Изграждане компактни колиматори за мощни светодиоди 21
- 12.05.16 04:32 •
- dr_bob_davidov •
- • # 316828
- • Habrahabr
- 5 •
- 5500
- като Forbes, само по-добре.
Разполага с високо мощни светодиоди
Мощните светодиоди имат широк ъгъл на гледане. Популярни CREE LED фирми не са изключение. Ето, например, характеристиките на XP-Е2 LED [5].
• Размер 3.45 х 3.45 х 2.08 mm
• Цвят Бял
• максимален ток от 1 A
• Максимална мощност 3 W
• Максималната светлинния поток на 283 лумена
• Номиналната напред напрежение от 2,9 V @ 350 mA Бял
• Максимално обратно напрежение от 5 V
• 110 ° Ъгъл
колиматори
Съществува голямо разнообразие от колиматори събиране на отклоняване на радиация в надзорната зона. лещи могат да бъдат разграничени между тях (рефрактивни), рефлектори и колиматори компонент, състояща се от лещи, пречупващи повърхности и призми (фиг. 1, фиг. 2).
Желаният еднакво осветяване на обекта или друго разпределение осветление се постига чрез използване на специални материали разсейване повърхности и регулиране колиматорни елементи форми и тяхното местоположение.
Фиг. 1. Примери за структури LED колиматори [1,2,3,4].
Фиг. 2. геометрията на демонстрационни модели на оптични устройства LightTools дизайн среда.
Разпределение рефлекторни греди
Профил отражатели се изчислява като се вземат предвид ъгъла на видимост на светодиод и модела на насоченост, размера и разстоянието на обекта, както и желаното разпределение обект осветеност.
Някои варианти на LED разпределението на лъч по повърхността на обекта е показано на фиг. 3.
Фиг. 3. Възможности за разпределението на лъчи в района на обекта. А - в точката на центъра на вниманието; (Cm. насоченост еталон) - В, D слаби лъчи се събират в периферията на зоните на обект, силни - в центъра (за повишаване на интензивността на централната зона); варианти С и Е слаби лъчи, събрани в центъра, и силни - в периферията (за подравняване интензивност осветление).
Изчисление на профили на рефлекторни
Изчисляване на профила на рефлектора, фокусиращ източник на лъчи точка (фиг. 3, вариант А), може да се осъществи без използването на специални течности за развитието на оптични системи.
Фиг. 4. Разпределение и насочване на фокусиран лъч (лявата страна на фигурата, фиг. 3, вариант А) и схема за изчисляване на точков източник на профила на рефлектор (вдясно).
Освен това, програмата за изчисление показва и изграждане на профила на рефлектора (фиг. 5) в околната среда Matlab използване на строителството на фиг. 4.
Фиг. 5. Профил рефлектори радиационни източници точка от зрителен ъгъл от 180, 120, 60, и 20 градуса за осветяване обект 50 mm на разстояние от 300 мм от източника.
изчисляване диаграма отражател в профил (фиг. 3) е показано на фиг. 6.
Фиг. 6. Диаграма за изчисляване на профила на точка източник рефлектор лъчи, "слаб" - периферни лъчи (LED посока еталон) отиде в границите на обекта, "силната" централни лъчи се събират в центъра на обекта (Фигура 3, вариант Б.).
Фиг. 7. Профили 6мм отражатели (вляво) и ъглите на отразената светлина (вдясно). Тук изчислените ъгли спрямо равнината на източника. По този начин, 30 ° ъгъл 120 ° съответства на ъгъла = 2 * (90 ° -30o) на. Съответно, минимален ъгъл на директна светлина (не са свързани към отражателя) е равен на 50 °, като 2 * (90 ° - 65o).
Сравними профили рефлектори изпълнения А, В, С, D, Е (фиг. 3) са показани на Фиг. 7. максималния диаметър на отражателя е ограничен до 6 мм.
Сравняване на профили (фиг. 7) и разпределението на лъчи (фиг. 3) показва, че колиматорите дължината и събира максимален обхват за изпълнения лъчи D и Е. колиматор Е осигурява по-добра еднородност на осветяване на обекта от колиматора Г. колиматора има най-голяма площ за настаняване лещи, които се събират лъчи, без да докосвате на рефлектора. Ъгълът на отклонение от преките лъчи преминават вътре отражателя е 60 градуса (като 90-60 * 2).
Композитен компактен колиматор
Съставът съдържа колиматор отражател на ограничен размер, и леща, която се фокусира лъчите не се събират от рефлектора. LightTools опаковки или TracePro софтуер, използвани за изчисляване колиматорите с рефлектори и лещи. Изчисляване на лещата може да бъде оформен отделно, например, в средата или Zemax код V.
Фиг. 8. конструкции компактен колиматор органичен стъкло РММА (горе) и с включването на лещата колиматор от BK7 стъкло (отдолу) за осветяване на обектите 50 mm с разстояние от 300 мм. Изчисление на отразяващата повърхност се образува в Matlab, използвана за изчисляване на обектива Zemax сряда.
Фиг. 9. Резултатите от изчисляване на обектива на колиматор фиг. 8. в Zemax.
Изграждането на рефлектор в LightTools
LightTools софтуерен пакет дава възможност за извършване на изчислението на колиматорите и оптимизиране на техните параметри автоматично.
Резултатите от изчисление в средата LightTools профили оптимално отражател без да ограничават неговия размер до 50 мм осветяване на обекта, отдалечена от светодиодите XP-E2 на 300 mm, са показани на фиг. 10. Профилът на рефлектор описано Bezier крива (Bezier) [6]. XP-E2 LED модел е взета от библиотеката LightTools. оптимален диаметър изход и дължината на модела на колиматор представлява 12.9 и 18.9 мм, съответно.
Фиг. 10. Размерът и ефективността на рефлектор O12.9 х 18.9 мм. Ефикасността на 17,5% се определя от съотношението на лъчи достигат до обекта на броя на лъчите, излъчвани от източника.
Ограничаване диаметър 6.2 mm рефлектор намали неговата ефективност от 17.5% до 5.6% (фиг. 11). Това се дължи главно на факта, че намаляването на площта на размисъл се е увеличил броят на преките LED лъчи не попадат в района на обекта.
Фиг. 11. Характеристики на осветление и параметри оптимално рефлектор, който събира лъчи XP-Е2 светодиоди в диапазона от 69 ... 103 °. Максималният диаметър на отражателя е ограничена 6.2 мм. Ефективността на колиматора
Рафинирано модел се различава от LED източник точка така, че излъчването се формира от множество точкови източници, разпределени по цялата повърхност на диода, например в зона 1 х 1 mm за XP-Е2. ъгли на видимост и насочени модели са всички източници.
Профил разпределени отражател на източника на излъчване (фиг. 12) се различава от профила на рефлектор за концентриран източник (фиг. 11), но тяхната ефективност (
Фиг. 12. оптимални параметри за разпределени източник XP-E2 LightTools радиация рефлектор. Максималният диаметър на отражателя е ограничена 6.2 мм. Ефективността на колиматора
Сравняване на профили отражатели rascchitannyh в Matlab и LightTools
Профили рефлектори показани Фиг. 13, изчислени в Matlab (профили: А, В, С, D, Е) и (LightTools профили: LT точка, LT Dist, LT unlim). В Matlab за извършване на ръчни изчисления за точкови източници. В LightTools профили оптимизация извършени в автоматичен режим за точков източник и разпределени с ограничението (6.2 mm), и без ограничение на диаметъра на рефлектора 50 mm равномерно осветление на обекта, отдалечена от източника на 310 мм.
Фиг. 13. Профили рефлектори: А, В, С, D, Е - ограничен диаметър (6 mm) в Matlab изчислено за точков източник; LT точка - ограничен диаметър (6.2 mm) LightTools изчислено за точков източник; LT дист - ограничен диаметър (6.2 mm) в racschitan LightTools за разпределени източник; LT unlim - безплатно размер rascchitan LightTools за точков източник.
Алгоритми за оптимизация на параметрите в LightTools скрити от потребителя. За да се разбере за оптимизация LightTools алгоритъмът, който се използва при изчисляване на профил «LT DIST» на (фиг. 13) разпределението на лъчи е изграден в Matlab (фиг. 14).
Фиг. 14. Производството разпределени изходните лъчи, отразени в зона на 50 мм от разстояние 310 мм, общата сума (вляво), увеличен фрагмент (вдясно). Ние считаме, че радиацията от краищата (сини и зелени линии) и центъра (червени линии), разпределени източник. Разделяне на ръба и централни греди 1x1 мм се постига източник рефлекторни премествания на ± 0.5 mm.
Разпределението на лъчи (фиг. 14) показва, че LightTools оптимизация намерени рефлектор профил за източника на централната точка с осветление на зоната на обект и третата от този профил се използва за осветяване на цялата площ на източниците на обект радиация разпределени върху 1x1 mm LED област.
Matlab код за изчисляване на оптимален профил на масива на отражателни пиксела - Bezier крива ( "Besier_profile_dist_source.mat"), като се имат предвид параметрите и LightTools Bezier_WX Bezier_Relative_UX Bezier_VX:
Ръчно изчисляване на колимационния
За да изпълните разпределена рефлектора източник ръчни изчисления е необходимо:
1. Намерете координатите на точката на рефлектора, най-близо до източника.
2. Изчисляване на профила на рефлектор (вж. Раздел изчисление алгоритъм профили рефлектор) за намалена целевата зона, например 1/3.
След началната точка на отражателя най-близо до източника трябва да премине лъчи, излъчени от всички точки на LED равнина. Директни лъчи, преминаващи през началната точка, трябва да покриват зоната съизмеримо с обекта, разположен на необходимото разстояние от източника.
Фиг. 15. Изграждане греди да се намери отправна точка на рефлектора. Зоните са разположени по окръжност с радиус 310 mm (дясна фигура), равна на разстоянието до обекта. Левият Фигурата показва увеличено изображение с LED повърхностен радиус 1,5 мм.
50 мм, на разстояние от източника на 310 мм.
Ъгъл изчислява колиматор рефлектор може да се намали чрез включване на структурата на колиматор леща, както е показано на фиг. 8.
Вие можете да помогнете и превежда няколко средства за развитие на сайта
Свързани статии