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%。     

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。     

自由曲面慢刀伺服车削加工技术

目前,自由曲面的高速、高精度加工存在很多困难.因此,提出了适用于自由曲面加工的慢刀伺服车削的刀具路径规划方法.该方法考虑节点向量与控制点,采用NURBS曲线拟合刀具路径.NURBS曲线拟合的过程中先预处理离散点,然后将其参数化.再确定节点向量后反求控制顶点.通过调整控制顶点,可以快速的调整曲线的形状,使拟合的过程更加准确.最后对正弦网格表面与微透镜阵列表面进行了加工实验,验证了该加工方法的有效性.     

HPV基因芯片检测装置的匀光照明设计

人乳头瘤病毒(HPV)基因芯片检测装置可读取与分析HPV芯片的杂交点信号值,进而区分不同的HPV病毒类型,而检测装置照明的均匀性关系到HPV芯片图像处理算法的可靠性与难度。为实现均匀照明,优化了矩形LED阵列排布并配置匀光扩散板。首先,分析单个LED灯珠的辐射强度分布,建立矩形LED阵列的理论模型;然后,在仿真软件中建立4行8列的矩形LED阵列模型;最后,搭建HPV基因芯片检测装置进行实验测试。实验结果表明,该照明系统能使70 mm×20 mm的目标被照面的灰度均匀度达到95.6%,满足了HPV基因芯片检测装置均匀照明的要求。     

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。     

基于测量的自由曲面造型与虚拟表示系统的研究

基于自由曲面的测量,通过对测量获取的曲面数据,应用NURBS造型方法对自由曲面进行造型.同时研究了应用OpenGL技术对自由曲面造型中的曲面模型进行虚拟图形表示,开发了一个实用的自由曲面造型系统.该系统主要由曲面模拟模块、数据输入模块、交互修改模块、图形仿真模块及曲面点信息分析模块等组成,讨论了应用于该系统的一些图形技术.     

CATIA软件在汽车逆向设计点云处理技术中的应用研究

应用CATIA软件中的数字曲面编辑器和自由造型模块，对由Tritop和Atos软件得到的汽车车轮挡泥板的点云数据进行了分网和曲面拟合处理，并探讨了在划定点云范围，过滤点云、分网以及拟合曲面过程中的一些技巧和方法，通过误差分析，得出了一些应用CATIA处理点云数据的结论。     

逆向设计中点云处理的应用技术研究

应用CATIA软件中的数字曲面编辑器和自由造型模块，对由Tritop和Atos软件得到的汽车车轮挡泥板的点云数据进行了分网和曲面拟合处理，并探讨了在划定点云范围、过滤点云、分网以及拟合曲面过程中的一些技巧和方法，通过误差分析，得出了一些应用CATIA处理点云数据的分析结论。     

基于离散曲率的自由曲面自适应测量技术

目前,三坐标测量机自由曲面自适应测量方法主要集中于扫描线上的点,这类方法主要研究如何使扫描线上的点分布合理,但对扫描线的分布研究较少。针对此种情况,提出一种基于离散曲率得而自由曲面自适应采样方法,采用该方法得到的采样点分布符合曲面形状,实现了自由曲面的自适应采样。相比于等距采样,该方法能够有效减少采样点的数目;相比于基于扫描线的自适应采样,该方法不需要考虑两条扫描线之间的距离,采样点分布更为合理。     

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。     

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。     

大面积发散太阳模拟器均匀照明方法研究

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统工作原理及旁瓣效应产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称性质,实现了氙灯空间光强分布模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明：当工作距离为20000mm,辐照面直径1500mm范围内,辐照均匀度为92.8%,满足了大面积发散太阳模拟器均匀照明的使用需求。     

高世代平板显示光刻机照明系统中梯形视场的设计与仿真

针对大面积薄膜晶体管(TFT)液晶显示生产中的高世代光刻机(6代以上)照明系统改进,设计了一种新颖的梯形拼接照明视场方案。使用设置在微透镜阵列入瞳处的视场光阑阵列实现了梯形拼接照明视场,同时简化了系统设计。相较于以尼康平板液晶显示器(FPD)光刻机为代表的现有梯形拼接视场方案,提出的设计方案能减少投影物镜的热负担,同时在一定程度上提高照明系统的光能透过率。通过Lighttools建模分析,说明该设计方案能够实现梯形照明视场并且积分均匀性在1%以内,达到了设计预期效果。     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

A novel surface analytical model for cutting linearization error in fast tool/slow slide servo diamond turning

Fast tool/slow slide servo (FTS/SSS) technology plays an important role in machining freeform surfaces for the modern optics industry. The surface accuracy is a sticking factor that demands the need for a long-standing solution to fabricate ultraprecise freeform surfaces accurately and efficiently. However, the analysis of cutting linearization errors in the cutting direction of surface generation has received little attention. Hence, a novel surface analytical model is developed to evaluate the cutting linearization error of all cutting strategies for surface generation. It also optimizes the number of cutting points to meet accuracy requirements. To validate the theoretical cutting linearization errors, a series of machining experiments on sinusoidal wave grid and micro-lens array surfaces has been conducted. The experimental results demonstrate that these surfaces have successfully achieved the surface accuracy requirement of 1 μm with the implementation of the proposed model. These further credit the capability of the surface analytical model as an effective and accurate tool in improving profile accuracies and meeting accuracy requirements.     

F-Theta自由曲面透镜的精密与镜面磨削

针对光学玻璃的F-Theta自由曲面透镜加工困难等问题,提出将金刚石砂轮的椭圆环面代替圆环面,进行F-Theta自由曲面磨削加工,研究形状误差的补偿磨削方法和光学玻璃的镜面磨削工艺。根据F-Theta透镜的自由曲面建立砂轮与工件相切的刀具轨迹法向算法。采用#46粗金刚石砂轮修整成椭圆环面,提出自由曲面磨削的法向误差补偿加工模式。最后,采用#3000超细金刚石砂轮的椭圆环面进行轴向磨削试验。试验结果表明:传统的垂直误差补偿磨削可减小面形误差45.9%及其PV值11.6%;而新提出的法向误差补偿磨削可减小面形误差47.9%及其PV值41.5%。此外,超细砂轮磨削可使得自由曲面的粗糙度达到28 nm,其镜面磨削工艺有别于较粗砂轮磨削工艺。因此,椭圆环面砂轮的法向补偿磨削是提高自由曲面加工精度的有效方法,而且,无需研磨抛光就可以实现光学玻璃的自由曲面镜面磨削。