菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨

研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜广泛应用于太阳能电站、背投显示等领域,但其模具加工制造难度大。针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

基于菲涅尔透镜聚热器的太阳追踪系统设计

太阳光线经过聚焦菲涅尔透镜折射汇聚到焦点处,将太阳能转变为热能加以利用,为确保焦点温度恒定且位置相对固定,现设计了一种南北方向倾斜布置,东西方向自动追踪的太阳追踪系统,主要设计包括:支架安装位置及结构设计、追踪传感单元设计、控制电路设计和控制策略设计,该太阳追踪系统可保证平面点聚焦菲涅尔透镜能较好地进行太阳追踪。     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。     

面向CPV的聚光透镜制造装备设计技术研究

太阳能光伏发电作为太阳能利用中最具发展前景的技术已被广泛应用,其中由聚光透镜构成聚光器是光学系统中的关键部件,从而开展面向CPV的聚光透镜制造装备设计是实现太阳能光伏发电的基础。为此从复杂微结构大口径光学元件(菲涅尔透镜)结构及其表面微结构几何特征尺寸,分析得到超精密加工机床的技术要求。通过对装备功能构架的设计,获得超精密立式车床的总体构成,再分别对装备中床身、导轨、主轴、刀架等进行分析,获得满足菲涅尔透镜加工精度要求的超精密加工机床。     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的模拟实验研究

通过大量实验,分析总结了主轴转速、进给量和切削速度对大直径菲涅尔透镜模具加工过程动态平稳性的影响规律;当切削速度Vc≥120 m/min,进给量f=1～1.5 μm/r时,形成带状切屑,容易断屑,工件一刀具相对振动幅值小,切削过程连续平稳,加工表面质量高.实验结果将为大直径菲涅尔透镜模具的实际生产提供重要依据.     

高分辨率X射线衍射光学元件

评述了BESSY研制的用于X射线聚焦的各种衍射光学元件。基于布拉格-菲涅耳光学元件,设计了高效高分辨率X射线聚焦和色散光学元件。描述了对长焦距布拉格-菲涅耳透镜与可变曲率半径反射镜组合所做的实验研究。用一块反射菲涅耳波带板作聚焦和色散光学元件进行了短脉冲X射线吸收谱(XAS)的测量。     

Zoom闪光灯变焦透镜设计

通过对Zoom闪光灯光学系统的分析，建立了光学系统的数学模型，导出有关公式，并通过编制程序，经计算机计算，得出了闪光灯中的变焦菲涅尔透镜参数及其所处的位置与闪光灯有效照射角的关系。最后得到一组理想的实用数据。     

对准误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论,在傅立叶光学的基础上,首先得出存在对准误差情况下4台阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式;并以4台阶、8台阶、16台阶菲涅耳透镜为例,系统分析对准误差对衍射效率的影响并进行计算机模拟研究.模拟计算结果对正在进行的16台阶菲涅耳透镜制作工作提供了理论指导.     

一种大视场姿态角传感器的光学系统设计

以光电准直和针孔成像原理为基础,结合虚拟扩展成像面技术,提出了一种新型的大视场二维姿态角测量方案.以针孔光阑和高精度反射镜组构成其光学系统,从菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了光学系统的成像模型,通过计算机数值仿真,设计了光学系统的模式和最优参数.按照设计参数搭建实际测量系统,对设计方案进行了分析验证.结果表明,光学系统设计合理,可以满足大视场姿态角传感器的设计要求.     

红外菲涅尔透镜的注射超声辅助成型优化

为了提升聚合物红外菲涅尔透镜的光学性能,以其表面微沟槽的成型质量为目标,提出了一种高效的注射超声辅助成型方法,并对工艺参数进行了综合质量优化。首先分析了超声振动对聚合物的加热和加压效应,设计了一套一模两腔的对比试验模具;接着以红外菲涅尔透镜的调制传递函数MTF和齿形平均高度h为优化质量目标,设计了四步骤的多目标优化流程,通过试验设计、基于BP神经网络的质量目标与注射工艺参数关系建模、基于NSGA-Ⅱ的多目标优化和试验验证进行工艺参数的综合优化。实验结果表明:该多目标优化流程具有很高的精度,MTF和h的平均预测误差MPE分别为4.16%和3.32%;注射超声辅助成型的菲涅尔透镜微沟槽具有更高的复制质量,其齿沟槽平均高度h增加了15.6%,且h值的波动量随着h值的增大而增大,MTF值受齿高h均匀性的影响大于齿高h对其的影响。     

菲涅耳透镜的实际像差计算

本文阐述了菲涅耳透镜实际像差的计算,並给出了在相同条件下,菲涅耳透镜和球面透镜系统实际像差计算结果的对比。同时指出了菲涅耳透镜实际像差的特点。     

二元光学的优化设计

我们在深入研究了现有的各类二元光学元件设计方法的基础上提出了一系列有自己特色的优化算法，包括神经元网络优化设计方法，虚拟场调制法，自适应区域调制法，本文将围绕这算法介绍二元位相光栅，位相型光束整形元件，扩展菲涅尔透镜（全称为“特征线宽被扩展的菲涅乐透镜”）的优化设计，最后简要介绍了有关的制作结果。     

菲涅尔透镜光路的解析计算

讨论了菲涅尔透镜光路的解析计算,并提出修正误差和提高计算精度的方法。     

关于超透镜斜入射时调制传递函数曲线的研究

为了实现光学系统的集成和小型化,提高光学系统的成像质量,设计了一种基于广义斯涅尔定律和几何相位的平面超透镜。通过在超透镜界面处设计双曲面相位分布,将入射圆偏振平面波阵面转换为球形波阵面,将光聚焦在期望焦距处,并且在垂直入射时能够实现衍射极限聚焦。分析了入射光以不同角度入射时,光斑的调制传递函数(MTF)曲线,阐述了不同角度入射光入射时导致MTF曲线下降的原因。该分析对平面超透镜的进一步优化设计具有一定的指导意义,有助于实现小型化、集成化的光学系统。     

基于蒙特卡罗方法的LED灯光子运动研究

以光子运动为研究对象,首先构造其模型,分析运动的形式,粒子的飞行方向由随机数发生器函数生成,根据菲涅尔透镜公式得出反射率,给出了面元上的能量度。使用随机数判断光子运动最终结果,并且给出了碰幢后的相对光子分布。在用蒙特卡罗方法对光子运动进行模拟时,记录运动的形式利用了焦散光子图和全局光子图。通过实验仿真,直观地反映了光子特性,为进一步研究复杂的LED灯提供了理论依据。     

菲涅耳透镜对平行光的成像特性分析

利用光线追迹与实验的方法 ,对菲涅耳透镜在平行光照明时的成像特性进行了分析。给出了在各种角度入射情况下的最佳像点位置及像点弥散斑大小 ,通过对结果进行分析 ,得出了最佳像面曲线及其特征与参数。并讨论了它们与菲涅耳透镜参数的关系。