天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室, 天津 300072
在一台光学发动机上, 利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法, 研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。 试验过程中, 通过改变喷油时刻 (SOI=-25, -15和-5°CA ATDC) 使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。 通过使用正庚烷、 异辛烷、 乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。 结果表明, 在PPC模式下(-25°CA ATDC), 火焰发展过程是从近壁面区域开始着火, 而后向燃烧室中心发展, 即存在类似火焰传播过程, 同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。 敏感性对燃烧相位影响较大, 对缸内燃烧火焰发展历程影响较小; 高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟, 表明高敏感性燃料高温反应过程推迟, 且光谱强度更低, 表明碳烟辐射强度减弱。 在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC), 燃烧火焰发光更亮, 燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。 高、 低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近, 此时的燃烧反应更剧烈, 放热率更高, 碳烟出现时刻更早。 该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度, 说明此时的CO氧化反应与碳烟辐射更强。 在CDC模式下(-5°CA ATDC), 由于使用的燃料活性较低, 燃烧放热时刻过于推迟, 放热量很小, 缸内燃烧压力低, 因此燃料敏感性对缸压和放热率的影响不明显, 但从燃烧着火图像中可以看到高敏感性燃料的火焰出现时刻较低敏感性燃料推迟。 低敏感性燃料的燃烧初期蓝色火焰首先出现在燃烧室中心, 着火火焰出现时刻更早, 之后蓝色火焰从中心向周围扩散, 呈现火焰传播为主导的燃烧过程; 燃烧后期, 局部混合气过浓区导致亮黄色火焰面积逐渐增大并向周围扩散。 高敏感性燃料的火焰发展趋势与低敏感性燃料类似, 黄色火焰的亮度与面积更小。 尽管高、 低敏感性燃料的OH和CH带状光谱的出现时间相近, 但高敏感性燃料的光谱强度仍更低。 综合分析, 火焰发展结构与自发光光谱特征主要受喷油时刻的影响, 燃料的敏感性主要影响着火时刻和火焰自发光光谱强度, 且高敏感性燃料的光谱强度更低。
光学发动机 部分预混燃烧(PPC) 燃料敏感性 自发光光谱 火焰发展 Optical engine Partially premixed combustion (PPC) Fuel sensitivity Self-luminous spectrum Flame development 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 2999
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异, 设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎, 包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面, 采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明: 照明光学系统的照度均匀性优于94%; 中波(3.7~4.8 μm)和长波(8~12 μm)内, 变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF, Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4; 系统畸变小于0.5%, 满足使用要求.
光学设计 红外仿真 数字微镜器件(DMD) 双波段 光学引擎 optical design infrared simulation dual digital micro-mirror device(DMD) two-band optical engine
为了满足用户对高分辨率、大屏幕、大色域图像的追求,设计了一种基于激光光源照明系统的超高清(UHD) DLP投影光学引擎,样机应用单片式4K TRP DMD芯片,采用红(638 nm)、绿(532 nm)、蓝(447 nm)三色激光器作为光源。介绍了DLP UHD照明光学系统的两种典型设计方案,采用复眼透镜阵列作为匀光方案来提高光能利用率和光源均匀度。还介绍了TI的TRP技术和XPR技术,对比了适合于TRP技术的TIR和RTIR棱镜的优缺点,给出了光学仿真,设计了双DDPP4422+FPGA的驱动系统, 实现了投射比为0.248的激光投影样机。样机色彩饱和度高,显示效果好。光学系统结构简单、集成化程度高、易于实现批量化生产。
激光显示 超高清 数字光处理技术 数字微镜元件 光学引擎 laser display ultra high definition digital light processing digital micromirror device optical engine
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心,长春 130022
为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光, 对传统的光学引擎进行优化, 提出一种多偏振分光棱镜组合方式, 并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案, 讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真, 对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明: 优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光, 并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.
反射式硅基液晶 拼接技术 光学引擎 偏振分光棱镜 照明光学系统 光学设计 Liquid crystal on silicon Splicing technology Optical engine Polarization beam splitter Lighting optical system Optical system design
1 上海电机学院 电子信息学院, 上海 200240
2 华东师范大学 信息科学与技术学院, 上海 200062
3 上海公安三所 刑侦事业部, 上海 200031
设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜, 并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化, 发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下, 整个复眼透镜上的阵列越多, 即复眼透镜上蜂窝的数量越多, 其匀光效果就越好, 且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效, 设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹, 实验显示其光线透过率可以达到92.5%, 且几乎无杂散光。
激光显示 光学扩展量 复眼透镜 光学引擎 数值孔径 光线追迹 laser display étendue fly-eye lens optical engine numerical aperture ray tracing 强激光与粒子束
2014, 26(8): 089002
1 上海电机学院 电子信息学院, 上海 200240
2 华东师范大学 信息科学与技术学院, 上海 200062
3 上海公安三所 刑侦事业部, 上海 200031
在方棒照明系统的基础上，根据激光光源的发光特性和准直性，设计了一款用于激光投影显示的，基于光棒匀光的照明光路系统。此系统具有结构简单、开发周期短、加工成本低的优点。仿真结果表明: 设计的激光投影机光能量利用率达到78%，均匀度达到85%，满足激光投影显示中对集光和照明的设计要求。
激光投影显示 光学扩展量 光棒 光学引擎 照度分布 laser display optical propagation light pipe optical engine illumination distribution 强激光与粒子束
2014, 26(7): 079003
1 杭州华普永明光电股份有限公司, 杭州 310015
2 中国标准化研究院, 北京 102200
为了解决 LED路灯的散热问题, 有效降低焊盘温度, 从而提高灯具整体性能的稳定性, 提升 LED实际工作时的发光效率, 本文对 LED路灯模组接口进行了研究。首先分析了现有 LED路灯模组接口 (如四螺钉定位 LED模组、ZHAGA联盟的路灯 LED模组标准)的合理性及存在的缺陷, 并由此总结出大功率照明用 LED模组接口应该具备的 3种特性。根据我国 LED路灯的实际工作环境和安装条件, 提出了一种具有一定辅助热传导作用、安装简单、且易于升级换代的接口 .楔型连接槽, 并具体阐述了其在模组化 LED路灯中的应用。此外, 本文通过理论分析和实验验证的方式, 证明了楔型连接槽模组接口应用于 LED路灯上的优势及可推广性。
模组化 LED路灯 LED模组 光引擎 通用性 标准接口 modular LED street lamps the LED module optical engine generality standard interface
1 华东师范大学 信息科学技术学院, 上海 200062
2 上海电机学院 电子信息学院, 上海 200240
通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。
激光投影显示 光学引擎 分散器 图像评价 laser projection display optical engine diffuser image evaluation
1 华东师范大学 信息科学与技术学院, 上海 200062
2 长江师范学院 物理学及电子信息工程系, 重庆 408003
3 海信集团有限公司 研发中心, 山东 青岛 266071
介绍了激光硅基液晶芯片的显示原理，针对硅基液晶光学引擎的特点，采用光学扩展量表征系统的光能利用率，并分析了光学扩展量的变化与光能利用率的关系。利用光学软件Zemax和Tracepro设计了三片式激光硅基液晶光学引擎。实验结果表明:此光学引擎体积小,光学扩展量小,照度均匀性高达到92%以上,能量利用率达到56%以上,满足设计要求。
激光投影 光学引擎 硅基液晶芯片 合色方棱镜 光学扩展量 散斑 laser projection optical engine LCOS chip X-cube étendue value speckle 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2621
1 中国科学院光电研究院， 北京 100094
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 北京中视中科光电技术有限公司， 北京 100049
基于光源偏振补偿硅基液晶(LCOS)光学引擎的激光三维(3D)显示系统对传统的LCOS光学引擎引起的偏振光损失进行了补偿，使经由照明系统进入光学引擎的不同偏振方向的激光全部参与成像，既可以实现激光3D立体显示，还提高了二维(2D)显示时的光能利用率。进行2D显示时，入射激光的s偏振光和p偏振光分别对应于不同LCOS同时成像，成像后的图像在屏幕上相互叠加，投影后图像的亮度约为未进行偏振补偿时的2倍。当输入3D视频信号时，正交偏振的p偏振光和s偏振光分别对应于左右眼图像同时成像，观看者配戴由正交偏振片制成的眼镜，可实现双像分离，实现激光3D显示。
图像处理 激光显示 光学引擎 硅基液晶 三维立体显示
