LED路灯自由曲面二次光学透镜的设计

LED准直照明的自由曲面透镜设计

LED准直照明的自由曲面透镜设计 Jin-Jia Chen, Te-Yuan Wang, Kuang-Lung Huang, Te-Shu Liu, Ming-Da Tsai, and Chin-Tang Lin 1、电气工程学院国立彰化师范大学系，士达路，彰化50074，台湾 2、光电与能源工程，明道大学，369文华路，Peetow，彰化52345，台湾 * jjchen@https://www.360docs.net/doc/4f3344353.html,.tw 摘要：我们提出一个简单的镜头自由曲面设计方法应用到LED照明的准直。该方法是从基本的几何光学分析及施工方法得出。通过使用这种方法，一个高度准直透镜与为 1.0mm ×1.0毫米LED芯片的尺寸和86.5％下的±5度的视角的光学模拟的效率构成。为了验证该透镜的实用性能，准直透镜的原型也制成，并且90.3％具有4.75度的射束角的光学效率被测量。 ?2012美国光学学会 OCIS代码：（220.2740）几何光学设计; （220.4298）非成像光学系统; （220.2945）照明设计; （230.3670）发光二极管。参考文献 1.H. Ries and J. Muschaweck, “Tailored freeform optical surfaces,”J. Opt. Soc. Am. A 19(3), 590–595 (2002). 2.P. Benítez, J. C. Mi?ano, J. Blen, R. Mohedano, J. Chaves, O. Dross, M. Hernández, and W. Falicoff, “Simultaneous multiple surface optical design method in three dimensions,”Opt. Eng. 43(7), 1489–1502 (2004). 3.Y. Ding, X. Liu, Z. R. Zheng, and P. F. Gu, “Freeform LED lens for uniform illumination,”Opt. Express 16(17),12958–12966 (2008). 4.L. Sun, S. Jin, and S. Cen, “Free-form microlens for illumination applications,”Appl. Opt. 48(29), 5520–5527 (2009). 5.F. R. Fournier, W. J. Cassarly, and J. P. Rolland, “Fast freeform reflector generation usingsource-target maps,”Opt. Express 18(5), 5295–5304 (2010). 6.W. Zhang, Q. Liu, H. Gao, and F. Yu, “Free-form reflector optimization for general lighting,” Opt. Eng. 49(6), 063003 (2010). 7.G. Wang, L. Wang, L. Li, D. Wang, and Y. Zhang, “Secondary optical lens designed in the method of source-target mapping,”Appl. Opt. 50(21), 4031–4036 (2011). 8.V. Medvedev and W. A. Parkyn, Jr., “Screen illumination apparatus and method,”US Patent 6166860 (2000). 9.D. Weigert and D. Chin, “Spotlight with an adjustable angle of radiation and with an aspherical front lens,”US Patent 6499862 B1 (2002). 10.A. Domhardt, S. Weingaertner, U. Rohlfing, and U. Lemmer, “TIR Optics fornon-rotationally symmetric illumination Design,”Proc. SPIE 7103, 710304, 710304-11 (2008).

(完整word版)光学自由曲面制造的基础研究

项目名称：光学自由曲面制造的基础研究首席科学家：房丰洲天津大学起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部天津市科委

二、预期目标（1）总体目标针对国家发展的重大需求对光学自由曲面制造技术的要求，深入研究并解决光学自由曲面制造中的重大关键基础科学问题，揭示自由曲面成型过程中纳观尺度材料迁移新理论，掌握和研究光学自由曲面高效、纳米级精度加工工艺技术及装备的共性基础问题，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高精度、可控面形的光学自由曲面加工技术，培育我国光学自由曲面加工领域在国际上具有重要影响的学术带头人和创新团队，推动我国制造技术基础理论研究，确立在光学自由曲面制造领域国际竞争中的优势地位，增强光学自由曲面核心关键器件自主创新能力，并将光学自由曲面制造理论向更多领域纵深发展，推动我国科技进步。（2）五年预期目标在理论研究方面：解决光学自由曲面制造中的关键科学问题，为实现高精度、高效率和高可靠性的光学自由曲面制造技术与装备提供理论基础，跻身于国际制造科学研究领域的前沿。 ?揭示光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况激励下控制系统与机械结构耦合动态特征对加工精度的扰动规律，建立几何/物理/材料关联约束条件下光学自由曲面的空间机构构型创新设计与优化理论； ?揭示光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移规律，建立曲面成形过程中跨尺度材料特性演变、表层及近表层材料结构变化等基础理论； ?揭示光学自由曲面物理再构过程中加工工具在力、热和化学等多场耦合环境下与加工材料之间相互作用和微观力学行为，建立加工工具的失效形式及其加工性能的演变理论； ?揭示多物理场辅助下纳米切削行为、离子注入表面改性后的硬脆材料切削规律，建立工具磨损抑制及材料学分析测试理论。在技术应用方面：

光学设计

大连民族学院工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术科学学生姓名：任增鑫学号：2010053216 指导教师：芦永军完成日期：2013-11-18 大连民族学院

摘要平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构

目录摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)

自由曲面光学镜片的设计

自由曲面光学镜面的设计摘要光学自由曲面具有非对称面形、灵活的空间布局、丰富的设计自由度等特性。自由曲面是应用最广泛的曲面形状之一，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼用镜片，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。本文通过设计渐进多焦点眼用镜片，并以之为例研究自由曲面光学镜片的性质及特点。渐进镜片(英文progressive addition lenses 简称PAL）是针对老视症状的一种有效的解决手段，与各类传统老视镜片相比较具有许多优点，本文对这种镜片的设计和评价进行研究。首先，介绍渐变镜片的渐变结构特征和矫正原理，比较分析软设计和硬设计之间的区别。其次，介绍渐进多焦点眼用镜片的基本结构。应用基于狄利克雷原则的软设计方法，阐述渐进多焦点眼用镜片子午线设计的基本原理，构建子午线多项式，给出子午线设计需满足的条件。在子午线设计的基础上，设计渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线，在此基础上设计镜片矢高，确定镜片面形。然后，根据曲面的微分几何理论，给出渐变镜片的性能评价方法，即计算镜片的球面度及柱面度。关键词渐进镜片；老视；软设计；子午线

Design of free-form surface optical lenses Abstract Free-form lens has asymmetric surface shape, flexible space layout, extensive design freedom and other characteristics. Free surface is one of the curved shapes which are most widely applied. For instance, the progressive addition lenses（PAL) which can improve the quality of human vision are a successful example that the free-form technology is applied to optical lenses. In this paper, the design of the progressive addition lenses is introduced, and the nature and characteristics of the optical lenses will be researched through it. The progressive addition lenses is a new kind of effective solution to presbyopia, it has many advantages over other lenses dealing with presbyopia. Investigation of its design and evaluation method is shown in this paper. Various kinds of presbyopia lens is reviewed and compared. The basic feature and principle of the PAL are introduced and the difference between the characteristics of hard design and soft design is described as well. The structure of progressive addition lenses is introduced, and the soft method based on Dirichlet principle is given in detail. The principle of designing meridional power laws for progressive addition lenses is expounded based on polynomial, and the criterion of designing meridional power laws is given out. On the basis of designing meridional power laws, the vector height and the isopower contours are designed in order to determine the surfaces of progressive addition lenses. According to the differential ge ometry theory of curving surfaces, PAL’s performances are evaluated, and the mean surface power and the constant surface astigmatism are calculated. Keywords progressive addition lenses, presbyopia, soft design,meridian line

实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计

实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计时间：2012-05-22 来源：中国照明网作者：关键字：LED台灯均匀照明仿真设计 1引言近年来，由于用眼过度和书写环境不良等原因，我国已成为青少年近视眼发病率世界第二的国家，而且因高度近视而致盲的青少年人数高达30万[1]。视力保护、缓解眼疲劳十分必要。调查指出，相对于普通交流台灯，使用无频闪台灯有助于减轻眼疲劳和其他用眼不良感觉，如眼睛干涩、胀痛和眼花等[2]。 LED作为直流无闪频、高光效的新一代照明光源，在书写照明应用上具有极大的潜力。但是，LED高度窄角集中的光学特性导致了光斑呈现中间极亮，随半径增大方向急速衰减的不均匀现象。这种极度不均匀照明将引起瞳孔频繁调焦，容易导致眼睛疲劳和不适。利用自由曲面透镜是有效改善光线分布状况的重要途径。该方法目前主要集中于LED路灯等室外照明的研究[3]。LED是具有一定发光面尺寸的光源，但是面光源的光线路径极其复杂，因此往往将其简化为点光源模型进行透镜设计。这必然影响实际的配光效果。相比于室外照明，应用于室内照明的LED台灯对照明区域的均匀度要求更高。因此，应用于LED台灯配光的自由曲面透镜设计必须充分考虑发光面尺寸和透镜尺寸对配光效果的影响。 2旋转对称自由曲面透镜设计 2.1设计原理台灯的照明区域主要是圆形区域[4]。因此，实现台灯均匀照明的自由曲面透镜是旋转对称的，其设计可以简化为:根据Snell定律和二维平面空间LED的配光特性求取该平面上透镜自由曲面的母线。LED光源是具有余弦分布特性的朗伯光源，即I(θ)=I0·cosθ(1)上式中I0为法向轴线上LED的光强，θ为光线与法向轴线的夹角，如图1(a)所示。利用划分网格法[5]的思想，建立光源与照明区域的拓扑关系。为实现照明区域照度的均匀分布，离散后具有相同微角度间距dθ的发射光线在照明区域的映射点的间距需满足余弦分布的特性，即l(θ)=l0·cosθ(2)

LED二次光学设计

谓的一次光学设计就是：把LED IC封装成LED光电零组件时，要先进行一次光学设计，以解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、色温的范围与分布;二次光学设计是针对大功率LED照明来说：一般大功率LED都有一次透镜，发光角度为120度左右。二次光学就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜改变它的光学性能。我们必须清醒的认识到，一次光学设计是二次光学设计的基础。只有一次光学设计封装设计合理，能够保证每个LED发光零组件的出光品质，才能在一次光学设计的基础上进行二次光学设计，以保证整个发光系统的出光品质。简单地说，一次光学设计的目的是尽可能多的取出LED芯片中发出的光。二次光学设计的目的则是让整个灯具系统发出的光能满足设计需求雷笛克光學推出二次光學透鏡系列產品2009/05/08 - 10:39 — ivan 在目前照明產業中，就屬LED照明為最新興產業，各界皆卯足了實力積極開發LED相關照明，當然LED照明的先決條件第一一定是LED本身之亮度、色溫，再者電源供應器及散熱裝置，其中攸關到最終的成敗關鍵則是LED發出的光形，如何有效控制運用LED光形的折射，此時二次光學的透鏡就是關鍵了。雷笛克光學股份有限公司在光學透鏡開發耕耘已有相當一段時間，可說為亞洲區LED二次光學透鏡始祖之一，而為有效將LED的光源達到完整的運用，雷笛克光學研發團隊此段期間已開發出多款難度極高的產品，並針對CREE、OSRAM、LUXEON、NICHIA、SEOUL、EDISON等國際級封裝大廠特製開發專用之二次光學透鏡，產品類別從單顆光學透鏡甚至到60合1的舞台燈光透鏡以及路燈透鏡等皆完成開發，且目前已達到量產出貨階段，而發光角度則是由全角8度到全角180度一應俱全。 For CREE XR-E - 8° Single Lens

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计【摘要】在目前的低碳环境下，LED照明光源逐步替代传统光源，但是由于其本身结构和自身特点，要进行高效的光能利用与照明，必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计，其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。【关键词】LED照明;扩展光源;光学设计 Abstract：In the current low carbon environment，LED lighting light source gradually replace the traditional light source，but because of its own characteristics and structure，which carry out efficient energy utilization and lighting，must be proper optical design so as to improve the light energy distribution.The author first expounds the optical properties of leds and the secondary optical design，secondly for high power LED light source expanding secondary optical design has carried on the deep discussion. Keywords：LED lighting;extended light source;optical design 随着科技生产力的快速发展，能源的消耗量日益提升，为了节约能源，实现绿色和谐的生产、生活方式及社会的可持续发展，全世界正在向低碳时代转型。同样，只要能省电，照明也可以是低碳的。LED是一种特殊的半导体器件，可以将电信号转换为光信号，属于固态光源，由于其具有电压低、效率高、光线质量高、光色纯、寿命长、能耗小、体积小、绿色环保、可靠、耐用等优点在照明领域得到了广泛应用，被称为人类照明史上的第四次照明革命，LED被公认为新一代的环保高科技光源。但是由于LED光源的光强呈余弦分布，不能直接照明，同时为了使LED芯片发出的光能够最高效的输出、最大限度的被利用及满足照明区域的要求，必须对LED进行光学系统的设计。LED在封装过程的设计称为一次光学设计，在LED之外进行的光学设计成为二次光学设计，内容主要探讨LED大功率扩展光源的二次光学设计。 1.LED的光学特性及二次光学设计 LED是指利用化合物材料制成PN结的光电半导体器件，主要具有的光学特性为配光曲线、光谱结构及发光效率等。二次光学设计主要是相对于一次光学设计而言的，在进行二次光学设计时，主要考虑光通量、光强、照度计亮度等，以提高光能的利用率及满足照明区域的光学要求。 2.LED大功率扩展光源的二次光学设计在进行LED照明光学设计时，针对LED点光源的设计基础，依据边缘光学理论，提出了基于LED大功率扩展光源的设计方法和设计模型。

自由曲面照明透镜的应用研究_江程

文章编号:042727104(2010)0120081207 收稿日期:2009205231 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA03A166) 作者简介:江　程(1984— ),男,硕士研究生;刘木清,男,教授,通讯联系人,E 2mail :mqliu @https://www.360docs.net/doc/4f3344353.html,.自由曲面照明透镜的应用研究江　程,江　磊,陈郁阳,刘木清 (复旦大学电光源研究所,上海200433) 摘　要:根据已知光辐射分布特性的光源,通过设计合适的配光透镜,形成目标观察面上特定的照度分布或空间的光强分布,比如说形成照度均匀的矩形光斑.依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法.该方法在确定了能量映射方式和单面自由曲面透镜的初始结构后,由矢量形式的折射定律和光通量守恒定律,建立光源的光线、最终出射光线及入射点的法向矢量的关系方程组,进而得到此方程组的数值解,并通过CAD 软件的逆向工程建模即得到设计的透镜.介绍了此方法的多个实例.由于半导体光源L ED 体积小,可近似看成点光源,非常有利于使用自由曲面法进行二次光学设计. 关键词:照明透镜;自由曲面;点光源;辐射对应;网格对应中图分类号:TU 113文献标志码:A 传统的灯具设计一般在抛物面、椭球面等二次圆锥曲面上进行反射加透射结构的光学设计,来达到希望的光强分布.然而仅使用上述规则曲面往往并不能一下子达到设计目标,一般要通过试错法,对这样规则曲面的初始面形反射器进行一定的改动与细心的调整,反复优化,这种设计方法的时间周期长,且不一定奏效. 现在介绍一种比较新颖和热门的设计方法———自由曲面法,在知道光源本身的光强分布和目标平面的照度分布情况下,能够一气呵成的设计出所需的反射器或透镜,有利于提高设计灯具的效率.自由曲面非对称、不规则、难以用统一的方程式来描述.在照明光学系统中,它不仅能够自由分配光强,也可以控制光线角度、光程差等物理量.在照明系统中恰当的使用自由曲面能够优化照明系统的结构,减小系统的体积大小,提升照明效果,提高光能利用率,能够丰富照明设计的手段. 针对自由曲面的光学设计目前主要有H.Ries 的Tailoring 法[122],P.Benitez 的SMS (simultaneous multiple surface )法[3],V.Oliker 的变分法[425]以及W.Parkyn 的划分网格法[627]等.上述方法都比较复杂,最终都是把照明问题转换成对二阶非线性Monge 2Ampere 方程组的数值求解.比如就Tailoring 法而言,就有折射率方程、曲率方程、照度方程、积分条件及边界条件等5个矢量方程组,建模的过程采用了微分几何,方程的求解过程对数学要求也很高.而国内针对自由曲面非成像透镜也有单位在研究,各自的侧重点不同.浙江大学针对投影照明的应用而先后研究了反射式、透射式的自由曲面光学设计[829],清华大学则提出了表面非连续的自由曲面透镜的设计有利于控制大角度光线的精确度[10],另外香港理工大学的研究主要是针对道路照明应用的L ED 光源的二次光学设计[11]. 本文根据照明的光学设计的实际应用,依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法,简化了单面自由曲面的照明透镜的设计,具体针对L ED 点光源介绍了几种可行的透镜结构和能量对应关系,并以形成矩形光斑为例,研制出了多种不同形式自由曲面照明透镜.1　设计方法与步骤 1.1　确定单面自由曲面照明透镜的初始结构目前能同时设计透镜的内外两表面均为自由曲面的只有P.Benitez 的SMS 法,本文要介绍的只是单面自由曲面的透镜,因此就有必须设定透镜某表面采用简单形式的曲面,而对另一表面加以设计.常用的第49卷　第1期2010年2月复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science )Vol.49No.1Feb.2010

LED路灯透镜光学设计

LED路灯透镜光学设计二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。 1. 技术背景LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。LED路灯如果没有经过二次光

光学设计总结

1.什么是光学设计？所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。 2.光学设计工作内容？光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。 3.光学设计各个阶段的主要内容？（1）. 根据仪器总体的技术要求，拟定光学系统的原理图，并初步计算系统的外形尺寸。称为“初步设计”或者“外形尺寸计算”；（2）. 根据初步设计的结果，确定每个透镜组的具体结构参数。称为“像差设计”或称“光学设计”。 4.光学系统设计的一般过程和步骤？一、光学系统设计的一般过程 1、制定合理的技术参数； 2、光学系统总体设计和布局； 3、光学部件（光组、镜头）的设计；一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。（1）选型; （2）初始结构的计算和选择； A、解析法； B、缩放法；（3）像差校正、平衡与像质评价。 4、长光路的拼接与统算； 5、绘制光学系统图、部件图和光学零件图； 6、编写设计说明书； 7、必要时进行技术答辩。二、光学设计的具体设计步骤 1、选择系统的类型； 2、分配元件的光焦度和间隔； 3、校正初级像差； 4、减小残余像差(高级像差)。 5.光学仪器对光学系统的性能和质量要求一、光学系统的基本特性二、系统的外形尺寸三、成像质量四、仪器的使用条件与环境此外，在进行光学系统设计时，还要考虑它应具有良好的工艺性和经济性。 1.什么是孔径？什么是视场？ 2.七种像差的基本概念、怎样表示、特点、初级像差描述形式、基本校正方法？像差：实际像与理想像之间的差异（1）球差概念：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种偏离称之为球差。表示：或

光学设计

现代光学设计作业

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。常用指标评价光学系统成像质量的方法：用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递

函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。（1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。轴上点的球差：由物点A发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴

自由曲面在空间光学的应用

自由曲面在空间光学中的应用在当今的生活中，自由曲面（Free-form）扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进行了调研。一、自由曲面简介光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。人工形成的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。二、自由曲面运用的原因空间遥感光学系统是在离地200km（低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F／＃的前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加，意味着所有与孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一定程度（通常200mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面的应用，可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式，能够提供灵活的空间布局，拓展了优化自由度，提升了光学系统的像差平衡能力，从而显著改善了光

LED二次光学设计在道路照明的应用毕业论文

LED二次光学设计在道路照明的应用毕业论文目录引言 (1) 第一章 LED在道路照明的应用 1.1 城市道路照明标准 (1) 1.2 目前我国LED在道路照明的应用情况 (3) 第二章 LED的基本原理 2.1 发光原理 (4) 2.2 LED结构 (4) 2.3 大功率LED的结构 (5) 第三章大功率LED的散热问题 3.1 大功率LED散热问题的产生 (9) 3.2 大功率LED散热问题的解决方法 (9) 3.3 大功率LED散热问题目前的情况 (14) 第四章 LED二次光学设计

4.1 二次光学设计叙述 (15) 4.2 多向基板的设计 (17) 4.3 配套反光镜、透镜设计论述 (25) 结论 (28) 致谢语 (29) 参考文献 (29) 引言：随着半导体技术的发展，LED的光效越来越高。LED以其环保、寿命长、节能、光线方向集中等诸多无可比拟的优势，逐渐走入照明领域。随着大功率白光LED兴起，掀起照明领域的一场新的革命。LED在照明领域的发展速度呈指数上升趋势，前景一片光明，必将取代传统灯具。然而大功率LED的兴起才经历了短短几年时间，目前市场上的LED灯具的封装特别是二次光学设计还是继续沿用了传统的灯具直接加上LED芯片，没有充分发挥LED自身的优【1。势】在《中国半导体照明》杂志第12期中，“LED路灯”继“十城万盏”之后，排行2009年LED年度最热词第二。随着LED路灯产品性能的不断完善，未来在主干道路，隧道方面【2。然而LED作为一种新型光源，在路灯应用的许多方面还需要不断完善。应用极有竞争力】

第一章 LED在道路照明中的应用 1.1 城市道路照明标准本节引用中华人民国行业标准CJJ 45-2006号文件，《城市道路照明设计标准》，解释道路照明中的关键术语，以及相关数据标准。【3 1.1.1 关键术语】 1、灯具效率：在相同的使用条件下，灯具发出的总光通量与灯具所有光源发出的总光通量之比。 2、灯具的安装高度：灯具的光中心至路面的垂直距离。 3、灯具的安装间距：沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离。 4、灯臂长度：从灯杆的垂直中心线值灯臂插入灯具那一点之间的水平距离。 5、路面平均亮度：按照国际照明委员会(简称CIE)有关规定在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点亮度的平均值。 6、路面亮度总均匀度：路面上最小亮度与平均亮度的比值。 7、路面亮度纵向均匀度：同一条车道中心线上最小亮度与最大亮度的比值。 8、路面平均照度：按照CIE有关规定在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点照度的平均值。 9、路面照度均匀度：路面上最小照度与平均照度的比值。 10、眩光：由于视野中的亮度分布或者亮度围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统目的是完成长焦距大视场离轴三反空间光学系统的有效设计以及研制，进而对自由曲面光学数理模型进行描述。完成立足于自由曲面的离轴三反光学系统的设计分析。其焦距大小为4500mm，同时其成像视场角大小为11°。同时还直接对比分析了传统离轴三反光学系统跟次镜为自由曲面离轴三反光学系统关键性能。光学系统中设计中需要从根本上使用自由曲面设计的光镜，促使光学系统像差平衡能力得到基础的保证。最后选择最佳的方案，相对孔径大小为D/f=1/9.0，促使光学自由曲面离轴三反光学系统得到有效设计。标签：光学自由曲面；离轴三反光学系統；研究 1 概述随着各国之间的竞争愈加的激烈，目前各国之间经济竞争中，最具代表性的竞争项目就是高科技，也就是说是一种信息技术之间的竞争。一个国家高科技发展水平以及发展潜力之间受到空间遥感技术水平的直接影响。因为在环境污染以及生态破坏控制过程中使用空间遥感技术可以取得非常显著的效果。所以在权衡利弊之后，想要对生存环境进行保护以及维持，就需要提升以及创新空间遥感技术，促使我国社会以及经济发展实现可持续发展。分析目前的实际情况得到，空间遥感光学系统取得了较为显著的成绩，其主要趋向于长焦距、大口径、小体积、轻量化发展走向。在空间遥感系统中，广泛使用的是反射式成像光学系统。反射式成像光学系统得到广泛使用主要是因为具有以下特点：不存在色差、光学系统可实现折叠、轻量化发展等[1]。反射系统可以被分为以下几个部分：第一个部分是四反射系统；第二个部分是三反射系统；第三个部分是两反射系统。 2 基于自由曲面的光学离轴三反光学系统设计以及性能分析选取光学系统的主要参数，分为以下几个：第一个是焦距f（m）；第二个是视场角FOV（°）；第三个是相对孔径D/f等。在确定主要参数的基础上确定探测器像元尺寸大小。所以，焦距f（m）、视场角FOV（°）、相对孔径D/f对于系统等重要性能指标直接造成非常大的影响，例如：成像带宽（SW）、地面像元分辨力（GSD）、信噪比（SNR）、传递函数设计（MTF）等。大视场设计需要作者选择使用COOK-TMA离轴三反构型参与设计，详细如图1：其中，次镜则主要为系统孔径光阑，光学系统需要实现基本的对称形式，最后完成一次成像离轴三反射镜系统的设计。在上述的基础上完成基于传统非球面的离轴三反系统光学系统设计工作。在完成设计工作之后得到，在存在结构尺寸约束的基础上，从根本上满足相关的任务指标，一般在长焦距大视场系统设计过程中，选择使用的是常规离轴三反光学系统的长焦距。这样一来就会存在相对较大的轴外像差。相比中心视场实际情况得到，会存在明显降低轴外视场传递函数的情况，其下降幅度超过

光学设计实验一

实验报告课程设计 1：单透镜一.实验目的学习开始 ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD）,和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。二.透镜结构性能分析 1）F/4的镜片，焦距为100mm； 2）视场角为0?； 3）厚度为3mm； 4）工作波长在可见光谱围用； 5）镜片材料BK7 玻璃；三.实验步骤 1．运行 ZEMAX，ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对 LDE 窗口进行移动或重新调整尺寸。LDE 由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 2．在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX 中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入 486，这是氢（Hydrogen）F 谱线的波长，单位为微米。ZEMAX 全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入 656。这就是 ZEMAX 中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为 486 微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到 587 的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX 一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）” 这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如 RMS 点尺寸和 STREHL率。现在让所有的权为 1.0，单击 OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使 ZEMAX 在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。 3．系统参数设置： a.相对孔径：F/#是相对孔径的倒数即为4（system一general） b.视场角：视场角调为0（system一field） c.相对波长：在可见光的围（system一wavelength）由于我们需要一个 F/4 镜头，我们需要一个 25mm 的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。ZEMAX 模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。一些表面也可有其他的数据，