多反射面反光镜的仿真设计.docx

多反射面反光镜的仿真设计宋光辉王银河李野高琳琳高子涵李明华110043)(沈阳仪表科学研究院、沈阳汇博光学技术有限公司，辽宁沈阳摘要介绍了多反射面反光镜对照度均匀性的影响，以及提升回转曲面反光镜照度均匀性的设计方法，并据此设计了照度分布均匀的多反射面反光镜。利用TracePro软件对所设计的反光镜进行了光线追迹分析，对比常规回转曲面反光镜，其照射面的照度均匀性分布有较大改善。关键词多反射面反光镜照度均匀性TracePro软件SimulationDesignofFacetedReflectorSongGuanghuiWangYinheLiYeGaoLinlinGaoZihanLiMinghua(ShenyangAcdemyofInstrumentationScience，ShenyangHBOpticalTechnologyCo，Ltd，LiaoningShenyang110043)Abstract:Theeffectoffacetedreflectoronilluminanceuniformityandthedesignmethodsofimprovingilluminanceuniformityofrotarysurfacereflectorareintroduced．Afacetedreflectorwhichcanprovideuniformilluminanceisdesignedbythismethod．TraceProsoftwareisusedtoanalyzethisreflector．Theresultsshowthattheilluminanceuniformityofthisreflectorhasbeenimprovedconsiderablycomparingwithconventionalrotarysurfacereflector．Keywords:facetedreflector;illuminanceuniformity;TracePro一种连续近似设计多反射面反光镜的方法，计算过程复杂。本文在连续近似多反射面反光镜设计的基础上引入了几何光学理论设计多反射面反光镜的方法，用以改善被照射区域的照度均匀性。使用TracePro软件对所设计的不同多反射面反光镜进行了光线追迹仿真分析。从仿真结果可以看出，本文所述多反射面反光镜的照度均匀性较常规回转曲面反光镜有较大程度的提高。引言作为照明系统的聚光元件，反光镜的设计应考虑光照度均匀性。也就是在尽可能提高光源的利用率、增加照射区域亮度的同时，还要充分考虑光照度的分布。特别是一些直接照射的照明系统，应使人眼能更舒服地观察到被照明物体。传统的回转曲面反光镜曲面大都是二次曲面［1］，如抛物面、椭球面、球面、双曲线面，这类反光镜在不同应用条件下利用光能方面各有优点，但是普遍存在的问题是照度均匀性比较差。根据几何光学的理论分析，被照面的中心光强与其他区域相比明显偏高。在反光镜设计中，可以通过解偏微分方程组求解自由曲面［2，3］，但是求解过程比较繁琐，工作量大，而且加工工艺复杂。LeylaDokuzerOzturk［4］提出了1多反射面反光镜的设计原理1.1多反射面反光镜的设计原理反光镜在光学系统中能改变光源光线的传播方向，提升光源的利用效率。多反射面反光镜即是将反光镜内表面变化为多个微小平面，使反光镜的每个微小平面反射的光全部辐射到目标平面，并且所有辐射宋光辉等:多反射面反光镜的仿真设计5到目标面的光斑与目标面位置完全重合，在目标面内即获得均匀的光分布。本文采用一种基于几何光学原理的多反射面反光镜设计方法———镜像平面方法。当反光镜的焦距、照明距离和目标面半径等参数确定后，运用几何光学方法反推求得光源点与小镜面的镜像点，确定每个小反射平面的长度和空间位置。如图1所示，A、B分别为两种多反射面反光镜设计示意图。反光镜A的设计，可使每个小反射面的反射光在辐射面半径方向覆盖要照射的全部目标面;反光镜B的设计，只能使每个小反射面的反射光在辐射面半径方向覆盖要照射的一半目标面。不同的目标范围，可得到不同的设计结构。图2多反射面长度及几何位置关系示意图光镜的辐照特性，以下设计的反光镜的基本参数及要求相同:焦距f为60mm，外口直径为160mm，底孔直径为40mm，照明目标面半径R为80mm，照明距离h为100mm。根据上述原理设计了两种不同的多反射面反光镜(图3和图4，多反射面反光镜A和B)。其中反光镜A、B的辐照面对应选择图1所示的两个半径不同的照明目标面;反光镜C(如图5)是抛物面单反射面反光镜。表1给出了3种反光镜的设计参数。表1不同目标面半径、不同反射面的反光镜设计参数反光镜A反光镜B反光镜C反光镜深度(mm)镜面包容角(°)纵向反射面数量54.0071.96959.