可实现非对称照明的自由曲面光学系统设计

基于最优传输理论的光线映射方法,针对非对称的照明的光学系统设计需求,以光源到辐照面距离为20 mm,在范围50 mm×50 mm范围内实现字母“JL”为目标,计算了面向零扩展度光源自由曲面光学系统初始参数,在此基础上利用LightTools软件优化设计并仿真分析了面向零扩展度光源和扩展光源的自由曲面光学系统,结果表明:面向零扩展度光源时,自由曲面直径为86.52 mm,光源与自由曲面距离为34 mm,在辐照面上可以实现字母“JL”的照度分布调控;面向直径为10 mm的扩展光源时,自由曲面直径为435.16 mm,光源与自由曲面距离为242 mm时,在辐照面上可以实现字母“JL”的照度分布调控,说明所设计系统可以实现非对称照明分布调控,有效的提高了自由曲面光学系统的设计效率。

基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法

针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题,提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理,优化设计了折反射超广角成像光学系统,实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量;校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度,校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%,周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%;通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果,证明了所提表面反射光场测量方法的可行性,丰富了粗糙表面反射光场的测量手段,为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法

针对目前标准散射体定标存在定标时间长、定标后通用性差、定标结果无法溯源到气象光学视程(MOR)定义等问题,提出了一种可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法,确定了一种标准散射体多角度同步定标光学系统架构,优化设计了照明光学系统与光场测量光学系统。照明光学系统的均匀性为98.53%,发散角为1.48°;光场测量光学系统的散射角度测量范围为20°~50°,散射角度分辨率为1°,周视角度分辨率为2°。研究了一种基于先验光场分布的定标系统能量校准方法,利用标准朗伯散射体仿真定标系统的能量校准误差,其中散射角度为31°时周视平均相对误差最大,为2.28%。据此,基于理想2700 K色温白炽灯的光谱分布仿真验证了可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法的定标精度。结果表明:标准朗伯散射体散射角度20°~50°所表征的MOR量值范围为6.54~45.74 m,符合世界气象组织对MOR的定义,最大绝对误差为-2.41 m,优于国际民航组织规定的前向散射仪测量精度要求的1/10,为可溯源至MOR定义的标准散射体定标提供理论基础和技术支持。