基于LED阵列光源的太阳模拟器

针对目前LED太阳模拟器辐照度低、光谱匹配性差等不足,提出一种由LED阵列光源,菲涅尔透镜、光学积分器、准直物镜组成的LED太阳模拟器。首先根据多光谱拟合理论,在400~1 100nm优选15种不同波段的LED光源,计算出光源所需功率,实现太阳光谱的精确匹配。其次优化设计了菲涅尔透镜、光学积分器以及准直物镜,校正了太阳模拟器的像差,提高了太阳模拟器的能量利用效率以及辐照均匀性,并利用LightTools软件对所设计的光学系统进行仿真分析。最后搭建了光学系统实验装置,测试结果表明:100mm×100mm内的辐照度达到1 376.3 W/m~2;拟合的太阳光谱匹配度达到AM1.5条件中的A级,辐照不均匀度为±1.73%,辐照不稳定度为±0.82%,综合性能指标达到太阳模拟器中的3A级水平。     

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。     

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。     

大面积发散太阳模拟器的均匀照明

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的工作原理及旁瓣效应的产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上的强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称的性质,实现了氙灯空间光强分布的模拟;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:大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000mm,辐照面直径为1 500mm,辐照均匀度为92.8%,满足均匀照明的使用需求。     

太阳电池测试系统设计

为满足太阳电池生产企业需求,采用长弧脉冲疝灯加光学系统组成太阳模拟器,设计了一种太阳电池组件测试系统,用于测试太阳电池各种参数。测试结果表明,该测试系统的光谱匹配度及辐照不均匀度均达到A等级技术指标要求。     

大辐照面积发散太阳模拟器光轴调整方法

为实现大辐照面积发散太阳模拟器的光轴调整,结合太阳模拟器光学系统的组成,提出了一种太阳模拟器光轴调整方法。首先分析了装调基准光轴的建立依据,设计了基准光轴的建立方法;其次提出了转向平面反射镜组、组合聚光镜和积分器组的装调方法;最后分析了倾斜调整结构设计原则与最佳支撑布置方式,基于等边三角形3点支撑形式,设计了转向平面反射镜组的光轴一致性误差补偿结构。装调后实验结果表明,太阳模拟器工作距离在20 000 mm处,光斑直径为1 540 mm,辐照强度为1 370 W/m~2,辐照不均匀性为8.8%,满足太阳模拟器技术指标要求,为太阳模拟器光学系统提供一种装调思路。     

基于MEMS的数字式太阳敏感器光学系统设计

从标量的菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立基于圆孔结构的数字式太阳敏感器光学系统成像模型,在计算机上实现光学系统的数值仿真,并根据数值仿真的结果进行光学系统参数的设计。针对所设计的光学系统,利用太阳模拟器完成了地面实验,实验结果表明,光学系统设计合理,能满足微小卫星对敏感器小型化、高精度的要求。     

一种适用于CPV的太阳模拟器的光学结构与分析

太阳模拟器是聚光光伏(CPV)领域内对电池片、组件及系统进行在线检测的一种必不可少的光源设备,其要求辐照度大于800 W/m2,准直角度小,辐照度均匀,光谱接近AM1.5。要同时达到这些指标有一定的难度。通过分析实现既辐照均匀又辐照准直的太阳模拟器需要克服的因素,提出了一种太阳模拟器结构方案以满足上述要求。同时,配比不同焦距的准直透镜还可实现辐照面积可调。利用ZEMAX软件对该结构进行了仿真,验证了该方案的实现效果。     

太阳模拟技术

介绍了太阳模拟技术研究中要遵循的设计准则及基本概念。给出了相应的计算公式。对太阳模拟技术中应用的光学系统形式及其基本原理进行了阐述。较详细的对聚光系统的优化设计,提高系统聚光效率进行了论述。分析了光学积分器对系统辐照不均匀度的影响,给出了两种积分器形式及相应的计算公式。     

气象用太阳模拟器光学系统仿真

气象用太阳模拟器主要应用于总辐射表检测,对辐照均匀性有较高的要求,光学系统设计难度较大。本文介绍了如何用lighttools软件进行光学系统建模,分析辐照均匀性,为光学系统设计及装调提供有效的指导,其中,短弧氙灯是整个建模的关键,根据短弧氙灯的发光机理及其亮度曲线,用嵌套的圆柱和球体光源来仿真氙灯的发光,通过蒙特卡洛光线追迹,仿真出来的配光曲线和实际的很接近,符合建模要求。最后,分别用一维、二维、三维分析图表示辐照度分布。通过数据分析,整个口径范围内辐照不均匀度为±4.2%,有效口径φ100m范围内,辐照不均匀度为±2.0%。     

LED铁路信号灯的光学系统研究

随着大功率LED光源和照明技术的发展,LED已经广泛地应用于照明领域,这也给灯具的配光设计带来了新的挑战.从LED光源应用于铁路信号灯的实际要求出发,对LED铁路信号灯的光学系统和灯具的配光进行了研究,设计出了一种透镜型的光学结构,并通过光学软件Tracepro进行了模拟仿真,从而达到了铁路信号灯要求的光强度和光束散角...     

Remote focusing in confocal microscopy by means of a modified Alvarez lens

Alvarez lenses are actuated lens‐pairs which allow one to tune the optical power by mechanical displacement of subelements. Here, we show that a recently realized modified Alvarez lens design which does not require mechanical actuation can be integrated into a confocal microscope. Instead of mechanically moving them, the sublenses are imaged onto each other in a 4f‐configuration, where the lateral image shift leading to a change in optical power is created by a galvo‐mirror. The avoidance of mechanical lens shifts leads to a large speed gain for axial (and hence also 3D) image scans compared to classical Alvarez lenses. We demonstrate that the suggested operation principle is compatible with confocal microscopy. In order to optimize the system, we have drawn advantage of the flexibility a liquid‐crystal spatial light modulator offers for the implementation. For given specifications, dedicated diffractive optical elements or freeform elements can be used in combination with resonant galvo‐scanners or acousto‐optic beam deflectors, to achieve even faster z‐scans than reported here, reaching video rate.     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

飞行目标实况记录系统光机结构设计

在对飞行目标的实际情况监视和记录时,实况记录系统是一种非常重要的电视设备。变焦距望远镜是其重要的组成部分,介绍了变焦距镜头对像面补偿时常用的机械补偿和光学补偿的优缺点。并根据某实况记录项目的指标要求,详细地论述了光学系统的方案确定,主光学系统和凸轮变焦距系统的结构设计。对完成的实况记录系统进行了检测,其光学系统的目视鉴别率达到了53l p/mm,不仅各项技术指标达到要求,对其他同类型变焦距镜头的设计具有一定的借鉴作用。     

非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头成像建模和校正

非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头是面向视频监控应用的一种新型鱼眼镜头,与传统的鱼眼镜头不同,非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头采用非角对称光学系统设计原理,其有效成像面为椭圆,并且采用非线性畸变分布成像函数,能够实现对大视场中关键区域的增强畸变。通过对其非相似成像的研究,建立一种全方向光线跟踪下的镜头成像混合畸变模型,使用B样条曲面和曲线分别拟合径向和切向畸变函数,然后通过五面立体角度标定空间实现对镜头成像函数的精确标定,最后实现畸变图像的校正。     

太阳能集热装置随动跟踪液压系统设计

太阳能以其安全、清洁、无污染、储量丰富等优点逐渐受到人们的关注。针对其密度低、光照方向变化等特点,发明了跟踪装置以提高太阳能的利用率。为了提高跟踪装置精度,降低制造成本,对现有视日运动轨迹式跟踪装置提出了改进方案。设计了一种新型跟踪装置,采用液压马达驱动液压绞车带动反射镜转动跟随太阳,避免了采用双液压缸驱动时所需要的复杂轨迹规划。利用单片机控制实现装置的自动运行,设计了完整的液压驱动方案,详细描述了其工作原理,通过MATLAB仿真验证了跟踪装置液压系统的可行性。     

太阳光栅光谱仪方案设计

简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。