專利名稱：圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改變光線強度的方法體系及其實現裝置，特別是一種通過一組共對稱軸共焦點的圓錐曲面二次反射實現光強度增加或減弱的方法體系及其一般實現裝置。
背景技術：
圓錐曲線包括拋物線、雙曲線、橢圓，而拋物線、雙曲線、橢圓都有各自的特征性光學性質。拋物線的光學性質與對稱軸平行的光線經旋轉拋物面(拋物線繞軸旋轉一周生成的曲面)反射后，都通過焦點；反之，從焦點發出的光線經旋轉拋物面反射后，變成平行光線。雙曲線的光學性質從雙曲線的一個焦點發出的光線經旋轉雙曲面(雙曲線繞其實軸旋轉一周生成的旋轉曲面)反射后，光線散開，就好像是從另一個焦點發出的一樣。橢圓的光學性質從橢圓的一個焦點發出的光線經旋轉橢圓面(橢圓繞其長軸旋轉一周生成的旋轉曲面)反射后，都通過另一個焦點。由于光路可逆的性質，用于光線匯聚增強的技術方案同樣可以用作光強度減弱。在當前較多采用的組合光線匯聚技術中平面反射法多采用多片平面鏡反射得到匯集光線，其匯聚比較小；光學透鏡法其受制于部件尺寸，不宜用于較大面積的光線匯聚；曲面反射法雖已涉及共焦點的圓錐曲面二次反射，但多采用的是兩個拋物線共焦點組合的二次反射，如專利CN101726843A、CN102062937A、CN201917709U，形式單一，不足以形成較完整的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放方法體系，無法供各種特殊用途挑選運用方案。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題和不足而提供一個較完整的圓錐曲面共對稱軸共焦點二次反射光強度縮放法體系及其一般實現裝置。本發明解決其技術問題采用的技術方案是圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系，所謂“縮”即光強度增加，所謂“放”即光強度減弱，所謂“體系”是圓錐曲線間的兩兩共對稱軸共焦點組合形成的多種具有特殊二次反射光學性質的圓錐曲面對的總和。由于光路可逆的性質，同一裝置可實現光強度的縮放，現以光強度增加進行說明。圓錐曲面共焦點二次反射光強度增加法，該方法為圓錐曲線間的兩兩共焦點組合形成的多種具有特殊二次反射光學性質的圓錐曲面對，圓錐曲面對包括一個大圓錐曲面和一個小圓錐曲面，大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合在一起，大圓錐曲面底部有開口或預留空間，供匯聚光線射出。大圓錐曲面底部的開口或預留空間，包括所有供匯聚光射出或射入措施所需的空間，比如導出匯聚光的開口、反射通道、光纖或安裝其他受光裝置所需的空間。當某種特殊光線(如平行光線)射向大圓錐曲面，光線經大圓錐曲面反射，由圓錐曲線的特征性光學性質知反射光線必射向大曲面焦點。由于共對稱軸共焦點，經大圓錐曲面反射的光線射向小圓錐曲面發生反射時，遵守小圓錐曲面的特征性光學性質而發生光線匯聚，使光強度增加，經大圓錐曲面底部開口或預留空間射出，供使用。光線匯聚包括光束的平行匯聚使光密度增加和光束的相交匯聚于某一點。
在各種共焦點組合中，可得到如下多種適于開發利用的組合方案，即圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系，按照大圓錐曲面 小圓錐曲面「開口方向形式」的組合順序拋物線 拋物線「開口方向一致和相反皆可」，拋物線 雙曲線「開口方向一致」，拋物線 橢圓「開口方向相反」，雙曲線 雙曲線「開口方向一致」，雙曲線 拋物線「開口方向一致和相反皆可」,雙曲線 橢圓「開口方向相反」，橢圓 拋物線「開口方向一致和相反皆可」，橢圓 橢圓「開口方向相反」，橢圓 雙曲線「開口方向一致」。其中，當平行光線射向大圓錐曲面將產生平行匯聚光線的是拋物線 拋物線組合；產生相交匯聚光線的是拋物線 雙曲線、拋物線 橢圓組合。拋物線 拋物線，拋物線 雙曲線，拋物線 橢圓組合皆適用于光線的縮放；雙曲線 拋物線、雙曲線 雙曲線、雙曲線 橢圓組合更適用于光線的發散情況；橢圓 拋物線組合適用于入射光線由橢圓另一焦點發出，經組合反射產生平行匯聚光線的情況；橢圓 橢圓組合適用于入射光線由大橢圓另一焦點發出，經組合反射再次匯聚于小橢圓另一焦點的情況；橢圓 雙曲線組合適用于入射光線由橢圓另一焦點發出，經組合反射再次匯聚于雙曲線另一焦點的情況。完整的圓錐曲面組合與不完整的圓錐曲面組合(如含有二分之一圓錐曲面的共焦點組合)有相似的光線匯聚情況，都遵守該圓錐曲面組合的光學特性。圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系的一般實現裝置如下該裝置包括一個大圓錐曲面和一個小圓錐曲面，大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合在一起，大圓錐曲面底部有開口或預留空間，供匯聚光線射出或射入。大圓錐曲面底部的開口或預留空間，包括所有供匯聚光射出或射入措施所需的空間，比如導出匯聚光的開口、反射通道、光纖或安裝其他受光裝置所需的空間。大小圓錐曲面相向面具有反光性能，可由拋光金屬面、各種反光鍍膜以及涂刷反光材料制成。大小圓錐曲面可沿長度方向延展成槽狀，也可沿對稱軸旋轉成盤狀，槽狀和盤狀裝置均具有光強度縮放功能，但采用盤狀更容易獲得較高的匯聚比。不完整的圓錐曲面組合而成的裝置，如含有二分之一圓錐曲面的共焦點組合形成的槽狀或盤狀，同樣遵守該圓錐曲面組合的光學特性，也具有光線縮放作用。裝置的匯聚比可由如下方式計算，獲得平行匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面面積與小圓錐曲面面積之比；獲得相交匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面面積與匯聚光線光斑面積之比。根據需要或匯聚比制造出相應尺寸的裝置。由于大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合，易于安裝。本發明的有益效果是本發明提供了較完整的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其一般實現裝置，形式多樣，可供各種特殊用途挑選運用方案。裝置結構簡單，適用于各種大小尺寸的需求。裝置的匯聚比計算簡便，且易獲得較大匯聚比。由于大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合，裝置易于安裝。圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系，其光線強度增加的性質可在各種需要增強光信號、光能密度、光亮度的場合發揮作用；其光線強度減弱的性質可在各種需要發散光源、減弱強光輻射的場合發揮作用。本發明將在光學、太陽能利用等領域發揮重要作用。


圖I是本發明拋物線 拋物線「開口方向一致和相反兩種情況」共焦點組合的光路不意圖。
圖2是本發明拋物線 雙曲線「開口方向一致」和拋物線 橢圓「開口方向相反」共焦點組合的光路示意圖。圖3是本發明雙曲線 拋物線「開口方向一致和相反兩種情況」共焦點組合的光路不意圖。圖4是本發明雙曲線 雙曲線「開口方向一致」和雙曲線 橢圓「開口方向相反」共焦點組合的光路示意圖。圖5是本發明橢圓 雙曲線「開口方向一致」，橢圓 橢圓「開口方向相反」共焦點組合的光路示意圖。圖6是本發明橢圓 拋物線「開口方向一致和相反兩種情況」共焦點組合的光路示意圖。圖7是不完整的圓錐曲面組合示例，半拋物線 半拋物線「開口方向相反」共焦點組合的光路示意圖。圖8是光路逆向圓錐曲面組合減弱光線強度作用的示例，拋物線 拋物線「開口方向相反」共焦點組合的光路示意圖。圖9是本發明多種實現裝置中的兩種示例的仰視圖，其中左圖為槽狀圓錐曲面組合「開口方向相反」的仰視圖，右圖為盤狀圓錐曲面組合「開口方向相反」的仰視圖。圖10是圖9所述兩種不例的俯視圖及首I]視圖,其中左邊兩圖從左往右為槽狀圓維曲面組合「開口方向相反」的剖視圖及俯視圖，右邊兩圖從左往右為盤狀圓錐曲面組合「開口方向相反」的俯視圖及剖視圖。圖11是圖9所述兩種示例的主視圖，其中左圖為槽狀圓錐曲面組合「開口方向相反」的主視圖，右圖為盤狀圓錐曲面組合「開口方向相反」的主視圖。圖中，I-大圓錐曲面，2-小圓錐曲面，3-支撐架，4-大圓錐曲面底部的開口或預留空間。
具體實施例方式本發明的重要發明點為一個較完整的圓錐曲面共對稱軸共焦點二次反射光強度縮放方法體系，以下提供本發明多種實現裝置中的兩種示例作為通用實施方式，其它凡其原理和基本結構與如下實施例相同或相近的，均在本發明的保護范圍之內。實施例一本實施例是槽狀圓錐曲面組合「開口方向相反情況」形式，請參看附圖7、附圖8、附圖9中的左半部分圖。本發明中設有一個大圓錐曲面I和小圓錐曲面2，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2的橫切面呈現某一圓錐曲線形組合，具體的圓錐曲線形組合根據具體需要選用本發明圓錐曲面共對稱軸共焦點二次反射光強度縮放方法體系中的某一組合。本實施例中，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2均由其橫切面圓錐曲線沿長度方向延展成槽狀，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2開口方向相反通過共對稱軸共焦點的方式組合安裝在一起，小圓錐曲面2邊沿四角通過四支支撐架3與大圓錐曲面I邊沿四角連接。本實施例裝置結構簡單，安裝簡便。大圓錐曲面I和小圓錐曲面2的內表面都為反光面具有反光性能，可由拋光金屬面、各種反光鍍膜以及涂刷反光材料制成。大圓錐曲面I底部有開口或預留空間4，供需發散光線射入或匯聚光線射出。以產生匯聚光線射出的情況為例，本實施例將產生帶狀匯聚光，裝置的匯聚比可由如下方式計算，獲得平行匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面I面積與小圓錐曲面2面積之比；獲得相交匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面I面積與匯聚光線光斑面積之比。本實施例裝置的尺寸根據具體需要或匯聚比制造。本實施例裝置產生的光線強度增加的效果可在各種需要增強光信號、光能密度、光亮度的場合發揮作用；其產生的光線強度減弱的效果可在各種需要發散光源、減弱強光輻射的場合發揮作用。本實施例裝置可廣泛運用于光學、太陽能利用等領域。實施例二本實施例是盤狀圓錐曲面組合「開口方向相反情況」形式，請參看附圖7、附圖8、附圖9中的右半部分圖。本發明中設有一個大圓錐曲面I和小圓錐曲面2，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2的軸切面呈現某一圓錐曲線形組合，具體的圓錐曲線形組合根據具體需要選用本發明圓錐曲面共對稱軸共焦點二次反射光強度縮放方法體系中的某一組合。本實施例中，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2均由其軸切面圓錐曲線沿對稱軸旋轉成盤狀，大圓錐曲面I和小圓錐曲面2開口方向相反通過共對稱軸共焦點的方式組合安裝在一起，小圓錐曲面2邊沿通過四支支撐架3與大圓錐曲面I邊沿連接。本實施例裝置結構簡單，安裝簡便。大圓錐曲面I和小圓錐曲面2的內表面都為反光面具有反光性能，可由拋光金屬面、各種反光鍍膜以及涂刷反光材料制成。大圓錐曲面I底部有開口或預留空間4，供需發散光線射入或匯聚光線射出。以產生匯聚光線射出的情況為例，本實施例將產生橫切面為圓環狀的匯聚光或匯聚光斑，裝置的匯聚比可由如下方式計算，獲得平行匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面I面積與小圓錐曲面2面積之比；獲得相交匯聚光線的匯聚比=大圓錐曲面I面積與匯聚光線光斑面積之比。本實施例裝置的尺寸根據具體需要或匯聚比制造。本實施例裝置產生的光線強度增加的效果可在各種需要增強光信號、光能密度、光亮度的場合發揮作用；其產生的光線強度減弱的效果可在各種需要發散光源、減弱強光輻射的場合發揮作用。本實施例裝置可廣泛運用于光學、太陽能利用等領域。
權利要求
1.圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置，包含有一個大圓錐曲面和一個小圓錐曲面的組合結構，其特征是該體系是圓錐曲線間的兩兩共對稱軸共焦點組合形成的多種具有特殊二次反射光學性質的圓錐曲面對的總和，該方法體系的一般實現裝置中大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合在一起，大圓錐曲面底部有開口或預留空間，大小圓錐曲面相向面具有反光性能，大小圓錐曲面可沿長度方向延展成槽狀，也可沿對稱軸旋轉成盤狀。
2.根據權利要求I所述的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置，其特征在于所述圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系包括拋物線 拋物線「開口方向一致和相反皆可」，拋物線 雙曲線「開口方向一致」，拋物線 橢圓「開口方向相反」，雙曲線 雙曲線「開口方向一致」，雙曲線 拋物線「開口方向一致和相反皆可」，雙曲線 橢圓「開口方向相反」，橢圓 拋物線「開口方向一致和相反皆可」，橢圓 橢圓「開口方向相反」，橢圓 雙曲線「開口方向一致」組合方案。
3.根據權利要求I所述的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置，其特征在于該方法體系的一般實現裝置中大圓錐曲面底部有開口或預留空間，包括所有供匯聚光射出或射入措施所需的空間。
4.根據權利要求I所述的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置，其特征在于完整的圓錐曲面組合與不完整的圓錐曲面組合有相似的光線匯聚情況，都遵守該圓錐曲面組合的光學特性。
全文摘要
本發明提供了較完整的圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其一般實現裝置，形式多樣，可供各種特殊用途挑選運用方案。圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系，該體系是圓錐曲線間的兩兩共對稱軸共焦點組合形成的多種具有特殊二次反射光學性質的圓錐曲面對的總和。該方法實現裝置包括一個大圓錐曲面和一個小圓錐曲面，大小圓錐曲面通過共對稱軸共焦點的方式組合在一起，大圓錐曲面底部有開口或留有空間，供匯聚光線射出或射入。大小圓錐曲面相向面具有反光性能，可沿長度方向延展成槽狀，也可沿對稱軸旋轉成盤狀。不完整的圓錐曲面組合而成的裝置也具有光線縮放作用。本發明將在光學、太陽能利用等領域發揮重要作用。
文檔編號G02B7/182GK102981257SQ20111026139
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者楊歡 申請人:楊歡