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LED光源的片状透镜设计方法

作者:时间:2010-08-18来源:网络收藏

  显然图1(b)这一菲涅尔(a)要薄,从而吸收小,节省材料。但这种按传统只对平行光是正确的,这时(c)中阴影部分对光线是没有影响的。但是若是非平行光,如时,(c)中的阴影部分对光线就有影响了。若把它删除制成菲涅尔透镜,就会造成很大的杂散光。此外,若透镜的截面用折线代替小弧线,也会带来光学上的误差。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/169226.htm


  为了克服上述缺点,我们提出用两种新的菲涅尔透镜。这里我们针对单个,对其他,设计原理是相同的,因此原则上也可以推广到其他


  新的基本思想是让被删除的无效部分的边缘沿着光线划分,而且有效的剩余部分移动时是沿着光线的,同时还按一定比例变化其尺寸,这样光线在透镜中传播时不会打到这些边缘无效部分去,而且还将按原方向折射。这样就使得散射光减少,透镜的光学效率也就提高了。


  二、设计方法


  1、分角度法

LED光源的片状透镜设计方法

  图2 分角度法


  我们假定原始透镜的入射面为平面,出射面(图2中AB所在的面)为曲面。至于如何设计原始曲面,则不在本文的涉及范围之内。而新的出射面为我们要设计的锯齿形。


  在本文中,我们可以假定O点为光源经过入射面后的虚拟像点的位置,也就是光线由O点出发经出射面后到达像面(透镜的作用可以不是“成像”而是照明)。这样我们就把入射面的作用包括在内了。我们可以将AB所在的曲面按对O点所张的角度划分成若干小段。图中AB就是其中的一个小段。我们不是按照第一节中那样将这些小段垂直移动下来,而是将其沿光线方向移动,而且移动的同时按线性比例缩放。这样AB就缩放到了A'B'.按照线性光学原理,小面A'B‘所造成的光线折射的方向与小面AB的是完全相同的,只是光线的位置有微小的区别。由于透镜尺寸比像距小得多,而OA与OA’之间的距离差比像距更是个二级小量,因此我们完全可以只关心出射光线的角度设计前后不变而不关心光线位置的微小变化,也就是说变化前后的小面将不对整个透镜的光学效果带来明显的差别,特别对照明用的透镜更是如此。


  此外,角度的划分可以是均等的,也可以是不等的,这两种情况都不影响光学效果。为了说明问题,图2只将透镜分成了8份,实际上分割的数目越大透镜就可以越薄。不过,如下文所说,数目多了会带来新的问题。


  但是可以看到,上述方法一个缺点是透镜的锯齿厚度会不同,这可能会影响透镜的强度。下面提出另一种方法,可以做到锯齿厚度相等,虽然设计过程复杂一些,但它不但可以克服厚度不等的问题,而且消除杂散光。


  2、分厚度法

LED光源的片状透镜设计方法
  

图3 分厚度法



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