摘要：分析了基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪(FTIR—Fourier transform infrared spectrome-ter)中扩展光源对光谱复原的影响,计算了干涉强度与光源立体角之间的关系。分析表明,扩展光源存在的立体角导致系统的相干长度变短,光谱分辨率降低。当扩展光源的立体角小于0.001时,系统的分辨率接近理论设计值。减小光源尺寸会降低系统的光通量。因此,需要在设计中结合系统信噪比的要求,选取合适尺寸的扩展光源。

摘要：三维非相干扩展光源相比红外激光光源具有功率高、光谱范围宽、价格低等优势,在高精度、多组分光声光谱仪中具有极高的应用价值.然而,其存在方向性差、能量密度低、形状不规则等现实问题,需要在光学系统设计过程中进行光场整形.光声光谱仪要求在小体积范围内收集并优化厘米级三维扩展光源向全空间的辐射,经一系列波长及频率调制元件后,最终实现毫米级半径、厘米级长度的圆柱体光场分布.本文根据光学扩展量概念和边缘光线原理,在光学系统设计与优化的过程中突破传统完全基于点光源的设计模式,贯穿了扩展光源概念,基于自行设计的测量方法和装置直接获取了三维扩展光源的发光特性,并以微元的形式进行精准三维扩展光源建模.借助非球面实现了光声光谱仪用三维扩展光源光场整形系统的设计并进行了相关实验验证.以Hawkeye IR-Si272光源为例,分别实现了光声光谱仪光声池入池光功率和侧壁噪声仿真值与实验值的较小偏差,二者具有一致性.相比原厂聚光系统,自行设计的光声光谱仪用光源系统入池光功率从0.86 W提升至1.32 W,侧壁噪声从50.3%下降至19.7%,实现了百万分之一量级微量气体浓度检测.

摘要：为了解决现有含有扩展光源的照明系统能量利用率低、透镜体积大、照度不均匀等问题,根据非成像光学边缘光线理论,提出了一种适用于扩展光源的双自由曲面设计方法。利用扩展光源的左右边缘光线经过透镜折射后形成的角度差值来控制目标面的照度分布,根据设计目标参数,计算内外自由曲面离散点,拟合内外自由曲面的轮廓曲线,得到旋转对称的双自由曲面透镜。在透镜高度与光源直径之比仅为2的情况下,利用此方法,经过数值计算以及光学仿真,设计了高能量利用率、高均匀性的双自由曲面透镜。近场双自由曲面光学系统的能量利用率为99.52%,照度均匀度为95.81%;远场双自由曲面光学系统的能量利用率为99.12%,照度均匀度为93.45%。研究结果表明,所提设计方法将对含有扩展光源的照明系统设计具有指导意义。

摘要：提出了一种基于曲面能量映射的反馈优化设计方法,通过预先计算目标面能量分布趋势重新分配目标面网格单元,构建新的自由曲面透镜面型。采用该方法设计并分析比较了一系列透镜,仿真发现:当目标面半径与目标面高的比值(DHR)为2、透镜高和LED宽度的比值从1∶1变化到1.5∶1时,照度非均匀性下降了8.97%~11.95%;当透镜高和LED宽度的比值为1.5∶1、DHR从1.8变化到2.2时,照度非均匀性下降了7.60%~16.49%。所提方法能有效改善扩展光源下目标面的照度均匀性,设计过程不依赖于仿真软件,迭代次数少,简便易行。

摘要：为了使应用于驾驶舱内的液晶显示器满足观看者的特殊视角要求,设计了一种能够将液晶显示器的最大亮度由正视方向根据观看者的位置偏转到特定方向的光学膜。本文基于扩展光源进行设计,根据扩展光源上不同位置的光线到达微结构的能量不同,提出了分段加权叠加的方法设计出微结构面型。仿真结果表明:水平视角不变,垂直视角偏转-15°,光线透过率为84.7%,半亮度视角范围为(-38.4°,4.4°)。采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试,测试结果表明:和传统的背光视角相比,垂直方向的最大亮度由原来的0°偏转到-16°,半亮度视角由(-23.8°,27.4°)变为(-43°,9.4°),透过率为83.0%,同时满足视角偏转和亮度的要求。

摘要：扩展光源准直照明系统的出射光束发散特性决定了其极限照明距离的大小。基于费马原理,给出了平凸准直透镜面型的解析表达式,根据成像光学相关理论推导出扩展光源条件下准直照明系统中出射光束发散角的计算公式,并进行了模拟仿真和实验验证。研究发现扩展光源准直照明系统中出射光束的发散角与光源发光区域的尺寸成正比,与准直透镜的焦距成反比,与透镜口径无关。该结论可为扩展光源准直照明系统出射光束发散角的压缩和极限照明距离的拓展提供理论依据,对探照类灯具研制中光源的选择、准直配光透镜的设计有指导意义。

摘要：在多车道的道路照明中,需要非对称矩形配光。本文根据非成像光学理论,建立点光源空间与目标照明面之间的拓扑关系,采用合适的反馈优化方法,获得面向扩展光源且在路面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器,仿真结果表明,配光后光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内,且实现了非对称的配光,横向照度均匀度达到了85%,纵向照度均匀度达到了80%,满足道路照明要求;并且通过开模实际测试出整体的照度均匀度为80.13%,验证仿真结果以及证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。

摘要：提出了一种用于扩展发光二极管(LED)光源配光的自由曲面透镜设计方法。利用加权叠加点光源透镜的母线,设计得到了自由曲面透镜,构建了反映照度均匀性的评价函数,自变量为三个权重因子。利用粒子群算法优化权重因子,使评价函数达到最小值,此时照度的均匀性最高。目标面上的均匀度从初始结构的78.93%提高到90.67%,同时光效保持在92%以上。对透镜分别进行加工误差分析和横向公差分析,结果表明,当加工误差在-1.0～1.0μm范围内、横向位移误差在0.0～0.2mm范围内时,目标面照度均匀度所受影响较小。

摘要：提出了一种适用于二维面形加权叠加的方法,该方法可以针对扩展LED光源设计自由曲面对光分布进行调控。在光源面上取5个采样点作为5个点光源产生5个自由曲面,对每个自由曲面数据点分别乘以权重因子,对加权之后的自由曲面进行叠加,叠加后的自由曲面作为初始轮廓。使用粒子群算法对权重因子做进一步优化,获得最优权重因子,使用最优权重因子对5个自由曲面进行加权叠加。使用叠加之后最优的自由曲面构成的透镜对扩展LED光源进行光分布调控,模拟结果表明,使用该方法可使目标面的照度均匀度达到75%,比初始透镜在目标面产生的照度均匀度提高了15%。该方法具有优化变量少、面形连续性好、收敛速度快等优点。

摘要：提出一种基于双自由曲面的均匀照明设计方法,根据几何光学理论和能量映射关系,设计了距高比为1的双自由曲面透镜。通过将扩展光源和透镜表面离散化,对扩展光源进行反向追迹构建新的双自由曲面。借助光学仿真软件模拟了光学性能,结果表明:在距离光源1000 mm处的目标面实现了半径为1000 mm的均匀圆形照度分布,照度均匀度达92.3%,该方法有效提升了基于扩展光源的目标面的照度均匀性,设计过程无需对自由曲面反馈优化,大大缩短设计时间,过程简易方便。