LED阵列式紫外固化光源光学系统设计

设计了一种新型的LED阵列式紫外固化光源系统,该系统主要包括多路可控恒流源,紫外LED空间阵列及光学系统等,其中紫外LED空间阵列结构提高了光源的辐照度和均匀性。在分析光源结构的基础上,对其光学系统进行了设计,给出了LED空间阵列光学系统的设计方法和设计实例,并利用Light Tools光学仿真软件对其进行了模拟。结果表明:采用该光学设计方法得到的空间阵列辐照系统,其紫外辐照度可达200 mW/cm²,辐照面上光强分布均匀稳定,能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求。     

PCB曝光机照明系统的均匀性仿真与研究

近年来,电子信息类产品在不断地追求着高性能化,印刷电路板也随之高密度、微线化。紫外线曝光机是印制板制造工艺中的重要设备,而光学曝光作为PCB制作工艺过程中的一个重要环节对光照度的均匀性要求比较严格,现应用非成像光学的设计方法,实现了一种新型的曝光机均匀照明系统,并使用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对该光学系统进行了模拟仿真。实验表明,采用该研究设计的照明系统能够改善PCB曝光机紫外照明光源的配光性能,光强分布均匀稳定、能够满足光学曝光过程对光源的指标要求,具有可操作性。     

绝对式光栅尺母尺刻划曝光系统

提出了基于数字微镜器件(DMD)的双曝光头总体结构,该结构可同时刻划母尺的周期和非周期两个光栅码道。单曝光头包含曝光光源、调焦光源、DMD和投影镜头四部分,曝光光源由激光器、准直镜组、二维微透镜阵列和场镜组成。本文利用光学软件TracePro设计该光源,实现了能量的平顶分布,在14mm×10mm的照明面上均匀性达到95%以上。利用光学软件Zemax设计了工作在双波段(曝光光源0.403～0.407μm和调焦光源0.525～0.535μm)的共焦投影镜头,采用了二向色镜和分光棱镜使其能在曝光的同时进行实时调焦,优化后的系统在曝光波段和调焦波段均达到衍射极限,最大畸变为0.009%。与传统的光栅尺刻划技术对比,设计的曝光系统具有工艺简单、制作速度快、精度高等优势,可用于长、超长计量光栅的制作。     

提高LED车灯光能利用率的实验性研究

为了提高LED车灯光源的利用率以及提升非成像光学系统的光线分布的均匀性,从LED的发光方向和反射镜的设计两个方面着手,利用TracePro光学软件建立了模型,并对其进行模拟仿真。仿真结果表明:采用LED向上发光与光学组合反光镜结合的方式能够较大程度地提高光源的利用率。     

LED的光谱分布可调光源的设计

介绍了一种光谱分布可调光源的设计,该光源由积分球和大量不同颜色的LED组成.在可见波段.这种光源能产生不同光谱曲线,可以模拟很多不同光源的光谱分布.该项设计通过仿真使光源的光谱分布模拟目标光源的光谱分布,并设计了电源控制箱精确地控制每个LED模块.光源的面非均匀性为0.53%,角度特性在±10°以内,最大偏差为0.77%.这种新型光源在光辐射测量中可以作为一种传递标准.     

远场均匀照明的LED排列设计

为了实现远场的照度均匀性,在已设计的LED平面排列组合的基础上,提出了LED白光照明单元的球面排列设计方法。相比平面的排列,把LED照明单元组合排列在半球形表面,在被照接收面上产生更宽角度的照度分布。并对几种不同排列的LED照明单元进行分析,建立了光学模型和设计方程式,模拟出远场的照度分布情况。结果表明在极限角度内LED球形排列具有均匀广泛的远场照度分布。     

汽车灯具光源建模和照明仿真计算

讨论了车灯设计中的光源建模的重要性,提出了灯丝发光能量分解的模型。通过分析局部灯丝发光强度的分布,运用光学理论和数学方法完成了灯丝的建模,并实现计算机的光源仿真。把光源模型应用到车灯设计的实时仿真,得到灯丝经过反射镜后的灯丝投影图和光斑等照度曲线图。最后分析了实验结果,验证了光源模型的准确性,并探讨其应用前景。     

冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析

采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,对已有的某弯掠轴流风机进行数值模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。为满足给定的性能要求,以该风机弯掠叶片为基础,利用变型设计方法得到四种结构的叶轮并对其进行数值模拟和性能预测。比较分析Z=5时3种结构叶轮出口轴面全压分布云图及叶顶径向回转流面上流线分布图:叶顶前缘高压随叶片安装角的增加而增大;回转流面上流线分布均匀,叶顶吸力面前缘存在小的涡流区域,且随叶片安装角增加而增大。     

激光止血刀匀光系统设计

以激光高聚焦能力实现组织凝结和切割的激光手术刀,适用于可直接接触治疗目标的手术操作,但难以满足腔镜环境下血管凝结或切割在狭长区域上温度分布均匀的需求。为解决上述问题,受侧发光光纤双光源匀光方式的启发,通过棱镜和镀膜的组合,设计了一种虚拟双光源光路,将单根光纤光束调整为侧向条形分布光源,该光源照射金属后利用光热转换进一步改善金属刀头表面温度的均匀性,实现腔镜环境下血管凝结或切割的温度可控。仿真结果表明,通过该光路设计可得到长约14~17mm宽2mm的条形分布光源,金属面的辐照度相对标准偏差约为40%~60%,当波长为980nm的8W激光器照射金属3s时,与组织接触面达到凝结所需温度,温度相对标准偏差为3.55%,验证了腔镜环境下激光热致止血刀的可行性。     

光纤甲烷气体传感器的研究

在对甲烷气体分子近红外吸收光谱分析的基础上,采用1.66μm分布反馈式半导体激光器作为光源,应用二次谐波检测技术,实现对甲烷气体的浓度检测,检测的灵敏度为7×10-5/m。大气和工业污染中的其他气体分子的含量也可通过调换光源及相应的光学器件采用类似的方法测量。     

LightTools软件在均匀光分布的照明系统设计中的应用

以模拟单颗LED的均匀配光为例,介绍了LightTools软件在照明系统设计中的应用,以便更进一步地掌握和使用LightTools软件。文中借助LightTools软件,在单颗LED上建立反光杯模型,在反光杯出光口建立透镜阵列,并在目标照射面上建立目标区域的强度网格,通过LightTools软件的优化模块进行优化后,可在目标区域得到均匀的光强分布。利用LightTools软件进行辅助设计和优化模拟,具有很高的可信度,也可以大大缩短照明设计的周期。     

基于微透镜阵列生成特定矩形光斑的TIR组合透镜设计与仿真

LED功率的不断增大使其逐渐替代传统光源,并广泛用于各种照明光源。在某些室内照明以及道路照明设计中,通常需要借助LED透镜产生矩形光斑从而充分利用光能避免浪费。利用Light Tools软件设计了一种全内反射(total internal reflection,TIR)透镜与特定微型透镜阵列的组合透镜,设置TIR准直透镜透射曲面和全反射曲面为二次曲面,并对其进行准直优化。然后建立单个微型透镜,设置单个矩形微透镜长宽比分别为1∶1、3∶2和4∶3,并将其阵列化。通过改变微型透镜的尺寸以及球面曲率半径进行进一步优化,最后生成与微型透镜长宽比对应的均匀矩形光斑,从而满足不同矩形照明区域的照明需求。     

高速列车驾驶界面设计中的照明眩光评估

高速列车驾驶环境中的照明眩光对界面设计有着十分重要的影响,如何在设计阶段对眩光进行有效的评估,是目前高速列车驾驶界面设计中面临的一个难题。针对高速列车驾驶界面照明环境复杂,眩光源的形状和边界难以判定,眩光计算参数值难以准确采集等问题,提出一种基于统一眩光评估(Unified glare rating,UGR)公式和小光源UGR修正公式的高速列车驾驶界面照明眩光评估模型,在利用视觉仿真方法获得包含驾驶员视觉仿真图像及其每一像素点光度学信息的基础上,通过对视觉仿真图像内的眩光源像素点进行判定、整合和筛除,获取高速列车驾驶界面照明眩光评估模型计算参数值,实现高速列车驾驶界面的眩光评估。采用被试主观评价试验对CRH3型车驾驶界面的12种照明方案进行眩光评估,并与提出的基于视觉仿真的照明眩光评估方法的计算结果进行对比分析,分析结果表明提出的方法与主观感受具有显著的线性关系。该方法可在设计阶段对高速列车驾驶环境照明眩光进行有效评估,为驾驶界面相关设计与优化提供指导。     

应用于工业扫描枪的照明系统设计

针对工业扫描枪扫描时对被扫描面的照明要求,对扫描枪照明模块进行设计。与传统的商用小型扫描枪比,设计的工业扫描枪可实现更大面积均匀矩形的照明光斑,灵敏度与照明面的锐利度都有所提升。采用两种设计方案:一种方案通过拟合一个自由曲面,使光源经过自由曲面后得到所需光斑;另一种基于传统非成像原理设计的照明光路,使用复眼匀光得到所需光斑;根据市场需求,两种设计方案均可在被扫描面距离扫描枪350 mm处呈350 mm×230 mm的均匀矩形照明面,且照明轴上点的强度大于0.2 W/cm2,全部照明面均匀度大于75%。     

液晶投影机光棒照明系统的分析与设计

提出了一种采用光棒为光积分元件、PBS棱镜为偏振转换元件的液晶投影机照明系统,分析了影响照明系统性能的主要因素,进而提出了相应的设计方法,设计与实际取得了良好的一致。     

城市级数字景观照明信息与控制系统构建方法研究

基于上海市临港新城的数字化规划与建设,提出了城市级数字景观照明系统的规划与设计方法;通过系统集成方法的运用,在数字照明与绿色照明的前提下,研究了城市级数字与景观照明系统整体框架及其子功能平台的构成和运作方法,以及整个城市级景观照明系统的核心--数字与景观照明控制协议,由此形成了整个城市级数字与景观照明控制系统的构建方法及相关的技术体系;并提出了关于景观照明可控程度、数字照明设计与控制全信息模型等新概念.     

模块化等亮度LED路灯设计

针对当前LED路灯照明采用照度均匀的设计方法无法满足道路照明实际需求的情况,通过推导自由母线的偏微分方程,在研究路灯配光特性的基础上,应用SolidWorks软件建立LED路灯的光学模型,将光学模型导入TracePro软件进行仿真,应用DIALux软件模拟实际道路场景和路面的光照情况,完成一款符合国家标准的LED道路照明灯具配光设计。设计灯具的路面亮度总均匀度和路面纵向均匀度分别为0.82和0.77,都高于国家照明标准,既满足亮度均匀性的要求,也满足照度均匀性的要求。并研发了一款全新的模块化灯具结构,实用方便,市场前景广阔。     

一款新型LED台灯的设计

为了设计一款配光简单、光照均匀的LED台灯,从抛物线的光学特性出发,详细说明了LED光源的放置位置对出光效果的影响。证明了把LED面光源放置在中心轴上焦点与抛物线顶点之间的适当位置,可以使光线均匀发散。利用抛物线的这个特性,经过多次实验把单颗LED面光源放在旋转抛物反光镜顶点与焦点之间的正确位置,在距台灯400 mm、面积为1 000mm×1 000mm的平面得到了均匀的光照。在总体光通量基本不变的情况下,把10个如此配光组合按一定尺寸排列成2×5分布的光源模块,能很好地达到台灯的标准配光要求。     

一种利用自由曲面透镜的LED路灯配光设计与研究

随着半导体照明技术的发展,LED路灯应用日益广泛。其二次配光设计对LED路灯照明具有重要的作用。LED路灯应用中,为了使其照度和照度均匀度满足一定的要求,设计采用了自由曲面透镜的二次配光。根据折射定律、目标照明面光分布和照度均匀建立自由曲面的方程,数值法求得面型数据并导入建模软件拟合成透镜实体,对利用自由曲面透镜配光的LED及LED路灯进行了光线追迹仿真及分析。结果表明基于自由曲面透镜的LED路灯具有较好的照度、亮度和均匀度。     

广场智能照明系统的构成及应用

本文论述了智能照明系统的结构和重要作用,与传统照明控制系统作了详细的对比,指出智能照明系统有很大的发挥空间,在灯光控制中的应用会越来越广泛.