置水平方向產(chǎn)生較窄的光束。有一些高亮度光源具有相當(dāng)窄的弧光流。某些HMI燈泡便具有這樣的性質(zhì)。導(dǎo)線(xiàn)76如圖所示與電極84和86相連。可利用絕緣器77和托架79懸掛并支撐導(dǎo)線(xiàn)76。
然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可使用不同類(lèi)型、不同形狀和不同特性的光源。上述優(yōu)選實(shí)施例適用于類(lèi)似賽車(chē)跑道的照明，其中細(xì)長(zhǎng)光源結(jié)合細(xì)長(zhǎng)矩形反射鏡片可以產(chǎn)生非常尖銳的限定截止，特別在光束的頂部。
此優(yōu)選實(shí)施例的垂直光束擴(kuò)散是弧光管82的直徑和該弧光管與反射器70頂點(diǎn)之間距離的函數(shù)。光束最寬部由沿該弧光管頂部和底部向該反射器傳播的光線(xiàn)及其各自的反射方向決定。從該弧光管任意位置到反射器70上任意其它位置的光線(xiàn)將落在來(lái)自該弧光管頂部和底部由反射器頂點(diǎn)反射之射線(xiàn)所定義的垂直光束擴(kuò)散之內(nèi)。在此優(yōu)選實(shí)施例中，反射器70具有尺寸為4英吋×24英吋的反射片100，它們沿方程y2＝4fx定義的拋物線(xiàn)而配置，其中最大x＝83/4英吋，f＝61/2英吋，最大y＝15英吋。反射器70頂部前緣與底部前緣之間的距離(反射器70相對(duì)兩端之間的弦)約為30英吋。安裝時(shí)，各個(gè)反射片100相鄰邊緣之間的間距約為5/32英吋。對(duì)于10°的垂直光束擴(kuò)散，將直徑11/8英吋、電極間距離4英吋的弧光管82沿反射器70的焦長(zhǎng)配置于距其頂點(diǎn)約61/2英吋處。
因此，應(yīng)當(dāng)明白，通過(guò)增加光源的直徑，可以產(chǎn)生更寬的光束。另一方面，將光源移近反射器70，可以產(chǎn)生更寬的光束。反之亦然。使用較小直徑弧光管或令弧光管遠(yuǎn)離反射器70可使光束變窄。如果改變光源位置，可能使光束發(fā)散。此時(shí)可能需要重新定向和/或改變拋物線(xiàn)的尺寸。照明裝置10的特征是，通過(guò)調(diào)整反射片100可以在不改變光源相對(duì)于反射器70位置的條件下對(duì)光束的垂直寬度進(jìn)行一定程度的調(diào)整。
另外，還應(yīng)當(dāng)明白，由于上述關(guān)系，整個(gè)照明裝置根據(jù)光源與反射器之間的距離可以做得更小或更大。如果光源直徑可做得很小，則它可以比大直徑情形配置得離反射器70更近。這將縮短距離。而較短的距離可使照明裝置的尺寸減小。
如下將要更詳細(xì)介紹的那樣，利用反射片構(gòu)成反射鏡70給出了另一種展寬或調(diào)窄垂直光束擴(kuò)散的方法。每個(gè)反射片均可繞水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)而獨(dú)立調(diào)整其相對(duì)光源的取向。通過(guò)設(shè)置從光源到反射片光線(xiàn)的較大入射角，可以得到較寬的光束。這增加了照明裝置10的可調(diào)性和靈活性。
對(duì)適合于NASCAR標(biāo)準(zhǔn)賽車(chē)尺寸的賽道，選定垂直光束擴(kuò)散為10°。光束側(cè)面的截止并不重要，因?yàn)樵撡惖姥貎蓚€(gè)方向均很長(zhǎng)。光源、主反射器和副反射器之間的關(guān)系，包括其尺寸、形狀和間隔均可進(jìn)行調(diào)整或設(shè)定以獲得某種照明效果。在許多情況下，將光束形狀與目標(biāo)匹配是有利的。將副反射器鏡片形狀與光束形狀相關(guān)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。在優(yōu)選實(shí)施例中，這是通過(guò)在弧光管82底部與副反射器70各個(gè)鏡片頂部之間形成平行表面，再利用大致為線(xiàn)形的光源80和矩形反射鏡片而實(shí)現(xiàn)的?？衫闷渌螤詈完P(guān)系產(chǎn)生其它所需的照明效果。
在優(yōu)選實(shí)施例中，使用了2,000瓦金屬鹽巖弧光管。也可以使用其它類(lèi)型和瓦數(shù)的燈泡?？墒褂?50瓦甚至更低的瓦數(shù)。對(duì)光源的瓦數(shù)類(lèi)型或尺寸沒(méi)有限制。
反射器94緊接弧光管82的外側(cè)設(shè)置并且進(jìn)行涂敷以便使紅外輻射穿過(guò)而將85％的可見(jiàn)光反射。這樣，紅外輻射不會(huì)被反射穿過(guò)弧光管82從而減少對(duì)密封裝置的加熱或電極附近的熱斑，但85％的可見(jiàn)光卻被反射穿過(guò)弧光流和/或傳向反射器70。
如圖3所示，反射器94制作得與弧光管82周界匹配。另一方面，它可以取平直(圖7B)或其它形狀。它可以略微離開(kāi)弧光管82或作為其上的一層涂層(圖7C)。例如，它可以為介質(zhì)材料、分光材料或陶瓷材料(比如氧化鋁)。
通常，圖7A和7C所示的彎曲反射器形狀可以更好地控制光線(xiàn)并產(chǎn)生比圖7B所示平直或較大反射器94更窄的光束。然而，可能有一些需要較寬光束的情形，從而要使用平直或較小彎曲的反射器94。另外，如圖7A和7C所示的彎曲反射器94會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱問(wèn)題，這些問(wèn)題可影響弧光管82，如對(duì)密封裝置加熱或其它發(fā)熱問(wèn)題，或影響反射器94(無(wú)論其作為獨(dú)立單元還是弧光管82上的涂層)，如降低配置反射器94所需粘結(jié)劑性能。因此，使用允許紅外輻射穿過(guò)而反射絕大多數(shù)可見(jiàn)光的材料將是有利的。
反射器94較為靠近弧光管82且比其尺寸小。與美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374所介紹的主反射器相比，通過(guò)如此定位反射器94并設(shè)計(jì)其尺寸，本發(fā)明照明裝置的總體尺寸可大幅度縮小。
因此，使反射器94的尺寸相對(duì)于光源最小化通常是有利的。一般而言，反射器94相對(duì)于副反射器70也是很小的。同樣，這也有利于整個(gè)系統(tǒng)尺寸的最小化。
然而，應(yīng)當(dāng)理解，主反射器94可以是高度鏡面型的。但是，它也可以是漫射型的，比如由陶瓷或陶瓷涂層制成(例如氧化鋁)。
圖6給出了照明裝置10的主視圖。同時(shí)參考圖2可見(jiàn)，各個(gè)反射片100在垂直平面內(nèi)沿某種曲線(xiàn)而并排放置。各個(gè)反射片100通常橫過(guò)機(jī)箱12的內(nèi)部寬度而水平延伸。該反射片基本上以180°圍繞懸掛的光源80。如后面將要說(shuō)明的那樣，反射片100相對(duì)于光源80位置的設(shè)定，使得其能夠以高效率和強(qiáng)可控方式反射光線(xiàn)并將光線(xiàn)發(fā)射出透鏡24。
圖9給出了照明裝置10的后視圖并描述了其后面板22，它與前面板24相同，通過(guò)插銷(xiāo)56可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地連接于閉合、密封位置。參考圖9A，后面板22可繞樞軸旋轉(zhuǎn)打開(kāi)以便接近反射器70的背面。如圖9A所示，此優(yōu)選實(shí)施例利用框架110生成反射器70的拋物線(xiàn)形狀并固定各個(gè)反射片100。而框架110又安裝于機(jī)箱12上。
圖10更為詳細(xì)地描述了框架110。通常為矩形的子框架112連接有兩個(gè)彎曲框架114和116?？蚣?14和116遵循拋物線(xiàn)106(見(jiàn)圖14A和14B)。支撐耳118沿各個(gè)曲線(xiàn)114和116向外突出且配置得使反射片100可沿曲線(xiàn)114和116連接于相應(yīng)支撐耳118之間。
圖10同時(shí)還描述了，安裝托架122與各個(gè)支撐耳118相連并用于支撐反射鏡片100的一端。另外，側(cè)反射鏡安裝架123和125由框架110的兩端向前伸出并包括窄縫124。各對(duì)安裝架123和125接受垂直桿73的相對(duì)兩端(見(jiàn)圖2)，使得側(cè)反射鏡72和74可以安裝在機(jī)箱12之內(nèi)。側(cè)反射鏡可繞垂直桿73轉(zhuǎn)動(dòng)以改變其位置，從而影響離開(kāi)照明裝置10光束的水平寬度。
圖11更為詳細(xì)地描述了托架122的結(jié)構(gòu)。托架122的法蘭盤(pán)128配置在兩瓣支撐耳118之間。螺釘180和襯管188穿過(guò)支撐耳118和法蘭盤(pán)128的校正開(kāi)口，并提供托架122的轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸。車(chē)身螺栓126穿過(guò)兩瓣配對(duì)支撐耳118的校正開(kāi)口和法蘭盤(pán)128的曲線(xiàn)縫130。螺栓126可通過(guò)螺母擰緊以鎖定托架122。托架122的傾斜范圍由曲線(xiàn)縫130決定。因此，在支撐反射鏡片100相對(duì)兩端之托架122的螺栓126被緊固之前，反射鏡片100可以在曲線(xiàn)縫130中螺栓126所允許的范圍內(nèi)傾斜移動(dòng)。
圖11還描述了精確和較安全地將反射鏡片100安裝于托架122之上的實(shí)施例，因?yàn)榭赡軙?huì)有各種各樣的力施加于易碎的反射鏡片100上，從而可能會(huì)由于安裝而使之損壞。這種實(shí)施例還使得反射鏡片100可以較方便和快捷地插入或移出。托架122具有C形截面的主部134。法蘭盤(pán)128由主部134的一端伸出。反射鏡片100可嚙合并滑入主部134。片狀彈簧136可以由螺栓、鉚釘或其它緊固裝置138固定在托架122上，且形狀可做得使其相對(duì)兩外端延伸至后側(cè)反射鏡片120的頂部和底部邊緣。然后，螺釘140可穿過(guò)突出焊接在托架122主部134后側(cè)的螺母141旋下并將彈簧136的相對(duì)兩端推進(jìn)而抵住反射鏡片120的后部。襯墊142可置于反射鏡片100前側(cè)頂部和底部與主部134鉗口之間，且特弗龍(Teflon)塊144可置于彈簧136的兩端以提供某種襯墊并保護(hù)反射鏡片100不受本設(shè)計(jì)施加其上之力的損壞。特弗龍(Teflon)可承受光源80在照明裝置10中產(chǎn)生的熱。
應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)對(duì)反射鏡片100后側(cè)頂部和底部施加壓力使之抵住托架122主部134的前部鉗口，可以獲得反射鏡片100與框架110的牢固連接，并且該反射鏡片可以方便地插入和抽出。這還減小了對(duì)反射鏡片100施加壓力或扭矩而可能使其破碎或彎曲的危險(xiǎn)。
注意，在圖10中各個(gè)托架122的主部134在托架122法蘭盤(pán)128的一側(cè)延伸。在圖10的設(shè)計(jì)中，托架122置于一個(gè)反射鏡片100面向某個(gè)方向，而置于下一個(gè)反射鏡片100又面向另一個(gè)方向。這使得反射鏡片100可緊密地相鄰排列，且當(dāng)進(jìn)行各個(gè)反射鏡片繞樞軸的精細(xì)調(diào)整時(shí)托架122不會(huì)相互干擾。
圖11A詳細(xì)地描述了托架122與框架110支撐耳118的連接。支撐耳118的分離兩瓣146和148允許托架122的法蘭盤(pán)128插入其中。當(dāng)法蘭盤(pán)128的窄縫130(見(jiàn)圖11)通過(guò)支撐耳118的各個(gè)分離兩瓣146和148與開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)時(shí)，將車(chē)身螺栓126穿過(guò)所有這些部件。參考圖11A可見(jiàn)，襯管188(50％壓縮)通過(guò)貫穿支撐耳118分離兩瓣146與148的校正開(kāi)口和法蘭盤(pán)128的開(kāi)口181插入。外墊片186和184與襯管188的相對(duì)兩端相抵。墊片186和184均為No.10墊片。5/16英吋?jí)|片190抵住墊片186并圍繞襯管188的一端。如圖所示，在墊片190與支撐耳118分離瓣146外側(cè)之間配置有Bellville墊片192A和192B。
襯管188為準(zhǔn)確的樞軸。緊固螺釘180和螺母182使之足以壓緊墊片192A和192B。然后，墊片192A和192B給出足夠壓力以向支撐耳118的兩分離瓣提供對(duì)托架122法蘭盤(pán)128的足夠夾固力，而一旦完成任何樞軸調(diào)整之后，托架122便固定于該位置。因此，圖11A的設(shè)計(jì)提供了足夠的張力，使得反射鏡片可以迅速、平穩(wěn)、精確和方便地調(diào)整，而在車(chē)身螺栓126緊固之前又能夠保持原位。
可以通過(guò)緊固車(chē)身螺栓126上的螺母127將各個(gè)托架122鎖定在支撐耳118上而不影響反射鏡片100的精確排列。
圖12更詳細(xì)地描述了框架110，特別是彎曲框架114和116。實(shí)際上，各個(gè)彎曲框架114和116包含外半部146和內(nèi)半部148，它們通過(guò)分隔裝置150(即兩半部146和148后緣處的焊點(diǎn)以使得位于支撐耳118處的兩半部146和148可彈性地相向移動(dòng))而保持略微分開(kāi)的位置。然后，法蘭盤(pán)128或托架122可配置于各個(gè)支撐耳118處兩半部146和148之間的空間之內(nèi)。
圖13較詳細(xì)地描述了與照明裝置10相關(guān)的若干情況。圖13右側(cè)較詳細(xì)地描述了托架122與支撐耳118的連接。圖13左側(cè)較詳細(xì)地描述了安裝架123和反射鏡74的結(jié)構(gòu)。
圖13還描述了框架110通過(guò)螺栓152固定在裝于機(jī)箱12中托架154上的情形。托架156(同時(shí)參考圖10)固定在框架110側(cè)壁且從其上向外伸出。從圖15和16中可更詳細(xì)地看出，托架154上具有垂直窄縫158。因此，如圖16所示，整個(gè)框架110可通過(guò)放松螺栓152并向右(如圖16所示)或向左偏轉(zhuǎn)該框架110而傾斜。圖15描述了框架110，它基本處于中心位置。螺栓152可用于緊固框架110使之處于所需位置。
圖14A描述了反射器70的優(yōu)選截面形狀和反射鏡片100與該形狀相配的情形。該形狀最好選為拋物線(xiàn)。如圖14A所示，線(xiàn)102和104代表X軸和Y軸。線(xiàn)102位于穿過(guò)反射器70拋物線(xiàn)曲線(xiàn)106(取自側(cè)立截面)中心的平面。盡管各種拋物線(xiàn)均可以使用，但方程x2＝4fy定義了優(yōu)選形狀，其中x等于水平距離，y等于垂直距離，f為焦距。圖14A說(shuō)明，一旦選定了曲線(xiàn)106，則各個(gè)反射鏡片100便被并排排列以緊密地匹配曲線(xiàn)106。在圖14A所示的實(shí)施例中，反射鏡片100為扁平、4英吋高的反射鏡片。各個(gè)鏡片設(shè)置得使其盡可能緊密地與線(xiàn)106相配。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，反射鏡片100由背面具有鏡面的玻璃制成。這些反射鏡片是高度鏡面型的(如同反射鏡)，具有最小的散射?？梢允褂幂^弱鏡面型的反射面。鏡面特性的大小取決于所需的控制量。以賽車(chē)跑道為例，需要嚴(yán)格控制以便在跑道照射光與觀(guān)眾之間很小距離內(nèi)得到非常迅速的截止。一片玻璃的鏡面化后表面稱(chēng)為第二表面反射鏡，因?yàn)樵摲瓷溏R位于玻璃的后側(cè)(即第二表面)。在玻璃的前側(cè)或第一表面會(huì)發(fā)生一定反射(約為入射光的4％)。在玻璃的第二表面也會(huì)發(fā)生一定反射(同樣約為入射光的4％)。使用第二表面反射鏡原因是，盡管玻璃反射了一定光線(xiàn)，且因吸收而損失了少量光線(xiàn)，但玻璃將吸收紫外線(xiàn)輻射，否則被反射到人將灼傷眼睛。損失的光量將是極小的，因?yàn)閬?lái)自玻璃第一和第二表面的反射光將沿與來(lái)自鏡面化表面反射光相同的方向傳播。另外，鏡面化表面是易損壞的。所以，將其置于玻璃背面，可以在不刮擦或影響鏡面化表面的情況下清潔反射鏡片100。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用第一表面反射鏡。這樣可避免玻璃所引起的反射或吸收問(wèn)題。
圖14B與圖14A相同，只是其中給出了另一種替代圖14A中反射鏡片100的結(jié)構(gòu)。采用這種反射鏡片100可以更好地逼近拋物線(xiàn)曲線(xiàn)106的形狀。因此，由于平面反射鏡片100僅僅是逼近該曲線(xiàn)(而在拋物線(xiàn)的中部其曲率更為顯著)，所以可利用其垂直截面為彎曲的反射鏡片100A以沿曲線(xiàn)106的各個(gè)位置匹配該曲率。這樣，拋物線(xiàn)106最外端的反射鏡片100A的曲率將比其中心附近鏡片的曲率小。
各個(gè)反射鏡片100或反射鏡片100A與托架122的連接方式由圖10-14A和14B詳細(xì)給出。
圖17描述了叉形部30裝于電桿28的情形。一段套管160熔焊或以其它方式固定在叉形部30水平橫段底部的開(kāi)口162之內(nèi)。套管160的頂部封閉，但其上留有開(kāi)口164。電桿28的直徑略小于開(kāi)口162和套管160的內(nèi)徑。這樣，叉形部30可裝配在電桿28上。開(kāi)口164允許導(dǎo)線(xiàn)166穿出叉形部30進(jìn)入電桿28，進(jìn)而穿入地下。
圖18詳細(xì)描述了叉形部30與照明裝置10的機(jī)箱12之間的樞軸連接部32。在此實(shí)施例中，使用托架154(它用于傾斜調(diào)整機(jī)箱12內(nèi)的框架110)作為樞軸連接部32的一部分。托架154的平板200抵住機(jī)箱12的內(nèi)側(cè)壁18并與之平行。內(nèi)套管202熔焊于(在204處)平板200并穿過(guò)機(jī)箱12的開(kāi)口向外伸出。平板206、外套管208和另一平板212圍繞內(nèi)套管202而置。如圖所示，平板206和平板212通過(guò)焊點(diǎn)210和214牢固地與外套管208連接。
螺栓與螺母組合216/218穿過(guò)平板206、機(jī)箱12和平板200的開(kāi)口將平板206牢固地安裝于機(jī)箱12上。這種設(shè)計(jì)為樞軸32提供了牢固的連接。平面硅樹(shù)脂密封墊219配置于平板206與機(jī)箱12之間。
螺栓220穿過(guò)叉形部30垂直臂中的開(kāi)口伸出。小型隔離裝置224將襯墊226與叉形部30外表面隔開(kāi)。螺母228將襯墊226緊固在隔離裝置224上。由圖18可見(jiàn)，平板212配置于襯墊226與叉形臂30之間。當(dāng)放松螺母228時(shí)，可允許平板212相對(duì)于叉形部30轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)套管202將在叉形臂30側(cè)面的開(kāi)口230中隨機(jī)箱12和平板212一道旋轉(zhuǎn)。螺母228可向下擰緊以便襯墊226加緊平板212而將機(jī)箱12樞軸的取向固定在所需方向上。
C.操作圖20簡(jiǎn)略并按比例畫(huà)出了賽車(chē)跑道200。與美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中一樣，它可以是具有超過(guò)一英里長(zhǎng)和足夠?qū)挾鹊呐艿?。為便于理解照明裝置10的應(yīng)用情形，圖中描述了其在跑道200安裝位置的地面上分立安裝的情形。正如美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中所描述的那樣，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能夠避免在安裝地點(diǎn)使用高電桿，而高電桿的使用將遮擋跑道內(nèi)安裝地點(diǎn)附近觀(guān)眾的視線(xiàn)和跑道外側(cè)觀(guān)眾的視線(xiàn)使之不能看到離他們較遠(yuǎn)一側(cè)的跑道部分，同時(shí)它還將給電視轉(zhuǎn)播及觀(guān)眾帶來(lái)與高速行使賽車(chē)有關(guān)的“木樁柵欄”(picket fence)問(wèn)題。另外，通過(guò)將照明裝置10置于地面使光源位于所需照明區(qū)域的附近(即在跑道上)，且照明裝置10光照的高度可控性允許置光照于跑道并實(shí)現(xiàn)迅速的截止，從而光線(xiàn)不會(huì)射入觀(guān)眾的眼中，甚至對(duì)跑道外沿附近的觀(guān)眾也沒(méi)有影響。
然而，應(yīng)當(dāng)理解，照明裝置10還可裝于電桿(包括非常高的電桿)之上。他們也可裝于架高結(jié)構(gòu)上，如新聞?dòng)浾呦?、橫梁和高層建筑等。在許多情況下，使用照明裝置10可減少所需普通型照明單元的數(shù)量。因此，它通常為低能耗、低成本和易維護(hù)的。
圖21-23描述了照明裝置10可產(chǎn)生的光束模式類(lèi)型?；谏鲜鲈?，對(duì)于賽車(chē)跑道來(lái)說(shuō)，具有尖銳截止特性、高度控制的模式是極為有利的。
另外，具有光源組件58的本優(yōu)選實(shí)施例擋住了光源80的直接射線(xiàn)，從而消除了其對(duì)觀(guān)眾和駕駛員眼睛的照射。
照明裝置10被置于分立的位置并且在樞軸裝置上進(jìn)行調(diào)整以便最有效地將光束投射到跑道200上。應(yīng)當(dāng)理解，可使用固定螺母和螺釘?shù)攘慵约捌渌椒▽?shí)現(xiàn)照明裝置10的調(diào)整和隨后的固定。
在實(shí)踐中，每個(gè)反射鏡片100或100A可分別進(jìn)行調(diào)整以保證對(duì)于跑道外觀(guān)眾的尖銳截止線(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，在照明裝置10的設(shè)計(jì)中，弧光管82的底部總是限定了照明裝置10所投射光束的頂部。因此，舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)反復(fù)調(diào)式各個(gè)照明裝置10的每一反射鏡片，可使各個(gè)鏡片的截止線(xiàn)均處于環(huán)繞跑道任意圍墻的頂部以保證尖銳的截止。通常，各個(gè)反射鏡片的可調(diào)角度小于5°，但這也可以改變而包括更大的調(diào)整角。
各個(gè)反射鏡片的可調(diào)性還允許在生產(chǎn)廠(chǎng)對(duì)反射鏡片進(jìn)行調(diào)整。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于給定的照明應(yīng)用，反射鏡片可脫離現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整以便產(chǎn)生某種特性的光束，從而可將它們運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)直接按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝。這將省卻了對(duì)反射鏡片的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。
本發(fā)明的另一方面是能夠調(diào)整照明裝置中的副反射器。換句話(huà)說(shuō)，它可以相對(duì)于照明裝置的機(jī)箱而轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜。這又導(dǎo)致照明裝置機(jī)箱的轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜。存在這種需要的一個(gè)例子是賽車(chē)跑道情形。如果整體轉(zhuǎn)動(dòng)照明裝置將大部分光束投射到跑道上以避免其射入路過(guò)駕駛員的眼睛，則照明裝置頂部精確的截止將不會(huì)與跑道另一側(cè)的圍墻嚴(yán)格地匹配。通過(guò)使照明裝置中的副反射器可相對(duì)于照明裝置和地面而傾斜調(diào)整，可使沿圍墻的截止重新與該圍墻的頂部匹配。
與美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中實(shí)施例相比，效率的增加與若干因素有關(guān)。上述使用的效率主要與有效利用現(xiàn)有光線(xiàn)的情形相關(guān)。例如，通過(guò)將反射鏡片100或100A沿拋物線(xiàn)配置，并根據(jù)光源的尺寸和形狀設(shè)計(jì)它們的尺寸和形狀，可以使來(lái)自光源的光線(xiàn)更好地與目標(biāo)匹配。換句話(huà)說(shuō)，如果來(lái)自照明裝置的光線(xiàn)與目標(biāo)匹配，則目標(biāo)以外不存在浪費(fèi)的光線(xiàn)，從而就更加有效。
應(yīng)當(dāng)注意，利用彎曲反射鏡片100A進(jìn)一步提高了這種效率，因?yàn)槊總€(gè)鏡片均能夠提供非常窄的垂直光束。在賽車(chē)跑道的例子中，要求在外圍墻頂部產(chǎn)生非常嚴(yán)格的截止，以防止光線(xiàn)進(jìn)入觀(guān)眾眼睛并將所有光線(xiàn)配置在橫過(guò)該光源之前的狹長(zhǎng)跑道上，這導(dǎo)致使用10°的精確窄光束。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照明裝置可實(shí)現(xiàn)比美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中實(shí)施例高約3倍的效率。
增加效率原因的第二個(gè)例子是主反射器94的應(yīng)用。從根本上講，主反射器94能聚集更多的光線(xiàn)。如果沒(méi)有它，副反射器70將收集來(lái)自弧光管約180°范圍的光線(xiàn)。利用主反射器94，可多收集來(lái)自光源約120°范圍的光線(xiàn)。否則，該光線(xiàn)的一部分將反射到照明裝置邊緣或目標(biāo)區(qū)域之外，使光束對(duì)于目標(biāo)區(qū)應(yīng)用而言顯得過(guò)寬。
增加效率的另一個(gè)例子是側(cè)反射鏡72和74的應(yīng)用(見(jiàn)圖2)。實(shí)際上可稱(chēng)它們?yōu)榈谌瓷淦?，因?yàn)樗鼈兪占牟⒎鞘侵苯觼?lái)自光源的光線(xiàn)，而是由副反射器反射且原本無(wú)用或會(huì)被照明裝置側(cè)邊所吸收的光線(xiàn)，然后再將其反射回目標(biāo)。
能夠增加效率的又一個(gè)例子是在照明裝置前部透鏡24上兩個(gè)表面使用非反射涂層。這將降低當(dāng)光線(xiàn)照射玻璃的第一和第二表面時(shí)所產(chǎn)生的反射損耗。
因此，本發(fā)明的總體設(shè)計(jì)使得效率比美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中系統(tǒng)的效率有顯著的提高，甚至高于標(biāo)準(zhǔn)的照明裝置。
圖2和13說(shuō)明，提供利用側(cè)反射鏡72和74(通常它們均在照明裝置10的側(cè)邊)可以獲得附加的效率。圖13描述了反射鏡72和74可通過(guò)折葉進(jìn)行調(diào)整(見(jiàn)由框架110兩側(cè)上下托架122之間伸出的軸桿75)以便攔截光線(xiàn)并將其反射至目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)理解，這些系統(tǒng)的效率通過(guò)將光束與目標(biāo)形狀匹配而實(shí)現(xiàn)。在此不產(chǎn)生顯著的剩余光線(xiàn)。例如，與美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中的系統(tǒng)相比，其中在某些情況下來(lái)自主反射器光源的光線(xiàn)落在副反射器之外，從而這些光線(xiàn)將會(huì)損失，因?yàn)樗粫?huì)被反射到目標(biāo)。
在某些情況下，對(duì)這些照明裝置所討論的“效率”允許該各個(gè)結(jié)構(gòu)之間存在較大的間隔。例如，與美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中的照明裝置相比，照明裝置10可沿賽車(chē)跑道以更大的間隔安置。希望增大照明裝置間隔的原因之一是避免在跑道上建立過(guò)多的照明燈。各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的間隔主要由一定瓦數(shù)之燈泡所產(chǎn)生的光量決定。為幫助理解這種概念，我們可以這樣說(shuō)，若縮小各個(gè)照明裝置10之間的距離，則可使用較小瓦數(shù)的光源。
應(yīng)當(dāng)明白，有時(shí)需要遮擋一些光線(xiàn)以便消除晃眼。例如，光源組件58的外側(cè)可噴涂成絕對(duì)黑色。通過(guò)將其噴涂成絕對(duì)黑色，光源組件58不僅能遮擋照明裝置弧光管82的直射光，而且可吸收原本會(huì)造成晃眼或其它問(wèn)題的光線(xiàn)。
D.選擇、特征、改變上述優(yōu)選實(shí)施例僅以實(shí)例給出而絕非對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明可采用多種形式的實(shí)施例。其中一些替代實(shí)施例在前面己有說(shuō)明。另外的例子如下所述。
對(duì)于反射器94，可使用第一或第二表面反射器或反射鏡。在許多情況下可使用第一表面反射鏡， 因?yàn)樗欣趯?shí)現(xiàn)較好的光線(xiàn)截止?；」夤芑」馓幓蚋浇嚯x的微小變化將在其外部跑道上產(chǎn)生極大的差別。
照明裝置10前側(cè)的透鏡24可以是玻璃。一種選擇是在前玻璃板24的兩個(gè)表面上使用抗反射涂層以減小玻璃各個(gè)表面的反射和減弱由這種反射所造成的晃眼。在某些情況下，單獨(dú)使用反射鏡片100或100A會(huì)產(chǎn)生條紋問(wèn)題。例如，在美國(guó)專(zhuān)利5,337,221和5,343,374中，可各自取向的分段型反射鏡會(huì)產(chǎn)生亮度強(qiáng)弱相間的照明區(qū)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)的照明裝置10對(duì)此問(wèn)題的處理是將反射器94置于弧光管82附近。反射器94將光線(xiàn)反射回弧光流并使其與弧光管傳向反射器70的直射光回合，從而平滑地填充在反射鏡片100或100A之間。
還應(yīng)當(dāng)理解，既然反射鏡片100或100A是單獨(dú)使用，則可對(duì)它們進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)整以便按要求成形光束。以下是一個(gè)實(shí)例。通過(guò)繞其水平軸傾斜調(diào)整反射鏡片，可以使光束垂直伸展。但是，伸展的范圍存在一個(gè)極限。如果傾斜調(diào)整反射鏡片(不論是圖14A所示的平面反射鏡片100還是圖14B所示的彎曲反射鏡片100A)使得光束過(guò)寬，則可能會(huì)在目標(biāo)區(qū)產(chǎn)生條紋狀不均勻光束模式(即光線(xiàn)亮度強(qiáng)弱相間的情形)。在圖14B所示的彎曲反射鏡片100A的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)理解，拋物線(xiàn)106在其頂點(diǎn)附近的彎曲最大。因此，反射鏡70頂點(diǎn)附近的反射鏡片100A應(yīng)具有比其外端的反射鏡片更大的曲率以使得內(nèi)反射鏡片100A能更精確地逼近拋物線(xiàn)106的曲率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只需通過(guò)交換高曲率內(nèi)反射鏡片100A與低曲率外反射鏡片100A就可加寬光束寬度。因此，為了實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，上述結(jié)構(gòu)在反射鏡片100A的安裝方面使該反射鏡片的拆卸與交換更為方便。
還應(yīng)當(dāng)理解，各個(gè)反射鏡片可以預(yù)先定位。這意味著可將一個(gè)鏡片的反射疊加在另一個(gè)鏡片的反射上以便加倍跑道相應(yīng)區(qū)域的光束強(qiáng)度。另外，應(yīng)當(dāng)理解，樞軸或類(lèi)似裝配系統(tǒng)的使用允許光束對(duì)跑道不同部分的精確指向和對(duì)光束的調(diào)整。如前所述，各個(gè)反射鏡片的獨(dú)立可調(diào)性允許各個(gè)反射子光束與截止點(diǎn)相匹配。
反射鏡片100或100A在反射器框架上的具體安裝方式也可以不同。在本發(fā)明實(shí)施例中，使用了特殊的裝配系統(tǒng)以便增強(qiáng)反射鏡片各自指向的性能。
還應(yīng)當(dāng)明白，可將弧光管的鎮(zhèn)流器置于機(jī)箱12內(nèi)或該箱體外以便消除發(fā)熱問(wèn)題。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在副反射器上使用了矩形反射鏡片并使用了大致為細(xì)長(zhǎng)或線(xiàn)形的光源，該光源沿反射鏡片長(zhǎng)度方向而延伸。在賽車(chē)跑道的情況下，這種設(shè)計(jì)可使光線(xiàn)與目標(biāo)區(qū)域相匹配，因?yàn)樾枰彰鞯馁愜?chē)跑道和圍墻是水平細(xì)長(zhǎng)的，要求非常窄的垂直光束擴(kuò)散以便將光線(xiàn)置于由跑道限定的較窄條帶和圍墻上，而不會(huì)使光線(xiàn)超出圍墻射入觀(guān)眾眼中或在跑道的安裝位置附近投射大量光線(xiàn)。因此，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例可適用于矩形目標(biāo)區(qū)域的照明，如籃球場(chǎng)、馬球場(chǎng)、足球場(chǎng)和矩形舞臺(tái)等。
為幫助理解在光束頂部獲得嚴(yán)格截止的情況，可參考圖20。此圖為示意圖，并非按比例，只是為了說(shuō)明問(wèn)題。圖中畫(huà)出了光源82、主反射器94和用于副反射器70的若干典型反射鏡片100。圖中還畫(huà)出了具有圍墻223的跑道200和賽車(chē)221。
一般地，點(diǎn)L代表弧光管82的頂部，點(diǎn)W代表其底部。字母A、C、E、G、I、K、M和O表示各個(gè)反射鏡片100的頂部邊緣，而字母B、D、F、H、J、L、N和P則代表其底部邊緣。
入射角等于反射角的基本定律表明，弧光管82的最低點(diǎn)將光線(xiàn)投射到任意反射鏡片100的頂部邊緣，這將限定該特定反射鏡片100反射光束的頂部垂直部分。因此，本發(fā)明允許相對(duì)于光源82如下配置反射鏡片100，使之可精確調(diào)整以便能夠?qū)⒎瓷浣桥c反射鏡片100的頂部邊緣匹配，從而各個(gè)子光束均收斂于圍墻223的頂部。這樣，來(lái)自任何反射鏡片100的光線(xiàn)均不會(huì)超出圍墻頂部，所以便產(chǎn)生了非常尖銳的截止。其余的光線(xiàn)橫貫跑道而照射(見(jiàn)通用參考數(shù)字225，在此立體圖中它通常對(duì)應(yīng)于光束)。應(yīng)當(dāng)明白，因?yàn)楣庠锤浇姆瓷溏R片比遠(yuǎn)處的反射鏡片產(chǎn)生更寬的垂直光束，所以應(yīng)設(shè)計(jì)近處的反射鏡片使其垂直光束擴(kuò)散覆蓋大部或全部跑道。如圖20所示，向反射器70末端方向遠(yuǎn)離光源的反射鏡片具有較窄的光束擴(kuò)散。
因此，由于調(diào)整反射鏡片100使其光束頂部收斂于圍墻的頂部，所以從反射鏡片到跑道200的遠(yuǎn)端存在許多光束的累積疊加。這使得整個(gè)跑道得到均勻的照射，因?yàn)閺?qiáng)亮度光線(xiàn)離開(kāi)照明裝置傳輸較遠(yuǎn)的距離，而弱亮度光線(xiàn)傳輸較近的距離。這樣，照明的基本定律產(chǎn)生了均勻性，且這可以通過(guò)各個(gè)反射鏡片而實(shí)現(xiàn)。
圖20還描述了，利用主反射器94收集來(lái)自光源更多的光線(xiàn)，然后通過(guò)反射鏡片100進(jìn)行控制，以便將更多的光線(xiàn)投射到跑道200上。
應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明可擁有許多形式和實(shí)施例。本發(fā)明的真諦和精髓由所附權(quán)利要求而定義，此處所提供的實(shí)施例絕不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明的限定。
權(quán)利要求
1.具有充分光強(qiáng)度、用于對(duì)一定形狀大面積目標(biāo)區(qū)域照明的照明裝置包括具有充分透明前透鏡的系統(tǒng)機(jī)箱；位于機(jī)箱內(nèi)的高強(qiáng)度光源，該光源具有一定長(zhǎng)度；主反射器，它通常置于或接近光源處并沿光源長(zhǎng)度方向配置，其尺寸與光源處于相同量級(jí)且用于收集來(lái)自光源一側(cè)的光線(xiàn)；置于機(jī)箱內(nèi)的副反射器，其尺寸比主反射器大得多，其位置離開(kāi)光源一定距離且圍繞光源關(guān)于主反射器相反一側(cè)而延伸，該副反射器包括框架、一組形狀和尺寸相似的反射鏡片、用于沿該框架依次固定各個(gè)反射鏡片以構(gòu)成基本連續(xù)副反射器表面的固定裝置和接于該固定裝置與框架之間允許傾斜調(diào)整反射鏡片的調(diào)整裝置；主反射器將其收集的光線(xiàn)反射給副反射器；副反射器產(chǎn)生由來(lái)自各個(gè)反射鏡片反射光組成的強(qiáng)可控合成光束，這些反射光可以通過(guò)傾斜調(diào)整各個(gè)反射鏡片而相對(duì)調(diào)整定位，該光束最終由機(jī)箱的透鏡射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中還包括將框架固定于機(jī)箱的第二固定裝置和接于該第二固定裝置與框架之間允許傾斜調(diào)整該機(jī)箱中框架的調(diào)整裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中光源沿其長(zhǎng)度為細(xì)長(zhǎng)的，且副反射器的反射鏡片為細(xì)長(zhǎng)和矩形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的照明裝置，其中透鏡具有抗反射涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中副反射器通常為扁平的，且沿一維彎曲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的照明裝置，其中副反射器由各個(gè)高度鏡面化反射鏡片組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的照明裝置，其中反射鏡片為扁平的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的照明裝置，其中反射鏡片在與副反射器同維平面上彎曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的照明裝置，其中曲線(xiàn)形狀為拋物線(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中光源為高強(qiáng)度的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的照明裝置，其中光源為弧光管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的照明裝置，其中弧光管沿長(zhǎng)度方向?yàn)榧?xì)長(zhǎng)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的照明裝置，其中弧光管在機(jī)箱中橫向放置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的照明裝置，其中弧光管位于或接近副反射器的焦點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的照明裝置，其中主反射器接近光源配置或置于光源之上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的照明裝置，其中主反射器通常為扁平的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的照明裝置，其中主反射器為彎曲的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的照明裝置，其中主反射器為第一表面反射器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的照明裝置，其中主反射器為第二表面反射器。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的照明裝置，其中主反射器為弧光管上的涂層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的照明裝置，其中主反射器按弧光管的形狀彎曲。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中主反射器為高度鏡面化的。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中主反射器反射絕大部分可見(jiàn)光而使紅外輻射透過(guò)。
24.根據(jù)權(quán)利要求6的照明裝置，其中還包括裝于機(jī)箱內(nèi)側(cè)壁的反射板。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的照明裝置，其中反射板相對(duì)于側(cè)壁可調(diào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中第二固定裝置具有可釋放元件以便從框架上拆除各個(gè)反射鏡片。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中還包括用于安裝光源的固定裝置，它含有位于主反射器與機(jī)箱前部之間的遮擋塊。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的照明裝置，其中還包括安裝機(jī)箱的基座，該基座包括用于繞第一樞軸調(diào)整機(jī)箱的機(jī)箱樞軸連接裝置和繞第二樞軸調(diào)整第一樞軸連接裝置的樞軸裝置。
29.對(duì)大面積區(qū)域進(jìn)行照明的照明系統(tǒng)包括一組照明裝置，它們由基座支撐，分立安裝于照明區(qū)域的相應(yīng)位置；各個(gè)照明裝置包括具有被透鏡覆蓋開(kāi)口的機(jī)箱、置于機(jī)箱內(nèi)的高強(qiáng)度光源、置于光源附近或其上的主反射器和置于機(jī)箱內(nèi)距光源一定距離的副反射器；其中，主反射器將來(lái)自光源的光線(xiàn)反射到副反射器，副反射器將來(lái)自主反射器和光源的光線(xiàn)反射穿出透鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中各個(gè)照明裝置相對(duì)于基座至少具有二維自由度。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中基座置于地面。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中基座置于如下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少將部分照明裝置抬升于地面之上。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中機(jī)箱包括其前部之上裝有透鏡的箱體。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中機(jī)箱體積小于4英尺×4英尺×4英尺。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中光源包括弧光管。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中光源通常在水平平面內(nèi)平行于前透鏡向機(jī)箱相對(duì)兩側(cè)壁延伸。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中主反射器尺寸與光源大致處于同數(shù)量級(jí)。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中副反射器的垂直截面形狀為拋物線(xiàn)且其寬度延伸至機(jī)箱相對(duì)兩側(cè)。
39.根據(jù)權(quán)利要求29的照明系統(tǒng)，其中副反射器包括沿拋物線(xiàn)放置、各自獨(dú)立可調(diào)的反射鏡片。
40.對(duì)具有特定形狀目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明的方法包括將光源置于距目標(biāo)區(qū)一定距離；在非?？拷庠刺幨占瘉?lái)自光源的直射光，否則這些光線(xiàn)會(huì)沿非指定目標(biāo)區(qū)方向傳播；收集來(lái)自光源的其它光線(xiàn)，否則這些光線(xiàn)會(huì)沿脫離光源的方向傳播；最后，反射所收集的光線(xiàn)，使之與目標(biāo)區(qū)域的特定形狀相匹配。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中還包括利用一組反射鏡片反射所收集的光線(xiàn)；相對(duì)于光源調(diào)整各個(gè)反射鏡片，使得來(lái)自該鏡片所收集光線(xiàn)的至少一側(cè)邊界指向目標(biāo)區(qū)域的同一位置，以便在該位置產(chǎn)生尖銳、限定的光線(xiàn)截止。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中光源為細(xì)長(zhǎng)的，反射鏡片為細(xì)長(zhǎng)和矩形的，且目標(biāo)區(qū)域?yàn)榫匦蔚摹?br> 43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中光源底部與各個(gè)反射鏡片頂部邊緣相平行。
44.對(duì)具有較大面積且距光源較遠(yuǎn)的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明的方法包括利用反射器反射弧光管產(chǎn)生的部分光線(xiàn)，該反射器位于弧光管附近且尺寸與該弧光管處于同數(shù)量級(jí)；將該反射光與來(lái)自弧光管的其它光線(xiàn)匯成精確可控光束并將其指向目標(biāo)區(qū)域的一部分；將多個(gè)精確可控光束(各自通過(guò)上述步驟產(chǎn)生)指向各個(gè)位置，以便對(duì)目標(biāo)區(qū)域的指定部分進(jìn)行照明。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中目標(biāo)區(qū)域?yàn)橘愜?chē)跑道。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中反射鏡片沿具有指向目標(biāo)區(qū)域之焦線(xiàn)的拋物線(xiàn)放置，各個(gè)反射鏡片的形狀與光源的形狀類(lèi)似，而這些反射鏡片所投射的光束形狀與照明區(qū)域的形狀類(lèi)似。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中各個(gè)反射鏡片為矩形的，光源的底部邊緣與反射鏡片的頂部邊緣平行，通過(guò)調(diào)整各個(gè)反射鏡片的角度而產(chǎn)生尖銳、限定的截止，以便使任意反射鏡片所產(chǎn)生的光束頂部均收斂于目標(biāo)區(qū)域的相近位置，而該位置定義了目標(biāo)區(qū)域的邊界。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中各個(gè)反射鏡片在垂直平面內(nèi)是彎曲的，以便沿拋物線(xiàn)在該鏡片相應(yīng)位置處逼近該曲線(xiàn)形狀，拋物線(xiàn)頂點(diǎn)附近的反射鏡片比離該頂點(diǎn)較遠(yuǎn)的鏡片具有更大的曲率。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，其中還包括交換距拋物線(xiàn)頂點(diǎn)不同距離的至少兩個(gè)反射鏡片，以改變這些鏡片合成光束的寬度。
全文摘要
產(chǎn)生強(qiáng)可控性光線(xiàn)并充分利用該光線(xiàn)的照明設(shè)備和方法包括光源、直接置于光源上或光源附近的主反射器以及接收來(lái)自光源和主反射器的光線(xiàn)并將其反射至目標(biāo)區(qū)域的副反射器。
文檔編號(hào)F21V11/16GK1179204SQ96192709
公開(kāi)日1998年4月15日 申請(qǐng)日期1996年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月20日
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