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音像非成像光学系统设计方法与实例苏宙平 编著
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前言章LED窄光束光学系统设计11.1TIR透镜(含双透自由曲面)设计的基本原理31.1.1折部分自由曲面的设计31.1.2反部分自由曲面的设计71.1.3案例设计与分析91.2TIR透镜(含单透自由曲面)设计的基本原理101.2.1透部分的外表面设计101.2.2反部分的反面设计111..案例设计与分析12参考文献14第2章实现LED均匀圆形辐照度分布自由曲面光学设计152.1实现LED均匀圆形辐照度分布自由曲面透镜设计152.1.1实现LED均匀圆形辐照度分布自由曲面透镜设计过程162.1.2旋转对称自由曲面透镜设计实例202.2实现LED均匀圆形光斑的自由曲面反光杯设计212.2.1LED反光杯设计原理212.2.2LED反光杯设计过程212..LED反光杯设计实例24参考文献25第3章实现LED均匀矩形辐照度分布自由曲面光学设计263.1用于产生均匀辐照度分布矩形光斑的自由曲面透镜设计263.1.1将光源按等光通量进行划分263.1.2将目标面按等面积进行划分293.1.3自由曲面透镜的构建算法303.2非旋转对称的非连续自由曲面透镜设计案例33参考文献34第4章基于LED扩展光源的二次光学设计354.1基于反馈优化算法设计LED扩展光源的自由曲面透镜354.1.1反馈优化算法的原理354.1.2基于几种不同参数调整的反馈优化364.1.3设计案例384.2基于全局优化算法设计LED扩展光源的自由曲面透镜40参考文献43第5章平面LED阵列辐照度均匀化技术445.1平面LED阵列的优化设计与集成技术445.1.1LED阵列设计理论445.1.2模拟退火算法设计465.1.3平面LED阵列设计案例475.2大颗数LED阵列的设计595.2.1基本LED阵列模块的形成605.2.2大颗数LED阵列的形成方法61参考文献62第6章球形LED阵列辐照度均匀化技术646.1球形LED阵列设计理论646.2遗传算法设计666.3对称分布的球形LED阵列照明平面目标面676.4非对称分布的球形LED阵列照明球形目标面70参考文献73第7章用于太阳能聚光的菲涅耳透镜设计747.1用于太阳能集光的菲涅耳透镜设计原理747.1.1等分入到菲涅耳透镜上的光能757.1.2菲涅耳面的设计原理与方法777.1.3菲涅耳透镜设计案例797.2用于太阳能集光的菲涅耳透镜设计中的问题81参考文献82第8章基于反式的太阳能集光系统的设计838.1复合抛物面反器优化设计方法838.2实现辐照度均匀分布的双反太阳能集光系统设计86参考文献89第9章激光扩束系统的光学设计909.1棱镜扩束系统的光学设计909.1.1影响单棱镜扩束的因素909.1.2多棱镜扩束系统中相邻棱镜的位置关系确定939.1.3棱镜扩束系统设计案例949.2透镜扩束系统的光学设计959.2.1折式扩束系统设计案例969.2.2反式扩束系统设计案例989..柱透镜扩束设计案例102参考文献1020章自由曲面激光光束整形系统设计10310.1用于准直激光光束整形的自由曲面透镜设计10410.1.1旋转对称自由曲面整形透镜设计10410.1.2非旋转对称自由曲面整形透镜设计10710.2用于发散激光光束整形的自由曲面透镜设计11010.3用于同时控制波前与辐照度均匀度的双自由曲面透镜11510.3.1旋转对称的双自由曲面透镜设计11510.3.2旋转对称的双自由曲面透镜设计案例118参考文献1191章基于微透镜阵列的激光光束整形12011.1基于微透镜阵列的激光光束整形原理12011.2基于微透镜阵列的旋转对称激光光束整形光学系统设计12011.3基于微透镜阵列的非旋转对称激光光束整形光学系统设计12411.3.1基于柱透镜阵列的一维光束整形12511.3.2基于柱透镜阵列的二维光束整形127参考文献1302章基于FRED非成像光学设计案例13112.1FRED功能与应用领域介绍13112.2基于FRED的单反相机的鬼像与杂散光分析13312.2.1导入光机系统模型13312.2.2杂散光计算与分析的主要过程13312..总结1441.基于FRED优化导光管实现预定的辐照度分布14412.4基于FRED优选激光能量密度位置计算及可视化14712.4.1聚焦TEM00模式的能量密度可视化14712.4.2聚焦的“非高斯”能量密度可视化148参考文献152
苏宙平,男,江南大学副教授。苏宙平分别在上海光机所和长春光机所获得博士和硕士;曾经在罗切斯特大学 Hopkins光学设计中心、自由曲面光学中心作Visiting Scientist;在台湾地区“中央大学”光电系,作访问学者。
前言 非成像光学系统设计具有很广泛的应用价值,如照明中的光学设计、太阳能集光器设计、激光加工中的光束整形系统设计等。与成像光学系统有所不同,非成像光学系统很难通过商用的光学设计软件直接优化出的结果。究其原因如下:①非成像光学系统很难找到现成的初始结构;②非成像光学系统如照明系统需要计算辐照度分布,这需要追迹几十万甚至上百万条光线,因此优化速度会很慢,很难得到的结果。尽管这样,大部分的从业人员都是使用商用的软件,通过反复调试的方法来得到一个设计结果,这种试错的方法耗时,而且很难取得满意的结果。本书总结了一些典型的非成像光学系统,针对每种非成像光学系统的设计思想、设计方法及设计过程进行了详细的介绍,并给出了设计案例。读者在掌握每种系统设计方法之后,使用相应的算法,只要修改一些参数,就能设计出自己想要的系统,这对读者完成相关的设计将起到有益的帮。本书适合光学工程、LED照明、太阳能集光技术、激光加工、激光整形的高年级生、及相关专业的工程技术人员和科研人员阅读。 本书共12章,包含LED照明光学设计、太阳能集光系统的光学设计、激光扩束与整形光学系统设计等内容。LED照明、太阳能利用属于新能源领域,激光扩束与整形在激光加工中有重要的应用,属于加工与制造领域,这些领域都是“十三五”期间重点规划的领域。全书紧紧围绕工程应用中的实际案例,总结了非成像领域近些年来的一些新的研究成果,归纳出了非成像领域里面的一些普遍和通的设计方法。书中针对一些比较难的设计问题也进行了深入的探讨,如扩展LED光源的光学设计、发散激光光束的整形光学系统设计这些问题都具有很高的实际应用价值。 本书在编写过程中得到了讯技光电科技(上海)有限公司的大力支持,提供了本书2章“基于FRED非成像光学设计案例”。感谢机械工业出版社的刘星宁先生在本书出版过程中给予的帮。感谢我的学生彭亚蒙、李潇的帮,也感谢参加我的光学设计课程的学生们,你们在课程中的反馈对本书内容的完善起到了重要的作用。 由于作者水平有限,加之编写时间紧张,书中难免有不妥甚至是错误之处,敬请读者批评指正。 作者
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