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蜂窝式阵列菲涅尔透镜用于LED灯原理

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【摘要】:
光线穿过透镜在焦平面处会聚。若要在焦平面处形成图形,就需要有多个焦点,即需要有多个透镜组合形成一个阵列。从理论上而言,透镜的数量越多,得到的焦点数也越多,就能形成精细复杂的图形。为了使整个透镜阵列的排布紧实,提高光线利用率,设计时将透镜按蜂窝状的方式进行排布。建立单元编号(m,n),其中m是层数,n是序数。将位于阵列中心的透镜进行编号,编号为(0,1),再将其周围一圈进行编号,从正上方的透镜单元按
LED灯光线穿过透镜在焦平面处会聚。若要在焦平面处形成图形,就需要有多个焦点,即需要有多个透镜组合形成一个阵列。从理论上而言,透镜的数量越多,得到的焦点数也越多,就能形成精细复杂的图形。为了使整个透镜阵列的排布紧实,提高光线利用率,设计时将透镜按蜂窝状的方式进行排布。建立单元编号(m,n),其中m是层数,n是序数。将位于阵列中心的透镜进行编号,编号为(0,1),再将其周围一圈进行编号,从正上方的透镜单元按逆时针的方向依次编号为(1,1),(1,2),(1,3),(1,4)……用相同的方法对各个外圈的透镜进行编号。即为透镜阵列的模型和实体图。
由多个相同的透镜实体按蜂窝状进行排列,若单个透镜的半径为r,为了使透镜铺满平面,又要使透镜之间的重叠部分最少,则相邻的两个菲涅尔透镜之间的距离应为r。按蜂窝式排列后形成原始的透镜阵列,此时透镜阵列具有会聚光线的作用,但还不足以形成特定的图形。每个菲涅尔透镜阵列的焦点都在其透镜的光轴上,因此当平行光照射到透镜阵列后,在接收面上的各个焦点排布也是呈蜂窝状的。为了使透镜阵列能将光线按特定方向进行偏转,将焦点汇聚到特定的位置,现对每个菲涅尔透镜的平面一侧进行切割,形成斜面,使得光线发生离轴偏转。 
以单色平行光为光源的配光设计方法,以蜂窝式菲涅尔透镜阵列对光线进行重新分配。在具有聚光性能的透镜上增加偏转因素,使光线能在一定角度内实现偏转,从而在接收面得到特定的图像。在宇影自主研发的菲涅尔透镜设计软件中对其进行光学仿真,得到了投射图案,后续将开展菲涅尔透镜个数量级更高的阵列,每个透镜单元相当于一个像素点,在山东宇影现有的集成光学制造工艺下,精细的透镜制作已经可以实现,再将单个透镜的环带数量等因素考虑进去,得到能实现图形质量好且光效高的配光透镜。