一种新型的基于非成像光学的LED均匀照明系统

为解决发光二极管(LED)作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计方法,实现了一种新型的基于LED的均匀照明系统,它能够在一个特定位置的屏幕上形成一个具有特定尺寸的均匀圆形光斑。使用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对该光学系统进行模拟仿真,结果显示屏幕上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于82%。     

结构光照明超分辨光学显微成像技术与展望

结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)通过结构化照明在频率域以空间混频的方式将物体高频信息载入光学系统的探测通带内实现突破衍射极限的超分辨光学显微成像。SIM凭借其较低的激发光强、对荧光染料的非特异性需求以及快速的宽场成像优势已成为活细胞超分辨光学显微成像方面应用最多的技术。本文系统回顾了SIM的技术进展,对SIM的基本原理与实现方法进了详细的分析,重点介绍了本课题组研发的基于光谱分辨的单光子激发超分辨显微镜和结合自适应光学的双光子激发超分辨显微镜这两种最新的SIM技术,最后简要讨论了SIM技术在生物成像中的应用及未来发展方向。     

水的光学特性及其对水下成像的影响

首先对水的光学特性进行介绍,然后根据理论模型分析水的光不特性对水下成像的影响,最后从水下光照度的角度对水下光学成像的质量和影响因素进行分析。     

基于成像自适应光学的水下成像系统研究

水中湍流是影响水下光学系统性能的重要的潜在因素。用波前检测的方法对水中湍流对激光束传输的影响进行实验研究,测量了实验条件下水中湍流产生的波前畸变的大小,对波前畸变进行了Zernike分析,还对波前补偿自适应系统在水下成像的应用进行了探索。结果表明:水中湍流引起的激光束波前的起伏降低了图像的分辨率,自适应光学系统在其校正范围内能有效地校正畸变,提高图像质量。     

水下光学监控系统照明方式的研究

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性,分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响,以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则,即在满足监控区域要求的前提下,照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时,光源方向角应...     

水下光学监控系统照明方式的研究

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性,分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响,以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则,即在满足监控区域要求的前提下,照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时,光源方向角应为67.5°.根据监控范围边界的要求以及光源方向角,确定光源安装位置.实际应用结果表明,此方法可以很好地满足水下光学监控系统的要求.     

光学三维成像实验系统

建立光学投影层析三维成像系统,该系统包括光学成像、图像采集、断层重建及三维显示,重建算法为滤波反投影算法.实验结果表明:利用该系统得到的重建图像与样品的形状吻合,重建结果边缘清晰,伪迹较小.     

LED绿色照明及其非成像光学设计

介绍了新一代LED光源的优点和缺陷．回顾了非成像光学的历史以及自由曲面在半导体LED照明中的应用,同时介绍了LED准直光源和LED光源产生均匀照度的光学设计方案．     

不同波长光源照明的水下成像及光学图像实时处理

水下成像环境复杂,为改进水下成像质量,在清水中掺入一定量的蓝绿墨水和牛奶来模拟不同的水质环境,采用不同波长的照明光源进行水下图像采集实验。考虑到水下的吸收和散射的影响,将不同光源采集到的图像特点进行对比分析,设计了一种新的光学方法来进行图像处理。结合长波长的红光抗散射和较短波长的蓝绿光抗吸收两方面的光传输特性,通过红光和绿光照明采集图像的灰度线性差值去除散射噪声信息,获取目标图像信息,在Windows和Android系统中进行图像采集和清晰化。实验结果表明该方法能有效增强图像清晰度,与虚光蒙板(USM)锐化算法相比计算量小,实时性高。     

使用改进型科勒照明系统的全场光学相干层析成像系统

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像(FF-OCT)系统,以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式,本系统采用卤素灯作为光源,搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品,对其内部结构进行了成像实验,通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像,实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统,与现有的FF-OCT系统相比,结构简单便于制作,且成本低廉,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。     

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。     

光学虚拟实验系统研究

采用MATLAB技术,结合光学实验教学内容的特点,利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例,给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作,可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充,能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作,使复杂的实验操作变得直观生动,提高了光学实验教学的效果,同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。     

一种照相机成像平面照度均匀度检测系统

在讨论了照相机成像平面照度均匀度的影响因素的基础上 ,介绍了一种可在单片机的控制下 ,通过GaAsP光电二极管线阵扫描、A/D转换、测量结果输出等环节实现的照相机整机像面照度均匀度自动检测系统 ,并给出了该系统的测试结果。     

Semiconductor optical fibres: progress and opportunities

This paper reviews recent progress in the nascent field of semiconductor optical fibres, from the fundamentals through to device demonstration. The incorporation of semiconductor materials into both the step‐index and microstructured fibre geometries provides a route to introducing new optoelectronic functionality into existing glass fibre technologies. Herein, the various fabrication methods that have been developed as of to date are described, and their compatibility with the different semiconductor materials and fibre designs discussed. Results will be presented on the optical transmission properties of several fibre types, with particular attention being paid to the observation of nonlinear propagation in silicon core fibres. Finally, some speculation regarding the future prospects and applications of this new class of fibre will be provided.     

Phase imaging with rotating illumination

A modified extended-ptychographical-iterative-engine （ePIE） algorithm is proposed to overcome the dis- advantages of ePIE technique and reduce the influence of stage hysteresis or backlash error. The exit wave of a rotatable ＂screen＂ illuminated by plane wave is used as the illumination on the specimen, and the complex transmission functions of the rotatable object and specimen can be simultaneously reconstructed. Compared with the standard x - y scanning PIE algorithm, the proposed algorithm can completely avoid the influence of stage hysteresis （or backlash error）. The proposed algorithm also has higher convergence s!oeed and better accuracy than the standard PIE algorithm.     

新型LED汽车前照灯光学系统设计

利用圆环形LED光源阵列结构,结合反射杯与自由曲面透镜的混合型配光,设计了可以实现对汽车前照灯远光和近光同时配光的光学系统。对经反射器聚光后的光线及配光屏幕进行了适当的网格划分,根据能量守恒定律,建立了出光角、自由曲面透镜与配光屏幕之间的坐标关系。结合折射定律,通过迭代计算得到自由曲面透镜上的点坐标,并使用三维建模软件得到透镜模型。利用Tracepro软件对光学系统模型进行了光线追迹。结果表明,所设计的光学系统可以同时满足GB 25991-2010《LED前照灯标准》对LED前照灯远光和近光的配光要求,与传统的LED前照灯相比,能耗可降低至原来的75%。     

基于Etendue和显色特性的内窥镜LED照明系统的设计

根据内窥镜的使用要求,以Etendue的分析为基础,提供了一种内窥镜光纤照明系统。采用多个白光LED (W-LED)作为光源,提高了光通量,并对W-LED缺陷波段进行补色,通过移动补色光中心波长位置和调节光强度,有效地提高了显色指数。采用环形光纤,改善了光场角分布和白光与青色光的混光。给出了理论分析与计算、光学系统的优化设计与仿真的结果。实验得到了远场175.421m的光能量和87.7的显色指数,完全可以满足内窥镜照明系统的使用要求。     

透射式照明系统的光学设计新方法

在各向同性的点光源系统中,利用光线在照明面上的高度与入射角的关系,用Zemax软件设计照度分布均匀的系统。给出了柯拉照明系统的设计实例。通过LightTools软件对其进行模拟和对实际光源系统进行测定,验证了这种设计方法的可行性。     

实现LED矩形均匀照明的透镜设计

 随着大功率LED发射光强的不断提高,采用单粒LED为光源的照明系统已得到普遍应用。设计一种以LED为光源实现矩形均匀照明的透镜,根据微分几何的理论建立透镜面型所满足的微分方程,然后根据能量映射关系和能量守恒定律建立面型与目标面坐标点之间的关系,并通过四阶龙格-库塔法求解微分方程得到面型数据,利用所得的面型数据在三维建模软件Rhinoceros中构建出所求透镜面型,并将透镜导入ASAP进行模拟。模拟结果表明：该光学系统效率达到94.01%,目标面照度均匀性优于92.73%。最后分析了自由曲面的连续性,指出能量映射关系决定着自由曲面的连续性。