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光學系統設計中的光源與透鏡

2013-06-29 admin1

光學系統設計

1 光源

我國幅員遼闊,有眾多大小河流,內河的航標燈需求量較大,而較長的海岸線對于沿海航標燈也有一定需求。由于航標燈應用地域不同,對光強的要求也不同。因此我們的航標燈光源采用碟狀結構,與相應光學系統相匹配構成一個相對獨立的發光單元,則實際應用中,可以根據需要選擇燈具中所使用的單元數目,獲得不同的射程。


根據上述設計思想,設計中確定單個發光單元的半值全擴散角度為8°,最大光強值為30cd,則兩個發光單元就能基本滿足內河的需要,射程可達3.8nm;而三個至四個單元就能達到一般的近海要求,射程可達5.5nm。因此,我們考慮在每個單元中,用28顆LED


2 透鏡設計

將擴散光源放置在凸透鏡的某個位置上,可以使出射光發生不同的變化.

由此可見,將光源放置于適當偏離焦點的位置上,無論是在焦點內還是在焦點外,都可以使光源出射光適當收斂。

我們選擇將光源放于透鏡焦點的內側,光源離透鏡越遠,透鏡收集到的光源光通量越少,因而透鏡系統的效率越低。

根據單凸透鏡的計算公式:

r=(nL-1)f

其中r——凸面曲率半徑

nL——透鏡材料折射率

f——透鏡焦距

在選定透鏡材料的情況下,焦距越大,曲率半徑越大。在同樣透鏡孔徑Φ的條件下,曲率半徑越大,透鏡越薄,而透鏡越厚,像差會越明顯,從而影響使用效果。因此,盡可能選擇焦距較大的透鏡。


同時,焦距的增大,光學系統尺寸的增加,因此,透鏡的焦距也不可以一味追求最大。

根據前面所討論的航標燈的配光要求可見,透鏡的作用主要使碟形光源垂直方向上的光收斂,同時不影響水平光分布的均勻度。

由于透鏡厚度不是很大,因此沒有采用菲涅耳透鏡,避免增加加工的繁瑣性和成本。


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