1 重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065
2 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
提出了一种基于反射式微棱镜阵列结构的车载波导抬头显示系统，分析了反射式微棱镜阵列结构的倾斜角度、区域数量、排列周期以及入射光宽度等参数对杂散光、出瞳扩展连续性、照度均匀度的影响，给出了最佳参数的设计方法。针对10°×5°视场角，130 mm×50 mm眼动范围的车载要求，进行了具体的波导设计与仿真。结果显示提出系统各视场照度均匀度大于64%，可实现全彩显示，整体体积小于6.5 L。提出的结构与方法有望应用于车载抬头显示领域，降低系统体积。
光学设计 波导显示 微棱镜阵列 全彩显示 增强现实 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722004
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210063
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 重庆京东方光电科技有限公司, 重庆 400714
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。
全息 散斑 大角度 散射 光学学报
2021, 41(16): 1609001
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 400714
2 中国科学院大学，北京 100049
与汞灯相比，紫外 LED波长单一，不能与现有紫外油墨的光引发剂完全兼容，难以实现汞灯的固化效果。本文给出了一种多波长均匀混合的紫外 LED油墨固化系统设计方法。将三种波长的紫外 LED在弧面上排成阵列，采用光学自由曲面，使每颗 LED灯珠均匀照射固化区域，结合照明角度倾斜变化，解决了波长均匀混合与照度均匀技术难题。光线追迹仿真结果表明，在距光源 600 mm的目标面上得到了波长混合均匀，平均照度为 110.7 mW/cm2，照度均匀性为 0.82的照明光斑，该设计有望模拟汞灯的多光谱照明效果，促进紫外 LED在油墨固化中的应用。
光学设计 LED阵列 油墨固化 汞灯 均匀性 optical design LED array ink curing mercury lamp uniformity
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
重庆绿色智能技术研究院 集成光电技术中心, 重庆 300417
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18.2 mW/cm2, 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.
紫外LED 失效安全 光学设计 匀光照明 曝光 UV-LED Fail-safe Optical design Uniform illumination Exposure
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 中国科学院上海技术物理研究所 红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
基于精确的LED光源近场模型, 提出了一种LED光学扩展量测量方法.通过追迹LED近场光源模型中的光线数据, 可获得LED光功率关于光学扩展量的关系曲线, 直观反映出LED光源的光学扩展量特性和光能利用率等信息.以紫外曝光系统中的UV-LED阵列面光源为例, 对三款不同型号的UV-LED进行了实际测量.通过测量得到的光学扩展量和光能利用率曲线, 可以对UV-LED的光束质量作出判断, 并为阵列面光源的优化设计提供帮助.
非成像光学 光学扩展量 光源近场 发光二极管 光学设计 Non-imaging optics Etendue Light source near-field Light-emitting diode 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 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 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
3 军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
为了实现半导体激光器快轴准直柱透镜加工公差的快速、准确制定，在快轴光束准直理论分析的基础上，采用几何光学的方法建立了多参数加工公差理论模型。该模型以各个结构参数的极限偏差值作为公差初始值，以实际的加工精度作为边界条件，并根据具体的准直设计要求进行优化，实现各个参数公差的合理、快速分配。针对常见的TO-MOUNT型号中的一款快轴发散角为36°的半导体激光器设计了快轴准直柱透镜，利用该理论模型实现快轴准直柱透镜加工公差的快速制定，引入该公差后的ZEMAX仿真结果符合准直设计要求，且仿真的出射光束发散角与理论计算结果仅有1.1%的误差。
半导体激光器 准直柱透镜 几何光学 公差分析 极限偏差值 semiconductor laser collimation cylindrical lens geometrical optics tolerance analysis limit deviation 强激光与粒子束
2015, 27(11): 111003
1 军械工程学院 电子与光学工程系， 河北 石家庄 050003
2 装备学院 航天指挥系， 北京 101416
3 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
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。beam homogenization
激光技术 微透镜阵列 位置误差 半导体激光 均匀光斑 Laser technique microlens array position error laser diode homogenized spot 强激光与粒子束
2015, 27(9): 091002
