CN107084329A - 一种采用聚光杯的卤素灯冷光源 - Google Patents
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Abstract
为了提高卤素灯冷光源的效率、降低卤素灯冷光源的成本，本申请公开了一种采用了聚光杯的卤素灯冷光源，包括卤素灯杯、聚光杯、散热风扇、照明光纤等，聚光杯反射面是旋转对称的曲面，卤素灯杯出光口正对聚光杯入光口，卤素灯杯出光口与聚光杯入光口之间有间隙，散热风扇靠近卤素灯杯出光口，照明光纤入光口置于聚光杯出光口，照明光纤与外壳机械连接；照明光纤入光口是由多根塑料光纤排列成实心圆形，在照明光纤入光口由粘合剂填充塑料光纤之间的缝隙。本申请可以提高冷光源的光能利用率、降低了故障率、增加光源的发光强度，提高出光均匀性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明申请涉及冷光源技术领域，尤其是采用聚光杯和卤素灯的冷光源。
背景技术
冷光源是一种广泛用于医疗、电子工业、教学科研、刑侦、农业植保、文物保护等领域的强光照明器件，如医疗领域的内窥镜光源、显微镜光源，电子设备上的检测光源，刑侦显微镜上的照明光源，现阶段市面上主要有LED冷光源和卤素灯冷光源，和LED冷光源相比，卤素灯冷光源具有以下优点：显色性好、光谱波长范围宽、结构简单，在某些特殊场合只能使用卤素灯冷光源，但市面上现有的卤素灯冷光源产品存在以下缺陷：光利用率低、功耗高、工作温度高、使用寿命短等。在公开的卤素灯冷光源技术中，采用卤素灯杯发出光线，卤素灯杯是由卤素灯泡和反光杯组成。由卤素灯杯发出的光线直接入射到照明光纤入光口中，因照明光纤口径有限，导致大部分光线没有被收集，对光的利用率低；卤素灯杯是将电能转化为热能，再转化成光能，工作时产生大量的热量，卤素灯杯放在封闭的空间内散热效果不好，导致环境温度上升，对照明光纤入光口和附近的电路损伤较大，降低了卤素灯杯、照明光纤和电路的使用寿命，缩短了核心零器件更换周期，增加了使用成本。
现有的卤素灯冷光源主要存在下列问题：不能高效率的利用卤素灯发出的光线，散热效果差，核心零部件使用寿命短，使用成本高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明申请公开了一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，包括卤素灯杯、聚光杯、散热风扇、照明光纤、外壳、驱动电源；聚光杯有反射面、入光口和出光口，聚光杯反射面是旋转对称的曲面；聚光杯入光口和聚光杯出光口都是圆形的，聚光杯入光口的直径大于聚光杯出光口的直径；聚光杯入光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴，聚光杯出光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴；卤素灯杯有出光口，卤素灯杯出光口正对聚光杯入光口，卤素灯杯的中心线与聚光杯反射面的中心线在同一轴线上，卤素灯杯出光口与聚光杯入光口之间有间隙；散热风扇靠近卤素灯杯出光口，其风向指向聚光杯入光口与卤素灯杯出光口之间的间隙；照明光纤有入光口和出光口，照明光纤入光口置于聚光杯出光口，照明光纤与外壳机械连接；照明光纤入光口是由多根塑料光纤排列成实心圆形，在照明光纤入光口由粘合剂填充塑料光纤之间的缝隙。
优选的，聚光杯反射面满足椭球面的方程。
优选的，聚光杯采用铝合金材料制作。
优选的，聚光杯反射面表面粗糙度Ra大于0.2微米，并小于0.8微米。
优选的，在照明光纤入光口，固化后的透明光学胶覆盖了所有的塑料光纤的端面。
优选的，驱动电源含有TL494芯片。
本发明申请的有益效果是：本申请使用聚光杯、散热风扇，与卤素灯杯、照明光纤等共同组成了合适的结构，提高了光利用率，照明光纤出光口的光强得到增加，降低了功耗；增强了散热效果，并改善了光源的出光均匀性，延长了使用寿命，降低了产品成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。附图用来提供对本申请的进一步理解，与本申请的实施例共同用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。
图1是实施例的结构示意图。
图2是实施例的光线示意图。
图3是实施例中的照明光纤入光口的截面图。
图中：1.卤素灯杯，2.散热风扇，3.聚光杯，4.外壳，5.照明光纤，6.聚光镜，501.单根塑料光纤，502.照明光纤外壳，503. 粘合剂。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明申请做进一步的详细说明：一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，包括卤素灯杯、聚光杯、散热风扇、照明光纤、外壳、驱动电源。
本实施例中冷光源的卤素灯杯是用的飞利浦牌，型号为13629，规格为21V，150W；在21V工作电压下典型工作电流为7.1A。
聚光杯有反射面、入光口、出光口，聚光杯反射面是旋转对称的曲面，在本实施例中聚光杯的反射面满足椭球面的方程；其曲面方程是：。
聚光杯入光口和聚光杯出光口都是圆形，聚光杯入光口的直径大于聚光杯出光口的直径，聚光杯入光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴，聚光杯出光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴；在实施例中聚光杯选用入光口孔径52mm、出光口孔径12mm、长度36mm的铝合金制聚光杯。
卤素灯杯的出光口正对聚光杯的入光口，卤素灯杯的中心线与聚光杯反射面的中心线在同一轴线上，卤素灯杯发出的光一部分直接入射到照明光纤的入光口，其它光线经过聚光杯反射面反射到照明光纤入光口。
由于精确设计了聚光杯的反射面的形状以及聚光杯和卤素灯杯的相对位置，所以卤素灯杯发出的光线被更多的收集到照明光纤的入光口中，增加了光线的收集效率，提高了光能利用率，在保证照明光纤出光口同样光通量的情况下，本实施例的冷光源可以使用功率更低的卤素灯泡和配套电路，因而降低了生产成本和使用成本。由于大量的光能被收集利用了，因而转化成热能的光能减少了，降低了散热成本。
卤素灯杯的出光口与聚光杯的入光口之间有间隙；在实施例中两者间隙为5mm，由于两者之间有间隙，会产生好的技术效果，热量很难从卤素灯杯传导给聚光杯，降低了聚光杯的温度，对后续照明光纤影响较小，照明光纤的寿命变长了，甚至可以使用耐高温性能差的材料制作光纤，降低了光纤的成本；经过实验测试，在有间隙的情况下，照明光纤入光口得到的光照度更大。
散热风扇靠近卤素灯杯的出光口，其风向指向聚光杯的入光口与卤素灯杯出光口之间的间隙；由于散热风扇离卤素灯杯和聚光杯较近，对其散热效果较好，风不仅能吹到卤素灯杯和聚光杯的外表面，还能够通过间隙吹进卤素灯杯和聚光杯的内部，改善了散热效果，使卤素灯杯内外表面的温差变小，延长了卤素灯杯的使用寿命，并且能够吹走卤素灯杯内表面和聚光杯反射面上的灰尘，保持干净，在长期使用中也能保持良好的光效。
由于本申请中对散热结构进行了优化设计，保证了聚光杯和卤素灯杯之间的间隙，合理选择了散热风扇的位置，因而散热效率高，所以实施例中可以选择小体积、小功率的散热风扇，不仅降低了生产成本，还减小了使用成本和整机体积。
本实施例中，风扇用的是40X40mm2大小的静音旋涡风扇，风扇最大转速是每分钟3000转。
照明光纤的入光口置于聚光杯出光口，照明光纤与外壳机械连接；在图3中，照明光纤入光口是由多根塑料光纤排列成实心圆形，在照明光纤入光口由粘合剂填充塑料光纤之间的缝隙。圆形排列的塑料光纤可以更好地收集光线，由于粘合剂是填充在塑料光纤之间，仅起到固定塑料光纤的作用，不一定需要使用透明粘合剂，由于塑料光纤承受的拉力很小，所以对粘合剂固化以后的强度也没有太高的要求，因而对粘合剂的性能要求不高，所以可以降低粘合剂的成本，甚至可以用普通的、廉价的胶水替代。在实施例中，使用的塑料光纤是某塑料光纤有限公司生产的单芯光纤，材料是聚甲基丙烯酸甲酯，光学结构是阶跃型，光学直径为0.75mm，数值孔径为0.5，纤芯折射率是1.49。
照明光纤是采用多根塑料光纤制成，由于每根塑料光纤的直径很小，每根塑料光纤都很柔软；在照明光纤入光口和出光口以外的位置，当照明光纤弯曲时，每根塑料光纤分别弯曲，保证了照明光纤足够柔软，可以使照明光纤弯曲到任意角度；同时塑料光纤的成本很低，也降低了整机的成本。
在实施例中所使用的照明光纤是由89根单芯塑料光纤组成的。大多数胶水、硅胶和树脂都能作为粘合剂，在一个实施例中使用的粘合剂是神雁牌101瞬间粘合剂，价格便宜，并且能够快速粘合，不仅能够降低成本，而且还能缩短加工时间。在另一个实施例中使用了透明的光学胶，采用紫外线固化，这种胶水强度高，并且能减少整根照明光纤的衰减。如果采用硅胶作为粘合剂，和其他的粘合剂相比，固化后的硅胶较柔软，能够更好地保护照明光纤。
在一个实施例中，为了提高光线收集效率，在照明光纤的入光口不仅使用透明的光学胶填充了塑料光纤的间隙，还在塑料光纤的端面上形成了一个薄层，固化后的透明光学胶覆盖了所有塑料光纤端面，形成了一个整体，构成了照明光纤的入光面，这种结构简化了对塑料光纤端面的加工工艺，降低了加工难度和成本，缩短了加工时间。
驱动电源含有TL494芯片，该芯片及其配套电路成本较低、转换效率高、发热少，能够使市电转换成卤素灯杯适用的电源，并且该芯片在环境温度达到100℃时仍然能够工作，即使在冷光源的封闭外壳中环境温度较高的情况下，仍能正常工作，因而降低了故障率，提高了系统可靠性，增加了电路的寿命，也降低了对散热风扇的要求，节约了使用成本。
聚光杯采用铝合金材料制作，材料价格低，熔点和强度低，易加工，加工和使用成本低，导热系数高，能够有效的散热，降低卤素灯杯、照明光纤附近的温度，并且降低了元件的故障率，增加了使用寿命。
聚光杯的反射面表面粗糙度Ra大于0.2微米，并小于0.8微米。由于聚光杯反射面的粗糙度不高，所以其加工成本不高，并且反射面会产生漫反射，漫反射的光照射到照明光纤入光口，合理的控制了反射面表面粗糙度，因而使照明光纤入光口处的光照均匀性变好，导致照明光纤出光口的光照均匀性变好。
光线传输部分是由照明光纤组成。在实施例中，照明光纤穿过外壳圆孔，照明光纤入光口置于聚光杯的出光口，用螺纹将照明光纤固定在外壳上；市面上的照明光纤的内径大多为5mm，卤素灯杯发出的光线很多都没有进入光纤，实施例中使用的光纤内径比市面上普通的光纤内径大3mm，增加了进光孔的面积，可以让更多的光线进入光纤，进一步使得光纤出光口的光强增加。如果不加聚光镜，从照明光纤出光口出来的光斑很大，为了减小光斑，增强光照度，在照明光纤出光口再增加一个聚光镜，聚光镜的尺寸是经过实验优化所得。
在实施例中使用的机箱外壳均由激光切割，再经过折叠成型，制造工艺简单，材质是1.5mm厚度的钢板，成本低，而且机械连接件定制的部分少，多数是标准件，成本低。
上述实施例仅例示性说明本发明申请的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明申请的创新构思的前提下，还可以作出的若干的变形和改进，这些都属于本发明申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是：包括卤素灯杯、聚光杯、散热风扇、照明光纤、外壳、驱动电源；聚光杯有反射面、入光口和出光口，聚光杯反射面是旋转对称的曲面；聚光杯入光口和聚光杯出光口都是圆形的，聚光杯入光口的直径大于聚光杯出光口的直径；聚光杯入光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴，聚光杯出光口所在的平面垂直于聚光杯反射面的对称轴；卤素灯杯有出光口，卤素灯杯出光口正对聚光杯入光口，卤素灯杯的中心线与聚光杯反射面的中心线在同一轴线上，卤素灯杯出光口与聚光杯入光口之间有间隙；散热风扇靠近卤素灯杯出光口，其风向指向聚光杯入光口与卤素灯杯出光口之间的间隙；照明光纤有入光口和出光口，照明光纤入光口置于聚光杯出光口，照明光纤与外壳机械连接；照明光纤入光口是由多根塑料光纤排列成实心圆形，在照明光纤入光口由粘合剂填充塑料光纤之间的缝隙。
2.根据权利要求1所说的一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是聚光杯反射面满足椭球面的方程。
3.根据权利要求1所说的一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是聚光杯采用铝合金材料制作。
4.根据权利要求1所说的一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是：聚光杯反射面表面粗糙度Ra大于0.2微米，并小于0.8微米。
5.根据权利要求1所说的一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是：在照明光纤入光口，固化后的透明光学胶覆盖了所有的塑料光纤的端面。
6.根据权利要求1所说的一种采用聚光杯的卤素灯冷光源，其特征是驱动电源含有TL494芯片。
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