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    • LED信號燈二次光學(xué)設(shè)計

    作者：佚名 來源：本站整理 時間：2011-11-25 22:48 閱讀：3026 [投稿]
    LED的應(yīng)用范圍日趨廣泛，其相應(yīng)的二鎰光學(xué)設(shè)計也越來越顯出重要性。本文介紹了一種光學(xué)設(shè)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(xué)作用和普通凸透鏡相當(dāng)，但比凸透鏡薄、重量輕。雖然，設(shè)計時，菲涅耳透鏡環(huán)數(shù)越多，有助于減小球差和透鏡厚度，使光斑更均勻。設(shè)計時，環(huán)帶環(huán)數(shù)的選擇至關(guān)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(kuò)散處理，來滿足標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(kuò)散，在確定單元寬度及要求的擴(kuò)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(kuò)散角度（如圖7所示）
     

    圖7 柱面透鏡示意圖 
    在確定擴(kuò)散角度時，應(yīng)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(kuò)散角度為50°，則應(yīng)該取2δ=50°-α。否則可能會導(dǎo)致擴(kuò)散角度過大。 
    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在垂直方向上也有一梯度的光強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(dá)到不同的擴(kuò)散效果。由于交通信號燈的標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生向下擴(kuò)散的效果（如圖9所示）。
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