1 长春理工大学, 吉林 长春 130022
2 长春工程技术学院, 吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
4 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明, 研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理; 基于嵌套建模思想, 结合多项式拟合方法, 得出了氙灯轴上的强度分布曲线, 并根据氙灯发光能量对称的性质, 实现了氙灯空间光强分布的模拟; 结合提出的光学系统设计边界条件与参数, 设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明: 大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000 mm, 辐照面直径为1 500 mm, 辐照均匀度为92.8%, 满足均匀照明的使用需求。
太阳模拟器 均匀照明 复眼透镜阵列 光束整形 氙灯建模 solar simulator uniform illumination fly-eye lens array beam shaping Xenon lamp modeling
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心, 重庆 400714
2 中国科学院大学, 北京 100049
大面积平行光曝光机是印刷线路板(PCB)、显示面板和触摸屏等电子产品重要的制造设备,由于采用复眼结合反射镜的非轴对称科勒照明光路,其曝光均匀度只有0.85左右,难以满足高精度加工制造的需求。针对此问题,提出了采用自由曲面复眼替代传统的球面复眼,建立了高均匀度复眼单元的自由曲面面型设计方法。光线追迹仿真实验结果显示,采用所提方法后曝光均匀度提高到了0.91以上,满足高精度加工制造所需的高曝光均匀度的要求。所设计的自由曲面复眼的面型连续,可以通过金刚石车削进行精密加工,有望在大面积平行光曝光机照明光路中得到广泛应用。
光学设计 高均匀度 自由曲面 曝光机 复眼透镜 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 042201
华中光电技术研究所-武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
车载抬头显示系统(HUD)可以将车辆相关信息显示在前挡风玻璃的驾驶员平视范围内,可以避免低头看仪表,从而缩短眼球对前方的视觉盲区时间,对减少因低头走神引起的交通事故有着重要的价值。对基于DLP的HUD微型投影显示光学系统进行了研究,利用复眼透镜对LED光源进行匀化整形,利用TIR棱镜进行转向,利用投影镜头进行成像,整个光学系统呈“U”字型排列,结构紧凑,体积较小,成像质量满足使用要求。
车载抬头显示系统 复眼透镜 棱镜 光学设计 vehicle-mounted head up display system fly-eye lens prism optical design
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心, 重庆 400714
2 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
为获得高亮度均匀白光束，基于复眼透镜光束匀化原理，设计了一套以三基色半导体激光器为光源的双复眼透镜光束匀化合成光学系统。该系统包含两套复眼透镜模组，第一套模组将分立三基色激光束聚焦合成均匀白光斑，第二套模组将白光斑转换为空间均匀白光束。对系统进行仿真，并对空间不同位置处的光分布进行照度和色度均匀性分析，结果表明所得光束为均匀白光束，理论上验证了该光学系统的可行性。搭建了实验光路，分别在距离系统1、2、5 m 处对合成白光束进行测量，结果表明合成光束照度均匀性均大于90%，色坐标标准差均小于0.0027。该光学系统合成的白光束具有亮度高、色坐标和强度分布均匀等优势，有望在医用光疗、显示、车用照明等领域得到广泛应用。
激光光学 激光照明 光束匀化 复眼透镜 三基色激光
1 上海电机学院 电子信息学院, 上海 200240
2 华东师范大学 信息科学与技术学院, 上海 200062
3 上海公安三所 刑侦事业部, 上海 200031
设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜, 并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化, 发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下, 整个复眼透镜上的阵列越多, 即复眼透镜上蜂窝的数量越多, 其匀光效果就越好, 且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效, 设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹, 实验显示其光线透过率可以达到92.5%, 且几乎无杂散光。
激光显示 光学扩展量 复眼透镜 光学引擎 数值孔径 光线追迹 laser display étendue fly-eye lens optical engine numerical aperture ray tracing 强激光与粒子束
2014, 26(8): 089002
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春130022
针对高精度星敏感器对其功能测试设备精确模拟星点位置和星等的实际要求，设计了一种硅基液晶(LCOS)型高精度动态星模拟器的光学系统。分析星模拟器准直与照明光学系统的任务需求并给出了设计方案。为提高模拟器的成像精度，提出了LCOS的光学拼接方法，详细设计了大视场、大相对孔径、大出瞳距离的准直光学系统并进行了像质评价；为同时满足显示器件的照明条件和-1～7等星的准确模拟，对照明光学系统进行了详细设计并给出了仿真结果。提出了一种动态星模拟器星点位置修正方法，通过实验测试，动态星模拟器的星间角距误差优于12″，精确模拟-1～7等星，满足当前对高精度星敏感器的检测需要。
光学设计 星模拟器 硅基液晶 光学拼接 复眼照明
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
紫外曝光机是印刷线路板(PCB)制作工艺中的重要设备,PCB高密度、微细化的发展趋势,对曝光机光照均匀性,平行性的要求越来越高。为了找出可以更好满足市场需求的曝光机光学系统,运用非成像光学方法,对两种不同光学结构曝光机的光斑均匀性进行了对比分析。通过实验可以看出,在通光孔径较大的光学系统中,复眼透镜阵列和方棒对改善系统光照均匀性以及能量利用率的作用,在实验基础上对如何选择光学系统的匀光器件做了对比性阐述。
印刷线路板(PCB) 紫外曝光机 复眼 方棒 printed circuit board(PCB) UV exposure machine fly eye lens light pipe
在较小体积的照明系统中实现较好的照明效果是近年来微投影仪的主要发展方向。本文在对 DLP (Digital Light Processing)微投影显示系统进行分析的基础上，提出了一种紧凑的基于 LED光源的单片式 DLP照明光路结构。当照明光斑尺寸满足 0.3英寸的 DMD(Digital Micromirror Devices)芯片时，中继系统的长度缩短至原来的 50%左右。并利用 ZEMAX软件分别对基于理想点光源和扩展面光源的照明系统进行了建模仿真。追迹 50万条光线的仿真结果表明，本设计在两种光源模型下都可得到均匀的照明光斑，系统的光能利用率在 33%左右。
微投影显示 照明均匀度 复眼透镜 中继系统 DLP DLP micro-projection display illumination uniformity fly-eye lens relay system
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
为了产生制导**仿真系统中所需的逼真的目标背景图像,建立了基于硅基液晶显示技术的可见光光学目标模拟器。给出了模拟器图像输出的实际效果图以及光学参量的测试方法和数据。测试表明,该装置有较好的亮度、对比度和均匀性,与传统的阴极射线管显示技术相比有效减轻了图像闪烁问题,能够提供稳定的视频输出,更有利于仿真系统中对动态目标的识别,是一种较为理想的图像模拟装置。同时给出了双复眼光学系统初始结构的计算方法并推导出简单的计算公式,该算法可以应用于其他双复眼照明系统中。
应用光学 光学目标模拟器 复眼透镜 硅基液晶
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.
复眼透镜 均匀照明 旁瓣 fly-eye lens uniform illumination side-lobe
