針對擴展光源非成像光學設計的研究.pdf

1、本文以擴展光源的非成像光學設計為研究對象,以非成像光學理論以及光度學知識為理論基礎,系統(tǒng)地研究了擴展光源的非成像光學中常用光學器件:透鏡與反光杯的設計,并將傳統(tǒng)針對擴展光源的非成像光學設計方法——同步多曲面法應用機器視覺照明系統(tǒng)中,取得效果明顯。提出兩種新的針對于擴展光源的非成像光學設計算法——鏡面反射法與最大能量法,具體研究內容如下:
　　1、研究機器視覺照明系統(tǒng),提出將針對擴展光源的非成像光學設計方法——同步多曲面法,應用于機

2、器視覺的照明系統(tǒng)光學部分設計,通過實驗表明均勻度有大幅提升,由傳統(tǒng)的被照面照度均勻度0.8124提升至0.8870。同時由于機器視覺照明中某些特殊信息需不同波長的光照射,所以需在照明系統(tǒng)中更換具有不同波長光的光源,采用六組光學仿真證明了使用同步多曲面法,可以在光源具有相同尺寸的情況下使用同一個光學系統(tǒng)仍可以保證被檢測面上高均勻度,照度均勻度分別可達到0.8772、0.8760、0.8992、0.9012、0.8781、0.8902。

3、r>　　2、提出針對擴展光源設計實現(xiàn)目標面均勻照度的反光杯的新算法——鏡面反射法,該方法區(qū)別于傳統(tǒng)非成像光學設計的點對點模式,實現(xiàn)了擴展光源整體發(fā)光面對應反光杯面上微面元的映射,并在設計之初考慮在偏離縱軸(y軸負方向)光軸順時針θ角度接受面接受到來自光源的能量分為兩部分:1)整個擴展面能量直接在θ角方向能量的投影IS;2)整個擴展面能量經(jīng)過反光杯面在θ角方向能量的投影IM。通過兩部分能量與目標面能量分布映射的關系求解反光杯各微細面元,得

4、到整個反光杯面型。該方法設計反光杯體積小,結構緊湊,對光學控制性良好,在目標面實現(xiàn)的照度均勻度達到0.9213。
　　3、提出針對擴展光源設計小角度反光杯的新算法——最大能量法,該方法可以針對具有任意表面形狀的擴展光源,不僅是COB封裝的LED光源,也可以是球狀表面的無極燈,或者是其它任意形狀表面均勻發(fā)光的擴展光源,具體提出了COB光源及無極燈光源的表面光源建模,提出核心算法“最大能量角”的求解,并在使用同樣反光杯口徑與同樣光源發(fā)