針對擴(kuò)展光源非成像光學(xué)設(shè)計的研究.pdf

1、本文以擴(kuò)展光源的非成像光學(xué)設(shè)計為研究對象,以非成像光學(xué)理論以及光度學(xué)知識為理論基礎(chǔ),系統(tǒng)地研究了擴(kuò)展光源的非成像光學(xué)中常用光學(xué)器件:透鏡與反光杯的設(shè)計,并將傳統(tǒng)針對擴(kuò)展光源的非成像光學(xué)設(shè)計方法——同步多曲面法應(yīng)用機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中,取得效果明顯。提出兩種新的針對于擴(kuò)展光源的非成像光學(xué)設(shè)計算法——鏡面反射法與最大能量法,具體研究內(nèi)容如下:
　　1、研究機(jī)器視覺照明系統(tǒng),提出將針對擴(kuò)展光源的非成像光學(xué)設(shè)計方法——同步多曲面法,應(yīng)用于機(jī)

2、器視覺的照明系統(tǒng)光學(xué)部分設(shè)計,通過實驗表明均勻度有大幅提升,由傳統(tǒng)的被照面照度均勻度0.8124提升至0.8870。同時由于機(jī)器視覺照明中某些特殊信息需不同波長的光照射,所以需在照明系統(tǒng)中更換具有不同波長光的光源,采用六組光學(xué)仿真證明了使用同步多曲面法,可以在光源具有相同尺寸的情況下使用同一個光學(xué)系統(tǒng)仍可以保證被檢測面上高均勻度,照度均勻度分別可達(dá)到0.8772、0.8760、0.8992、0.9012、0.8781、0.8902。

3、r>　　2、提出針對擴(kuò)展光源設(shè)計實現(xiàn)目標(biāo)面均勻照度的反光杯的新算法——鏡面反射法,該方法區(qū)別于傳統(tǒng)非成像光學(xué)設(shè)計的點(diǎn)對點(diǎn)模式,實現(xiàn)了擴(kuò)展光源整體發(fā)光面對應(yīng)反光杯面上微面元的映射,并在設(shè)計之初考慮在偏離縱軸(y軸負(fù)方向)光軸順時針θ角度接受面接受到來自光源的能量分為兩部分:1)整個擴(kuò)展面能量直接在θ角方向能量的投影IS;2)整個擴(kuò)展面能量經(jīng)過反光杯面在θ角方向能量的投影IM。通過兩部分能量與目標(biāo)面能量分布映射的關(guān)系求解反光杯各微細(xì)面元,得

4、到整個反光杯面型。該方法設(shè)計反光杯體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,對光學(xué)控制性良好,在目標(biāo)面實現(xiàn)的照度均勻度達(dá)到0.9213。
　　3、提出針對擴(kuò)展光源設(shè)計小角度反光杯的新算法——最大能量法,該方法可以針對具有任意表面形狀的擴(kuò)展光源,不僅是COB封裝的LED光源,也可以是球狀表面的無極燈,或者是其它任意形狀表面均勻發(fā)光的擴(kuò)展光源,具體提出了COB光源及無極燈光源的表面光源建模,提出核心算法“最大能量角”的求解,并在使用同樣反光杯口徑與同樣光源發(fā)