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用于 LED 道路照明的渐变菲涅尔透镜设计
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用于 LED 道路照明的渐变菲涅尔透镜设计

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【摘要】:
渐变菲涅尔透镜设计?目前的菲涅尔透镜均为平板型或建立在球面基础上的曲面型菲涅尔透镜,尚未有建立在自由曲面基础上的菲涅尔透镜,把自由曲面透镜与菲涅尔透镜相结合,构建出可产生均匀矩形照明的自由曲面菲涅尔路灯透镜,由于自由曲面菲涅尔透镜的面型不是规的同心圆型,又称其为渐变菲涅尔透镜。?渐变菲涅尔透镜设计思路:设计出若干出光效果相同但大小不同的自由曲面透镜的面型数据,在Solidworks中将相邻大小的四
目前的菲涅尔透镜均为平板型或建立在球面基础上的曲面型菲涅尔透镜,尚未有建立在自由曲面基础上的菲涅尔透镜,把自由曲面透镜与菲涅尔透镜相结合,构建出可产生均匀矩形照明的自由曲面菲涅尔路灯透镜,由于自由曲面菲涅尔透镜的面型不是规的同心圆型,又称其为渐变菲涅尔透镜。
 
渐变菲涅尔透镜设计思路:设计出若干出光效果相同但大小不同的自由曲面透镜的面型数据,在 Solidworks 中将相邻大小的四分之一自由曲面透镜面型数据导入(如图 1 所示,为观察方便,此处将显示方式改为线架图),再借鉴分厚度法,对自由曲面进行等厚度切割,但由于自由曲面面型特殊,无法直接使用等厚度法进行分割,因此只借鉴其思想,本文所采用的切割方法的思路是:首先按照给定的光源出光特征和目标照明面照度要求进行透镜设计,设计出十个出光效果相同但大小不同的自由曲面透镜,但这个大小也不是随便设定,而是每一个透镜与其大小相邻的透镜设置确定大小的初始点时给定的值相差 0.5mm,由于每一个自由曲面透镜都是按照相同的出光要求和照度分布进行设计的,因此将它们分别使用时都可以实现相同的照度要求,所以叠加后再切割最终出光效果不会有大的改变(如图 2 所示),首先导入最大的自由曲面透镜的四分之一数据,将其拟合成一个曲面,再导入大小与其相邻的第二个透镜数据,同样拟合为曲面,其轮廓图如图 1所示,通过对透镜的长度和宽度进行分析,在切割时对其长边按照 1.5mm,宽边按照 0.4mm进行第一次切割,切割后透镜形状如图 2所示,通过曲面缝合使其成为一个整体,再采用相同的方法对之后的 8 个自由曲面透镜依次导入后切割,最终形成菲涅尔面型(如图 3 所示),切割后通过镜像,曲面缝合等步骤,拟合成一个完整的渐变菲涅尔透镜(如图 4 所示)。
在国内论透镜设计和制造选择山东宇影,拥有半个世纪的设计制造经验。
渐变菲涅尔透镜与自由曲面透镜的比较 
      将自由曲面透镜改为渐变菲涅尔透镜最主要的原因就是减小透镜厚度,提高透光率,从而解决目前 LED 自由曲面路灯透镜散热性差的问题,本节对原始自由曲面透镜与改进后的菲涅尔透镜在结构上进行比较。如图 5 所示,为原始自由曲面透镜的轮廓线示意图,从图中可以看出,其底边的一半长度为 19.085mm,由于其面型为不规则自由曲面,无法准确标注半径或长度,因此取其长度最大的点进行标注,其值为 21.430mm。图 6 为将自由曲面透镜变为菲涅尔透镜后,相应的底边一半长度为13.301mm,长度最大点值14.894mm,由此可看出厚度有显著减小。
     为更直观表现自由曲面透镜变为菲涅尔透镜后厚度减小值,将两透镜组合在一起进行观察,如图 7 与 8所示,阴影部分为将原始自由曲面透镜变为菲涅尔透镜后删去的多余材料,从图中可以看出将自由曲面透镜变为菲涅尔透镜后由于删去很多材料,使得厚度有明显变薄,从而使得散热效率提高,LED 使用寿命可延长,光效衰减有所减弱。
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