光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中的光源與透鏡

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

1 光源

我國幅員遼闊，有眾多大小河流，內(nèi)河的航標(biāo)燈需求量較大，而較長的海岸線對于沿海航標(biāo)燈也有一定需求。由于航標(biāo)燈應(yīng)用地域不同，對光強的要求也不同。因此我們的航標(biāo)燈光源采用碟狀結(jié)構(gòu)，與相應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)相匹配構(gòu)成一個相對獨立的發(fā)光單元，則實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要選擇燈具中所使用的單元數(shù)目，獲得不同的射程。

根據(jù)上述設(shè)計思想，設(shè)計中確定單個發(fā)光單元的半值全擴散角度為8°，最大光強值為30cd，則兩個發(fā)光單元就能基本滿足內(nèi)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(shè)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(fā)生不同的變化.

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

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

根據(jù)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(xué)系統(tǒng)尺寸的增加，因此，透鏡的焦距也不可以一味追求最大。

根據(jù)前面所討論的航標(biāo)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。