1 季华实验室, 广东 佛山 528000
2 佛山科学技术学院, 广东 佛山 528000
3 沈阳芯源微电子设备股份有限公司, 辽宁 沈阳 110168
为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸，提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λ（λ=632.8 nm）面形精度的小角度棱镜折转光路，实现照明系统与成像镜头的水平布置，径向尺寸仅为80 mm，在保证不影响系统成像质量的前提下，极大地降低了整个系统的径向尺寸，同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统，采用纯球面系统获得较大成像视场，像高为81.92 mm，物像距仅为392.5 mm，极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明，整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm，相对畸变优于0.03%，像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明：全视场实际成像分辨率优于18.88 μm，达到了系统极限分辨率；全视场像面照度均匀性为43.3%，满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效，解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题，并降低了研制成本，为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。
棱镜 物像距 对称混合型光学系统 像面照度均匀性 prism object-image distance symmetric hybrid optical system image surface illumination uniformity
1 南京工业大学 1. 材料科学与工程学院, 南京 211816
2 南京工业大学
3 2. 电光源材料研究所, 南京 210009
4 3. 轻工业部南京电光源材料科学研究所, 南京 210015
5 南京工业大学 4. 江苏长晶科技有限公司, 南京 211800
基于Taguchi实验方法和Tracepro仿真软件, 研究了Mini LED背光模组中LED芯片大小、芯片发光半角、芯片出光面到液晶层的距离等因素, 对液晶面板照度均匀性的影响规律并对其进行了相应分析。研究结果表明: 芯片出光面到液晶层的距离对照度均匀性影响最大, 影响因素的权重占比达到82.88%; 发光半角占比14.33%: 芯片大小占比为14.33%。根据研究结果, 固定发光半角与芯片尺寸, 调节出光面与液晶面板层的距离, 得到了最优的照度均匀度。
背光模组 芯片大小 发光半角 照度均匀性 Mini LED Mini LED backlight module chip size luminous half angle illumination uniformity
1 苏州大学 光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
为解决目前光片荧光显微镜光片厚度单一的问题, 基于变倍扩束原理进行了可变光片照明系统设计。首先, 对光片照明系统各组成部分进行了高斯光学计算, 得到光片厚度与扩束比的关系以及扩束比与各组元垂轴放大率、焦距的关系; 然后, 设计了基于10倍扩束的可变光片照明系统, 得到厚度和长度连续可变的光片; 最后, 对光片参数、均匀性及系统的公差进行分析。设计结果表明, 连续可变光片的厚度为3.33～33.3 μm, 在YOZ平面上60%的光片高度区域内, 低(1×)、中(6×)和高(10×)扩束比下的照度均匀性分别达到0.65、0.4和0.61。公差分析表明, 光片厚度在1×扩束比时的最大改变量小于设计值的15%, 在6×和10×扩束时小于6%。设计实现了光片厚度的连续变化, 且在60%的光片高度区域内有利于样本的观察。
光学设计 可变光片照明系统 无焦变倍扩束 照度均匀性 optical design variable light-sheet illumination system afocal zoom expanding illumination uniformity 红外与激光工程
2019, 48(11): 1114003
1 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
2 泉州市世芯智能照明技术研究院有限公司, 福建 泉州 362302
研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先, 按照LED数量从少到多的顺序, 在同一基板上依次对4种单色LED进行排布, 使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑, 进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次, 对直下式LED黄疸灯仿真验证, 结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后, 在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜, 对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明：相较而言, 在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板, 在600 mm×300 mm的接收面上, 直下式LED黄疸灯都能实现99.9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值, 符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。
光学设计 LED黄疸灯 直下式 LED排布 平面光谱分布 照度均匀性 optical design LED jaundice lamps direct-lit LED arrangement planar spectral distribution illumination uniformity
1 北京邮电大学信息与通信工程学院, 北京 100876
2 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
与平面目标面相比，在曲面目标面产生均匀的照度分布时，LED阵列的设计更复杂。通过优化LED阵列排布，使其在复杂曲面的目标面上产生了均匀的照度分布。构建了反映照度均匀性的目标函数，目标函数以阵列中各LED的位置坐标为变量，利用模拟退火算法对阵列中各LED的位置进行优化，使目标函数获得最小值。为了验证算法的可行性，针对圆柱形目标面、抛物线形柱状面以及正弦形柱状面，优化设计了3种不同排布的LED阵列，优化后的LED阵列在相应目标面上的照度分布均匀性分别达到99.0%、99.3%和97.0%。分析了LED阵列中各LED的装配公差对目标面照度均匀性的影响，模拟结果表明：装配公差在0.2 mm以内，目标的均匀度下降不超过0.3%，说明这种设计方法具有一定的实用价值。
光学设计 照度均匀性 模拟退火算法 LED阵列 目标函数 装配公差 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 072201
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
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。
LED照明设计 远距离投影 照度均匀性 科勒照明 LED illumination design long distance projection illumination uniformity Kohlers illumination
深圳大学 光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多, 但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题, 根据非成像光学理论, 设定合适的初始参数, 利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射, 设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真, 均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜, 随着发光光源面积增大, 照度均匀性都降低, 当光源尺寸均设置为1 mm×1 mm时, 照明面上照度均匀性都达到95%以上, 当光源尺寸增大10 mm×10 mm时, 照明面的照度均匀性下降到85%, 符合对均匀性很高的室内照明设计标准。
非成像光学 筒灯反射器 透镜 照度均匀性 LED LED non-imaging optics downlight reflector lens illumination uniformity 红外与激光工程
2016, 45(12): 1220001
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
针对现有的钢球表面质量视觉检测仪缺陷球漏检问题，本文提出照明系统优化方案。该方案通过建立LED漫反射穹顶光源的数学模型，分析影响钢球表面照度均匀性的因素，分别针对光源遮挡屏形状、导轨透光率，运用Lighttools 光学仿真软件模拟了其对照度均匀性的影响。根据分析结果，更新检测仪原有的照明系统，将检测仪投入工业现场进行实际分拣测试。实验结果表明，改进的照明系统将设备的钢球缺陷球漏检率降低至0.02%，提升了检测精度，光源的优化设计符合理论推导和仿真预期结果。
钢球表面质量 视觉检测 照度均匀性 计算机仿真 steel ball surface quality visual inspection illumination uniformity computer simulation
西安交通大学 现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室 润滑理论及轴承研究所，陕西 西安 710049
为了定量评价在线图像可视铁谱( OLVF)成像系统的像面照度均匀性，建立了一种像面照度模型。以像方参数及放大倍率表征物方视场，将物方视场区域离散化，采用朗伯余弦理论建立入瞳模式的像面照度模型，实现了像面照度的计算与均匀性评价。利用Matlab进行了物面照度仿真分析，确定了OLVF成像系统环形阵列光源的发光二极管(LED)数量，基于像面照度分析确定了最佳成像焦距和放大倍率。计算了油腔通油情况下成像系统中的光能量损耗以及磨粒沉积面的照度分布，建立了油液吸光系数与CCD像面轴上像点照度的关系。结果显示: LED发光强度已知时，仿真计算的像面不均匀度约为5.60%，实际测试的像面不均匀度为8%~9%，满足不均匀度≤10%的要求。开展了磨粒铁谱图像采集实验，结果表明: 图像中磨粒清晰可辨，便于图像分割与视觉特征提取。提出的模型可定量描述OLVF成像系统的像面照度，可作为优化系统结构，提高系统成像性能的依据。
在线图像可视铁谱 成像系统 发光二极管 像面照度均匀性 像面照度模型 像面均匀性评价 On-line Visual Ferrograph(OLVF) imaging system Light Emitting Diode(LED) illumination uniformity image illumination model image uniformity evaluation 光学 精密工程
2016, 24(10): 2347
