2.2 實(shí)現(xiàn)LED均勻圓形光斑的自由曲面反光杯設(shè)計(jì)

2.2.1 LED反光杯設(shè)計(jì)原理

使用自由曲面透鏡可以實(shí)現(xiàn)LED在目標(biāo)面上輻照度的均勻分布，使用反光杯也可以實(shí)現(xiàn)LED在目標(biāo)面上的輻照度均勻分布。這里使用的LED光源仍然為旋轉(zhuǎn)對稱的LED光源，使用一個反光杯調(diào)控光分布，在目標(biāo)面上實(shí)現(xiàn)輻照度均勻分布的圓形光斑。因此使用的LED反光杯也是呈旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的，因此設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對稱的反光杯與前面設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對稱自由曲面透鏡一樣也是設(shè)計(jì)一條母線，通過旋轉(zhuǎn)對稱就可以得到反光杯的三維模型。

如圖2-8所示，LED出射的光通過兩種方式入射到目標(biāo)面上，一部分是直接照射到目標(biāo)面上，如光線OTi和OTi+1都是直接照到目標(biāo)面上；另一部分是通過反光杯反射之后入射到目標(biāo)面上，如光線OPi和OPi+1入射到反光杯上，然后照到了目標(biāo)面上的Ti和Ti+1。LED發(fā)光強(qiáng)度分布呈朗伯分布，直接照射到目標(biāo)面上的光是中心區(qū)域輻照度高，而目標(biāo)面邊緣的輻照度比較低。所以經(jīng)過反光杯反射的光要來彌補(bǔ)直接入射到目標(biāo)面這部分光的輻照度分布的不均勻，反光杯反射發(fā)光強(qiáng)度分布比較強(qiáng)的區(qū)域到目標(biāo)面的邊緣，反射發(fā)光強(qiáng)度分布比較弱的區(qū)域到目標(biāo)面的中心區(qū)域，這樣直接入射到目標(biāo)面上的光與通過反光杯入射到目標(biāo)面上的光進(jìn)行疊加，最終在目標(biāo)面上產(chǎn)生均勻的輻照度分布。

圖2-9為目標(biāo)面上的輻照度分布，其中實(shí)線表示LED直接在目標(biāo)面上產(chǎn)生的輻照度輪廓分布，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)反光杯，經(jīng)過反光杯入射到目標(biāo)面上的光在目標(biāo)面上產(chǎn)生的輻照度分布如圖中虛線所示，這兩部分輻照度疊加在目標(biāo)面上產(chǎn)生了均勻的輻照度分布。

圖2-8 反光杯調(diào)控LED光分布示意圖