均匀会聚菲涅尔透镜设计及性能研究

提出了一种均匀会聚菲涅尔透镜设计方案,透镜基于离轴聚焦设计,采用方形非旋转对称结构,利用光强叠加实现均匀会聚.文章基于该方法建立了几何聚光比分别为56、100、400和900倍,焦距分别为300 mm、400 mm、500和600 mm的透镜模型,并利用光学仿真软件对其聚光性能进行分析.研究结果表明:基于该方法设计的透镜能够较好地实现均匀会聚,且聚光效率和聚光分布均匀度均超过80％,可以满足聚光光伏需要.     

基于自由曲面和菲涅尔透镜的LED汽车后雾灯设计

自由曲面透镜由一组非规则的曲面元组成,由这些曲面元通过改变其方位角度达到理想的配光要求,自主控制后雾灯各个投射区域,有效地控制其光场.菲涅尔透镜可将LED光源发出的光束转化成平行光.根据汽车后雾灯标准GB-11554的配光要求,采用以抛物面为基础的自由曲面和菲涅尔透镜相结合,结合实际的参数,通过3D设计软件Solidw...     

离子束刻蚀法制作菲涅耳透镜

由于衍射光学元件独特色的色散特性及体积小、重量轻可进行复制等优点,它在国防、生产及科研等领域的作用越来越重要,应用于光学成像系统,不仅能改善系统成像质量,而且能实现系统的轻量化、小型化,增加系统设计的自由度。使用离子束刻蚀法制作的16阶菲涅耳透镜应用于折衍混合CCD相机;测量菲涅耳透镜的衍射效率并分析了影响衍射效率的因素。     

用于光丝激光雷达收集系统的非球面环带菲涅耳透镜设计

为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求,提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法,并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜,使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真,收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明：在400～950 nm光谱范围内,设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响,具有较高的能量收集效率,提高了系统光能利用率,满足系统性能指标要求。     

薄膜沉积法制作菲涅耳透镜

衍射光学元件在国防、生产及科研等领域起着为越重要的作用。衍射光学元件的制作技术主要包括激光或电子束直写、反应离子刻蚀、离子束铣及薄膜沉积。薄膜沉积法具有精确控制台阶高度及台阶表面较光滑的优点。使用薄膜沉积法制作１６阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化、小型化、增加系统设计的自由度,屯菲涅耳透镜的衍射效率并分析产生误差的原因。     

太阳能采集用1000mm口径菲涅耳透镜设计

针对太阳能利用率较低、光伏发电成本过高的问题,从聚光器的角度出发,采用菲涅耳透镜对太阳光进行聚焦.在分析菲涅耳透镜结构的基础上,提出了透镜主要性能指标,设计了一个满足要求的1 000 mm口径透镜,对聚光时透镜位置的放置进行了讨论.该设计具有一定的通用性,可以适用于其他大口径的菲涅耳透镜设计,对于促进太阳能采集发展具有重要意义.     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试

提出了一种测试菲涅耳微透镜列阵衍射效率的有效方法，采用Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为测试光源，利用计算机辅助测试构成了一个衍射效率测试光路系统，对测试原理进行了分析，该方法具有简便易行的特点，适于测试具有微小单元尺寸、周期密排的二元微光学元件的衍射效率。     

菲涅耳透镜式可变焦液晶透镜

液晶具有其它光学材料所不具备的特长，仅以几伏的低电压，即可使其有效折射率从非常光(e光)到寻常光(o光)实现连续可变控制。它不仅可制成平面式显示器，而且有望被应用到各种光学仪器上。本文对光学特性较易被控制的向列液晶及以其为光学材料制成的具有焦点可变特性的液晶透镜，作如下叙述。     

特殊面形的菲涅尔透镜的设计与分析

对连续位相型菲涅尔透镜的设计，采用简单的线性面形代替复杂的抛物面面形有可能降低控制面形的难度，文中分析了这两种面形的差异，通过数值模拟，发现采用线性面形时光学函数和点扩散函数十分接近理想函数，从而在理论上论证了这种代替的可行性。     

用于LED 平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。     

基于补偿法的均匀照明自由曲面LED反光杯设计

根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心。根据Snell定律,以上边缘点为初始点,逐一迭代得母线上各点坐标,旋转或拉伸生成所求反光杯。在Tracepro软件中的模拟结果表明对圆形或正方形目标照度均匀性均优于85%,且系统能量利用率仅由LED出光角度和反光杯反射系数决定,该结构可使LED光源用于大范围照明。     

一种面向LED扩展光源的道路配光设计

在多车道的道路照明中,需要非对称矩形配光。本文根据非成像光学理论,建立点光源空间与目标照明面之间的拓扑关系,采用合适的反馈优化方法,获得面向扩展光源且在路面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器,仿真结果表明,配光后光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内,且实现了非对称的配光,横向照度均匀度达到了85%,纵向照度均匀度达到了80%,满足道路照明要求;并且通过开模实际测试出整体的照度均匀度为80.13%,验证仿真结果以及证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。     

直下式LED平板灯的均匀照明设计

针对超薄LED 平板灯导光板价格昂贵以及传统直下 式LED 平板灯厚度厚和LED 数量多等 问题,设 计了新型直下式LED 平板灯。基于边缘光线理论,对光源和目标面进行网格划分并形成映射 关系,由Snell 公式推导出内外自由曲面的微分方程,采用迭代法计算出内外自由曲面数据,设计实现适用 于直下式LED 平板灯的大角度二次光学透镜。研究表明:双自由曲面大角度透镜可实现对LED 150°的大角度配光,其照 度均匀度为0.86,且能量利用率为99.5%。在 不同厚度下,利用大角度二次光学透镜的LED单元阵列距高 比(D/H)约等于3时,目标面上的照度均匀度均达到0.88以上。通过对新型直下式LED平板灯照明效果 进行模拟,结果完全满足国家建筑照明设计标准,且LED的使用数量为相同功率下传统直下 式LED平板灯的30%,减小了20mm的厚度,大 大降低了LED平板灯的生产成本。     

LED照明的光学器件设计与仿真

大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。     

自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

由于LED配光特性不同于传统光源,为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性,提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理,在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系,基于非成像光学理论,采用照度优化设计法,运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值,并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真,最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准,系统的光学效率得到显著提高,可达到91%。     

用透镜阵聚焦实现均匀辐照的计算机分析

本文通过靶面光场的计算机分析,考证了用透镜列阵实现高功率激光对靶面的均匀辐照的特点,并提出一种单元列阵透镜同心度公差方向的星型排布方法,能使二维多光束干涉斑纹更密,有利于均匀性及实验的要求。     

旋转轴对称LED均匀照明系统设计方法

基于边缘光学理论,提出了一种应用于LED照明的光学系统设计方法,分别实现基于透镜和反射器的LED均匀照明光学系统,可在一特定距离的目标面上形成均匀圆形光斑。采用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对两种光学系统进行模拟仿真,结果显示,目标面上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于90%。     

Optimization and integration of LED array for uniform illumination distribution

A design method for light-emitting diode （LED） array is proposed to achieve a good uniform illumination distribution on target plane. By using random walk algorithm, the basic LED array modules are optimized ftrstly. The optimized basic arrays can generate uniform illumination distribution on their target plane. The optimized basic LED array mod- ules can be integrated into a large LED array module with more than tens of LEDs. In the large array, we can select a sub-array with K LEDs （K〉7）, which can produce the good uniform illumination distribution. By this way, we design two LED arrays which consist of 21 and 25 LEDs, respectively. The 21-LED array and 25-LED array can generate uniform illumination distributions with the uniformities of 95% and 90%, respectively.     

非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法

传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。