Световые приборы - Трембач В.В.
ISBN 5-06-001892-Х
Скачать (прямая ссылка):
светосигнальные приборы — прожекторы, предназначенные для передачи световых сигналов, кодированных во времени (по азбуке Морзе или другим способом);
светофоры — прожекторы, передающие световые сигналы разных цветов и управляющие движением пешеходов и транспорта.
Все прожекторные приборы, служащие для передачи световых сигналов, имеют малые углы излучения и в большинстве случаев концентрируют световой поток в конусе так же, как и прожекторы дальнего действия.
§ 4.2. ОПТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЖЕКТОРА
С ПАРАБОЛОИДНЫМ ОТРАЖАТЕЛЕМ
Выбор формы и оптический расчет зеркального металлического отражателя прожектора. Зеркальные отражатели приборов прожекторного класса должны иметь форму, удовлетворяющую требованию максимальной концентрации светового потока источника. Это предполагает вполне определенный ход фокальных падающих и отраженных световых лучей. В любой меридиональной плоскости фокальный луч, падающий на отражатель под некоторым углом ф к оптической оси OZ, после отражения должен пойти параллельно чтой оси. Следовательно, углы, ориентирующие падающие и отраженные фокальные лучи, связаны между собой следующими зависимостями: ф=уаг, a=const=0.
Свойства пара б о л о идно г о зеркального отражателя. В аналитической геометрии известен ряд поверхностей, удовлетворяющих этому условию. Нетрудно убедиться, что одной из таких поверхностей является поверхность второго порядка Y2 4-+ X2=2PZ, образованная вращением параболы вокруг оси FZ и и называемая параболоидом вращения. Действительно, для этого достаточно вспомнить определение диаметра параболы (рис. 4.3) как прямой, параллельной оси параболы, и свойство нормали быть биссектрисой угла между фокальным радиусом-вектором и диаметром, проходящим через точку касания. Следовательно, любой фокальный луч, упавший на некоторую точку отражателя, ориентируемую полярным углом ф, составит с нормалью угол i=ф/2 и после отражения пойдет параллельно оптической оси.
5—298
Зеркальные параболоидные отражатели могут быть металлическими и стеклянными. В первом случае оптический расчет не составляет труда, так как луч, падающий на некоторую точку поверхности, ею и отражается. Следовательно, ее профильная (меридиональная) кривая рассчитывается по уравнению параболы. В стеклянном отражателе, когда с целью предохранения отражающего металлического слоя его наносят на тыльную поверхность, оптический расчет усложняется, так как в этом случае необходимо учесть
не только отражения, но и преломления фокального луча.
Уравнения параболы — профильной кривой металлического отражате-л я. Расчет координат профильной кривой лицевой поверхности металлического отражателя проводится по уравнениям параболы или в полярной системе координат г, ф, совмещенной началом с фокусом параболоида, а также в прямоугольной системе координат Z, X, начало которой совмещено с вершиной параболы [2]. Точка М профильной кривой определяется полярным углом и фокальным радиусом-вектором:
_ Р _ 2/
=//cosV2,
(4.1)
параболы
I + COS Ч> 1 + cos <р
где Р, f — фокальный параметр и фокусное расстояние соответственно.
Прямоугольные координаты точки М определяются по каноническому уравнению параболы:
X2=2PZ=AfZ. (4.2)
Если ПОЛОЖИТЬ D = 2Xmax, то Z)2=16/Zmax.
Радиус-вектор параболы выражается через фокусное расстояние и координату Z (рис. 4.3):
r = f + Z. (4.3)
Координата X точки М может быть выражена через фокусное
расстояние и угол:
X=г sin ср = /2 s-in т/2 cos т/2 = 2/ tg у/2. (4.4)
cos2<p/2
Диаметр светового отверстия параболоидного отражателя находится из (4.4):
D=2*m„=4/tg-
130
| де фтах — половина плоского угла охвата отражателя.
Зная радиус светового отверстия, нетрудно найти его площадь:
A:o = W2tg2^. (4.5)
Отражающие покрытия металлических отражателей могут быть серебряные, хромированные, алюминированные, родированные и т. п. Некоторые металлические покрытия (серебро, алюминий) требуют специальных защитных средств в виде бесцветных оксидных кремниевых пленок и специальных лаков. В настоящее время наиболее распространены металлические или стеклянные отражатели, лицевая поверхность (обращения к источнику) которых имеет зеркальное покрытие, нанесенное вакуумным алюминированием. Часто применяются алюминиевые отражатели, зеркальный слой образован с помощью альзак-процесса. Интегральные коэффициенты отражения зеркальных покрытий имеют значения 0,70—0,90. Ft
Металлические отражатели применя- n , v j.
, г г Рис. 4.4. Ход фокального
ются главным образом в тех случаях, луча в стеКлянном отража-
когда требования к оптической точности теле
отражателей невелики.
Расчет копараболоида. Для защиты отражающего металлического слоя от окисления его наносят на тыльную (наружную) поверхность стеклянного отражателя.
В этом случае фокальный луч, упав на лицевую (внутреннюю) поверхность в точке А (рис. 4.4), частично отразится на нее АА', а частично войдет в стекло. Затем световой луч по направлению АВ пройдет толщу стекла, испытывая поглощение, и, отразившись от точки В металлического покрытия, пойдет снова в стекло по направлению ВС. При этом луч частично поглотится стеклом и снова иретерпит преломление на границе сред стекло — воздух, причем часть его отразится в толщу стекла по направлению CD, а часть иыйдет в воздух по направлению СС'. Таким образом, можно сделать вывод о многокомпонентности луча, претерпевшего многократные отражения и преломления. Для определения коэффициента отражения объединим все лучи, вышедшие в воздух, в три группы н определим значение каждой из них.
