光学 精密工程
2022, 30(10): 1139
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光健康中心，江苏 苏州 215163
为了对比TIR（Total Internal Reflection）透镜和自由曲面反光杯用于LED（Light-Emitting Diode）光源准直的效果，基于TracePro分别仿真LED光源在相同口径的TIR透镜和反光杯下的有效射程和光斑直径，对比相同口径的TIR透镜和反光杯下的准直特点。研究结果表明，随着口径的增加，射程均有所增加，光线形态经历三个阶段，对应光斑有三种形态，即矩形形态、复峰形态和驼峰形态；光源经过反光杯后的光斑直径更小且存在滞后效应；LED光源经过TIR透镜后的射程更远，但相差较小；当光斑口径过大时，两种光学系统均形成光环。
光学设计 LED TIR透镜 反光杯 仿真 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1922001
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光与健康研究中心, 江苏 苏州 215163
进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°。分析了LED集鱼灯在渔船横摇角度变化范围(-10°~10°)内的目标面相对照度分布的相似性和误差率。模拟结果和实验结果的正交归一化相似性(NCC)分别大于98.50%和99.53%,均方根误差(RMSE)分别小于5.56%和4.60%。与普通LED集鱼灯和金卤灯比较,本设计显著提高渔船横摇时LED集鱼灯的光照稳定性。结果表明,在不同照明角度下,LED集鱼灯的自由曲面透镜能很好地实现海面上的稳定光照。
光学设计 自由曲面 发光二极管 光照稳定性 透镜
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光与健康研究中心, 江苏 苏州 215163
设计了一种基于大功率高光密度发光二极管(LED)光源的投弹照明灯。基于非成像光学理论,利用ZEMAX软件建立了以大口径高透过率菲涅耳透镜为核心元件的准直光学系统。利用焦距为1500 mm的柱面菲涅耳透镜对准直光束进行一维方向的扩散,再将灯具以6.85°的倾斜角度照射靶面,实现了大面积光斑照明。利用TracePro软件进行仿真分析,得到光斑水平方向和垂直方向的发散角分别为18.1°和2.46°。样机在靶标上投射出一个清晰、对比度高的类椭圆形亮斑,中心最大照度可达110 lx,能够满足战斗机夜间投弹训练的要求。
光学设计 大功率发光二极管(LED)光源 投弹照明灯 非成像光学理论 柱面菲涅耳透镜 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 122203
1 江苏省医用光学重点实验室 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学，北京 100049
为了实现大面积矩形均匀光斑，提出一种基于双排复眼透镜的设计方案。使用TracePro软件对该照明系统方案的效果进行建模仿真，分析了复眼透镜组的间距、后工作距离等参数对光斑面积和均匀性的影响。结果表明，复眼透镜间距越小、后工作距离越大，得到的光斑面积越大；而当间距控制在微透镜焦距附近时，光斑均匀性最佳。利用该设计方案，可在1 m的后工作距离得到尺寸350 mm×200 mm的光斑，光斑中心280 mm×160 mm范围内光照度均匀性＞0.85，该部分面积超过光斑整体面积的60%。该匀光方案有望在医用光疗、路灯照明等大面积均匀光照明领域得到广泛应用。
均匀照明 复眼透镜 大面积 矩形光斑 容错性 uniform illumination compound eye lens large area rectangular light spot fault tolerance
