[发明专利]聚焦光源和方法

说明书

本发明涉及特别适合于照明光纤的光源，更具体地说涉及一种包括弧光放电灯和反射器的装置，该反射器可在光源和光纤之间有效地传递可见光辐射而抑制紫外和红外线辐射。

本申请的内容涉及1987年11月17日由George  K.Awai提交的申请序号为121，906的题为“冷光装置和方法”申请的内容，现为美国专利第4，825，341号;并涉及1988年10月31日由George  K.Awai提交的申请序号为264，788号的题为“冷光装置和方法”申请的内容。

许多纤维光学照明应用需要一种光源能发射光通量进入光纤，以便以低阶模的形式沿光纤长度方向长距离传导，或者以高阶模形式用于例如通过光纤侧面横向发射。前种应用一般使用玻璃光纤，而后种应用一般使用塑料光纤。对于塑料光纤，由于位于可见光谱两端的辐射对塑料光纤材料的有害作用，务必注意使伴随可见照明的热量的紫外线辐射为最小。另外，理想的用于照明光纤的光源应该将所有的可见光通量的输出传送到光纤的一端所在的焦点以便以最大效率将光通量传入光纤。

根据本发明，一种使可见光通量传入光纤的传输最优的改进光源和方法包括一个位于椭球面反射镜内的高强度气体放电灯，该椭球面反射镜涂有波长选择性涂层以增强将可见光通量传输到焦点或小焦点区，而使从灯传送到焦点的热量和紫外线通量最小。已认识到典型的金属蒸汽气体放电灯的辐射模式特性，并用其来增大将可见光通量从灯输入光纤的传输效率。

图1是典型的高强度金属蒸汽气体放电灯的平面图;

图2是图1中灯的端视图;

图3是用于图1中灯的反射镜外壳的截面图;

图4是图示图3和5中反射镜外壳曲率的曲线图;

图5是根据本发明的光源的截面图;

图6是示出图1中的灯在水平平面内的发光强度的规化曲线的图;

图7是示出图1中的灯在垂直平面内的发光强度的规化曲线的图;

图8A、8B和8C是图示图5中组件上的滤色涂层的理想传输特性曲线的图。

参照图1，示出了一个包括一个灯泡13的气体放电灯的平面图，灯泡13包括一对电极9、11，它们相对取向并沿轴线14对齐。灯泡13含有电离的气体和诸如锡、铊和汞的金属蒸汽。灯泡13用玻璃毛坯15上的玻璃制成，玻璃毛坯15刚性支撑电极9、11，及其在固定位置的引线导体17、19。灯泡13和毛坯15以及引线导体17、19均装在玻璃外壳21中，该外壳21与底座23相接，而引线导体由17、19通过底座23形成连接管脚25、27。这种类型的灯可以从市场上获得（例如，从纽约OSRAM  Corp.of  Newburgh获得），并且一般能发射约为12000流明的光通量，其色温为3000°k、功耗为150W。

图1中所示的灯在图2中图示其简化的端视图。电极9、11沿轴线14对齐，并位于垂直于和电极成直线排列的（水平）轴线14的纵轴29的两侧，而反射镜24基本上轴向对称地安置在灯周围。该灯图示为对称于x（水平）和y（垂直）轴14、29的原点，以便将灯的发光强度分布数据（如图6和7中的曲线所示）进行对比，这将在后面说明。

参照图3，示出了根据本发明用于图1中灯的反射罩31的截面图。反射罩31包括反射部分33，对准部分35和安装部分37。对准部分35的内部尺寸能轴线对齐地放入灯的外壳21，安装部分37的内部尺寸能放入底座23以将各部件连接在一起，按后面将要说明的方法，电极轴位于反射部分33的焦点40上。

反射部分33预定将（通过与本发明以外的常规外部电路）从电极9、11之间保留的气体放电弧的“灯丝”发出的光聚焦到一根或多根光纤的端面所在的一点（或小焦点区）39。反射部分33一般为围绕主轴41旋转对称的截顶椭球面形状，该椭球面的焦点39和40位于主轴41上。椭球面的一个截面位于对准部分35和反射部分33的相交平面43上，另一截面位于垂直于椭球面水平切线具有或接近最大直径49的平面45上。为了接收和反射电极9、11间发射的附加光通量，该椭球面反射部分33可以朝着焦点39的方向延伸超过平面45的位置，只是受到消除组件内热量和希望为在灯泡和焦点39之间插入彩色滤光片留足够的空间所带来的限制。因此，当电极9、11定向在（截顶）椭球面的一个焦点40时，根据熟知的物理原理，其间发射的辐射通量51则聚焦在另一焦点39上。在截面43和45之间的椭球面反射部分33的具体形状在图4曲线中图示出来。如前所述，截平面45可以位于或接近该椭球面的最大直径57处（它位于主轴的原点55处），焦点40是反射部分中灯的电极9、11所在和对准的位置。组装好的反射镜和灯在图5中示出。