1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分，其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量，因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究，重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系，在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上，对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解，结合偏微分方程法和划分网格法，设计了自由曲面透镜，该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS）照明系统。仿真分析结果表明：系统照度均匀性达到91.96%，若不计偏振影响，照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点，满足增强现实眼镜的需求。
增强现实技术 照明系统 准直系统 自由曲面透镜 augmented reality technology illumination system collimating system free-form lens
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 北京盛想科技有限公司 北京 100085
为了获得高均匀性、对称性及一些特殊形状强度分布的白光发光二极管(LED)光束以满足某些特定的需求, 基于白光LED光源为朗伯光源的特性, 运用自由曲面透镜的方法对LED光束进行了光束整形, 分别采用单一自由曲面透镜以及全内反射(TIR)透镜与微透镜阵列组合两种不同的整形结构, 进行了加工工艺和原理理论分析, 并通过了实验验证。结果表明, 实验得到的圆形均匀光斑, 其总光线利用率高达96%, 有效面积光线利用率为88.4%; 得到的矩形均匀光斑, 总光线利用率为91%, 有效面积光线利用率为78.7%, 光束均匀度均在60%以上;通过自由曲面透镜方法进行白光LED光束整形效果极佳。该整形方法为白光LED光源的进一步广泛应用提供了重要的指导。
光学设计 白光发光二极管 光束整形 二次配光 自由曲面透镜 微透镜阵列 optical fabrication white light-emiitting diode beam shaping secondary light distribution free-form lens microlens array
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 北京大学分子医学研究所, 北京 100871
为了校正大长径比、大扫描视角共形整流罩引入的动态像差,提出了一种固定自由曲面透镜阵列校正器。通过设计透镜阵列校正器中各透镜自由曲面的面形和旋转角度,校正不同扫描视角大长径比共形整流罩引入的动态像差。实验结果表明,自由曲面透镜阵列校正器可以对长径比为1.2的共形整流罩实现±50°扫描视角的动态像差校正。这种新型校正器具有动态校正器和固定校正器的优点,可适用于扫描视角大、长径比大以及稳定性高的共形整流罩光学系统。
光学设计 共形光学 整流罩 自由曲面透镜 透镜阵列
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-1.0~1.0 μm范围内、横向位移误差在0.0~0.2 mm范围内时,目标面照度均匀度所受影响较小。
光学设计 照明设计 扩展光源 加权叠加法 粒子群算法 自由曲面透镜 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 122202
安徽师范大学 物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
为克服普通灯泡汽车前照灯耗能高、寿命短和现有LED(发光二级管, Light-Emitting Diodes)前照灯成本高的缺点, 提出了一套采用小功率LED的汽车前照灯光学设计方案。采用48颗小功率LED, 使得每颗LED照亮配光屏上的一块矩形区域。对单颗LED设计自由曲面透镜, 光线经透镜出射形成一个矩形光斑。点亮不同的LED以及调整车灯的照射方向可以满足照明要求。模拟结果符合国家标准要求。采用小功率LED比普通灯泡寿命长, 比大功率LED前照灯成本低, 可靠性强, 并且还能部分实现自适应前照灯的功能。
应用光学 前照灯 小功率LED 自由曲面透镜 applied optics headlamps low-power LED free-form lens
