一种应用于LCoS光机的复眼照明系统仿真设计

复眼照明系统利用复眼透镜，可实现高亮度和较好的亮度均匀性，并且有较成熟的偏振处理方法，在投影系统特别是基于偏振光的投影系统中能提供比光棒照明系统更加高的亮度和好的均匀性的画面，使得光能利用率和图像均匀性有了较大的提高。在对复眼照明系统的原理进行分析的基础上，设计了一种用于投影光机的复眼照明系统，并用Matlab对该系统进行了光线追迹的仿真程序设计。对复眼照明系统的光线追迹进行了仿真。实际应用证明，在LCoS中采用本方案设计的照明系统比光棒照明系统具有更高的亮度和更好的均匀性。     

用于CF-LCoS LED照明的大角度复眼系统共轭成像优化设计

根据LED发光特性以及彩色滤光片式硅基液晶芯片特性,从成像光学的角度导出了复眼照明系统的基本成像公式.在此基础上由彩色滤光片式硅基液晶芯片目标区域的大小及其对光束入射角以及LED经整形以后的光斑尺寸与发散角的要求,根据推导的复眼系统的基本成像公式计算彩色滤光片式硅基液晶芯片复眼照明系统的初始结构,利用复眼照明系统中的多重共轭成像关系,将复眼成像,中继透镜成像分别优化,最后将两者通过孔径与中间像匹配的基本要求进行复眼阵列组合,设计了基于彩色滤光片式硅基液晶芯片的大照度入射光下的复眼照明系统.该系统以较小的复眼数,在保证彩色滤光片式硅基液晶芯片照明要求的条件下,较好地解决了照明系统效率、均匀性与大角度问题.与传统计算方法相比,该方法简单明了.非成像软件的模拟结果证明该方法准确,均匀性好,效率高.实验样机结果验证了本文所提方法的正确性和有效性.     

基于自由曲面透镜的三基色LED照明系统研究

基于三基色发光二极管(light emitting diode，LED)与方棒的投影照明系统具有色域宽、体积小的优点，但三基色LED和方棒配合使用时，存在投影亮度不高的问题。首先基于光学扩展量匹配原则选择了LED光源，然后设计了一组自由曲面的准直透镜和收集透镜。仿真结果表明:准直透镜出射光线集中在±7.5°内，方棒出射端±30°内的能量利用率为51.7%。实际加工并测试了设计的自由曲面准直透镜和收集透镜。测试结果表明:采用本文设计的没有镀减反增透膜的透镜组，投影机出射亮度比原使用镀了增透减反膜的透镜的系统高1.6%。预计设计的透镜镀减反增透膜后投影机出射亮度有望提升9.8%。     

真三维显示器中的同步照明光学系统

在基于多投影机旋转屏的真三维显示器中需要有一种高亮度、窄脉冲工作的白光光源。提出了一种同步照明光学系统,它采用高亮度、连续白光UHP灯作为投影光源,场镜与球面反射镜绕屏幕转轴交替排列,两个透镜组与屏幕同步转动,只有在屏幕正对着投影机时,光束才能从对应的场镜出射照明相应的投影机。该照明光学系统仅用一个光源就能满足真三维显示器中所有投影机照明的需要,并从结构上保证了屏幕转动与投影机投影之间严格同步。该系统成功地应用到了基于多投影机旋转屏的真三维显示器中,三维图像清晰明亮,色彩丰富。论述了系统的工作原理和系统结构,并对投影结果进行了分析。     

线扫描缺陷检测系统中的LED光源设计

光源是影响机器视觉输入系统的重要因素,直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。在线扫描缺陷检测系统中,对光源的亮度、均匀性、直线性、寿命、光谱范围都提出了较高的要求。鉴于LED光源在机器视觉中具有许多优点,以LED线形光源为例,探讨了线形阵列LED光源照明光场分布的影响因素,结合柱面镜对光源单方向约束的特性,介绍了LED阵列和柱面镜组合的聚焦条形照明光源的设计方法。通过仿真,证明了该设计可满足线扫描系统对光源的要求。     

单颗LED实现远距离均匀照明系统设计

针对现有的LED照明系统体积大、结构复杂、工作距离短的缺点，提出一种轻量化、均匀性好、能够实现远距离照明的单颗LED投影系统的设计方法。从照明设计理论出发，结合非成像设计和成像设计方法，设计了由单颗大功率LED、聚光镜、孔径光阑和投影物镜组成的投影照明系统。聚光镜对LED出射的光线进行匀化并会聚于照明面位置，投影物镜将照明面处的光斑投影到指定距离的接收面上。系统采用全透射式结构，便于加工和装调；单颗大功率LED作为光源能够有效减小系统体积和质量。实验结果表明:系统能在3 m~3 km范围内形成均匀度大于90%的照明，成像质量良好，投影面畸变小于5%，能满足远距离均匀照明投影的要求。     

面向半导体照明的光学

以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源.通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制.另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,...     

复眼透镜阵列应用于均匀照明系统的特性研究

研究了复眼透镜阵列实现均匀照明的原理,模拟分析了复眼透镜的列数、入射光发散角、光源尺寸对照明效果的影响。仿真表明,入射光的发散角越小,光源尺寸越小,照明效果越好,而且适当地选取复眼透镜的列数能提高照明效果。     

基于自由曲面的LED全反射准直透镜的设计

 为在特定角度范围内实现所需照明,满足各类LED照明系统的要求,提出一种适用于扩展光源的透射 全反射复合曲面的LED透镜设计方法。根据光源的大小由非成像光学原理确定反射面面型并计算光源发散角度,再根据照射的角度要求进行自由曲面的透镜设计。文章给出了设计思想及方法,并设计了一款出射半角为2.5°的透镜实例,分析了误差对实际结果的影响。     

改进宽银幕投影显示照明系统的设计方法

照明系统是投影显示系统的重要组成部分,决定着整个系统的亮度和照明均匀性。复眼系统是一种常见的液晶投影显示系统照明结构。传统的复眼照明系统设计方法中,复眼小透镜具有与液晶板相同的长宽比,可以获得能量利用率和均匀性都比较好的照明光斑。但研究发现,利用这种方法设计宽银幕投影显示设备的复眼照明系统,会引起一定的光能损失。针对这一问题,通过对复眼系统设计理论的分析和对实际复眼照明系统的模拟,创新性地提出了在照明系统中引入柱面透镜改变复眼小透镜的长宽比的设计方法,能够有效的提高投影系统能量利用率。模拟计算结果表明,引入柱面透镜的复眼照明系统与传统方法设计的复眼系统相比,能量利用率可以提高5％到10％。     

Design of off-axis reflective projection lens using spherical Fresnel surface

In this paper, an off-axis reflective projection lens with single Fresnel reflective surface and three aspheric surfaces were designed. The design method of reflective lens using spherical Fresnel surface is discussed. The MTF (Modulation Transfer Function) of the off-axis reflective lens, with optical magnification 100×, F-number 2.5 and field of view 120°, is over 40% at 0.6 lp/mm on the image side, the distortion is less than 2%. This design method can provide reference for application of Fresnel surface in wide field of view imaging, and possesses a bright future with the continuous development of fabrication technique.     

薄透镜反射成像研究

从薄透镜反射成像的实验现象出发，运用光学系统中变换矩阵的有关理论，研究了薄透镜的反射成像规律，并对双凸透镜及平凸透镜的反射成像进行了定量分析。     

红外自适应系统中双波段望远镜与红外物镜设计

大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化，引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题，为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜，物镜为卡赛格林反射物镜组，无需消色差，在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计；还设计了红外成像中继光学系统，可实现100%冷光阑效率，并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差，使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限，达到了0.5以上，满足设计指标要求。     

同质材料反射系统热特性研究

为从原理上阐述同质材料反射系统的温度特性，并为光学系统设计提供依据。以热变形特征及其计算方法为基础，以光学系统焦点为研究对象，依次介绍单反射镜、共轴多反、离轴反射系统的温度特性，并建立了相应热差模型。仿真结果表明，离轴三反系统后焦距随温度的变化情况与对应镜筒的热变形量完全一致，其在较大温差范围内具有良好的成像质量。由温度变化引起的热离焦可被镜筒补偿，验证了理论模型的正确性，得出在均匀温度场条件下同质材料反射系统无热差的结论。因此，当光学系统尤其是热差效应明显的红外系统采用同质材料反射系统时具有良好的温度适应性。     

反射型扩束式场镜的设计

本文介绍一种新型的反射式场镜的设计，该场镜除了具有透射式场镜的作用外，同时还起扩束作用。     

平行光束反射光强调制型光纤位移传感器研究

讨论并建立了一种基于平行光束发射光强调制的光纤位移传感器，该传感器的入射和接收光纤的端部都用渐变折射率光纤（GRIN）制成的透镜耦合，入射光纤的渐变折射率光纤透镜发出的平行光束以一定入射角照射到试件表面，接收渐变折射率光纤透镜放置在入射光的镜面反射方向，详细分析了试件表面为镜面反射和朗伯反射时传感器的输出特性，由仿真计算可知，通过调整测头的结构参量，该传感器可获得较强的输出信号，适用于对测量范围和工作点有灵活要求的场合。     

反射法测凹透镜焦距

本文分析推导了透镜的凹面反射成像与凹透镜焦距的关系,介绍了利用此关系较方便地测量凹透镜焦距的方法。     

利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计

在光学系统中加入2个或多个可变光学元件,保持光学元件位置不变,通过微调装置改变这些可变光学元件的焦距使得整个光学系统的有效焦距发生变化。基于该设计思想,结合卡塞格林(Cassegrain)反射式望远镜结构模式,使用ZEMAX光学设计软件设计了焦距为1 600 mm～800 mm,视场0.6°～1.2°的变焦系统,整个系统由2个可变形反射面、1个平面反射面和1个透镜组成,主要通过主镜和次镜面型曲率(可变形镜DMs,Deformable Mirrors)以及入瞳直径的变化实现系统变焦。设计结果表明:系统在空间频率16 lp/mm处调制传递函数大于0.75,最大均方根弥散斑半径均小于探测元尺寸,满足成像要求。     

激光靶心冲击波观测镜折反式光学系统设计

设计了一种激光靶心冲击波观测镜的光学系统.用反射式光学系统代替折射式光学系统,解决了普通玻璃在200 nm端透过率较低的问题.反射镜不引入色差,有利于系统在200~800 nm谱段消色差.为消系统轴外像差,反射系统选型为对称式.反射镜全部采用球面镜,为消反射镜以及平板玻璃窗带入的球差,引入校正镜(材料JGS1),在满足要求的条件下,控制折射镜的厚度,使系统色差满足瑞利判据的色差允差,得到了良好的成像质量.     

Holographic projector using one lens

It is shown that the lens count in a Fourier holographic projector can be reduced by encoding the equivalent lens power in sets of Fresnel holograms. By using appropriately calculated Fresnel holograms in a reflective configuration to effectively share a lens between the beam-expansion and demagnification stages of a holographic projector, a reduction in lens count from four to one is demonstrated.