Auslegung und Entwicklung eines Linsensystems für Leuchtdioden-Lichtquellen zur Anwendung bei temperatursensitiven Farben in Windkanälen

Abstract

Zu Beginn der Arbeit wurden die kommerziell erhältlichen Objektive der Fa. HARDsoft auf ihre Öffnungswinkel und Homogenität der Ausleuchtung vermessen. Hierbei wurde eine Abnahme der Intensität von etwa 50% zum Rand der Ausleuchtung hin festgestellt. Diese Messungen dienten als Referenz, um die in der Arbeit entwickelte Optik damit zu vergleichen. Da in dieser Arbeit als Lichtquelle ein miniaturisiertes LED-System eingesetzt wurde, welches eine sehr große Abstrahlcharakteristik von > 120° aufweist, musste es sich bei der hier zu entwickelten Optik um ein Viellinsensystem handeln. Mit nur einer Linse konnte das Licht der LED nicht ausreichend gebündelt werden und bei der Verwendung von lediglich zwei oder drei Linsen war die Intensitätsverteilung noch nicht zufriedenstellend homogen. Durch Hinzufügen weiterer Linsen konnte die Homogenität der Ausleuchtung optimiert werden. Das beste Ergebnis wurde mit der Kombination zweier Plankonvexlinsen, einer asphärischen und einer plankonvexen Linse erreicht. Mit diesem Linsensystem ergab sich ausgezeichnete Homogenität der Ausleuchtung mit lediglich einer Intensitätsabnahme von 30% zu den Rändern hin. Darüber hinaus ist das hier erarbeitete Linsensystem in der Lage, allein durch Verschieben der asphärischen Linse entlang der optischen Achse, den ausgeleuchteten Bereich flexibel anzupassen. Somit konnte auch die Zoomfunktion experimentell erfolgreich erarbeitet werden. Damit ist eine homogene Ausleuchtung von Windkanalmodellen verschiedener Größe für TSP-Messungen möglich. Bei der Simulation des hier experimentell erarbeiteten Linsensystems kamen zwei unterschiedliche Softwarepakete zum Einsatz. Mit der Software CODE V war es äußerst aufwändig, das experimentell erarbeitete Linsensystem zu simulieren, da die Software nicht alle notwendigen Möglichkeiten beinhaltet, um die Aufgabenstellung zu simulieren. Das WinLens-Softwarepaket war prinzipiell viel besser geeignet, das experimentell erarbeitete Linsensystem zu simulieren. Hiermit konnte der von der LED ausgeleuchtete Bereich, der resultierende Öffnungswinkel und sogar die Zoomfunktion überprüft und mit den experimentellen Daten erfolgreich verglichen werden. Es ergab sich mit der Software WinLens eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment.