Спроектировать линзу для фокусировки света от светодиода.

Кратко:

Требуется спроектировать форму линзы, которая бы фокусировала свет от светодиода (см картинку) указанным ниже образом.

Полно:

В противотуманную фару (ПТФ) автомобиля планируется установить мощный, узконаправленный источник освещения. В качестве источника выбран светодиод (LED) мощностью 100 ватт, белого холодного свечения. В качестве охлаждения диода выбрана система водоблоков; планируется поддерживать температуру диода не выше 40°С. Водоблок будет присоеденен к обратной стороне LED с использованием термопасты.

В целях безопасности дорожного движения свет, исходящий от светодиода, необходимо сфокусировать в четко установленный диапазон, чтобы освещать определенную область дорожного полотна. Для фокусировки же светового пучка требуется рассчитать форму линзы и ее положение относительно светодиода.

Описание LED:

Светоиспускающая часть диода имеет форму квадрата со стороной 21,4 мм (этот и остальные размеры см. на картинке), состоит из матрицы 10х10 одноваттных светодиодных элементов. Цветовая гамма находится примерно в диапазоне свечения ксеновой лампы температурой в 5500°К. Угол расхождения света составляет почти 180 градусов, и чем ближе к границе, тем меньше яркость.

Диод потребляет мощность, равную 100 ваттам, и работает в режиме постоянного тока от напряжения 35 вольт.

Требования:

Необходимо рассчитать форму линзы для отливки формы (для последующего литья линзы из формы). Линза должна иметь размеры такие, что ее можно было бы поместить в цилиндр с диаметром в 7 см и длиной в 10 см. Предполагается, что либо линза будет касаться светодиода, либо же находиться на некоторм расстоянии от него, однако в таком случае, для экономии светового потока, между линзой и диодом будет располагаться светоотражающий конусовидный прямоугольник, называемый рефлектор. Необходимость рефлектора нужно также рассчитать, т.к. желательный вариант - когда его нет и линза находится вплотную к диоду.

И линза и диод будут находиться в противотуманной фаре, имеющей пластиковую прозрачную защиту спереди, а также вся ПТФ будет полностью гидроизолирована от внешней среды для сохранения минимальной влажности в целях защиты от запотеваний и нарушений преломлений светопотока. Светопропускаемость линзы должна быть не менее 85%.

Световой пучок:

Свет, исходящий из квадратной матрицы светодиода, должен ложиться на дорожное полотно в следующем виде (см. картинку). Линия, от которой свет должен начинаться, находится на расстоянии в 4 метра от автомобиля, линия конца света - 35 метров. От основной оси направления света, сам свет должен расходиться под углом в 20 градусов в обе стороны (полный угол - 40 градусов).

Яркость света, падающего на дорогу, должна стремиться к однородности, т.е. около описанных выше ограничительных линий (ближняя, дальняя, и боковые углы, все вместе составляющее равнобедренный треугольник) яркость должна быть такой же, как и в центре светового пятна.

Допустимые погрешности:

Со стороны исполнителя в целях решения вышеописанной задачи допустимо изменять следующие параметры:

1. Расстояние от LED до линзы.

2. Допустимо предполагать возможность вертикального наклона всей конструкции Линза—LED—Водоблок на несколько градусов внутри ПТФ.

3. Изменять полный боковой угол светового потока на плюс-минус 10 градусов. (максимум полный угол 50, минимум - 30 градусов)

4. Уменьшить дальнюю границу света с 35 до 25 метров.

5. Видоизменять планируемую однородность освещенности светового пятна, по согласованию со мной.

Остальное:

Т.к. после расчета необходимы будут полевые испытания, помимо еще и собственно отливка, то большим плюсом будет являться помощь заказчика в контактах людей и компаний, которые, естественно за плату, смогут этим заняться. Если таких контаков у вас нет, не беда, я найду сам. Готов платить 20к рублей за готовый результат в виде двух линз, по возможности.