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内容介绍(图片挂啦): 2 旋转对称自由曲面透镜设计 2. 1 设计原理 台灯的照明区域主要是圆形区域。因此,实现台灯均匀照明的自由曲面透镜是旋转对称的,其设计可以简化为: 根据Snell 定律和二维平面空间LED 的配光特性求取该平面上透镜自由曲面的母线。LED 光源是具有余弦分布特性的朗伯光源,即I( θ) = I0·cosθ ( 1)上式中I0为法向轴线上LED 的光强,θ 为光线与法向轴线的夹角,如图1 ( a) 所示。利用划分网格法的思想,建立光源与照明区域的拓扑关系。为实现照明区域照度的均匀分布,离散后具有相同微角度间距dθ 的发射光线在照明区域的映射点的间距需满足余弦分布的特性,即l( θ) = l0·cosθ ( 2) 如图1 点光源与照明区域的拓扑关系如图1 ( b) 所示,等式中l0为发射角度dθ 的光线在照明区域的映射点与照明区域中心点的距离;l ( θ) 为发射角度θ 的光线与发射角度( θ - dθ) 的光线在照明区域的映射点间的距离。
自由曲面透镜存在内外表面两个折射面。由于光的透射率随入射角的减小而增大,第一折射面采用球心与点光源重合的半球面能够提高光的透射率,而且理论上不影响点光源光线的传播。如图2所示,当dθ 取较小值时,自由曲面母线可近似为系列dθ 角度区间的直线线段首尾相接构成。 图2 中Pn和Qn是一对映射点。光线经自由曲面上的点Pn折射后投射到照明区域的对应点Qn。光线的入射角i 和折射角γ 存在如下关系: 其中α 为直线PnQn 和直线OPn 的夹角,当Pn和Qn两点的位置确定时,α 确定; n 为透镜材质的折射率。由式( 3) 整理可求得入射角i 和折射角γ,如下式所示: 因此,Pn点的法线Nn和切线Tn可根据Snell 定率求出。 定义母线上的Pn +1点为Pn点的切线与顺时针夹角dθ 光线的交点,则能保证母线的连续性。根据起始点P0及照明区域的映射点序列( Qn) 可迭代求取母线上的离散点序列( Pn) ,从而确定透镜母线。
- 实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计.pdf