LED信號燈二次光學設計
LED的應用范圍日趨廣泛,其相應的二鎰光學設計也越來越顯出重要性。本文介紹了一種光學設計的思路和方法。
菲涅耳透鏡(如圖6所示)其實是一種“大孔徑”的消球差透鏡,其光學作用和普通凸透鏡相當,但比凸透鏡薄、重量輕。雖然,設計時,菲涅耳透鏡環(huán)數越多,有助于減小球差和透鏡厚度,使光斑更均勻。設計時,環(huán)帶環(huán)數的選擇至關重要。 圖6 菲涅耳透鏡的形成 之后,需要用透鏡將平行光束擴散處理,來滿足標準的要求。我們將燈具外罩分割成矩形小單元,用來打碎光波的波面,有利于產生均勻的外觀效果。在每個小單元中,我們用柱面透鏡使光束水平擴散,在確定單元寬度及要求的擴散角度之后,柱面的曲率半徑為: r=(b*n2-2ncosoδ+1)/2sinδ ...................(4) 其中r--柱面透鏡的曲率半徑 b--單元寬度 n--透鏡材料折射率 δ--期望的半擴散角度(如圖7所示) 圖7 柱面透鏡示意圖 在確定擴散角度時,應考慮平行光束可能會有一不定期h的發(fā)散角度α,因此,若我們要求燈具總擴散角度為50°,則應該取2δ=50°-α。否則可能會導致擴散角度過大。 根據標準,在垂直方向上也有一梯度的光強分布要求,且基本是在水平面之下。我們考慮用楔形透鏡將光向下偏,并借助于模擬軟件,使光通量在垂直方向上合理分布。單元透鏡的結構如圖8所示。 圖8 透鏡單元示例 或者,也可采用如橢球面或輪胎面等具有水平和垂直兩個方向的弧度,從而可以在兩個方向上用不同的曲率半徑達到不同的擴散效果。由于交通信號燈的標準一般要求光分布于水平之下,因此,在垂直方向上只需用上半段圓弧,產生向下擴散的效果(如圖9所示)。 |
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