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實現(xiàn)LED均勻照明的反射面設(shè)計

作者: 時間:2011-08-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/168868.htm

  作為第四代新型節(jié)能光源的典型代表, 具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、顯色性好等其他光源無法比擬的優(yōu)點, 而且隨著大功率 的迅速發(fā)展,越來越廣泛的應(yīng)用于各種指示、顯示、背光源、普通和城市夜景等眾多領(lǐng)域。但是 光源發(fā)出的光不,因此在對光照有嚴(yán)格要求的特殊場合的中,必須根據(jù)LED 本身的發(fā)光特性和預(yù)期的光強(qiáng)分布,來一個二次配光結(jié)構(gòu),將LED 的光強(qiáng)進(jìn)行重新分配。

  配光結(jié)構(gòu)一般有面、透鏡兩種,目前LED的二次配光結(jié)構(gòu)大部分采用的是透鏡結(jié)構(gòu)??紤]到透鏡有兩個透光面和一定的厚度,對于任意一個曲面,若曲面或制作過程中稍有偏差,或透鏡中夾有一點雜質(zhì),對光線的折射和能量分布會產(chǎn)生很大的影響,且在實際應(yīng)用中透鏡對光線有較高的吸收率而造成能量損失。而用面作為二次配光結(jié)構(gòu),理論上只需要一個面即可,容易加工且能量損失少,較好地解決了LED 的問題。本文旨在一種反射面來對LED 進(jìn)行二次配光。

  傳統(tǒng)的反射面配光結(jié)構(gòu)依賴于有解析解的二次曲面或二次曲面的組合。但對于發(fā)光不的光源,簡單的二次曲面或二次曲面的組合都不能特定的光強(qiáng)分布。本文采用自由曲面設(shè)計的方法,根據(jù)光源的發(fā)光特性和預(yù)期的光強(qiáng)分布建立一個微分方程,用數(shù)值求解法求解出這個方程,根據(jù)求解結(jié)果擬合出自由反射曲面,再利用光學(xué)軟件對結(jié)果進(jìn)行模擬。

  2 反射面設(shè)計

  本文中光源發(fā)出的光線一部分直接照射到照明面上,另一部分經(jīng)設(shè)計的反射面反射到照明面上,最終在照明面上一個矩形的均勻照明區(qū)域。利用光的反射定律得到出射光線與入射光線的矢量的關(guān)系,再利用能量守恒和照度公式求出反射光線攜帶的能量,最后列出微分方程,通過求解微分方程得出確定自由曲面的一系列點,最終確定所需的自由曲面。

  如圖1 所示,o′為光源所在的位置,建立坐標(biāo)系x′o′y′。1 為照明面,為了使計算更加方便,設(shè)光源o′到照明面1 的距離為單位長度1,以o′為圓心,作一個單位球,則單位球與平面1 相切于o 點。平面2 為單位球的平行于平面1 的一個切平面。在平面1 和平面2 內(nèi)分別作平行于x′,y′的x,y 軸和u,v 軸。z′軸的原點在o′處。

  任一條光線與單位球面相交于p 點,則op 為單位矢量,記為i。連接o 與p 點并延長交平面2 于( u,v,1) 點,設(shè)p 點坐標(biāo)為( x′,y′,z′) ,則i =( x′,y′,z′)。

  如圖所示,可知x′ / u = y′ / v = ( z′ + 1) /2,且x′2 + y′2 + z′2 = 1,可求得: i = (1 + ω2 /4) ( u,v,1 - ω2 /4) ,其中ω2= u2 + v2。

建立的坐標(biāo)系

圖1 建立的坐標(biāo)系


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