[发明专利]圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改变光线强度的方法体系及其实现装置，特别是一种通过一组共对称轴共焦点的圆锥曲面二次反射实现光强度增加或减弱的方法体系及其一般实现装置。

背景技术

圆锥曲线包括抛物线、双曲线、椭圆，而抛物线、双曲线、椭圆都有各自的特征性光学性质。抛物线的光学性质：与对称轴平行的光线经旋转抛物面(抛物线绕轴旋转一周生成的曲面)反射后，都通过焦点；反之，从焦点发出的光线经旋转抛物面反射后，变成平行光线。双曲线的光学性质：从双曲线的一个焦点发出的光线经旋转双曲面(双曲线绕其实轴旋转一周生成的旋转曲面)反射后，光线散开，就好像是从另一个焦点发出的一样。椭圆的光学性质：从椭圆的一个焦点发出的光线经旋转椭圆面(椭圆绕其长轴旋转一周生成的旋转曲面)反射后，都通过另一个焦点。

由于光路可逆的性质，用于光线汇聚增强的技术方案同样可以用作光强度减弱。

在当前较多采用的组合光线汇聚技术中：平面反射法多采用多片平面镜反射得到汇集光线，其汇聚比较小；光学透镜法其受制于部件尺寸，不宜用于较大面积的光线汇聚；曲面反射法虽已涉及共焦点的圆锥曲面二次反射，但多采用的是两个抛物线共焦点组合的二次反射，如专利CN101726843A、CN102062937A、CN201917709U，形式单一，不足以形成较完整的圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放方法体系，无法供各种特殊用途挑选运用方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题和不足而提供一个较完整的圆锥曲面共对称轴共焦点二次反射光强度缩放法体系及其一般实现装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系，所谓“缩”即光强度增加，所谓“放”即光强度减弱，所谓“体系”是圆锥曲线间的两两共对称轴共焦点组合形成的多种具有特殊二次反射光学性质的圆锥曲面对的总和。由于光路可逆的性质，同一装置可实现光强度的缩放，现以光强度增加进行说明。

圆锥曲面共焦点二次反射光强度增加法，该方法为圆锥曲线间的两两共焦点组合形成的多种具有特殊二次反射光学性质的圆锥曲面对，圆锥曲面对包括一个大圆锥曲面和一个小圆锥曲面，大小圆锥曲面通过共对称轴共焦点的方式组合在一起，大圆锥曲面底部有开口或预留空间，供汇聚光线射出。大圆锥曲面底部的开口或预留空间，包括所有供汇聚光射出或射入措施所需的空间，比如导出汇聚光的开口、反射通道、光纤或安装其他受光装置所需的空间。当某种特殊光线(如平行光线)射向大圆锥曲面，光线经大圆锥曲面反射，由圆锥曲线的特征性光学性质知反射光线必射向大曲面焦点。由于共对称轴共焦点，经大圆锥曲面反射的光线射向小圆锥曲面发生反射时，遵守小圆锥曲面的特征性光学性质而发生光线汇聚，使光强度增加，经大圆锥曲面底部开口或预留空间射出，供使用。光线汇聚包括光束的平行汇聚使光密度增加和光束的相交汇聚于某一点。

在各种共焦点组合中，可得到如下多种适于开发利用的组合方案，即圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系，按照大圆锥曲面～小圆锥曲面「开口方向形式」的组合顺序：抛物线～抛物线「开口方向一致和相反皆可」，抛物线～双曲线「开口方向一致」，抛物线～椭圆「开口方向相反」，双曲线～双曲线「开口方向一致」，双曲线～抛物线「开口方向一致和相反皆可」，双曲线～椭圆「开口方向相反」，椭圆～抛物线「开口方向一致和相反皆可」，椭圆～椭圆「开口方向相反」，椭圆～双曲线「开口方向一致」。其中，当平行光线射向大圆锥曲面将产生平行汇聚光线的是抛物线～抛物线组合；产生相交汇聚光线的是抛物线～双曲线、抛物线～椭圆组合。抛物线～抛物线，抛物线～双曲线，抛物线～椭圆组合皆适用于光线的缩放；双曲线～抛物线、双曲线～双曲线、双曲线～椭圆组合更适用于光线的发散情况；椭圆～抛物线组合适用于入射光线由椭圆另一焦点发出，经组合反射产生平行汇聚光线的情况；椭圆～椭圆组合适用于入射光线由大椭圆另一焦点发出，经组合反射再次汇聚于小椭圆另一焦点的情况；椭圆～双曲线组合适用于入射光线由椭圆另一焦点发出，经组合反射再次汇聚于双曲线另一焦点的情况。完整的圆锥曲面组合与不完整的圆锥曲面组合(如含有二分之一圆锥曲面的共焦点组合)有相似的光线汇聚情况，都遵守该圆锥曲面组合的光学特性。