第四章光学设计基础详解

举例： 1）图中AP∥AP’其它光线亦有类似的效果， 其实两个反射器的配光效果相同，而形 态不同。 2）工厂灯中上面开孔和设置玻璃可以得到 相同的上射配光，但感觉不同，档次 不同。
3）该灯除了有通常灯具功能和外观外,其 侧面上用网孔板制作,在灯点亮时,成为发 光条,既好看,又增加了室内的亮度.其实, 有网孔和无网孔的配光几乎一样.
§2、光学设计的基本原理 1.能量守恒原理
η包括:反射器吸收:反射比ρ; 前玻璃片的吸收:透过比τ; 光源的挡光造成的损失:α.
与η有关的因素
符号 名称 ρ τ
反射 比
含义
与之有关的 因素
wenku.baidu.com图示
1 1 ρ ρ ρ τ
反射面的反 反射面材 射损失 料和处理 两个玻璃面 材料,形状 的反射损失 和折射率 加玻璃内的 吸收τ’ 光源在光学 光源大小,透 腔中的遮挡 明度,反射器 引起的损失 的设计
2.什么是好的光学设计? 1) 得到需要的配光曲线; 2) 在得到需要的配光曲线情况下光输出比(效 率)最高;
两个曲线的形状相同,但曲线1的光输出 高于曲线2.
3) 在得到需要的配光曲线情况下外观最好 看,有现代产品的韵味 在一个工厂照明灯 上加上适当的透光棱镜 罩,既好看又增加了上 射光通,提高了空间的 环境亮度和照明质量. 下方的龟板面和出光口 面上的玻璃又增加了美 观减少了眩光.
第四章 光学设计基础
§1、概述 §2、光学设计的基本原理 §3、光学设计的基本手法 §4、光学设计的基本内容 §5、光学设计中的几个问题 §6、旋转对称反射器的设计 §7、柱面反射器的设计 §8、柱面反射器两侧板的计算
§1、概述 1.光学设计目的 1)充分利用光源光线,将它们控制到 规定的方向上去,得到需要的配光分 布,满足照明场所的照明要求; 2)在满足得到需要光分布的前提下, 创造一个好的发光的外观感觉.
4.扇形立体 上述的内容是普遍适用的规律,在柱面反射器中 引入扇形立体就更实用. 直线状光源沿轴线方向的两面角Δc中的光通量 Δ Φ有 Δ Φ=K·I0 I0:两边界面内的中值光强 K:常数,与Δ c的大小和发光 体在沿轴平面内的配光形状 有关,即K=f(Δ c,I(γ)). K有类似立体角ω的意义, 称作扇形立体.
透射 比 吸收
α
2.等亮度原理 光源的亮度L在反射面的反射比ρ=1和透射面的 透射比τ=1的过程中亮度不变. 若不等于1的话,光源亮度减低ρ或τ,即不会增加, 只会减少.不能用什么光学系统来增加亮度。 L’= ρL或L’= τL
L L’ L’
L’
L
3.微元立体角内光通量的传递(光强计算) 1)光学设计的基本目的是计算出射光线的光强 分布; 2)出射光线的光自 dΦ’ 来自反射面上某一 dωc,γ 面元ds上反射的光 通量dΦ’的贡献; 3)而ds上的光线来 自光源射向该面元 dωθ,φ 的光通量dΦ.
具有余弦配光的光源光通量Φ与轴向光强I0 (1)对平板光源 Φ=πI0, (2)对直线状光源 Φ=π2I0,
如计算T5灯管的平均亮度: 已知T5 28W的光通量是2900lm,灯管 直径16mm,长度1.15m. 轴向光强I0=2900/π2=294cd. Ĺ= I0/1.15/0.016=15978 cd/m2 对T8：直径26mm,长度1.2m，光通量是 2500（54），2700（33），三基色 3350lm，亮度分别是6500，7021和8712 cd/m2。
二个对称面 一个对称面
4)异形面反射器 (1)有两个对称面: 右图是一个如半个 蛋的形状,适用于长 条光源. (2)有一个对称面: 用于不对称布灯但要前 后均匀的照度.图中的光 强:I红线>I黄线>I绿线>I黑线
5)包角:反射器包围住光源的角度,往往只指在一 个平面上的角度,仅应用于对称反射器和柱面反 射器. 对于对称的只用 半个角度θ,不对称 的用全部角度θ. 6)角度规定 对光源射向反射 器侧的光线用θ和φ,对反射器 射出侧的光线用c和γ,以示统一 ､区别和方便计算.
对余弦分布的光源来说,ΔΦ的计算如下: ΔΦ= Φ Δc=∫∫I0sinγ· sinγdγdc
图中,从光源射向反射器的光线f P的角 度是θ和φ,分别代表纬度角和经度角;从反 射器中射出的光线PQ的角度C 和γ,分别 代表经度角和纬度角.
7)光源平均亮度
反射器出射光强I的计算 都用I=L’·S0cosθ,即闪亮的投 影面积S0cosθ乘以闪亮面上 的亮度L’.L’就是光源亮度L 乘以反射比ρ,因此必须知道 光源的亮度. 探照灯的光强I= ρ LS0cosθ 实际上发光体的亮度是各处都不同,为了比较和计算,现 大多取平均亮度,用Ĺ . Ĺ=I/S0cosθ I是观察方向上的光强,S0是实际面积,S0cos θ是投影面积. 然后,在样本上往往只知道光源的光通量,此时的平均亮 度的计算都基于发光面具有漫射(漫反射或漫透射)特性为 前提.
将前面两个图连在一起后有下图,射向ds微 元的光通量dΦ来自微立体角元dωθ,φ,反射 后的光通量为dΦ*,反射后的微立体角元 为d ωc,γ.从而求得光强I c,γ见后.
出射光线的光强Ic,γ可表达为: Ic,γ=dΦ’/ dωc,γ 其中dΦ’=ρ· dΦ ,而dΦ=Iθ,φdωθ,φ 有出射光强Ic,γ= ρ· Iθ,φdωθ,φ/dωc,γ 其中, dωθ,φ=sinθdθdφ dωc,γ= sinγdγdc 最后得Ic,γ的表式: Ic,γ = ρ· Iθ,φ sinθdθdφ/sinγdγdc
4)在得到需要的配光曲线情况下加工最简 单 下图中产生同样配光形状的两个汽车 前大灯,一个用反射器加条状透镜,另一 个只用一个反射器就满足配光要求,显 然后者简洁漂亮,有现代气息。
3.有关的术语 1)母线:形成反射器的主要特征曲线,主要的光学 设计都环绕着它进行.母线的数量随不同形式的 反射器而不同. 2)旋转对称反射器 用一条母线绕一轴旋 转而生成的一个曲面. 3)柱面反射器 一条母线沿一轴线 平移后再加上两个侧板 后组成.分有一个和两个 对称面的两种.