实现LED照明的自由曲面透镜设计 被引量：74

1

作者 丁毅 郑臻荣 顾培夫 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1486-1490,共5页

为在特定平面上实现所需照明,从而满足各类LED照明系统的要求,通过透镜的第一面球面和第二面自由曲面的两次折射实现LED的配光设计.根据给出的LED辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,并预先定义透镜球面的结构参量,可得到一组一阶... 为在特定平面上实现所需照明,从而满足各类LED照明系统的要求,通过透镜的第一面球面和第二面自由曲面的两次折射实现LED的配光设计.根据给出的LED辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,并预先定义透镜球面的结构参量,可得到一组一阶偏微分方程,数值差分求解直接求得透镜的自由曲面.光源采用发光面积1×1mm2朗伯体发光的LED,视角180°,由自由曲面透镜得到的各种形状照明面的模拟均匀性皆接近90%,且能量利用率高于98%,编程解一阶偏微分方程组的计算时间少于20s. 展开更多

关键词 应用光学 自由曲面透镜 一阶偏微分方程组 LED照明系统 均匀照明

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实现道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计方法综述 被引量：14

2

作者 史永胜 买迪 宁磊 《照明工程学报》 北大核心 2010年第5期73-77,共5页

LED是一种新型的光源,具有传统光源无法比拟的优点,但是由于本身的发光特性,在应用于道路照明的时候需要出自由曲面透镜来改善光线的分布状况,本文就目前常见的设计方法进行了简要的介绍,并着重介绍了两种最有效的方法:微分方程法和划... LED是一种新型的光源,具有传统光源无法比拟的优点,但是由于本身的发光特性,在应用于道路照明的时候需要出自由曲面透镜来改善光线的分布状况,本文就目前常见的设计方法进行了简要的介绍,并着重介绍了两种最有效的方法:微分方程法和划分网格法,同时分析了每种方法的特点以及适用范围。 展开更多

关键词 LED 二次光学设计 自由曲面透镜

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实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计 被引量：11

3

作者 卓友望 葛子平 《照明工程学报》 北大核心 2011年第6期4-7,共4页

针对LED台灯照明区域照度均匀度不足的现状,提出了利用自由曲面透镜实现二次光学配光的方法。基于光源的朗伯光学特性,建立理想LED点光源与照明区域的余弦拓扑关系,并依据Snell定律通过MATLAB编程迭代计算自由曲面的母线。利用Tracepro... 针对LED台灯照明区域照度均匀度不足的现状,提出了利用自由曲面透镜实现二次光学配光的方法。基于光源的朗伯光学特性,建立理想LED点光源与照明区域的余弦拓扑关系,并依据Snell定律通过MATLAB编程迭代计算自由曲面的母线。利用Tracepro光学软件仿真分析了光源实际尺寸对配光效果的影响,并探讨了透镜尺寸与配光效果的关系。经仿真优化的自由曲面透镜,实现发光半径2mm的LED光源在台灯要求的照明区域上均匀度(最小值/最大值)达到95%,同时光的利用效率提高20%以上。 展开更多

关键词 LED台灯 自由曲面透镜 二次光学设计 配光 透镜尺寸

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基于全内反射结构的多自由曲面准直透镜设计 被引量：10

4

作者 周彦辰 郭亮 +3 位作者 陈志涛 张志清 张庆茂 许毅钦 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期180-188,共9页

为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中... 为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中并进行360°旋转以得到3D实体模型,将其转入TracePro光学软件中进行蒙特卡洛光线追迹的模拟,在距离接收板20 m处接收到一个圆形光斑。对该透镜模型进行法矢修正,优化后的透镜经过模拟仿真,透射能力高达182 cd/lm,光束角为±1.621°。将优化后的透镜与传统的全内反射结构透镜进行对比,经验证发现优化后的透镜对窄光束的调控能力更好。 展开更多

关键词 光学设计 全内反射结构 自由曲面 准直透镜

原文传递

汽车照明系统的设计及超精密自由曲面加工技术 被引量：9

5

作者 蒋金波 杜雪 李荣彬 《照明工程学报》 2008年第3期46-52,56,共8页

随着汽车产业的高速发展和市场的激烈竞争,现代汽车照明系统对发光效率、安全性能、以及美观的要求也越来越高。汽车照明中的自由曲面反射镜及LED照明系统的设计和加工是至关重要的。有别于传统光学系统的设计,汽车照明系统的非成像光... 随着汽车产业的高速发展和市场的激烈竞争,现代汽车照明系统对发光效率、安全性能、以及美观的要求也越来越高。汽车照明中的自由曲面反射镜及LED照明系统的设计和加工是至关重要的。有别于传统光学系统的设计,汽车照明系统的非成像光学的设计是个多学科、复杂的过程。设计结果的好坏直接影响到照明系统的发光效率、能耗、以及汽车的安全性能。随着光学系统设计和超精密加工技术的进步,越来越多的光学元件采用了非球面以及自由曲面,汽车照明系统的效率以及性能得以极大的提高。本文阐述了汽车照明的非成像光学系统的设计和超精密加工技术。 展开更多

关键词 汽车照明系统 LED二次光学器件 自由曲面 非球面 超精密加工技术

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均匀照明方形光斑的LED自由曲面透镜设计 被引量：9

6

作者 张康 苏成悦 王维江 《照明工程学报》 2014年第1期82-88,共7页

根据边缘光线原理并利用划分网格的方法设计出一款配光透镜,获得了方形均匀光斑。研究结果表明:它既适用于点光源,也适用于扩展光源。当透镜高度与LED光源尺寸之比为10∶1和5∶1时,相当于点光源,目标面的照度均匀度高达90%,系统的能量... 根据边缘光线原理并利用划分网格的方法设计出一款配光透镜,获得了方形均匀光斑。研究结果表明:它既适用于点光源,也适用于扩展光源。当透镜高度与LED光源尺寸之比为10∶1和5∶1时,相当于点光源,目标面的照度均匀度高达90%,系统的能量利用率为88%。当透镜高度与LED光源尺寸之比为10∶3,2.5∶1,2∶1时,相当于扩展光源,目标面的照度均匀性在80%以上,处于较高的水平,系统的能量利用率达88%左右。该配光透镜对扩展光源保持较高的能量利用率和照度均匀性,适用于投影显示和室内外照明,有着广阔的应用前景。 展开更多

关键词 划分网格法 自由曲面 透镜 均匀照明

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实现在不同场合中LED均匀照明的方法研究 被引量：8

7

作者 史永胜 买迪 宁磊 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期613-617,共5页

LED自身的发光特点限制了其在照明领域的应用,如何合理分配LED的能量,在目标面上形成理想的照度是一个值得研究的问题。就不同应用场合下如何进行光学设计进行分析,通过采用非成像光学设计中光学扩展度守恒方法得到透镜的方程,分别实现... LED自身的发光特点限制了其在照明领域的应用,如何合理分配LED的能量,在目标面上形成理想的照度是一个值得研究的问题。就不同应用场合下如何进行光学设计进行分析,通过采用非成像光学设计中光学扩展度守恒方法得到透镜的方程,分别实现圆形均匀照明和矩形均匀照明,其中圆形照明面照度均匀性达到85%,矩形照明面照度均匀性达到75%,并建立了自由曲面透镜三维模型,结合Tracepro进行光线追迹。仿真结果表明:提出的方法满足相应的照明标准,验证了理论设计的合理性。 展开更多

关键词 光学设计 自由曲面透镜 LED 非成像光学 均匀照度

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一种主次镜组合LED准直照明系统设计与分析 被引量：8

8

作者 杨帆 何川 张旭升 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第8期395-399,共5页

为使LED光源实现特定范围内的均匀照明,提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°~±15°范围内,并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示... 为使LED光源实现特定范围内的均匀照明,提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°~±15°范围内,并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示:系统出射角在±5°~±15°范围内,理想情况下该系统的能量利用率和照明均匀度均可达85%以上;同时,系统的照明均匀度不会随照明距离的改变发生显著变化,在实际应用中可通过改变照明距离来改变光斑大小和光斑照度。 展开更多

关键词 光学设计 非成像光学 复合抛物面集光器 同步多表面法 自由曲面透镜

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投射式LED汽车近光灯自由曲面透镜设计 被引量：7

9

作者 王洪 王丽君 +2 位作者 叶菲菲 黄华茂 罗婉霞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期2463-2467,共5页

根据LED光源的发光特性,设计了一种由椭球反射器、挡板和自由曲面透镜所组成的投射式LED近光灯系统。基于非成像光学理论,建立了LED光源经椭球反射器后的出射光线角度与照明平面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算透镜自由曲面上的点... 根据LED光源的发光特性,设计了一种由椭球反射器、挡板和自由曲面透镜所组成的投射式LED近光灯系统。基于非成像光学理论,建立了LED光源经椭球反射器后的出射光线角度与照明平面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算透镜自由曲面上的点坐标,通过建模软件将坐标点拟合成曲面实体而得到自由曲面透镜模型。采用蒙特卡洛光线追迹法进行仿真,结果表明:其配光结果完全满足GB4599-2007标准,而且体积小,视野广阔,边缘区域光能也较高,光线利用率达到95.92%。 展开更多

关键词 LED近光灯 投射式系统 自由曲面透镜

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玻璃光学元件精密模压成形技术 被引量：2

10

作者 刘光宇 房丰洲 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期186-213,共28页

介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构... 介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。 展开更多

关键词 光学设计 光学玻璃 非球面透镜 自由曲面透镜 超精密加工 玻璃精密模压 微结构制造

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用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现 被引量：6

11

作者 赖丽萍 庄其仁 +1 位作者 刘士伟 胡奕彬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期561-566,共6页

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出... 设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0°、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。 展开更多

关键词 自由曲面透镜 LED平板灯 均匀照明 数字仿真 实验

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大面型LED紧凑型匀透镜优化设计 被引量：6

12

作者 徐超 高淑梅 +2 位作者 钱维莹 刘诚 高培丽 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2015年第4期148-154,共7页

通常的商用和民用LED照明都期望照明器件小型化,同时具有高光通量和照明均匀度。近年市场出现的板上芯片(COB)-LED可以具有较高的光通量,但在有限的区域实现特定的照度分布就需要通过二次光学设计来实现。针对大面型COB-LED加紧凑型自... 通常的商用和民用LED照明都期望照明器件小型化,同时具有高光通量和照明均匀度。近年市场出现的板上芯片(COB)-LED可以具有较高的光通量,但在有限的区域实现特定的照度分布就需要通过二次光学设计来实现。针对大面型COB-LED加紧凑型自由曲面透镜的小型照明器件,提出了一种在圆形照明区域内实现均匀照明的快速优化设计方法。优化设计时,以等弧长方法有效减少优化点的选取,提高优化效率。结合三次样条插值理论和自定义优化函数,在Trace Pro软件二次开发环境中实现了目标区域的均匀照明,照明均匀性和光能利用率分别达到90%和95%以上。该方法还适用于COB-LED芯片一次封装匀透镜的设计。 展开更多

关键词 光学设计 板上芯片 自由曲面 紧凑型透镜 优化设计 均匀照明

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新型LED汽车前照灯光学系统设计 被引量：6

13

作者 李姜一欣 邢海英 +1 位作者 何云堂 朱江 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期176-179,共4页

利用圆环形LED光源阵列结构,结合反射杯与自由曲面透镜的混合型配光,设计了可以实现对汽车前照灯远光和近光同时配光的光学系统。对经反射器聚光后的光线及配光屏幕进行了适当的网格划分,根据能量守恒定律,建立了出光角、自由曲面透镜... 利用圆环形LED光源阵列结构,结合反射杯与自由曲面透镜的混合型配光,设计了可以实现对汽车前照灯远光和近光同时配光的光学系统。对经反射器聚光后的光线及配光屏幕进行了适当的网格划分,根据能量守恒定律,建立了出光角、自由曲面透镜与配光屏幕之间的坐标关系。结合折射定律,通过迭代计算得到自由曲面透镜上的点坐标,并使用三维建模软件得到透镜模型。利用Tracepro软件对光学系统模型进行了光线追迹。结果表明,所设计的光学系统可以同时满足GB 25991-2010《LED前照灯标准》对LED前照灯远光和近光的配光要求,与传统的LED前照灯相比,能耗可降低至原来的75%。 展开更多

关键词 应用光学 LED汽车前照灯系统 非成像光学 反射器 自由曲面透镜

原文传递

基于大功率LED扩展光源的均匀光斑光辐射模拟器设计 被引量：6

14

作者 李鹏 郑毅 +5 位作者 范江兵 赵加凯 许伟忠 朱宝龙 郑尧元 胡淼 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期157-162,共6页

基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想,结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜,设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验,研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器... 基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想,结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜,设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验,研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器输出发散角为±12°光束,测量距离出射面50cm处光屏的光斑,在尺寸为14cm×14cm的光照范围内,测得光斑水平方向中心线上的光度均匀度优于4.1%,竖直方向中心线上的光度均匀度优于3.8%. 展开更多

关键词 光源与照明 LED扩展光源 光学扩展量 复合抛物面聚光器 自由曲面透镜 均匀度 发散角

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自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究 被引量：6

15

作者 杜雪 王尔祺 +1 位作者 李荣彬 张志辉 《应用光学》 CAS CSCD 2007年第6期684-688,共5页

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中,注射工艺参数组合的优劣,直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件,就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工... 自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中,注射工艺参数组合的优劣,直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件,就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数,对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明:适当提高注射温度与模具温度,同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺,可显著降低注塑工件的体积收缩率,显著提高面形精密度,其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。 展开更多

关键词 光学技术与仪器 自由曲面光学 塑料透镜 注射成型误差因素

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基于路面亮度系数表的路灯配光优化及透镜设计 被引量：5

16

作者 王巍 葛爱明 +2 位作者 邱鹏 王俊伟 蔡金林 《照明工程学报》 2013年第2期75-80,86,共7页

本文参照了国际照明委员会CIE所颁布的路面亮度系数表,以C2路面为例讨论并设计了一种路灯的配光分布,同时满足较高的照度均匀度和路面亮度均匀度的要求,并获得了较高的能量效率Q(Lav/Eav)。基于此优化配光,采用笛卡尔椭球阵列设计了自... 本文参照了国际照明委员会CIE所颁布的路面亮度系数表,以C2路面为例讨论并设计了一种路灯的配光分布,同时满足较高的照度均匀度和路面亮度均匀度的要求,并获得了较高的能量效率Q(Lav/Eav)。基于此优化配光,采用笛卡尔椭球阵列设计了自由曲面透镜,在Dialux中验证了该透镜的配光性能,实现了UO=0.6,UL=0.7,UE=0.68,Q=0.088的照明效果,与预期结果基本一致。 展开更多

关键词 LED 道路照明 亮度系数 配光优化 笛卡尔椭球 自由曲面透镜

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基于均匀照明的光学器件研究 被引量：4

17

作者 张康 苏成悦 +2 位作者 付倩 薛涛 张春华 《广东工业大学学报》 CAS 2013年第1期87-91,114,共6页

采用非成像和自由曲面设计方法,对反射器和透镜这两类光学器件进行了二次光学设计和研究,获得了具有均匀圆形照明特性的光学器件.通过编程计算构造出光学器件的几何轮廓,并对光学器件模型进行了模拟仿真,获得了良好的均匀圆形照明光斑.... 采用非成像和自由曲面设计方法,对反射器和透镜这两类光学器件进行了二次光学设计和研究,获得了具有均匀圆形照明特性的光学器件.通过编程计算构造出光学器件的几何轮廓,并对光学器件模型进行了模拟仿真,获得了良好的均匀圆形照明光斑.设计出的二类器件其圆形照明面照度均匀性均达到90%以上,适合于对均匀性要求较高的室内照明.该设计为实现大功率LED均匀照明提供了一种有效的设计途径. 展开更多

关键词 非成像 自由曲面 反射器 透镜 均匀照明

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朗奇光栅法检测自由曲面镜片光焦度 被引量：4

18

作者 王媛媛 蔡建奇 吕帆 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期111-114,共4页

随着以渐进多焦镜片为代表的自由曲面加工技术的出现,传统的光焦度计已经不能满足对于这些镜片的光焦度测量。本文给出了采用朗奇光栅法检测自由曲面眼镜片光焦度的光路结构,并详细介绍了其测量原理。通过光线追迹,对该方法进行了模拟仿... 随着以渐进多焦镜片为代表的自由曲面加工技术的出现,传统的光焦度计已经不能满足对于这些镜片的光焦度测量。本文给出了采用朗奇光栅法检测自由曲面眼镜片光焦度的光路结构,并详细介绍了其测量原理。通过光线追迹,对该方法进行了模拟仿真,分析了核心器件朗奇光栅的间距对于测量精度的影响。 展开更多

关键词 朗奇光栅 自由曲面 光焦度

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减光式烟雾报警准直系统研究 被引量：3

19

作者 赵会富 张贺 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第12期399-404,共6页

减光式烟雾报警系统中的准直系统收集大角度红外光线获得平行光,保证光线长距离传输不发散,逐点计算并优化减光式烟雾报警准直系统。针对理想点光源,依据等光程原理及折射定律,求解烟雾报警准直系统初始结构的离散数据点,将离散数据点... 减光式烟雾报警系统中的准直系统收集大角度红外光线获得平行光,保证光线长距离传输不发散,逐点计算并优化减光式烟雾报警准直系统。针对理想点光源,依据等光程原理及折射定律,求解烟雾报警准直系统初始结构的离散数据点,将离散数据点拟合成自由曲线。利用光学仿真软件建模并优化准直系统的初始结构,得到较好的LED自由曲面准直系统。自由曲面准直系统的厚度为20mm,口径为28mm,准直角度为±1.5°,光能效率高达89.82%。 展开更多

关键词 光学设计 烟雾报警系统 自由曲面 准直透镜 全内反射

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大视场曲面复眼光学系统设计 被引量：3

20

作者 王晶 崔恩坤 《中国光学》 EI CAS 2014年第6期969-974,共6页

本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题。该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成,各子复眼光学系统相互独立,其光线相互交叉。在系统中引入自由曲面透镜,自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线... 本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题。该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成,各子复眼光学系统相互独立,其光线相互交叉。在系统中引入自由曲面透镜,自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线偏折,使同一子系统的微透镜成像于平的像面上。每个子系统包括一层微透镜阵列,一个自由曲面透镜,一光阑阵列和后续像差校正镜。相比较于传统的复眼系统,该结构对复眼边缘视场的像差校正能力更强,能很大程度地提高边缘视场的像质。该系统的理论视场可达180°,制造精密要求不高且适用性强。本文最后通过光学软件zemax对光学系统进行了模拟验证,证明其可实现性。 展开更多

关键词 光学设计 曲面 复眼 自由曲面

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