Construcție de colimatoare compacte pentru LED-uri de mare putere +21
- 05.12.16 04:32
- dr_bob_davidov •
- # 316828
- Habrahabr •
- 5 •
- 5500
- la fel ca Forbes, doar mai bine.
Caracteristicile LED-urilor puternice
LED-urile puternice au un unghi mare de vizualizare. LED-urile populare din CREE nu fac excepție. Aici, de exemplu, caracteristicile LED-urilor XP-E2 [5].
• Dimensiune 3,45 x 3,45 x 2,08 mm
• Culoare Alb
• Curent maxim 1 A
• Putere maximă 3 W
• Fluxul luminos maxim de 283 lm
• Tensiune directă nominală 2.9 V alb @ 350 mA
• Tensiune inversă maximă 5 V
• Unghi de vizualizare 110 °
colimatoarele
Există multe variante de colimatoare care colectează radiații divergente în zona de observație. Printre acestea se pot distinge lentilele (lumina refractiva), reflectorii si colimatoarele compozite, constand din lentile, suprafete de refractie si reflectorizante (fig.1, figura 2).
Iluminarea uniformă dorită a obiectului sau a altor distribuirea de iluminare se realizează prin utilizarea suprafețelor speciale de materiale de împrăștiere și ajustarea elementelor Înălțător forme și localizarea lor.
Fig. 1. Exemple de structuri ale colimatoarelor LED [1,2,3,4].
Fig. 2. Geometria modelelor demonstrative ale mediului pentru proiectarea dispozitivelor optice LightTools.
Distribuția razei radiale
Reflectoarele profil se calculează ținând cont de unghiul de vizualizare al LED și modelul directivitate, dimensiunea și distanța unui obiect, precum și distribuția de obiect iluminarii dorit.
Unele variante ale distribuției fasciculelor LED pe suprafața obiectului sunt prezentate în Fig. 3.
Fig. 3. Variante ale distribuției razelor în zona obiectului. A - focalizarea în centrul punctului; (. Cm model directivitate) - B, D razele slabe sunt colectate la periferia zonelor obiect, puternic - în centru (pentru a spori intensitatea zonei centrale); Variantele C și E colectează raze slabe în centru și cele puternice la periferie (pentru a egaliza intensitatea luminii).
Calcularea profilelor reflectorizante
Calcularea profilului reflectorului, o focalizare unei surse punctiforme de raze (fig. 3, varianta A), poate fi realizată fără utilizarea unor fluide speciale pentru dezvoltarea sistemelor optice.
Fig. 4. Distribuirea și direcționa fasciculul focalizat (partea stângă în figură, Fig. 3, varianta A) și o schemă de calcul a unei surse punctiforme a profilului reflector (dreapta).
Apoi, programul de calcul și construire a profilului reflectorului (Figura 5) este prezentat în mediul MATLAB folosind Fig. 4.
Fig. 5. Profilele reflectoarelor de radiație ale surselor punctuale cu un unghi de vizibilitate de 180, 120, 60 și 20 de grade pentru iluminarea a 50 mm a obiectului situat la o distanță de 300 mm față de sursă.
Diagrama pentru calculul profilului reflectorului B (figura 3) este prezentată în Fig. 6.
Fig. 6. Diagrama pentru calcularea profilului sursei punctiforme reflector cu raze, „slab“ - raze periferice (LED model direcțional) merge la granițele obiectului, razele centrale „puternice“ se adună în centrul obiectului (Figura 3, opțiunea B.).
Fig. 7. Profiluri de reflectori de 6 mm (stânga) și unghiuri de raze reflectate (dreapta). Aici, unghiurile sunt calculate în raport cu planul sursă. Astfel, un colț de 30 ° corespunde unui unghi de vizualizare de 120 ° = 2 ° (90 ° -30 °). Corespunzător, unghiul minim al grinzilor drepte (care nu au legătură cu reflectorul) este de 50 °, ca 2 * (90 ° - 65 °).
Profilele comparative ale reflectoarelor din variantele A, B, C, D, E (Fig.3) sunt prezentate în Fig. 7. Diametrul maxim al reflectorilor este limitat la 6 mm.
profile Compararea (Fig. 7) și distribuția grinzilor (Fig. 3) arată că colimatoarelor lungime și intervalul maximal colectate pentru variante raze D și E. colimatorul E oferă o mai bună uniformitate a iluminării obiectului decât colimatorului D. colimatorul are cea mai mare zonă de cazare Un obiectiv care colectează raze care nu au atins reflectorul. Unghiul de divergență al razelor directe transmise în interiorul reflectorului B este de 60 de grade (ca 90-60 * 2).
Colimator compact compozit
Colimatorul compozit include un reflector de dimensiuni reduse și un obiectiv care focalizează razele care nu sunt asamblate de reflector. Pachetele software LightTools sau TracePro sunt utilizate pentru a calcula colimatoarele cu reflectoare și lentile. Obiectivul poate fi calculat separat, de exemplu, în Zemax sau în codul V.
Fig. 8. Structuri ale unui colimator organic PMMA compact (de mai sus) și un colimator cu lentilă de introducere a sticlei BK7 (fund) pentru iluminarea obiectelor de 50 mm de la o distanță de 300 mm. Calculul suprafeței de reflexie se efectuează în MATLAB, pentru a calcula lentila.
Fig. 9. Rezultatele calculului lentilei colimatoare Fig. 8. în Zemax.
Construirea unui reflector în LightTools
Pachetul software LightTools permite calcularea colimatorilor și optimizarea parametrilor acestora în modul automat.
Rezultatele calculării profilului optim al reflectorului în mediul LightTools, fără a limita dimensiunea acestuia pentru iluminarea unui obiect de 50 mm la distanță de LED-ul XP-E2 cu 300 mm, sunt prezentate în Fig. 10. Profilul reflectorului este descris de curba Bezier [6]. Modelul LED-uri XP-E2 este preluat din biblioteca LightTools. Diametrul optim de ieșire și lungimea modelului de colimator au fost de 12,9 și respectiv 18,9 mm.
Fig. 10. Dimensiunile și eficiența reflectorului sunt de 12,9 x 18,9 mm. Eficiența de 17,5% este determinată de raportul dintre numărul de raze care ajung la obiect și numărul de raze emise de sursă.
Limitarea diametrului reflectorului de 6,2 mm a dus la o reducere a eficienței sale de la 17,5% la 5,6% (Figura 11). Acest lucru se datorează în principal faptului că numărul de fascicule LED directe care nu se încadrează în zona obiectului a crescut odată cu scăderea ariei de reflexie.
Fig. 11. Caracteristicile și parametrii de iluminare ai reflectorului optim care colectează fasciculele LED-ului XP-E2 în intervalul 69 ... 103 deg. Diametrul maxim al reflectorului este limitat la 6,2 mm. Eficiența colimatorului
Modelul LED rafinat diferă de sursa punctului prin faptul că radiația este generată de un număr de surse punctuale distribuite pe întreaga suprafață a diodei, de exemplu într-o zonă de 1 x 1 mm pentru XP-E2. Unghiurile de vizualizare și modelele direcționale ale tuturor surselor sunt egale.
Profilul reflectorului de radiație al sursei distribuite (figura 12) diferă de profilul reflectorului pentru sursa concentrată (Fig.11), totuși eficiența acestora (
Fig. 12. Parametrii optimi ai reflectorului LightTools al radiatiei sursei distribuite XP-E2. Diametrul maxim al reflectorului este limitat la 6,2 mm. Eficiența colimatorului
Comparația profilurilor reflectorilor calculate în MATLAB și LightTools
Profilurile reflectorului prezentate în Fig. 13, calculat în Matlab (profile: A, B, C, D, E) și LightTools (profiluri: point LT, LT dist, LT unlim). MATLAB a fost calculat manual pentru surse punctuale. In LightTools profilurile de optimizare efectuate în modul automat pentru o sursă punctiformă și distribuit cu restricția (6,2 mm), și fără a se limita la diametrul reflectorului de 50 mm de iluminare uniformă a obiectului, la distanta de la sursa de la 310 mm.
Fig. 13. Profile reflectorizante: A, B, C, D, E - diametru limitat (6 mm), calculat în MATLAB pentru o sursă punctuală; Punct LT - diametru limitat (6,2 mm), calculat în LightTools pentru o sursă punctuală; Dist. Diametru limitat (6,2 mm) este calculat în LightTools pentru o sursă distribuită; LT unlim - dimensiune liberă, calculată în LightTools pentru o sursă punctuală.
Algoritmii de optimizare a parametrilor din LightTools sunt ascunși de utilizator. Pentru a înțelege algoritmul de optimizare LightTools, care a fost folosit pentru a calcula profilul "dist" (fig.13), distribuția razei în MATLAB este construită (figura 14).
Fig. 14. Calea razei sursei distribuite reflectată în zona de 50 mm de la o distanță de 310 mm, diagrama generală (în stânga), fragmentul lărgit (în partea dreaptă). Sunt luate în considerare radiațiile de la margini (linii albastre și verzi) și centrul (liniile roșii) ale sursei distribuite. Separarea marginii și a grinzilor centrale de 1x1 mm ale sursei este realizată de deplasările reflectorului cu ± 0,5 mm.
Distribuția razelor (Fig. 14) arată că LightTools optimizare gasit profilul reflector pentru sursa de punct central cu iluminare a zonei obiectului și al treilea din acest profil utilizat pentru a ilumina întreaga suprafață a surselor de radiație obiecte distribuite pe mm 1x1 zona cu LED-uri.
Matlab cod pentru calcularea profilului optim al șirului de pixeli reflector - curba Bezier ( „Besier_profile_dist_source.mat“), având în vedere parametrii și LightTools Bezier_WX Bezier_Relative_UX Bezier_VX:
Calcularea manuală a colimatorului
Pentru a efectua un calcul manual al reflectorului unei surse distribuite, trebuie:
1. Gasiti coordonatele reflectorului cel mai apropiat de sursa.
2. Calculați profilul reflectorului (vezi algoritmul pentru calculul profilelor reflectorizante) pentru zona redusă a obiectului, de exemplu 1/3.
Prin punctul inițial al reflectorului cel mai apropiat de sursă, razele emise de toate punctele planului LED-ului trec. Razele directe care trec prin punctul de plecare trebuie să lumineze o zonă corespunzătoare cu obiectul situat la distanța necesară de la sursă.
Fig. 15. Construcția de grinzi pentru a găsi punctul inițial al reflectorului. Zona este situată pe un cerc cu o rază de 310 mm (imaginea din dreapta) egală cu distanța față de obiect. Figura din stânga arată o imagine mărită cu o suprafață LED cu o rază de 1,5 mm.
50 mm, distanțat de sursă cu 310 mm.
Unghiul de vizualizare al colimatorului calculat cu un reflector poate fi redus prin includerea unei lentile în structura colimatorului, așa cum se arată în Fig. 8.
Vă puteți ajuta și puteți transfera niște bani la dezvoltarea site-ului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: