B31 Полноохватная твердотельная оптическая система светодиодных и других прожекторов узконаправленного или кругового излучения

Цюпак Ю.А., МГУ им. Н.П. Огарёва, г. Саранск

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Предлагаемая твердотельная полноохватная оптическая система первоначально предназначалась для одиночного светодиодного узкоизлучающего прожектора. Её основой является прозрачное дискообразное тело (см. рис. 1), ограниченное с одной стороны отполированной плоскостью 1 с центральной гладкой или френелевской линзой 2, а с другой - параболоидным зеркальным отражателем 3, в вершине которого располагается светодиод (СД). Все эти элементы имеют общую оптическую ось. При этом фокус линзы совпадает со светодиодом, а фокус отражателя - с мнимым отражением светодиода в прозрачной плоскости за пределами критического угла полного внутреннего отражения для прозрачного тела. 


Рисунок 1. Твердотельная оптическая система светодиода
1 - прозрачное тело;  2 - центральная линза;  3 - параболоидный отражатель; 4 - светодиод.

Лучи светодиода выходят из системы, как показано на рис. 1, вдоль оптической оси, что и требовалось. Светосила центральной линзы ограничена критическим углом полного внутреннего отражения прозрачного тела. В такой оптической системе все геометрические параметры связаны между собой, например, через фокусное расстояние параболоидного отражателя.     

Недостатком является плоский угол охвата светодиода, ограниченный φmax < 141 °. Для его увеличения до φmax = 180 ° достаточно кольцевую область параболоидного отражателя в пределах угла 141 ° < φ < 180 °, через которую проходят лучи, не отражённые от лицевой плоскости (угол АОВ), охватить дополнительным кольцевым отражателем ВС с фокусом (см. рис. 2), совпадающим с вершиной основного (см. пунктир на рис. 2). На него падают лучи непосредственно от светодиода и собираются вдоль общей оптической оси. В этом случае оптическая система будет полноохватной.  


Рисунок 2. Усовершенствованный профиль оптической системы 

1 - светодиод с плоской выходной поверхностью; 
2 - параболоидный отражатель с фокусом F1;
3 - прозрачная среда, заполняющая его до уровня f/2;
4 - кольцевой вспомогательный параболоидный отражатель с фокусом на вершине основного отражателя;
5 - линза с фокусом на вершине отражателя и диаметром, соответствующим зоне углов, вплоть до угла полного внутреннего отражения. 

Такая оптическая система может быть использована и для других, «объёмных» источников света, если изготовить для неё полусферическую выемку (см. рис. 3) с центром на вершине параболоидного отражателя, разместить в ней центр светящего тела источника, а за ним укрепить полусферический контротражатель, естественно, предусмотрев средства облегчения теплового режима.   


Рисунок 3. Твердотельная оптическая система для объёмных источников света
1 - полусферическая выемка; 2 - объёмный источник света;  3 - контротражатель; 4 - прозрачное тело. 

Фактически, здесь представлен профиль оптической системы. Сама она образуется  вращением профиля вокруг общей оптической оси.   

На её основе может быть получена и оптическая система прожектора кругового излучения с «объёмным» источником, если привести указанный профиль во вращение вокруг оси - касательной к вершине отражателя (см. рис. 4).    


Рисунок  4.  Оптическая система  прожектора кругового излучения с  «объемным» источником
1 - прозрачное тело; 2 - отражающая поверхность (параболоид вращения с фокальной линией по F1);  3 - источник света (газоразрядный);  4 - вспомогательный параболоидный отражатель   (с фокусом F2);  5 - ось симметрии (вращения) ОZ; 6 - цилиндрическая линза. 

Это делает предполагаемую оптическую систему универсальной. Помимо прочего, предлагаемая оптическая система отличается компактностью (при равенстве фокусных расстояний), жёсткостью (если учитывать долю твёрдого тела в объёме системы) и очевидной технологичностью (где основными операциями являются штамповка и алюминирование).

Тематика:

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
22 queries. 0.082 seconds.