摘要：自由曲面匀光透镜被广泛应用于发光二极管(LED)照明中。传统的基于几何近似的自由曲面求解方法,由于存在建模误差,导致求解的面型不够精确,照明面均匀性下降。提出了一种误差分析及补偿方法,通过建立面型误差和出射角度误差之间的联系,结合光线追迹,实现了面型误差的准确量化和修正。采用该方法,针对1000 mm工作距离,直径200 mm照明范围的景观照明透镜进行了补偿设计,并用Lighttools软件进行了仿真。结果表明:点光源模拟情况下,相对于传统几何近似求解方法,照明均匀性(最小照度/平均照度)由68.0%提升到98.5%;1 mm×1 mm尺寸LED光源模拟情况下,在直径160 mm的照明范围内,均匀性达到91.8%,具有良好的实用性。

摘要：传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。

摘要：为了弱化或消除LED失效对均匀性的影响,提出了一种基于复眼透镜的匀化光斑整体累加方案.该方案先对单颗LED进行匀化设计,再通过LED位置误差研究推广至LED阵列,实现每颗LED在曝光面上均能产生相同大小的匀化光斑.然后利用软件进行仿真,设计了一款曝光光源,并搭建了相应实验平台.该光源最大辐照度值为18.2mW/cm^2,均匀性为86.9%,完全满足实际曝光指标.在此基础采用遮挡光源的方式模拟不同位置的LED失效,进行了辐照度均匀性实验.结果表明,少量LED失效对辐照度均匀性的影响在1%以内,甚至LED阵列接近一半失效时均匀性仅下降5%.该设计方案可长期维持辐照度均匀性,更适用于实际生产.

摘要：半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其应用,为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑,设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光的匀化原理和光束匀化过程,通过分析微透镜边缘衍射对匀化光斑影响确定了微透镜孔径范围,采用近轴矩阵光学推导了目标光斑发散角。结合实例对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证,实现了均匀性为91.89%的均匀光斑。

摘要：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。

摘要：半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其在工业加工上的应用，为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑，设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光匀化的原理，通过微透镜边缘衍射对匀化光斑的影响确定了微透镜孔径范围。采用6bar条半导体激光器堆栈对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证，实现了均匀性为92．59％的光斑，能量传输效率为91．19％。该匀化系统在半导体激光焊接、熔覆以及硬化等表面处理中具有很强的实用性。

摘要：为了进一步提高半导体激光器整形系统的能量传输效率,提出了基于双曲面基底微透镜阵列的半导体激光器堆栈光束整形系统。双曲面基底微透镜阵列可以同时实现光束的准直与分束双重功能,减少了系统中光学表面的使用量。运用远心光路设计了半导体激光器光束慢轴准直透镜以满足微透镜小视场的要求。通过ZEMAX软件进行仿真,验证了双曲面基底微透镜阵列半导体激光器整形系统的可行性,并获得了30mm×15mm的、不均匀性小于7%的光斑,系统能量传输效率达到96%。

摘要：光学扩散片是液晶显示器中的关键元件,兼具广角、高透过率、高均匀性的扩散片一直是液晶显示领域的重要研究目标。基于Helmholtz-Kirchhoff理论,推导了激光透过粗糙表面的散斑强度频谱分布,提出通过特定入射角度的多个光束依次照射粗糙表面形成散射场叠加曝光的全息扩散片设计方法。该方法拓宽了全息扩散片的散射角度,提升了散射强度的均匀性。搭建了全息扩散片的制作光路,采用上述方法制作了全息扩散片,测量获得的远场强度分布与仿真结果能很好地吻合,散射角的半峰全宽达到130°,透过率达到90%以上,扩散系数达到92%,同时实现了广角、高透过率和高亮度均匀性,在液晶显示中具有潜在的应用前景。

摘要：为了减小微透镜阵列误差对匀化光斑的影响,深入研究微透镜阵列光束匀化系统中微透镜阵列相对位置误差对光束匀化性能的影响,设计了一种微透镜阵列光束匀化系统。依据相对位置误差类型的不同,将双列微透镜阵列间六个自由度变化导致的误差分为距离误差、偏移误差以及转动误差进行分析,并对每种误差对光束匀化性能的影响进行了研究。采用6板条半导体激光器堆栈对上述匀化系统进行实验验证,实现了均匀性为90.75%的光斑,并对系统影响光斑性能的原因进行了分析。

摘要：为实现基于微透镜阵列的高功率半导体激光器堆栈光束整形,对带有快轴准直透镜的高功率半导体激光器堆栈慢轴光束准直技术进行研究。在慢轴光束准直理论分析基础上,着重研究了慢轴填充因子对其光束准直的影响,并对不同填充因子的半导体激光器慢轴光束准直方案进行了分析。针对实际使用的填充因子0.5的高功率半导体激光器堆栈采用以Bar条为单元进行整体准直设计,并采用基于空间扫描法的发散角测试装置对慢轴准直后剩余发散角进行测试,实现准直后剩余发散角半角2.12°,实验表明该准直方法的有效性。