自由曲面照明透镜的应用研究

根据已知光辐射分布特性的光源,通过设计合适的配光透镜,形成目标观察面上特定的照度分布或空间的光强分布,比如说形成照度均匀的矩形光斑.依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法.该方法在确定了能量映射方式和单面自由曲面透镜的初始结构后,由矢量形式的折射定律和光通量守恒定律,建立光源的光线、最终出射光线及入射点的法向矢量的关系方程组,进而得到此方程组的数值解,并通过CAD软件的逆向工程建模即得到设计的透镜.介绍了此方法的多个实例.由于半导体光源LED体积小,可近似看成点光源,非常有利于使用自由曲面法进行二次光学设计.     

一种实现LED光源均匀照明的透镜设计

为解决大功率LED难以直接应用于照明的问题,设计了一款适用单芯片大功率LED的透镜,可在特定照明面上实现均匀照明。根据朗伯型光源辐射特性,采用折射和反射结构,先进行理论计算设计自由曲面面型,再利用Tracepro的交互式优化功能实现对透镜优化。优化得到的透镜经过软件模拟验证,在距离光源200 mm处直径为100 mm的目标照明面内照度均匀性优于87%;不考虑光能损失,光能利用率高于94%。     

大功率发光二极管路灯的一次光学仿真设计

利用反光碗对芯片出射光的角度限制,应用自由透镜曲面对光的聚光和散光作用,研究大功率发光二极管(LED)的配光曲线.设计反光碗和一次光学透镜,通过优化一次光学系统的参数,实现路灯用大功率LED配光曲线具有蝙蝠翼型,接受面上的光斑呈矩形分布的特征.仿真结果表明:设计可以达到路灯要求的光分布,可实现照度均匀度高达0.846,...     

基于微元能量映射的汽车LED近光灯透镜设计

针对常用汽车LED投射式照明系统近光灯光能利用率低的问题,根据非成像光学原理,研究了LED近光灯近光配光特性与光源光能量、光学自由曲面透镜参数之间的关系,在此基础上提出基于微元能量映射的LED汽车近光灯自由曲面透镜设计方法.为了验证该方法的可行性,利用切面迭代曲面构型法Rhino软件设计了汽车LED近光灯透镜,运用Tracepro光学软件构建了汽车LED近光灯照明系统,然后对该系统进行了计算机仿真.结果表明,所设计的LED近光灯自由曲面透镜产生的光型不但能满足近光灯法规要求,而且光能利用率较常用的汽车LED近光灯照明系统提高23.5%.     

异型光控无眩目车灯

现有行走机械照明配光系统为防眩目,均采用双配光方式,即近光配光和远光配光。近光配光在车辆前方有其他车辆时,形成不致使双方眩目的近距离照明光束;远光配光在车辆前方无其他道路使用者时,形成远距离照明光束。近、远光配光系统一般均用手动(或脚动)开关控制。这种双配光方式受人为因素影响很大,使用不便;又由于远光配光会产生强烈眩目,仍会造成各种交通事故。本发明目的在于提供一种无眩目配光装置,以彻底解决行走机械照明系统眩目问题。它是根据惠更斯原理,采用异型光控方式达到此目的的。     

基于热变形的SOG型菲涅尔透镜优化研究

由硅胶-玻璃材料制成的SOG型菲涅尔透镜在温度变化时会产生热变形,从而对聚光性能产生影响。为了研究如何通过优化措施减弱热变形对透镜聚光性能的影响,在采用有限元方法模拟计算SOG型菲涅尔透镜热变形的基础上,根据均匀优化方法以及改进型补偿色散优化方法设计出两种菲涅尔透镜;并巧妙地将透镜热变形(包括整体翘曲变形和齿环侧面的自由变形)的变形量转化后导入光路理论模型中,解决了热变形参数难于在光路模型得到表达的难题;并成功模拟出变形前后透镜的光斑能量分布。模拟结果表明:SOG型透镜两种变形对均匀优化方法设计的透镜聚光有较大的影响。变形前后光效率相差可以达到10%。同时发现,透镜两种变形对聚光的影响刚好相反。综合两种变形后,热变形对聚光影响减少。从而得出了使用补偿色散的设计方法,可以有效地抵抗热变形对于透镜聚光的影响的结论。     

LED路灯道路模型与照明仿真分析

针对目前LED路灯的道路照明问题,该文采用DIALUX软件对道路照明方案进行模型建立,以雷士照明灯具库为例,研究并分析在固定LED光源功率和配光曲线的前提下,LED路灯的照明效果是否满足国际照明标准CIE。根据光学仿真建模分析结果,得出影响LED路灯照明效果的关键因素:照明器的安装方式;LED灯杆的安装高度;LED灯杆的安装距离;照明器光源功率;照明器的配光曲线。并提出有效可行的LED道路照明解决方案,同时提高学生的学习兴趣和授课效果。     

大型LED双面广告灯箱矢量设计方法

针对发光二极管(LED)广告灯箱近距离、大面积、非对称照明的特点,提出一种基于配光曲线的LED广告灯箱反射面矢量设计方法.根据目标面照度分布要求,对比添加反射面前的目标面照度变化,得到满足均匀照明的广告灯箱配光曲线.使用剪裁法确定反射面的斜率,建立直射光线和反射光线的有效叠加和补偿,实现均匀照明的要求.运用LightTools软件对设计进行模拟仿真,结果表明:目标照度均匀度达到85%,能量利用率超过80%.     

处理光滑曲面上指印光斑方法的实验研究

目的解决并处理曲面上指印物证照片光斑影响难题。方法提取拍照时,利用不同配光角度记录两次相同背景相同反差但光斑位置不同的照片,利用PhotoShop软件"橡皮擦"工具进行图像拼合,达到去除光斑的目的。结果图像处理后的物证照片即消除了光斑又能反映纹线细节的检验效果。结论处理曲面上指印时,图像拼接法是一种可以去除光斑影响的有效方法。     

透镜式立体液晶显示的模拟仿真

为优化透镜式立体液晶显示器的设计,通过ASAP光学软件对系统进行建模仿真.系统模型包括背光系统、液晶屏和透镜式光栅系统.通过优化直下型背光系统使其提供均匀、高亮度的光照,通过优化透镜式光栅系统使其分离左右眼图像对形成更好的立体视觉效果.最后给出了17寸(431.8 mm)透镜式立体液晶显示系统的技术参数,并进行了建模仿真分析.结果表明:该软件模拟仿真可以实现单用户、单立体视区的立体视觉,并能够验证设计的效果和优化设计.     

太阳模拟器光源离焦对光斑的影响分析

针对聚焦型太阳模拟器光源离焦量与光斑辐照度的关系开展了研究,以聚焦型太阳模拟器光学系统为研究对象,根据某型号的短弧氙灯及其椭球聚光镜进行模拟计算,依据氙灯能量分布图及其配光曲线,将发光体简化为两端不发射光线、侧面发射光线的柱形发光体。在光学模拟软件TracePro中将简化的发光体及其椭球聚光镜进行建模,主要模拟光源轴向及其径向离焦对光斑的影响。结果表明,光源离焦对光斑辐照度平均值影响不大,但是对光斑辐照度的最大值、光斑辐照度分布形式、光斑面积有很大的影响。依据以上分析结果可以为太阳模拟器调焦系统方面的设计提供理论上的数据参考,对该类型的太阳模拟器装调也具有指导意义。     

矩形波导管均匀高斯光束的初步理论研究

波导管均匀光束能量分布是一种经济实用、方便可行的方法,在激光LIGA(德文缩写:深度X射线光刻、电铸成模、微塑铸)、激光微成型等新兴领域有着重要的应用,然而关于波导管均匀准分子、固体激光光斑能量分布的理论研究还没有成熟可靠的方法.本文提出了一种基于经典光线传播的均匀光斑能量的简单模型,探讨了一维高斯光束经矩形波导管后的能量分布均匀性问题,得到了波导管均匀光斑能量的表达式,阐明了经矩形波导管后光斑横截面能量分布与透镜、波导管尺寸以及输出截面的关系,为实验中波导管的加工、实验设计提供了理论依据和指导.     

圆柱形光电探测器透镜聚光特性研究

运用透镜聚光原理,以光线追迹法建立平行光偏转角α与透镜焦距、光强分布的光学仿真模型,模拟仿真得到随偏转角α的变化焦平面聚焦光斑位置与光强分布图,进一步研究分析光焦斑位置大小变化、焦距长度和光强分布特性.结果表明:平行主光轴的入射光线经透镜后光斑区域集中、光强分布均匀,并且随α的增大,焦斑中心位置偏离主光轴越大,且焦斑区域的光强分布越不均匀.结论为光电探测器设计需要确定圆柱的高度和半径等参数提供了理论参考依据.     

基于EDEM的小蚕饲喂机的性能分析与优化

小蚕共育饲喂过程中,饲喂机械多采用撒喂方式.针对饲喂机械桑叶撒喂均匀性不够、饲喂精度不足等问题,以一种桑叶饲喂机为研究对象,阐述了该饲喂机的基本结构与工作原理,采用SolidWorks对该饲喂机进行建模,并在离散元软件EDEM仿真环境下,以输送带速度、赶料辊转速以及输送倾角为影响因子,设计了正交试验,研究其对桑叶撒喂均...     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形.运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算井得到了光束发散角.实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33 mm,光束的发散角为042°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗.     

基于混合离散复合形法的工程优化设计

针对工程中大量存在的设计变量为离散型和连续型的混合离散变量优化设计问题,提出了连续变量及非均匀离散变量的均匀离散化处理方法,并借鉴离散变量的搜索优化法,在连续变量的复合形法基础上,探讨了一种求解有约束非线性混合离散变量的优化设计问题的方法———混合离散复合形法。算例表明,混合离散复合形法可用于工程结构优化设计中,其结果不需圆整,解题可靠性和效率大大提高。     

高斯光束拟合及匹配小软件

文章提供了一个用于对高斯光束进行拟合及匹配的软件.软件由"高斯光束拟合"和"腰斑匹配"两部分组成.对于"拟合"功能,用户只需输入测得的高斯光束光斑半径和相应的光斑位置等实验数据,即可拟合出高斯光束的腰斑半径及腰斑位置.对于"腰斑匹配"功能,输入初始光束和目标光束的腰斑半径、它们之间的距离以及用户现有的两个透镜的焦距,大约10 s就能给出透镜的相应位置,即匹配方案.对于某些特定的透镜组合还可能同时给出多种匹配方式.     

模块化多焦点式和环面聚焦式菲涅尔透镜的设计及光学性能分析

基于菲涅尔透镜设计原理,提出模块化多焦点式和环面聚焦式菲涅尔透镜的设计方法,并进行了理论设计与模拟.结果表明:(1)采用模块化多焦点式菲涅尔透镜可使焦斑能量在接收面重新分布、焦斑总体能量均匀;(2)对于环面聚焦式菲涅尔透镜,环状焦面越多、越密集,接收面上的能量分布将越均匀.两种透镜结构均能很好的提高聚光辐照均匀性.     

嘉峪关市雄关广场夜景亮化工程设计

介绍了嘉峪关市雄关广场亮化工程设计的主题、构思、设计方案,并按照雄关广场的功能区域划分,具体介绍了各区域所采用的照明方式、布灯方法、灯具选型、光源选择、配光效果及照明控制方式等,重点结合各区域的主题构思,阐述了灯光配置及所应达到的效果。     

地下车库灯光智能控制系统

传统的地下车库照明主要采用人工控制方式,通常是让大部分灯具保持长久照明,这种方式极大地浪费了电能。针对以上问题,设计一种地下车库灯光智能控制系统。该系统在对车库环境合理建模的基础上,通过采用一种新型的智能灯光控制器,利用经典的A*搜索算法,结合已有的车牌识别技术,不仅能够合理控制车库内的照明,避免长明灯现象,还能利用灯光对车库内车辆到达指定位置进行导航。本文对一个具体车库实例利用A*搜索算法进行了从入口到指定车位的路径计算,并做了仿真演示,结果表明本系统运行可靠,节能实用。