第四章 光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、第四章第四章 光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1 1、概述、概述2 2、光學(xué)、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理設(shè)計(jì)的基本原理3 3、光學(xué)、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)的基本手法手法4 4、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容5 5、光學(xué)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題問題6 6、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器的設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器的設(shè)計(jì)7 7、柱面反射器的柱面反射器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)8 8、柱面反射器兩側(cè)板的柱面反射器兩側(cè)板的計(jì)算計(jì)算1 1、概述、概述 1.光學(xué)設(shè)計(jì)目的 1)充分利用光源光線,將它們控制到規(guī)定的方向上去,得到需要的配光分布,滿足照明場所的照明要求; 2)在滿足得到需要光分布的前提下,創(chuàng)造一個(gè)好的發(fā)光的外觀感覺. 舉例：1）圖中APA

2、P其它光線亦有類似的效果，其實(shí)兩個(gè)反射器的配光效果相同，而形態(tài)不同。2）工廠燈中上面開孔和設(shè)置玻璃可以得到相同的上射配光，但感覺不同，檔次 不同。3）該燈除了有通常燈具功能和外觀外,其側(cè)面上用網(wǎng)孔板制作,在燈點(diǎn)亮?xí)r,成為發(fā)光條,既好看,又增加了室內(nèi)的亮度.其實(shí),有網(wǎng)孔和無網(wǎng)孔的配光幾乎一樣.2.什么是好的光學(xué)設(shè)計(jì)? 1) 得到需要的配光曲線; 2) 在得到需要的配光曲線情況下光輸出比(效 率)最高; 兩個(gè)曲線的形狀相同,但曲線1的光輸出 高于曲線2. 3) 在得到需要的配光曲線情況下外觀最好看,有現(xiàn)代產(chǎn)品的韻味 在一個(gè)工廠照明燈上加上適當(dāng)?shù)耐腹饫忡R罩,既好看又增加了上射光通,提高了空間的環(huán)境亮

3、度和照明質(zhì)量.下方的龜板面和出光口面上的玻璃又增加了美觀減少了眩光. 4)在得到需要的配光曲線情況下加工最簡單下圖中產(chǎn)生同樣配光形狀的兩個(gè)汽車前大燈,一個(gè)用反射器加條狀透鏡,另一個(gè)只用一個(gè)反射器就滿足配光要求,顯然后者簡潔漂亮,有現(xiàn)代氣息。3.有關(guān)的術(shù)語 1)母線:形成反射器的主要特征曲線,主要的光學(xué)設(shè)計(jì)都環(huán)繞著它進(jìn)行.母線的數(shù)量隨不同形式的反射器而不同. 2)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器 用一條母線繞一軸旋轉(zhuǎn)而生成的一個(gè)曲面. 3)柱面反射器 一條母線沿一軸線平移后再加上兩個(gè)側(cè)板后組成.分有一個(gè)和兩個(gè)對(duì)稱面的兩種. 二個(gè)對(duì)稱面 一個(gè)對(duì)稱面 4)異形面反射器 (1)有兩個(gè)對(duì)稱面:右圖是一個(gè)如半個(gè)蛋的形狀,適

4、用于長條光源. (2)有一個(gè)對(duì)稱面:用于不對(duì)稱布燈但要前后均勻的照度.圖中的光強(qiáng):I紅線I黃線I綠線I黑線5)包角:反射器包圍住光源的角度,往往只指在一個(gè)平面上的角度,僅應(yīng)用于對(duì)稱反射器和柱面反射器. 對(duì)于對(duì)稱的只用 半個(gè)角度,不對(duì)稱 的用全部角度.6)角度規(guī)定 對(duì)光源射向反射器側(cè)的光線用和,對(duì)反射器射出側(cè)的光線用c和,以示統(tǒng)一 區(qū)別和方便計(jì)算. 圖中,從光源射向反射器的光線f P的角度是和,分別代表緯度角和經(jīng)度角;從反射器中射出的光線PQ的角度C 和,分別代表經(jīng)度角和緯度角.7)光源平均亮度 反射器出射光強(qiáng)I的計(jì)算都用I=LS0cos,即閃亮的投影面積S0cos乘以閃亮面上的亮度L.L就是光

5、源亮度L乘以反射比,因此必須知道光源的亮度. 探照燈的光強(qiáng)I= LS0cos 實(shí)際上發(fā)光體的亮度是各處都不同,為了比較和計(jì)算,現(xiàn)大多取平均亮度,用 . =I/S0cos I是觀察方向上的光強(qiáng),S0是實(shí)際面積,S0cos 是投影面積. 然后,在樣本上往往只知道光源的光通量,此時(shí)的平均亮度的計(jì)算都基于發(fā)光面具有漫射(漫反射或漫透射)特性為前提.具有余弦配光的光源光通量與軸向光強(qiáng)I0 (1)對(duì)平板光源 =I0, (2)對(duì)直線狀光源 =2I0, 如計(jì)算T5燈管的平均亮度: 已知T5 28W的光通量是2900lm,燈管直徑16mm,長度1.15m. 軸向光強(qiáng)I0=2900/2=294cd. = I0/1

6、.15/0.016=15978 cd/m2 對(duì)T8：直徑26mm,長度1.2m，光通量是2500（54），2700（33），三基色3350lm，亮度分別是6500，7021和8712 cd/m2。2、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理 1.能量守恒原理包括:反射器吸收:反射比; 前玻璃片的吸收:透過比; 光源的擋光造成的損失:. 與有關(guān)的因素符號(hào) 名稱含義與之有關(guān)的因素圖示反射比反射面的反射損失反射面材料和處理 1 透射比兩個(gè)玻璃面的反射損失加玻璃內(nèi)的吸收材料,形狀和折射率 1 吸收光源在光學(xué)腔中的遮擋引起的損失光源大小,透明度,反射器的設(shè)計(jì)2.等亮度原理 光源的亮度L在反射面的反射比=1和透射面的透射比=1

7、的過程中亮度不變. 若不等于1的話,光源亮度減低或,即不會(huì)增加,只會(huì)減少.不能用什么光學(xué)系統(tǒng)來增加亮度。 L= L或L= L L L L L L 3.微元立體角內(nèi)光通量的傳遞(光強(qiáng)計(jì)算) 1)光學(xué)設(shè)計(jì)的基本目的是計(jì)算出射光線的光強(qiáng)分布; 2)出射光線的光自 d 來自反射面上某一 dc, 面元ds上反射的光 通量d的貢獻(xiàn); 3)而ds上的光線來 自光源射向該面元 d, 的光通量d. 將前面兩個(gè)圖連在一起后有下圖,射向ds微元的光通量d來自微立體角元d,反射后的光通量為d*,反射后的微立體角元為d c,.從而求得光強(qiáng)I c,見后. 出射光線的光強(qiáng)Ic,可表達(dá)為: Ic,=d/ dc, 其中d= d

8、 ,而d=I,d, 有出射光強(qiáng)Ic,= I,d,/dc, 其中, d,=sindd dc,= sinddc 最后得Ic,的表式: Ic, = I, sindd/sinddc4.扇形立體 上述的內(nèi)容是普遍適用的規(guī)律,在柱面反射器中引入扇形立體就更實(shí)用. 直線狀光源沿軸線方向的兩面角c中的光通量 有 =KI0 I0:兩邊界面內(nèi)的中值光強(qiáng) K:常數(shù),與 c的大小和發(fā)光體在沿軸平面內(nèi)的配光形狀有關(guān),即K=f( c,I(). K有類似立體角的意義,稱作扇形立體.對(duì)余弦分布的光源來說,的計(jì)算如下: = c=I0sin sinddc = dc I0sin2 d=(c/2) I0 0 括號(hào)中的內(nèi)容代表上頁表式

9、中的K. 若以c=100代入, 10=0.274 I0 K= 0.274 若c=50, K=0.137.3、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本手法 1.光線光路材料 此材料采用鏡面的反射材料和透明的折射材料.光線的行進(jìn)方式符合反射定律和折射定律,用光線光路進(jìn)行計(jì)算和予測(cè)配光曲線.對(duì)反射和折射材料的計(jì)算手法有所不同. 1)折射材料 (1)順行光路法:從光源作為起始,發(fā)出光線,計(jì)算在材料中的路徑和損失,前者了解透出光線的方向,后者得到該光線的強(qiáng)度,兩者結(jié)合,得到配光分布.如與需要的配光不 一致,就修改原來的面形,逐步逼近.(2)逆行光路法 根據(jù)需要的配光曲線的形狀,哪些角度上光線少哪些光線多,那么,從少光線的角度上入

10、射光線的話,一定被折射材料反射出來(進(jìn)不去).而多的部分就全部應(yīng)進(jìn)去,因此設(shè)計(jì)就倒過來做,從燈具的外部開始,選擇若干條有代表性的光線,看怎樣阻擋/暢通光 00方向無光線線,從光路上最終得到曲面. 進(jìn)入燈腔內(nèi)2)反射材料 用反射材料做成反射器來改變光線光路是當(dāng)前最普遍 最價(jià)廉和最實(shí)用的控光元件.可以說,絕大多數(shù)的配光曲線都能由一個(gè)或數(shù)個(gè)來完成,僅僅是由于它的外觀和發(fā)光后燈的光感差于折射材料做成的控光器件而在高檔場所受到排斥. 根據(jù)配光的需要有不同的曲線于之適應(yīng),其中有四條圓錐截線(圓 拋物線 雙曲線和橢圓) 是最典型和最常用的反射面的曲線. 圓滑曲線 折線段 用反射材料制成的反射器不一定是圓滑曲

11、線,特別在當(dāng)前,為了減少被照面上的光斑和使產(chǎn)品更有沖動(dòng)的感覺(更有沖擊力),已向折線反射器的方向在變化. (1)圓 圓是一種收集光線和擴(kuò)散光線的反射器,單個(gè)使用的不多見.下面比較光源置于不同位置上后的結(jié)果.光源位置圓心和反射面之間 圓心圓心以外效果近軸光線的反射光是平行光,離軸越遠(yuǎn)光越擴(kuò)散.收集并反射光線擴(kuò)散光線用途用R大的來產(chǎn)生平行光,用R小的產(chǎn)生擴(kuò)散光集光源光線提高利用效率少見(2)拋物線 到一定點(diǎn)(焦點(diǎn))和一定直線距離相同的點(diǎn)的軌跡.因此很容易作圖.僅點(diǎn)光源置于焦點(diǎn)上后才能產(chǎn)生平行光線,光源的體積越大,光線越擴(kuò)散. 光源位置置于焦點(diǎn)焦點(diǎn)內(nèi)外效果產(chǎn)生平行光擴(kuò)散,有黑心，熱量分布不同(3)雙

12、曲線 到兩定點(diǎn)距離之差為常數(shù)(K)的點(diǎn)的軌跡.有 Mf1-Mf2=K點(diǎn)光源置于一個(gè)定點(diǎn)上,反射光線呈擴(kuò)散狀. 光源的體積影響光束的擴(kuò)散(增大擴(kuò)散角). 特點(diǎn):反射光線不相交,因此前方?jīng)]有熱點(diǎn),對(duì)保護(hù)玻璃有利. 缺點(diǎn):包角較小,光源光通量的利用率較低.雙曲線的表式: x2/a2-y2/b2=1, 偏心率e=c/a, l=a(e2-1)=b2/a,用極坐標(biāo)表式:=l/(1-e cos)在已知max和max的情況下, e用下式求得: e=sin( max + max)/(sin max -sin max)(4)橢圓 到兩定點(diǎn)之間的距離之和等于常數(shù)(K)的點(diǎn)的軌跡.有Mf1+Mf2=K.將點(diǎn)光源 置于

13、一個(gè)焦點(diǎn)上,反 射的光線會(huì)在另一 個(gè)焦點(diǎn)會(huì)聚后再發(fā) 散,形成擴(kuò)散光線. 缺點(diǎn):反射光線在 燈的前方會(huì)聚,對(duì)保 護(hù)玻璃不利. 優(yōu)點(diǎn):反射器的包角大,利用光源的光通量多.橢圓的直角坐標(biāo)方程: x2/a2+y2/b2=1極坐標(biāo)方程: =l/(1+e cos )偏心率e=c/a, 及l(fā)=a(1-e2)=b2/a,在已知max和max的情況下,偏心率的求得有: e=sin(max - max)/(sin max +sin max )(5)漸開線 封閉的曲線都有漸開線,在反射器中用得最多的是圓漸開線. 將一根環(huán)繞一個(gè)圓的繩索拉開,其線端劃出的弧線就是圓漸開線. 制作方法是先將圓等角度細(xì)分,得相等的弧長,在

14、各個(gè)分割 點(diǎn)上作切線,將切線 的長度等于相應(yīng)的 弧長即可.漸開線的反射光路 從圓的切線反射器內(nèi)側(cè)射向反射面的光線都被反射到另一個(gè)側(cè)面而射出反射器,并沒有反射光回到光源被自身被擋. 圖中的紅線都是圓的切線,就是曲線的法線. 反射光線用顏色示之,如藍(lán)色的光線都能射出去.2.擴(kuò)散材料 光線被該材料擴(kuò)散,原光束角度增大.采用兩面之間光通量互換的方法進(jìn)行.目前在漫反射材料之間的光通量互換有現(xiàn)成的公式可查到. 漫反射材料的反射比,出光度M,亮度L和照度E有下面的關(guān)系: L=M/=E / 一個(gè)漫射面dSa發(fā)出到dSb的光通量:ddSa-dSb=(LadSa cos1/r2ab)cos2dSb = La co

15、s1 cos2 dSa dSb/ r2ab從a面b面的光通量Sa-Sb有:Sa-Sb=ddSa-dSb=Lacos1cos2 dSa dSb/ r2ab反之,從b 面a面的光通量Sb- Sa有:Sb-Sa =Lbcos1cos2 dSa dSb/ r2ab兩式相除得: Sa-Sb/ Sb-Sa = La /Lb (1) 若將fa-b定義為b面接受a面的光通量除以a面發(fā)出的光通量(MaSa,M出光度),稱a到b面的固有光通入射系數(shù),即 f a-b = a-b/ MaSa和 f b-a = b-a/ MbS b (2) 因?yàn)長a= Ma /, Lb= Mb / ,將(2)代入(1)得 s a f

16、a b=s b f b a 此即互易定律.表示兩個(gè)面之間的固有光通入射系數(shù)與它們的面積成反比.3.利用電腦軟件 使用軟件計(jì)算光學(xué)元件的內(nèi)容如下: 1)建立光源模型,軟件已提供. 2)用AUTOCAD建立你認(rèn)為能得到需要光分布的一個(gè)反射器或折射器或兩者聯(lián)合體的光學(xué)系統(tǒng). 3)選擇計(jì)算光線的數(shù)量,有幾萬到幾百萬,數(shù)量越多,時(shí)間越長,但越準(zhǔn)確. 4)如果配光不對(duì),調(diào)整反射器/折射器上對(duì)應(yīng)面塊的角度 方向和大小,重復(fù)3)計(jì)算,直到得到好的結(jié)果為止. 4、光學(xué)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 燈具光學(xué)系統(tǒng)的計(jì)算都出于這樣一個(gè)目的:得到一個(gè)反射器或折射器,在使用規(guī)定的光源時(shí)能夠得到需要的配光曲線.因此它的已知條件是:需要的

17、配光曲線,即各個(gè)角度上的光強(qiáng)數(shù)值. 由此看來,設(shè)計(jì)必須經(jīng)過下列過程:1.從需要的配光曲線得到它包含的光通量: =i 其中i可以是一個(gè)環(huán)帶的光通量,也可以是一個(gè)微元立體角中的光通量. a.對(duì)環(huán)帶光通量i有該i環(huán)帶立體角i和環(huán)帶中值光強(qiáng)I i+1/2,即i =2(sin i+1-sini) I i+1/2 b.對(duì)微元立體角中的光通量ij = ij= I i j d ij = I ij sini di dj上述文字的描述如下: 適合于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 適合于非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 配光 配光 實(shí)際的光源絕大部分都具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的配光分布.2.考慮到光學(xué)系統(tǒng)損失(反射/吸收損失)后必須選用的光源及其功率 設(shè)系統(tǒng)的損失(反射

18、/吸收損失)為,則必須選用的光源光通量光源: 光源= / 從而確定選用的光源.3.測(cè)量或查找該光源的光強(qiáng)分布曲線,了解該光源在整個(gè)空間中的光通量的分布;4.根據(jù)需要的配光曲線中各個(gè)空間立體角中需要的光通量,與光源在空間中的光通量構(gòu)筑一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,其中要了解: 對(duì)只有反射器的系統(tǒng),燈具出射的光通 燈具,由兩部分組成: 1)光源的直接出射光通d; 2)光源射向反射器后的反射光通R. 即 燈具= d + R.= d + (- d ) d 燈具 ( - d)=R 對(duì)折射系統(tǒng),光源的直接光就通過光學(xué)系統(tǒng)了,見下例: 圖示了一個(gè)機(jī)場進(jìn)入燈的結(jié)構(gòu),反射器是拋物線,反射出平行光,光線被前面的柱面透鏡擴(kuò)散,得到

19、水平有擴(kuò)散,垂直擴(kuò)散不大的扇形光束. 5、光學(xué)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題 1.光源的體積大小對(duì)配光的影響 看球形光源在拋物反射器中的影響 sino=r/f sin1=r/ sino=r/f sin1=r / 2.不同包角但口徑相同的反射器中裝有相同大小的光源后對(duì)配光的影響. 下面是相同大小的球形光源安裝在三個(gè)口徑相同但有不同焦距的拋物面的焦點(diǎn)上,包角分別是600,900,1200.顯然: 1= 1 , 1 1和 o o o . 1 1 1 o o o3.反射面上有擴(kuò)散處理后對(duì)配光的影響 反射面上有擴(kuò)散處理是為了得到更均勻的配光,特別對(duì)有些成像的鏡面反射器(橢圓,拋物面等)來講:白熾燈的一圈圈的鎢絲會(huì)通過

20、反射器在受照面上成像后得到不均勻的光斑;HID燈自身的亮度是中間高兩頭低,在有些需要均勻光分布的場合也需要解決這個(gè)中間亮兩邊暗的問題. 在反射面上作文章就是為了解決這個(gè)問題. 實(shí)際配光(紅色) 需要配光(綠色) 將鏡面反射表面作如下三種處理是目前常用的做法:1)反射面上有噴沙處理 噴沙處理有粗沙和細(xì)沙之分,處理后,反射的光線從原來只有單一角度變得有一個(gè)角度范圍,使反射光線變得比較均勻. 右圖是兩種擴(kuò)散程度不同的材料. 這些材料擴(kuò)散的特點(diǎn)就是擴(kuò)散光線分居反射主光線的兩側(cè). 表面較毛糙 表面毛糙 擴(kuò)散面擴(kuò)散光線就是由表面上許多點(diǎn)的擴(kuò)散反射光線迭加而成.迭加的方法見表:角度 ( 0 ) 18 19

21、20 21 22 23 24 25 26 27 28原配光 10 2 5 10 2 5 10 2 5光擴(kuò)散 0.5 2 5 2 0.5 0.1 0.4 1 0.4 0.1 0.25 1 2.5 1 0.25 0.5 2 5 2 0.5 0.1 0.4 1 0.4 0.1 0.25 1 2.5 1 0.25 0.5 2 5 2 0.5 0.1 0.4 1 0.4 0.1 0.25 1 2.5 1 0.25現(xiàn)配光 0.5 2.1 5.65 4.5 5.5 6.75 4.75 5.5 6.75 4.25 3.4 1.1 0.25 軟邊 軟邊 噴沙處理的表面也稱啞面或毛面,一個(gè)原來的配光可以看成是若干

22、根反射光線的集合體,見下左圖.然后,它們都會(huì)被在噴沙處理的表面上被擴(kuò)散開來,下右圖只表示了其中的兩根(紫色和藍(lán)色),其迭加后的光線分布(紅色)就比較均勻. 由于每一根入射光線的反射擴(kuò)散光束都有一個(gè)緩慢的光強(qiáng)衰減過程,因此,該方法只能得到軟邊的光斑. 表面的反射比比鏡面低,會(huì)影響一些燈具效率.2)反射面上有龜板面 龜板面就是一個(gè)個(gè)六角平面,作為平面,它會(huì)對(duì)光源成像,在鏡面的虛像方向得到反射.反射光成矩形分布,俗稱硬邊.因此,反射光在迭加時(shí)可以以等值光強(qiáng)進(jìn)行. 一個(gè)具有硬邊的光束 龜板面擴(kuò)散光線的計(jì)算說明了可以得到很均勻的光分布,因此現(xiàn)在使用得很廣泛.角度 ( 0 ) 20 21 22 23 24

23、 25原配光 12 3 6 12 3 6 12 3 6光擴(kuò)散 4 4 4 1 1 1 2 2 2 4 4 4 1 1 1 2 2 2 4 4 4 1 1 1 2 2 2現(xiàn)配光 4 5 7 7 7 7 7 7 7 3 2 龜板面控制光路遠(yuǎn)比噴沙面準(zhǔn)確,不受控的散光少,因此外逸到規(guī)定角度外的光線不多,光斑偏硬,反射器的反射比不變,燈具的效率較高.這也成為廣泛使用的一個(gè)重要的原因. 其次,龜板面的反射面給人一種新鮮感,有誘惑力. 龜板面都用液壓或沖壓制造,為了得到輪廓清晰的六角,模具成本很高,制造比較復(fù)雜,投入成本和人工遠(yuǎn)比毛面來得大.3)反射面上有凸或凹的鏡面(hammer面) 介于上述兩種方法的

24、一種反射面就是在平面的鏡面板上滾壓出許多大小不等且沒有分布規(guī)律的向外凸出(對(duì)反面是凹進(jìn)的)的小反射面,英文稱hammer,有大hammer與小hammer之分. 該板面仍為鏡面,表面的反射比不受影響.因此對(duì)燈具的效率來說影響不很大. 反射面上有凸(反過來就是凹)的鏡面,它擴(kuò)散光線的能力說明如下: (1)入射光線在凸或凹的面上的反射角度是一樣的,見下列三種實(shí)例; (2)對(duì)凹的面來說,有些反射光線會(huì)向內(nèi)入射到凹面或損失或無法控制方向,因此,hammer面都應(yīng)是凸面為工作面.如需凹面,那么它的半徑一定很大. (3)主要的反射光線的方向仍在凸/凹面的中心,即按反射器設(shè)計(jì)母線的方向,然而入射在一個(gè)凸面兩

25、邊的光束被擴(kuò)散到很大的角度,因此,光線被擴(kuò)散的很厲害。 (4)改變這種現(xiàn)象的辦法就是擴(kuò)大凸面的半徑或凸面內(nèi)更多的地方近似呈平面 (5) 為了使出射光線變得均勻,當(dāng)前在使用柱面反射器的投光燈上使用的比較普遍。 4.避免光源檔住反射光線的方法 不少光源有一定的體積,特別對(duì)涂有熒光粉(熒光燈和熒光高壓汞燈)和半透明放電管(高壓鈉燈和陶瓷金鹵燈)的光源,其被反射器反射的光線往往有一部分回到燈管上而被遮擋或吸收,造成燈管周圍溫度升高,輕則降低燈具效率,重則減少光源的壽命.因此如何減少反射回光源的光線數(shù)量是十分重要的. IEC（國際電工委員會(huì)）對(duì)HPS光源在燈具內(nèi)的管壓升高有下規(guī)定:說明:*表示Sylva

26、nia的數(shù)據(jù).金鹵燈的管壓升高并不明顯,只有1-2V,但也要注意這個(gè)問題. 對(duì)熒光燈熒光燈管特別要注意這個(gè)問題,它的管徑大,遮擋很厲害. 解決方法是使用以該光源直徑為圓的圓漸開線.功率(W) 100*2504001000*最大管壓升(V)41012251)圓漸開線制作的實(shí)踐 a)圓漸開線的制作 以光源直徑為基礎(chǔ)做圓,在圓周上作出若干個(gè)等分角度,一般是150,再在圓周的等分點(diǎn)上作切線,在切線上量得相應(yīng)的弧長并取點(diǎn)后連線即可。 b)確定圓漸開線的實(shí)踐 為了使光源不緊貼圓漸開線,根據(jù)光源的大小,適當(dāng)選擇一個(gè)離光源合適的距離ao。 起始線段ao的選擇由光源的功率和直徑?jīng)Q定. 圓漸開線由參數(shù)方程表示:

27、x=a cos+asin y=a sin -acos其中a是圓的半徑. 極坐標(biāo)表示：=(/a)2-1-tg-1 (/a)2-1在50o后, 與 成線性,有/a=0.018 +1.33 以度為單位在=0o時(shí), /a=1.33,此時(shí)的=50o. 6、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器的設(shè)計(jì) 題目:設(shè)計(jì)一個(gè)反射器符合下面配光:1.從這個(gè)配光曲線上可算出光源的光通和功率等參數(shù).計(jì)算該光束中含的光通量: 需要2410lm光通量環(huán)帶角度中間角度光強(qiáng)(cd) 環(huán)帶常數(shù)2(cos 1-cos 2)環(huán)帶內(nèi)光通量(lm)0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.6

28、2858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821 總計(jì)24102.求出適合的光源 目的:挑選光源從而了解光分布. 假設(shè)燈具效率=70%,光源光通量為: 2410lm/0.7=3440lm. 查找 3440lm的適用光源: 200W白熾燈. 200W白熾燈的光通:3700 lm,完全勝任. 查找該燈泡的光分布曲線(或自測(cè)量),得到該燈泡的在各個(gè)角度內(nèi)的光通量分布.3.光源的光分布光源各環(huán)帶上的光通量:環(huán)帶角度環(huán)帶角度(度度)中間角度光強(qiáng)中間角度光強(qiáng)(cd)環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶內(nèi)光通環(huán)帶內(nèi)光通(lm)說明說明17

29、0-1802920.09528直接出射直接出射160-1702910.28382直接出射直接出射150-1602890.463134直接出射直接出射140-1502940.628185130-1403050.774236直接出射直接出射120-1303130.897281總量總量 946110-1203130.993311射向反射器射向反射器100-1103061.058324射向反射器射向反射器90-1002901.091316射向反射器射向反射器80-902751.091300射向反射器射向反射器70-802811.058297射向反射器射向反射器60-702960.993294射向反射器

30、射向反射器50-603040.897273射向反射器射向反射器40-503060.774237射向反射器射向反射器30-402970.628186射向反射器射向反射器20-302920.463135射向反射器射向反射器10-202510.28371射向反射器射向反射器0-101010.09510總量總量 2754總計(jì)總計(jì)37004.光源可利用的光通量 1800-1200區(qū)域內(nèi)為光源直接射出的光通量.計(jì)有946lm,光源余下的光通量: 3700- 946=2754lm該部分將有損失:反射0.8,透射0.85,出射光通量為: 2754lm0.80.85=1870lm.光源可利用的光通量: 946+

31、1870=2816lm.5.可利用光通大于需要光通后的折算 2816lm大于2410lm,需要將2410lm擴(kuò)大: 2816/2410=1.168倍后計(jì)算需要的光強(qiáng)曲線.環(huán)帶擴(kuò)大后燈具需要的光通量光源直接提供的光通量 二者的差值0-1079(681.168)285110-20249(213 1.168)8216720-30463(396 1.168)13432930-4068318549840-5067323543750-6047028118960-70174X17470-8025X25總和281694618706.尚缺的1870lm分?jǐn)偟椒瓷淦髦?得到提供方(光源)和需方(反射器)對(duì)應(yīng)關(guān)系出

32、射角度環(huán)帶角度內(nèi)累積 角度光源方面提供的光通 00001051107(100.85 0.8=7)20216(51+167)2055(7+ 710.85 0.8=55)30547(329+216)30147(55+135 0.85 0.8=147)401045402735014825043360167160618701845708188018708010209012241001430110165912018707.得到相同配光分布的幾種反射器模式8.在確認(rèn)和變化趨勢(shì)后求出和的對(duì)應(yīng)關(guān)系 9. 關(guān)系表 在 的情況下,得到關(guān)系表:光源光線的環(huán)帶角度光源光線的環(huán)帶角度反射器反射的環(huán)帶角度反射器反射的環(huán)帶

33、角度0-20 0 -10 20 -36 10 -20 36 -57 20 -30 57 -81 30 -40 81 -102 40 -50 102 -110 50 - 60 110 -116 60 -68 116 -120 68 -80 10.計(jì)算反射面的計(jì)算公式 分入射與反射是同側(cè)還是異側(cè)兩種情況.得到各段的方位角的表光源光線的環(huán)帶角度反射器反射的環(huán)帶角度反射面方位角0-20 0 -10 -82.5 20 -36 10 -20 -68.536 -57 20 -30 -54.25 57 -81 30 -40 -38 81 -102 40 -50 -21.75 102 -110 50 - 60

34、-9.5 110 -116 60 -68 -1.5 116 -120 68 -80 6 11.反射面的計(jì)算7、柱面反射器的設(shè)計(jì) 柱狀光源配柱面反射器可以得到高的利用效率和某些特殊的配光,如常用的洗墻燈(wallwashing). 但光源的光通量不能沿用環(huán)帶法,根據(jù)光源形狀的特點(diǎn),使用扇形立體扇形立體的概念就可解決問題. 扇形立體扇形立體就是將燈管置于兩個(gè)平面形成的平面角C處得到的.扇形立體中的光通量ABCD: ABCD=KIoIo:扇形立體兩平面邊界內(nèi)燈管法線中值光強(qiáng);K:常數(shù),與C及燈管沿軸方向平面內(nèi)配光有關(guān). 對(duì)余弦配光: ABCD= C =Iosinsinddc =Io C/2.若C=1

35、0, 10 =0.274Io.K=0.274.而C=10, K=0.137.在柱面反射器設(shè)計(jì)時(shí)，秉承這個(gè)特點(diǎn)。 計(jì)算的反射器分：對(duì)稱和不對(duì)稱兩類，也是與旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器不同的地方。 柱面反射器的計(jì)算舉例柱面反射器的計(jì)算舉例計(jì)算一個(gè)從0-60等照度配光的反射器:1.討論 1)投射出的光強(qiáng)分布:I1/(cos)3; 2)被照面的光：光源直接光等于反射光; 3)反射面的光按需要布置在被照面上. 被照面上光通量來源的分析等角度劃分被照面角度后平面角內(nèi)的光通量計(jì)算各對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)需要的光通量計(jì)算: 0-10:1/cos31+1/cos33 +1/cos35 +.=5.0810-20:1/cos311+1/cos313+1/cos315+=5.572.關(guān)系的得到光源投射角()該區(qū)域中需要光通(eff)直接出射光D各區(qū)域不足光通(eff- D)反射器中占用平面角(360-)(eff- D)/ (eff- D)0-10 5.082.8