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LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)主要方法

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• 發(fā)布時(shí)間：2015-11-17
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    半導(dǎo)體發(fā)光二級管(LED)光源具有體積小、效率高、響應(yīng)快、易調(diào)光、色域范圍寬、無汞污染、使用壽命長等特點(diǎn)，是一種節(jié)能環(huán)保的新型光源。隨著LED技術(shù)的不斷完善，特別是光效的不斷提高，在投影顯示、背光光源、城市照明等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于LED的空間光強(qiáng)近似Lambertian型分布，使其在被照面上所形成的照度隨出射角的增大而迅速衰減，很難滿足遠(yuǎn)距離照明如手電、港口或碼頭用信號投射燈的實(shí)際需要。為了使光束平行出射以提高光能利用率，光學(xué)設(shè)計(jì)人員嘗試通過各種途徑來設(shè)計(jì)反射器、折射器或折反射器來改善光線在目標(biāo)面的布局，以符合實(shí)際情況的需要。

    目前，LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)主要有兩種方法：直接經(jīng)驗(yàn)法和求解方程法。直接經(jīng)驗(yàn)法主要通過CAE三維機(jī)械建模軟件繪制出光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)，并將此結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到光學(xué)仿真軟件中如Tracepro中，并對此結(jié)構(gòu)賦予某種光學(xué)屬性，最后通過蒙特卡羅非序列光線追跡來判斷照明面上的照度分布及整個(gè)系統(tǒng)的光強(qiáng)分布。由于這種設(shè)計(jì)的隨意性很強(qiáng)，相關(guān)設(shè)計(jì)者往往需要多次修改光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)，多次模擬來完成設(shè)計(jì)此類方法并不需要太多的理論計(jì)算，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵往往取決于設(shè)計(jì)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。方程求解法基于光源的發(fā)光特性和所需實(shí)現(xiàn)的照明要求而構(gòu)建方程組，其未知數(shù)即為所求自由曲面上各點(diǎn)的坐標(biāo)，在給定初始條件后，通過求解方程組的解析解或數(shù)值解，即可得到自由曲面的面型數(shù)據(jù)并可實(shí)現(xiàn)所需照明要求。此種方法免去了反復(fù)試驗(yàn)所需的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率，但對設(shè)計(jì)人員的光學(xué)構(gòu)建能力和數(shù)學(xué)功底的要求比較高。

    本文針對旋轉(zhuǎn)對稱折射器，根據(jù)障礙燈LED光源特性和目標(biāo)面的光強(qiáng)分布要求，依據(jù)Snell定律和非成像光學(xué)中的光學(xué)擴(kuò)展量要求，設(shè)計(jì)了一種較為簡便的自由曲面折射器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的長距離均勻照明。

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(責(zé)任編輯：航空障礙燈http://www.winlueng.com)