用于LED均匀照明的自由曲面菲涅耳TIR透镜光学设计

为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射（TIR）透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面。采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面。通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2 mm×2 mm时,其远场照度均匀性为82%,光效为96.6%,透镜质量为21.94 g。与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2%,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20%。这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果。     

热释电红外探测器的元器件(二) 热释电红外传感器

热释电红外探测器是由热释电红外传感器(指陶瓷型,下同)、菲涅耳透镜及电子电路组成的一种光电检测装置,它能不接触地检测人体运动时辐射出的红外线并转换成电信号输出。本文介绍热释电红外传感器及与其配套的菲涅耳透镜。热释电红外传感器1.热释电效应 某些强介电物质的表面接受了红外线的辐射能量,其表面产生温度变化,随着温度的上升或下降,在这些物质表面上就会产生电荷的变化,这种现象称为热释电效应,是热电效应的一种。这种现象在钛酸钡之类的强介电质材料上表现得特别显著。若在钛酸钡一类的晶体的上下表面镀膜形成电极,在上表面加以…     

入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响

使用离子束刻蚀法成功制作高衍射效率 16阶菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的衍射效率是评价菲涅耳透镜质量的一个重要指标。对于宽带光学系统 ,除设计、制作误差外 ,入射光波波长对菲涅耳透镜的衍射效率也有影响。针对宽带折衍混合光学系统 ,分析不同入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响。使用四种不同光源 ,对菲涅耳透镜的衍射效率进行测试。指出在短波方向 ,衍射效率下降较多 ;在长波方向 ,衍射效率下降较少     

采用微刀具的菲涅耳器件超精密制造方法

菲涅耳器件是红外传感器等领域不可或缺的高性能光学元件.其高效和高精度的制造方法是目前研究的重点.文中借助单点金刚石切削技术实现菲涅耳器件加工,采用半圆头型刀具有效减小不可切削区域,并基于聚焦离子束微加工方法进行微刀具制备.对所提出方法的关键技术和制造工艺进行了详细论述.对不同应用领域的两类菲涅耳器件进行加工实验.并建立光学测试平台进行光学性能分析.实验结果表明:所提出的方法可满足菲涅耳器件的应用需求.     

一种获得平顶激光光强分布的方法

从Huygens-Fresnel衍射积分出发,计算高斯光束经过初级球差透镜聚焦之后的衍射光场.数值结果表明,当透镜的球差系数为负时,在聚焦光场的两个位置,得到了平顶激光光强分布.还讨论了透镜的菲涅耳数对平顶激光光强分布及其出现位置的影响.结果表明,透镜的菲涅耳数愈小,出现平顶激光光强分布的位置愈往聚焦透镜移动.并且,当透镜的菲涅耳数较小时,平顶激光光强分布的顶部呈现光强调制.计算结果表明,负球差透镜可作为获得平顶激光光强分布的简单方法.     

红外自控LED节能灯具设计方案探索

简介由热释电红外传感器、菲涅尔透镜、信号放大处理和控制集电路组成的红外自控LED节能灯具系统设计方案.     

一种分数相关尺度畸变不变识别新方法

推导了“菲涅耳衍射透镜相位变换”及“透镜相位变换菲涅耳衍射”两种光学单元所遵从的约束关系,并基于此提出了一种分数相关尺度畸变不变识别方法。数值模拟试验结果表明,对于一个尺度畸变的待识别输入,当传统相关已无法正确识别时,该方法仍能够较好地识别畸变目标。     

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.     

热释电红外探测元器件(三) 菲涅耳透镜与外壳

~~热释电红外探测元器件(三) 菲涅耳透镜与外壳@胡伟生 @方佩敏     

透镜成象的广义傅里叶变换分析

在菲涅耳衍射与广义傅里叶变换关系的理论基础上,引入负广义傅里叶变换阶分析透镜的成象过程,证明了象面的曲率半径与用菲涅耳衍射分析的结论一致,透镜成象可看成是连续两次广义傅里叶变换.     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

用胶木板制作的卫星接收天线反射器

电视卫星接收天线用抛物形反射器完成反射聚焦电信号的功能,是大家比较熟悉的,但不是唯一能够完成上述功能的反射器。目前,世界上第一个依据菲涅耳透镜原理用胶木板制成的卫星接收天线反射器已由加拿大科学部罗伯特试制成功。这种反射器不仅成本极低且性能优良,某些方面使得传统的抛物形反射器望尘莫及,下面介绍它的原理及设计制作方法。一、菲涅耳透镜的理论要点 1815年法国物理学家菲涅耳首先发明了以他名字命名的菲涅耳透镜。通常菲涅耳透镜被     

简易呼吸运动传感器

比利时研究人员发明了一种呼吸运动传感器，使用红外探测器与菲涅耳透镜，可以昼夜工作，以监视患者胸部的扩张，以及其呼出的暖空气。此装置成人、婴儿均可使用，也可用于兽医诊治。如果呼吸长期停止，装置可以触发本机或遥控报警系统。     

可见光通信中菲涅耳透镜仿真设计与优化

可见光通信是一种在白光LED技术上发展起来的新兴光无线通信技术,具有发射功率高、无电磁干扰等优点。相比常规透镜,在可见光通信系统的光接收天线上,使用菲涅耳透镜可以降低成本,减小透镜厚度和接收焦距。本文利用Zemax软件对菲涅耳透镜进行了设计、仿真与优化,首先分析了透镜设计技术要求,提出了基于菲涅耳透镜的设计与仿真方法及参数设置,然后对几类透镜进行了仿真与性能分析,在此基础上进行了透镜设计优化。结果表明,在光垂直入射且探测器尺寸为1.5×1.5mm2情况下,可保证F数＜1,并得到优化的透镜结构和参数,使集光效率达到90%,为基于菲涅耳透镜的天线设计提供了理论与应用基础。     

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。     

运动检测与定位的热释电红外传感新方法

针对人体目标运动检测与定位,提出了一种新型的热释电红外感知方法,采用递阶的体系结构对菲涅尔透镜的视场(FoV)进行空间调制。首先,对单个传感器节点上的多个热释电红外(PIR)传感器及其菲涅尔透镜的FoV进行环形调制编码,实现单自由度的FoV细分;然后,利用相邻的3个传感器节点相互协作定位。实验表明,该方法具有计算简单、鲁棒性好等优点。     

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。     

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。     

光互连模块中位相型菲涅耳微透镜列阵的研制与应用

本文分析了位相型菲涅耳透镜的设计原理研制了四位相菲涅耳微镜列阵并应用于全交叉光互连网络模块中。制作的菲涅耳微透镜列阵具有单元尺寸小，占空比为１００％，焦距短，易于对准，光强分布均匀的优点，能够满足光互连网络小型化，集成化，模块化的需要。     

二元位相型菲涅耳透镜列阵器件的研制及其应用实验

二元位相型菲涅耳透镜列阵器件的研制及其应用实验郭晴，王汝笠，陈高峰，傅艳红，王君（中国科学院上海技术物理研究所，上海２０００８３）二元位相型菲涅耳透镜列阵器件（ＢＰＦＬＡＳ）是二元光学研究的重要内容之一。ＢＰＦＬＡＢ是根据菲涅耳波带片的近轴衍射原理设...