3片独立自由曲面式LED汽车近光灯光学设计

为了使车辆驾驶员在夜间能够得到充足的照明,并且避免对面会车司机眩目,设计了具有明暗截止线的近光系统。根据GB25991 2010汽车用LED前照灯配光标准,尝试使用大功率白光LED和结构简单、光学利用率高的自由曲面反射镜（FFR)来实现前照近光灯的设计。以非成像光学为理论基础,建立了LED光源出射光角度和照明面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算自由曲面上点的坐标。合理划分基础面,并优化调整各子面的面型数据,实现配光要求。采用3颗LED共同实现近光功能,每颗LED均有各自独立的光学系统。测试结果表明:设计的光学系统效率达到54%,且近光截止线清晰,满足标准对各测试点照度的要求。     

基于ADB汽车前照灯的光学设计

为了避免由于远光灯使用不当而产生的一系列交通事故，且带给驾驶员更好的驾驶体验，设计了具有可以主动调整远光光束分布的自适应远光系统—ADB(adaptive driving beam)。基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，通过计算来合理划分区域，控制相应LED的亮灭，以此达到不同远光光型的实现。通过蒙特卡洛模拟法追迹光线，测试结果表明:配光结果满足现行仅有的对自适应远光(ADB)配光规定，且当全部LED工作时，照度最大值为111 lx，模组光学系统效率为35.7%。     

基于复合抛物面集光器的LED教室灯具的配光设计

为了对LED教室灯具配光,建立了复合抛物面集光器配光系统。分析了LED光源发光特性,阐明了对LED光源进行二次配光的必要性。建立了三维复合抛物面集光器（CPC）模型,并由边缘光线原理计算得出三维复合抛物面集光器（CPC）模型各参数与最大出射半角m的关系,分析了m的制约因素。由阅读灯照度均匀度要求,确定了复合抛物面集光器（CPC）模型各参数的值,在光学分析软件Tracepro中建立了CPC模型,将LED光源置于其焦平面上,结合教室桌面与灯具距离,模拟了基于CPC配光的LED教室灯具的照度分布。试验结果表明,CPC配光系统最大出光半角为30时,光照均匀度超过0.7,满足建筑照明设计标准 GB 50034 2004对阅读照明的要求,该灯具有效光通可达95%以上。     

自由曲面LED汽车后位置灯的光学设计

为使汽车在夜间行驶时能够被别的车辆识别,避免交通事故的发生,设计了聚光器带有花纹的新型后位置灯光学系统。基于非成像光学理论,采用照度优化方法,利用公式计算自由曲面反射镜各个点的坐标值。根据法规对后位置灯的配光要求,合理划分反射面,使其达到配光要求。通过蒙特卡洛方法对光线进行追迹,实验模拟结果显示：配光效果达到国家标准GB5920-2008对后位置灯各个测试点的照度要求,设计的新型结构使光型出光更加均匀,避免了亮斑的产生。     

汽车前照灯用LED光源的光学设计

LED光源作为汽车照明系统的一门关键技术,LED汽车前照灯的配光设计是一个具有挑战性的研究课题。根据光通量及色度指标的要求选择LED光源,采用抛物面反射器并结合两者的偏移与旋转来分析光分布。每个LED光源拥有独立的光学系统,并负责配光屏上不同区域的照度,近光系统采用8个LED,远光系统采用10个LED。用CATIA三维设计软件画出组合反射器模型图,通过光学软件Tracepro反复调用不同的模型来追迹光线得到最后的配光效果。设计中无需配光镜、挡光板以及复杂的计算程序,设计周期短、配光效果好,给出的配光模拟照度值完全符合最新出台的GB4599-2007标准。     

基于有延展反射面的挡光板的多曲面前照灯的光学设计

挡光板是近代投射式汽车前照灯用于调节近光灯配光性能的重要部件。采用聚焦法调整挡光板拐点的位置可以有效地抑制投射式前照灯近光照射时光型截止线上的色差和梯度问题,具有提高驾驶员视觉舒适度和行车安全指标的功能。采用一种基于有延展反射面的挡光板的多曲面LED前照灯的光学设计,使用NX10.0建立结构模型,LucidShape软件进行仿真,配光屏幕最大照度值为51.9 lx。研究基于有延展反射面的挡光板的光学设计与常规挡光板的光学设计的配光差异,以及两者在吉利汽车2017年提出的近光路照标准下两者数据对比情况。结果表明:具有延展反射面的挡光板可以有效提高配光Ⅲ区各点的基础数值,进一步提高行车时道路前方40 m～50 m处的视觉亮度,利于辨清道路前方及行人情况。     

基于自由曲面透镜的LED路灯配光优化设计

为了提高光能利用率和照度均匀性,减小炫光的产生,需要对LED路灯进行二次光学配光设计.本文以空间光折射定律为基础,对LED光线空间和路面区域进行一一对应的网格划分,结合优化的双向迭代算法生成自由曲面透镜,实现矩形光斑输出.仿真结果表明,配光后的LED整体光能利用率为90.4%,能量基本被限制30m×13m的矩形区域内,水平方向和垂直方向的照度均匀度分别为83.2%和71.7%.当LED以30m间隔平行排列时,可以在路面形成宽度约为14m的光斑,垂直照度均匀度提高为77.2%.据此开模制造的LED路灯配光曲线为蝙蝠翼型,横向和纵向±62°和±40°范围内的平均照度分别为31.17lx和25.72lx,满足国家道路照明标准,实验验证了该透镜设计算法的可行性和实用性.     

基于非成像光学的发光二极管汽车后转向灯透镜设计

针对现有发光二极管（LED）汽车后转向灯存在的配光性能不准确、能量利用率低等问题,设计了一款准直配光一体化的LED后转向灯透镜。该透镜根据非成像光学原理和斯涅尔定理,通过迭代求解的方法设计而成,其高度为8．32mm,直径为12．64mm。利用光学软件TracePro对实际光源和后转向灯透镜进行光线追迹模拟,结果表明：在z方向4-80°,Y方向4-80。的矩形区间,发光强度均大于1．6cd;在x方向±20°,Y方向±10°内发光强度呈近似矩形分布,且各测试点结果均满足GB17905-2008要求。该透镜可精确控制LED发出光线,有利于提高配光性能及能量利用率。     

基于LED照明与弱光收集的节能车灯双向二次配光设计

为进一步利用太阳能,提出了“双向”利用光线的LED车灯设计新理念。运用光路可逆原理与边缘光线原理,构造矩形复合抛物面,对LED车灯进行“双向”二次配光设计。计算了远光灯矩形复合抛物面反光杯所需的最大出光半角、理论长度,借助tracepro软件,模拟研究了该矩形复合抛物面结构的最高光通量、平均光通量、光通量利用率随长度的变化关系,进一步截取较理论长度综合光学性能更好的反光器应用长度L=130 mm,并在此长度下,模拟了该LED远光灯照度分布情况与弱光收集情况。该类型车灯的LED照明与弱光收集互为补充,双向提高了LED车灯空间重复利用率。在照明方面,该灯能够满足现行标准GB25991-2010的要求,相同照度下,照明范围更大;相同照明范围内,照度更高;在弱光收集方面,是对当前太阳能汽车非聚光模式收集太阳能的补充。     

基于逆向优化设计的高能量利用率LED路灯透镜EI北大核心CSCD

采用逆向优化设计的方法设计发光二极管(LED)路灯透镜,提高LED路灯道路照明质量和能量利用率。以城市道路照明标准为约束,优化出最大亮度照度比的理想配光曲线。基于得到的理想配光曲线,透镜采用分离变量法设计自由曲面,将光源和目标面进行网格划分,形成能量对映关系。同时对曲面构造误差进行控制,再利用反馈优化法对透镜进行优化,使透镜的配光曲线趋于理想。仿真实验表明:采用逆向优化设计的LED路灯透镜,能很好地符合道路照明标准,亮度照度比为0.067,同时相对于传统的对称型LED路灯配光曲线节省20.2%的能耗,使LED路灯达到了高照明质量和高能量利用率的目的。     

部分相干成像的光学传递函数

本文给出在准单色光照明下,部分相干和非相干成像光学传递函数新的计算方法。从基尔霍夫衍射积分出发,引进准波前像差,并在菲涅尔近似下给出点像振幅分布,对照明光源不作匹配限制,计算公式简明,准相干度（ 不同于传统的相干度） 容易计算。利用分片多项式插值计算准波前像差,从而可实现变形成像ＯＴＦ 的计算     

微小球面显微光学系统设计与照明分析

机器视觉检测技术具有非接触、高精度的优点,正在逐渐取代人工检测,成为工业生产检测的重要一环,作为前端的光学系统是机器视觉检测技术的核心部分。文中针对半径10 mm以内的光滑球体表面检测设计了一款双远心光学成像系统。系统由7片镜片和1片滤光片组成,采用了2个非球面校正像差,调制传递函数曲线在40 lp·mm^-1处大于0.3,具有良好的成像性能。由于该系统光圈较小且待测物为类镜面反射材料,设计完成后进行了照明模拟,选择采用多个面光源对待测物进行照明。模拟结果表明,文中设计的双远心光学系统实现了对较大曲率表面成像,并给出了一种配套的照明方式。     

近距离雾的激光多次散射模拟

为了满足精确快速获取雾的多次散射仿真需求,在近程雷达距离较近情况下,将雷达方程和Mie散射理论相结合,提出一种快速有效的激光多次散射计算方法.首先通过雾滴谱模型建立雾颗粒的几何模型,然后根据Mie散射理论获得的单个粒子的散射函数计算激光在雾模型中单个颗粒的一次散射和二次散射功率密度,结合雷达方程推导出雾的多次等效散射截面和散射系数计算函数.模拟计算表明:雾的激光二次等效散射截面与雾浓度的2/3次方成正比,二次散射系数随能见度增加的衰减比一次散射系数快.     

激光诱导介质击穿中的脉冲截断问题

强激光与介质相互促进作用过程中,当自由电子的密度达到介质的损伤阈值时,介质将被击穿,脉冲的后续能量被激光等离子体强烈吸收而引发截断,这个时间点定义为截断时间点.脉冲的截断时间点对激光脉冲能量的传输有很大的影响.理论研究了入射激光脉冲能量对脉冲截断时间点分布的影响.定量分析和模拟了截断时间点对脉冲能量透过率的影响.模拟结果和实验结果符合很好.研究发现:激光脉冲能量透过率由脉冲截断时间点的位置决定.当脉冲截断时间点分布在脉冲前沿、峰值和后沿时,激光脉冲能垦的透过率分别对应小于50%,等于50%和大于50%.在线测量激光脉冲能量的透过率也可作为一种在线检测光学元件是否发生破坏的方法.     

一种非均匀线型的互连线能量分布模型

基于互连线信号传输微分方程,推导非均匀互连线的电压和电流分布表达式,根据实际情况,考虑非理性激励提出包括前端驱动和后端负载的二端口非均匀互连电路各部分能量分布表达式.基于65 nm CMOS工艺参数,对方法进行计算仿真验证,计算结果与Hspice仿真结果比较误差小于5%,具有很高的精度.该方法适用于高性能全局互连的前端优化设计分析.     

HL-2A 装置可见光诊断方法初探

等离子体H_α 径向分布的测量是等离子体实验中的重要内容。在HL- 2A 实验中, 等离子体成像系统中的CCD 图片记录了等离子体辐射信息, 特别是H_α  线辐射信息( 在相机前加H_α 滤光片) 。因为光测量是辐射的线积分, 数据的处理和分析显得十分必要的。利用等离子体可见光成像系统, 采用Abel 变换, 得到H_α  在HL- 2A 装置中的径向分布, 提供了一项可靠的测量手段。     

高功率激光装置中鬼像的模拟-应用实际光线追迹法

高功率固体激光装置中正常光束的残余反射将形成能量较大的鬼点,它们极易对元器件造成损害,因此对一阶及多阶鬼点的位置作定量分析对高功率激光系统设计是非常必要的。采用将近轴分析与实际光线追迹相结合的分析方法,对神光Ⅲ原型装置进行了一套完整的杂散光分析。首先在近轴条件下对系统中可能产生的一阶至多阶鬼点进行了全面的计算和定位,列出其来源和鬼点较集中的区域,如普克尔盒一个窗口的前表面附近鬼点能量比较集中,然后通过大量的实际光线追迹对这些元件进行重点考察,模拟其表面的能量分布,为如何减小鬼点数目,从而避免鬼点能量造成的损伤提供了详尽的数据参考。     

极坐标系统下进行直角坐标扫描的离子束抛光

在离子束抛光设备研制过程中,离子源扫描运动方式的选择是很关键的,一般分为直角坐标方式扫描和极坐标方式扫描两种。根据两种扫描方式的特点,在极坐标系统下进行直角坐标扫描方式加工。该种方法采用直角坐标扫描方式下的驻留时间计算,算法相对简单。该种方法在极坐标系统下进行加工,同等情况下可加工圆形镜面的口径比直角坐标系统下更大些;而且离子源的可移动区域是一条直线,其余地方可以摆放其他设备,空间利用率较高。对这种新思路进行仿真分析,证实了其具有可行性。