


下载本文档
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
基于非成像光学的大功率白光led二次透镜设计
1基于最小二乘法的设计方法在设计中的应用近年来,随着大型光谱光谱技术的发展,光谱光谱光谱光谱一直被广泛应用于照明领域。传统的照明设计方法一般是采用成像光学的设计方法,利用照明设计软件,例如Zemax,进行设计计算,首先选取一个初始的光学结构,采用最小二乘法编程对该结构进行优化,最终得到要求的结果。这种设计方法对设计人员要求较高并且设计起来费时费力。本文将通过对光学过程进行数学建模分析,采用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,并得到了一种基于非成像光学的快速LED二次透镜设计方法。2设计原则2.1次配光的类型为方便对LED进行二次光学设计,我们对目前市场上的大功率白光LED光源进行了调查,根据一次配光的不同,大致可分为lumileds系列和CREE系列两种,如图1(a)和(b)所示。根据设计后透镜的实测效果,我们可以将两系列LED的一次光强分布均表示为Lambertian分布(见式(13))。2.2设计原则2.2.1折射线部分的电阻率根据边缘光线原理,目标平面上任意一点的能量由边缘光线决定。建立数学模型示意如图2所示。入射光线与透镜曲面交于一点L(x,z),出射光线与目标平面交于一点T(XR,H)。为透镜曲面法向量。根据折射定律我们可知:其中,n1、n2为入射光线和折射光线部分的折射率,α1、α2分别为入射光线和折射光线与法线的夹角。根据三角公式推导,我们可以得出sinα、cosα的tanα表示式。又由于光线是经过透镜射入空气,空气的折射率为1,我们设透镜材质的折射率为n,则折射率公式变形为:由于α1、α2分别为入射光线、折射光线与法线的夹角,根据两直线夹角公式,设法线斜率为m2,由图可知,入射光线斜率为tanφ2、折射光线斜率为tanα3,对公式进行变形:对式(2)根号内公式进行化简,可得到公式(3):将式(3)带回式(2)得到式(4):将k带回式(5),变形整理得到m2表达式(6):根据导数定义,我们可以很清楚的看到,式(6)中法线的斜率m2,角φ2、角α3的正、余弦值可以用一个显式的一阶常微分方程式(11)表示出来,其中:由于方程为f(XR,x,z)的函数,所以还需一个方程才能解。2.2.2多系统集成t点照照光线的传播必须遵守能量守恒定律,即光源的输出光通量应等于入射目标面内的能量。设光源的发光角为φI,则光源的辐射能与目标面照明之间的关系如下式:将上式(12)展开,其中E为目标面上T点的照度,考虑到LED的朗伯发光特性并且旋转对称如(13)式:将(13)式代入(12)式,解得到下式:2.2.3led一次配光出射最大半角联立式(7)、式(8)、式(9)、式(10)、式(11)、式(16)、式(17)为一个显式常微分方程组,其中φmax为LED一次配光出射最大半角。采用数值解法例如Runge-Kutta法、有限差分法等用MATLAB编程可得到该方程的数值解。将计算结果导入3D建模软件中旋转该曲线可得到所需透镜面型,整个计算过程采用Core2Duo2.4GHz双核处理器计算机仅需10秒左右。3基于光学pmma的荧光光斑作为设计实例,采用上述方法设计实现了一个均匀照明的手电。其性能指标要求为:在照射距离为8米时,形成一个半径不小于1米的均匀光斑。采用单颗大功率1W白光芯片,光效100lm/W。透镜材料采用光学PMMA,折射率为1.49。利用Tracepro对系统进行建模验证。如图3所示,可看到在照射距离为8米,有效照射半径为1米的范围内,平均照度为11lx,照度均匀度优于90%,光学系统效率大于90%。4基于光学计算的模拟设计本文根据非成像光学的设计原理,推导出应用于LED二次光学设计的产生均匀圆形光斑的透镜设计方程,通过MATLAB编程求出数值解,并利用3D设计软件利用数值计算结果绘制出透镜曲面。最后根据设计的透镜结构,采用光学计算软件Tracepro验证设计结果。同时采用3D设计软件构成的自由曲面面型,导入Pro/E中自动生成数控代码
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025版场项目投标失败后人力资源配置调整合同
- 2025版办事处环保设施建设及运营管理协议
- 二零二五版范文范本:高科技产业研发合作协议
- 宝宝饮食健康课件
- 2025版智能办公区使用权租赁合作合同
- 二零二五年度环保绿色能源项目租赁服务协议
- 二零二五年财务主管在职期间保密义务及违约责任合同
- 2025版笔译服务与翻译服务标准化合同
- 2025年度越野车抵押租赁经营合同
- 二零二五年度材料运输合同范本(含应急预案)
- 行政审批业务知识讲堂
- CNAS-CC11:2018 多场所组织的管理体系审核与认证
- 紧急信息报送
- 2025年度大型活动消防安保服务合同范本
- 《电阻基础知识简介》课件
- 《儿歌运用于幼儿园教育问题研究的文献综述》8600字
- DB21T 3353-2020 高延性混凝土加固技术规程
- 土地平整工程施工技术方案
- 消防主机接入合同模板
- 机加产品类销售合同(2篇)
- 三公经费培训
评论
0/150
提交评论