光学系统设计中的光源与透镜

2013-06-29 admin1

光学系统设计

1 光源

我国幅员辽阔,有众多大小河流,内河的航标灯需求量较大,而较长的海岸线对于沿海航标灯也有一定需求。由于航标灯应用地域不同,对光强的要求也不同。因此我们的航标灯光源采用碟状结构,与相应光学系统相匹配构成一个相对独立的发光单元,则实际应用中,可以根据需要选择灯具中所使用的单元数目,获得不同的射程。

根据上述设计思想,设计中确定单个发光单元的半值全扩散角度为8°,最大光强值为30cd,则两个发光单元就能基本满足内河的需要,射程可达3.8nm;而三个至四个单元就能达到一般的近海要求,射程可达5.5nm。因此,我们考虑在每个单元中,用28颗LED

2 透镜设计

将扩散光源放置在凸透镜的某个位置上,可以使出射光发生不同的变化.

由此可见,将光源放置于适当偏离焦点的位置上,无论是在焦点内还是在焦点外,都可以使光源出射光适当收敛。

我们选择将光源放于透镜焦点的内侧,光源离透镜越远,透镜收集到的光源光通量越少,因而透镜系统的效率越低。

根据单凸透镜的计算公式:

r=(nL-1)f

其中r——凸面曲率半径

nL——透镜材料折射率

f——透镜焦距

在选定透镜材料的情况下,焦距越大,曲率半径越大。在同样透镜孔径Φ的条件下,曲率半径越大,透镜越薄,而透镜越厚,像差会越明显,从而影响使用效果。因此,尽可能选择焦距较大的透镜。

同时,焦距的增大,光学系统尺寸的增加,因此,透镜的焦距也不可以一味追求最大。

根据前面所讨论的航标灯的配光要求可见,透镜的作用主要使碟形光源垂直方向上的光收敛,同时不影响水平光分布的均匀度。

由于透镜厚度不是很大,因此没有采用菲涅耳透镜,避免增加加工的繁琐性和成本。

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