光學(xué)系統設計

1 光源

我國幅員遼闊，有眾多大小河流，內河的航標燈需求量較大，而較長(cháng)的海岸線(xiàn)對于沿海航標燈也有一定需求。由于航標燈應用地域不同，對光強的要求也不同。因此我們的航標燈光源采用碟狀結構，與相應光學(xué)系統相匹配構成一個(gè)相對獨立的發(fā)光單元，則實(shí)際應用中，可以根據需要選擇燈具中所使用的單元數目，獲得不同的射程。

根據上述設計思想，設計中確定單個(gè)發(fā)光單元的半值全擴散角度為8°，最大光強值為30cd，則兩個(gè)發(fā)光單元就能基本滿(mǎn)足內河的需要，射程可達3.8nm;而三個(gè)至四個(gè)單元就能達到一般的近海要求，射程可達5.5nm。因此，我們考慮在每個(gè)單元中，用28顆LED

2 透鏡設計

將擴散光源放置在凸透鏡的某個(gè)位置上，可以使出射光發(fā)生不同的變化.

由此可見(jiàn)，將光源放置于適當偏離焦點(diǎn)的位置上，無(wú)論是在焦點(diǎn)內還是在焦點(diǎn)外，都可以使光源出射光適當收斂。

我們選擇將光源放于透鏡焦點(diǎn)的內側，光源離透鏡越遠，透鏡收集到的光源光通量越少，因而透鏡系統的效率越低。

根據單凸透鏡的計算公式：

r=(nL-1)f

其中r——凸面曲率半徑

nL——透鏡材料折射率

f——透鏡焦距

在選定透鏡材料的情況下，焦距越大，曲率半徑越大。在同樣透鏡孔徑Φ的條件下，曲率半徑越大，透鏡越薄，而透鏡越厚，像差會(huì )越明顯，從而影響使用效果。因此，盡可能選擇焦距較大的透鏡。

同時(shí)，焦距的增大，光學(xué)系統尺寸的增加，因此，透鏡的焦距也不可以一味追求最大。

根據前面所討論的航標燈的配光要求可見(jiàn)，透鏡的作用主要使碟形光源垂直方向上的光收斂，同時(shí)不影響水平光分布的均勻度。

由于透鏡厚度不是很大，因此沒(méi)有采用菲涅耳透鏡，避免增加加工的繁瑣性和成本。