基于复眼透镜的大面积均匀照明方案研究

为了实现大面积矩形均匀光斑,提出一种基于双排复眼透镜的设计方案。使用TracePro软件对该照明系统方案的效果进行建模仿真,分析了复眼透镜组的间距、后工作距离等参数对光斑面积和均匀性的影响。结果表明,复眼透镜间距越小、后工作距离越大,得到的光斑面积越大;而当间距控制在微透镜焦距附近时,光斑均匀性最佳。利用该设计方案,可在1m的后工作距离得到尺寸350mm×200mm的光斑,光斑中心280mm×160mm范围内光照度均匀性>0.85,该部分面积超过光斑整体面积的60%。该匀光方案有望在医用光疗、路灯照明等大面积均匀光照明领域得到广泛应用。

复眼透镜阵列应用于均匀照明系统的特性研究

研究了复眼透镜阵列实现均匀照明的原理,模拟分析了复眼透镜的列数、入射光发散角、光源尺寸对照明效果的影响。仿真表明,入射光的发散角越小,光源尺寸越小,照明效果越好,而且适当地选取复眼透镜的列数能提高照明效果。

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。

复眼透镜光学信息保密编码及译码的研究——Ⅰ.昆虫复眼成像特性及编、译码技术原理

本文根据光学并列型和光学重叠型两类昆虫复眼的屈光系统,具有分解和综合二维图像的光学特性,提出了一种新的用复眼透镜实现二维图像光学信息编码和译码的技术原理.利用复眼透镜和一个特制的随机抽样编码的掩模板,可将一幅有序的二维图像(或者文献、资料等)编码形成为一幅无序的,具有良好保密性能的分解编码像,而且,还能将此编码像反演综合再现出原始图像.它不仅实现了对二维图像信息的多通道并行处理,而且还具有传输量大、速度快、保密性强等优点.我们利用此种复眼透镜光学信息编、译码的技术原理,对二维图像的光学信息进行了分解编码记录及综合译码再现.

曲面仿生复眼透镜微复型过程变形分析

针对大视场曲面仿生复眼透镜的制造难点,采用了一种基于气压辅助聚合物弹性体微复型的制造工艺,以实现大视场曲面微透镜阵列的快速、低成本制造。利用有限元软件(ABAQUS),对气压辅助微复型工艺过程中聚合物弹性体的大变形、曲面成型过程中微透镜的形变问题进行了仿真实验,得到了曲面成型过程中曲面轮廓对成型气压的依赖关系,以及不同纬度微透镜阵列的尺寸变化关系,并进行了相关工艺实验验证。结果表明,在气压辅助曲面成型过程中,成型曲面的轮廓为球面,其球面直径依赖于成型气压;曲面成型过程中,微透镜形变量沿曲面纬度方向基本一致,不同纬度上微透镜直径的增大率为9.45%～10.56%。由于在不同纬度处所制造的曲面复眼透镜的焦平面不同,因此曲面复眼透镜具有比平面微透镜阵列更大的视场。

复眼透镜光学信息保密编码及译码的研究——Ⅱ.分解掩模编码与综合再现

本文根据复眼透镜光学信息编译码的技术原理,实现了对二维图像进行分解编码记录以及综合译码再现.一幅m×n个目标单元的二维图像,通过1×k阵列的复眼透镜,得到(1×k)(m×n)个像元.经过一个特制的掩模板,得到一幅随机分解编码像,并根据透镜的物、像共轭原理,综合再现了原始图像.进而还实现了同时记录多幅二维图像信息的互补编码像,以及将互补编码像分离重现了每一幅原始目标图像.此互补编码像携带了更大的信息量,同时也大大提高了保密性能.

基于液体透镜的复眼透镜阵列的照明特性研究

复眼透镜是由多个小透镜集成排列而成,将两个复眼阵列平行排列可使透过其的光线分布更加均匀。其关键在于提高其光照的均匀性。本文基于复眼透镜阵列均匀照明的原理,模拟分析了复眼透镜和复眼透镜子眼由焦距可变液体透镜对照明效果的影响。经仿真得出基于液体透镜的复眼阵列可做到照度可控,可增强其使用灵活性和应用范围.

基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统设计

随着汽车造型趋向于流线型、运动型的扁平化发展,车灯对于汽车造型的适应也要逐步跟进,同时目前在中低端汽车中,汽车前照灯的发展一直未有较大改进,存在光效利用率低、整体尺寸较大的问题,由于各种法规标准限制,目前常用前照灯设计方案的改进几乎达到了尺寸极限。因此根据目前汽车前照灯设计发展情况,本文基于非成像光学系统设计理论及自由曲面设计方法,设计了一款基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统,旨在符合远近光灯各项法规标准的同时,实现提高光效利用率和缩小整体体积的目标。该文的主要研究内容包括:1.对于复眼透镜近光灯光学系统,结合非成像理论和自由曲面设计方法,使用Matlab计算设计了其单个自由曲面类型,结合Solidworks完成了初始结构建模,同时选定了合适的LED芯片光源,根据法规要求使用了Lucidshape软件对此设计结构进行模拟、改进和优化,主要设计了TIR复眼透镜、明暗截止线挡板和外部大透镜及外透镜花纹,并对仿真模拟结果光型分布图及路照图的分析,最终实现了一款仿真模拟结果完全符合法规要求的近光灯光学系统。2.对远光灯光学系统进行设计,设计了一款与近光灯光学系统共用一组外部透镜的远光灯光学系统,同样使用了Matlab计算设计了其单个自由曲面类型,结合Solidworks完成了初始结构建模,同时在实现法规的基础上提高设计要求,使其与某主机厂高要求进行匹配,最后设计仿真测试分析,可完全符合设计需求。3.对设计的产品进行快速样件实物测试,展示了装配爆炸图、近光灯实物模组和远光灯实物模组点亮后的实拍图。并对实物测试结果进行法规检查和路照分析,得出了实际效果与仿真效果的对比,此设计的近光灯系统实物测试对比仿真模拟结果,其光通量达到了924lm,且其光效利用率达到了77%,比目前常用的近光灯系统光效利用率提高了20%~30%,此设计的远光灯系统光效利用率达到了81.2%,相较于传统设计方法其光效利用率提高了20%~25%。对于法规检测,两套系统均达到法规各项要求,进行实物测试验证了设计的实际可行性。4.根据仿真结果及实物测试结果进行了对比分析,在实物装配和软件仿真上进行误差分析,讨论了偏差存在问题及后期优化方向。

基于复眼混光的改善色品均匀性的LED模组

本文针对目前单颗LED的出射光颜色均匀性差的问题,提出了使用反光杯与复眼透镜阵列组合进行匀光的方法,以此得到了一种二次光源模组。通过仿真模拟实验表明该光源模组在出射面上的色品均匀性显著提高,基于此LED模组开发的LED灯具在一定距离的被照面上色品均匀性也将相应大幅提高。

复眼透镜提高液晶投影照明系统的能量利用率

照明系统是液晶投影仪的重要组成部分 ,它将直接影响到投影仪的光能利用率以及色彩等系统性能。对于复眼照明系统 ,复眼透镜的良好设计可以大大提高系统的能量利用率。在对液晶投影照明系统的原理进行分析的基础上 ,提出了两种复眼透镜的设计方案。两种方案均采用矩形子复眼 ,便于设计和加工。通过对复眼透镜中每个子复眼进行偏心以及改变其形状大小来提高系统能量利用率。计算机模拟结果表明 ,两种设计方案与传统设计相比 ,在光能利用率上分别提高了 16 .5 %和 2 6 .3% ,并且具有较高的均匀性。最后 ,还对两种复眼透镜的设计方案进行了分析和比较。

复眼透镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

在回顾复眼透镜对单光束光源的均匀化机制基础上,分析了复眼透镜对激光二极管(LD)阵列光源的光束均匀化机制。即对子光束分割叠加破坏相似性,对所有分割叠加后的子光斑进行叠加获得均匀性。在此基础上,以抽运薄片或者板条激光器需要高功率密度的均匀抽运光为需求,设计了基于复眼透镜的LD阵列光束整形系统,并给出了其中复眼透镜和积分透镜这两个关键部件的结构形式和相关参数。最后根据所设计的复眼透镜LD光束整形系统搭建了相应的实验光路并测试了整形后光斑不均匀性,测试表明不均匀性为9.8%,验证了对复眼透镜LD阵列光束整形的分析。

像差对复眼透镜光束整形性能的影响分析

复眼透镜在均匀照明中应用广泛,但是在大像差系统中其均匀性和能量利用率等性能会大大下降。通过对复眼透镜光束整形系统的成像假设,将其分解为若干子成像系统的组合,并讨论了像差及其表现对整形性能的影响。认为在像差表现中边缘点扩散、像面畸变、子孔径成像位置偏离对复眼透镜整形性能影响较大,而内部点扩散在一定程度上能够提高其整形性能。通过具体实例,控制对复眼透镜性能影响较大的像差表现而放宽影响较小的像差表现,优化设计以两个普通球面镜而不是通常采用的傅里叶透镜作为积分透镜的大像差复眼透镜整形系统,验证了该成像分析方法及其结果的有效性。

基于LED和复眼透镜的自适应前照灯的光学设计

针对现有自适应前照灯技术存在的照明模式少、对光线控制不精准、光能利用率低和散热难度大等缺点,提出一种基于发光二极管(LED)和复眼透镜的自适应前照灯设计方案,以数字微镜为核心,利用复眼透镜在数字微镜上形成均匀且具有明暗截止线的光斑,并用复合抛物面聚光器(CPC)和弯形导光管收集多余的光线重新利用,通过控制数字微镜上微镜的翻转位置和翻转频率实现欧洲经济委员会(ECE)标准中"近光(Passing beam)"的4种照明模式。仿真结果表明:4种照明模式的平均光能利用率为43.62%,配光结果满足ECE R123标准,数字微镜上有59.46%的微镜工作且没有微镜一直处于"OFF"态,光能利用率高,散热难度小。

基于复眼透镜LED蓝绿光黄疸光疗系统的研究与设计

半导体发光二极管(LED)可应用于黄疸的治疗,其中LED蓝绿光照射患儿是全球公认最安全高效、经济便捷的方法。本研究在一种LED蓝绿光作为光源的黄疸光疗系统中利用复眼透镜阵列实现大面积均匀照明。基于AMC7150芯片构建恒流驱动模块,AT89C52单片机和LCD12864液晶显示屏构建人机交互模块。根据国家光疗设备安全专用要求YY0669-2008,设计并实现了光斑面积S=250mm×500mm、蓝光辐照度E蓝光≥2mW/cm2、绿光辐照度E绿光≥1.5mW/cm2、光均匀度≥90%的黄疸光疗系统。和传统光疗系统相比,这种新系统治疗效果更好,生物安全性更高,更易实现人机交互,更经济便捷。

基于双复眼透镜的三基色激光合成均匀白光束

为获得高亮度均匀白光束,基于复眼透镜光束匀化原理,设计了一套以三基色半导体激光器为光源的双复眼透镜光束匀化合成光学系统。该系统包含两套复眼透镜模组,第一套模组将分立三基色激光束聚焦合成均匀白光斑,第二套模组将白光斑转换为空间均匀白光束。对系统进行仿真,并对空间不同位置处的光分布进行照度和色度均匀性分析,结果表明所得光束为均匀白光束,理论上验证了该光学系统的可行性。搭建了实验光路,分别在距离系统1、2、5 m处对合成白光束进行测量,结果表明合成光束照度均匀性均大于90%,色坐标标准差均小于0.0027。该光学系统合成的白光束具有亮度高、色坐标和强度分布均匀等优势,有望在医用光疗、显示、车用照明等领域得到广泛应用。

大面积高均匀度平行光曝光机用自由曲面复眼透镜设计

大面积平行光曝光机是印刷线路板(PCB)、显示面板和触摸屏等电子产品重要的制造设备,由于采用复眼结合反射镜的非轴对称科勒照明光路,其曝光均匀度只有0.85左右,难以满足高精度加工制造的需求。针对此问题,提出了采用自由曲面复眼替代传统的球面复眼,建立了高均匀度复眼单元的自由曲面面型设计方法。光线追迹仿真实验结果显示,采用所提方法后曝光均匀度提高到了0.91以上,满足高精度加工制造所需的高曝光均匀度的要求。所设计的自由曲面复眼的面型连续,可以通过金刚石车削进行精密加工,有望在大面积平行光曝光机照明光路中得到广泛应用。

用于CF-LCoS LED照明的大角度复眼系统共轭成像优化设计

根据LED发光特性以及彩色滤光片式硅基液晶芯片特性,从成像光学的角度导出了复眼照明系统的基本成像公式.在此基础上由彩色滤光片式硅基液晶芯片目标区域的大小及其对光束入射角以及LED经整形以后的光斑尺寸与发散角的要求,根据推导的复眼系统的基本成像公式计算彩色滤光片式硅基液晶芯片复眼照明系统的初始结构,利用复眼照明系统中的多重共轭成像关系,将复眼成像,中继透镜成像分别优化,最后将两者通过孔径与中间像匹配的基本要求进行复眼阵列组合,设计了基于彩色滤光片式硅基液晶芯片的大照度入射光下的复眼照明系统.该系统以较小的复眼数,在保证彩色滤光片式硅基液晶芯片照明要求的条件下,较好地解决了照明系统效率、均匀性与大角度问题.与传统计算方法相比,该方法简单明了.非成像软件的模拟结果证明该方法准确,均匀性好,效率高.实验样机结果验证了本文所提方法的正确性和有效性.

基于超精密复眼加工的光场成像研究

复眼透镜是光场成像系统中的关键光学元件。提出一种针对复眼透镜的新型设计加工方法:该设计方法可根据不同的相机参数,优化复眼透镜的设计参数,提高成像质量;该加工方法主要包含超精密车削加工和模压注塑两道工艺,并对车削加工工艺进行了改良。在光场相机的基础上,对光场成像中合成孔径以及数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。试验结果表明,设计加工的复眼透镜阵列具有较高的精度和较好的一致性,可有效实现光场成像的核心功能。

一种新型可见光无线通信可调复眼光学接收系统

在可见光无线通信系统中,接收端需具备小型化、大视场、高增益等特点。本文设计了一种基底可活动、由塑料光纤代替晶椎的复眼结构光学接收系统。和传统复眼透镜相比,最大视场角增加了92°。光纤代替晶椎使得光损耗降低了0.3457dB,实现了可见光无线通信接收端大视场、高增益的目的。