同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件

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衍射光学元件示意图,衍射元件应用原理图

衍射光学元件示意图经过多年发展，海纳光学已经成为国内极具权威的衍射光学元件供应商。

衍射光学元件主要分为光束整形器、分束器、多焦点DOE、长焦深DOE、衍射锥镜、螺旋相位片、匀化片和其它图案的衍射元件DOE。

这里我们挑选较常用的整形镜、分束器、多焦点DOE，专门给出了这些衍射光学元件的示意图，衍射元件应用原理图，让用户能够对衍射元件的使用、安装位置和衍射过程一目了然。

一、光束整形器，整形镜，Beam Shaper, Top hat beam shaper平顶光束整形器的作用是把高斯光束转换为平顶光束，即高斯整平顶。

平顶光斑具有效率高、光斑小、能量均匀性好等特点，顶部能量绝对均匀，边缘陡峭，无高级次衍射，也称为平顶帽式光斑。

光束整形器又称为整形镜，高斯整平顶DOE，平顶光整形器，平顶帽式整形镜，平顶光DOE，是最具代表性的衍射光学元件之一。

下面图片可以清晰地看到整形镜获得平顶光斑的过程，整形镜得到的平顶光斑的尺寸为衍射极限的1.5倍~几百倍，要求入射的高斯光束为TEM00的单模光。

一般整形镜的衍射效率>93%，均匀性>95% (多台阶整形镜)，对安装精度要求较高。

整形镜不仅可以把入射光整形成圆形、正方形，还可以整形成直线、长方形、六边形等其它用户需要的形状。

下图是把高斯光整形成直线光斑的示意图，这里我们用到一个模组而不是单独的镜片，这个模组成为Leanline，其克服了整形镜的工作距离限制，能够在一定工作距离范围内保持光束整形的效果。

二、匀化器、匀化镜、均匀光斑DOE、扩散片，Homogenizer, Diffuser激光匀化器的作用是把入射激光转换成能量均匀分布的光斑，这里的光斑尺寸一般较大，形状可以为圆形、正方形、线性、六边形和其它任意用户想要定制的形状。

入射激光可以为单模或多模，衍射效率70%~90%不等。

下图清晰地给出了匀化器的匀化过程，一般的结构是激光通过匀化器和聚焦系统后即可匀化，但这里还配合了一个激光扩束缩束镜，通过调节这个扩束缩束镜就可以直接调节输出光斑的大小。

灯具光学设计在照明方面的应用

灯具光学系统设计在照明节能减排中的作用宋刚王建通用电气照明有限公司上海 201203摘要：本文主要根据照明应用场合的具体情况分析，在灯具光学设计时充分考虑CIE 关于绿色照明的理念和要求，首先选择短弧，高光通或高显色性和高流明维持率的光源，其次采用模块化设计全方位组合不同反射功能的反光罩和遮光罩，控制光的投射方向和光束形状，同时改善照明灯具控光材料的光学性能，提高灯具的光输出效率，降低灯具溢出光及偏射光，减小人工照明形成的天空杂散光，提高照明场合的照明水平和视觉舒适度，控制光污染，节省能源，降低照明成本。

关键词：光学设计（optics design）；照明灯具(luminaire)；绿色照明(green lighting)；溅射光(spill light)；一、引言灯具作为照明单位器件，从功能方面可划分为机械结构及安装系统、电器及照明控制系统和光学照明系统，这三者相互作用，相互依赖，相互交融组成一个完整的灯具。

其中灯具光学照明系统是实现灯具照明功能的终端执行部件，该系统主要包括光源和控光系统，它的工作最终体现灯具的使用性能。

“绿色照明”是一个针对照明场合的要求，它的科学定义为：通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

“绿色照明”是20世纪９０年代初期照明行业提出的一个全新方针，它的出发点是节约能源、保护环境。

实施绿色照明的宗旨是发展和推广高效照明器具，节约照明用电，建立优质、高效、经济、舒适、安全、有益的环境，绿色照明不仅要求节能，还要在满足对照明质量和视觉环境条件的要求下实现节能，因此不能单纯依靠降低照明标准来实现上述目的，而是要提高整个照明系统的节能能力，在同样的照明标准和照明质量下用通过更少的灯具和更低的功率消耗来实现。

Zemax中用复眼阵列设计光学数字投影仪地均匀照明

复眼阵列用于光学数字投影仪的均匀照明导言在数字投影仪的设计中，当我们要显示数字光源均匀辐射的一张照片或者一段视频的时候，我们希望投射在屏幕上相应的图片也是均匀辐射的。

为了达到投影图像照度的均匀性，我们需要有一个空间光调制器，比如均匀照明的LCD板。

由于从灯光装配处发出的光源的发光剖面是一个典型的高斯类型的发光剖面，所以空间光调制器平面不能由光源直接得到。

我们必须设法使发光剖面“消高斯型”，或者在空间域把它从不均匀转化为均匀的发光剖面，这可以通过一对复眼阵列排列的空间光线调制器来实现，现在我们就通过本文介绍，来看一下这些设置是怎样工作的。

什么是复眼阵列？复眼阵列就是一个用各独立光学元器件的二维阵列组合成一个单独的光学元件，它用来完成光线在照明板上由不均匀分布到均匀分布的空间转换。

在使用复眼阵列的数字投影仪上，它们几乎总是和具有可提供半准直光的抛物面镜的灯具装配一起应用。

就目前来看，在照明领域，它们主要应用在LCD数字投影仪灯光引擎上，用来把空间均匀光传递到空间光调制器光照面上。

复眼阵列从上图中可以看出来。

这幅图是由In Vision友情提供的，详情请查看网址www.in-vision.at。

阵列中每一个独立的光学元件的形状可以是长方形或矩形的，而它们的表面形状可能是球形或有一定的变形（垂直和水平方向上具有不同的光强），通常光焦度只分布在阵列的一面，另一面往往是平的。

根据在ZEMAX软件中模拟这些元件，或许最简单的方法就是使用物体类型Lenslet Array1，它包含一排矩形物体，每一个矩形物体都有一个扁平的前表面和一个用户自定义数量的重复性弯曲表面。

阵列表面可以是平面，球面，圆锥面或多项式非球面；或者说一个球形的、圆锥形的或多项式非球面形的复曲面。

这样，在定义、优化阵列中透镜元件的精确表面时就有了很好的灵活性。

上图为我们展示的是一个单独的Lenslet Array 1物体，它由矩形透镜7 x 5阵列组成，每一个矩形透镜其实是球形透镜的矩形区域。

LightTools软件在均匀光分布的照明系统设计中的应用

LightTools软件在均匀光分布的照明系统设计中的应用胡志威;彭润玲;秦汉;林朋飞【摘要】以模拟单颗LED的均匀配光为例,介绍了LightTools软件在照明系统设计中的应用,以便更进一步地掌握和使用LightTools软件.文中借助LightTools软件,在单颗LED上建立反光杯模型,在反光杯出光口建立透镜阵列,并在目标照射面上建立目标区域的强度网格,通过LightTools软件的优化模块进行优化后,可在目标区域得到均匀的光强分布.利用LightTools 软件进行辅助设计和优化模拟,具有很高的可信度,也可以大大缩短照明设计的周期.%With the simulation of single LED light distribution even as an example, LightTools software in lighting system design of the application is introduced in order to further control and use LightTools software. With LightTools software, a reflector model is established above a single LED component and lens array is made on the exit of the reflector, then an intensity mesh for a certain region of the target surface is established After optimization in LightTools, the intensity distribution can be uniform in the target area. The design and optimization with LightTools demonstrate high credibility, and the lighting design cycle could also be greatly shortened.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2012(034)004【总页数】5页(P49-53)【关键词】均匀光强;透镜阵列;照明设计;LightTools【作者】胡志威;彭润玲;秦汉;林朋飞【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH741.4引言与传统光源相比，LED光源具有寿命长、能耗低、响应时间短等优点，它是21世纪具有竞争力的新型固体光源，正逐渐取代传统光源［1］。

衍射光学技术及其应用

连续位相BOE
台阶位相衍射光学元件的制作需要多次重复掩模图形转印和刻蚀(或薄膜淀积)过程，加工环节多、周期长、且对准精度难以控制。
连续位相衍射光学器件：一次成形且无离散化近似。
• 无掩膜方法激光直写、电子束直写 • 有掩膜方法灰阶掩膜移动掩膜或旋转掩膜等
直写法
电子束：最小水平线宽<0.5m
polarization rotator
beam multiplexer
wavefront sampler
2、如何设计衍射光学器件？
标量衍射理论：菲涅耳衍射与夫琅和费衍射空间线性变换系统中的输入输出变换问题
？
位相恢复问题：已知光学系统输入面光场振幅与位相分布，如何计算衍射光学器件的位相分布以正确调制入射光场，高精度地给出预期输出振幅分布，实现所需功能。解的存在性和唯一性？
Dammann光栅的应用：并行共焦显微镜
CCD Confocal Pinhole Array Lens Spacial Filter Dammann Grating Filter
Laser
Lens
Dichroic
Objective
Sample
Paralell Confocal Detection System Based on Dammann Gratings
SA算法借鉴不可逆动力学的思想，是一种基于蒙特卡洛迭代求解法的启发式随机优化方法。它不同于局部搜索之处在于以一定的概率选择邻域中评价函数值大的状态，从理论上讲，是一种全局优化算法。
爬山—模拟退火混合算法：
局部搜索方向 (爬山法):
+ 全局优化 (SA)：
优化的位相分布：
以一定概率跳出局部极值点

激光投影显示

激光投影显示的照明系统研究
姓名：学号：学院：专业：联系方式：
2017-1-8
激光投影显示的照明系统研究
摘要：由于激光有较好的单色性，宽广的色域范围，节能环保等优点，激光投影显示成为
显示技术的重要发展方向。本文主要介绍了几种典型的激光投影显示的照明系统，最后激光投影照明系统进行了总结。
图 24 激光散射器后光束匀化照度图 Fig.24 Intensity of illumination of laser diffuser
光纤内多次反射实现激光光束的初步混合与再通过特殊设计的微透镜阵列散光器件进一步匀光，经过 4f 中继系统以满足 LCOS 和投影镜头的要求。并用非成像光学扩展量理论指导照明设计，实现高光能利用率。照明光路原理图如图 17。
图 17 照明光路原理图 Fig.17 Schematic diagram of illuminated light
图 9 (a)蓝色光源组件；(b)绿色光源示意图
Fig.9 (a) The fabricated blue source module; (b) The layout of the green source module
对于波长为 638nm 的红色激光二极管，为了尽可能得到结构紧凑且能量较高的系统，采用 24 个激光二极管组成 3×8 的二极管阵列，相隔距离为 5mm。非球面微透镜阵列用于
个微透镜的边缘作用类似方形光阑，控制光束使其圆光斑进，微分积分后，远场形成照度均
匀的方形光板。激光散射器的制备是采用激光刻蚀系统生产，通过光栅扫描模式逐点曝
光光刻胶层，调整激光束的强度可以改变光刻胶曝光程度。
图 20 激光散射片散光示意图
图 21 实际匀光效果图

光电成像检测系统像面照度均匀性分析

光电成像检测系统像面照度均匀性分析赵霞;刘宾【摘要】非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降.研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响.实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象.研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(035)002【总页数】5页(P260-264)【关键词】光学成像;检测;像面光照度;均匀性【作者】赵霞;刘宾【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.9引言光学成像检测技术从20世纪70年代初美国JPL实验室研发的第一套数字图像处理系统开始，已经作为一种高效快速的非接触测量手段应用于工业生产的多个方面，如零部件外形、尺寸检查、零件装配、过程监控等方面。

光学成像系统是实现光学成像检测的主要设备。

采用光学成像系统实现目标检测的过程通常是，采用光源对被检测对象进行一定方式的照射，携带被检对象信息的光强度分布信息通过光耦合器件将光信息耦合到光电成像器件的像面，成像器件将光信号转换成电信号，图像处理单元将信号进行抽样、量化、编码过程转换为数字图像，并进行后续处理、实现目标的检测和识别。

在此过程中，经常要面临的一个问题是像面照度不均匀。

像面照度不均匀直接导致数字图像质量下降以及基于该图像的目标识别变得困难[1-2]。

鉴于此，本文以典型光学成像系统为研究对象，详细分析造成像面照度不均匀现象的原因及影响程度，为后续的校正算法研究提供理论支撑。

(完整word版)光电子课后习题答案汇总

第一章1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。

光源器件分为相干光源和非相干光源。

相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。

非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。

光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。

光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。

光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。

光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。

光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。

2．谈谈你对光电子技术的理解。

光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。

⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。

第二章：光学基础知识与光场传播规律⒈ 填空题⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。

⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±L L ，δ为光程差。

⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φV ，则其干涉光强为22010201022cos E E E E φ++V ，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±V L L ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ。

一种优化LED照明的三维SMS设计方法

一种优化LED照明的三维SMS设计方法蒋水秀;孙翔;冯华君;贾宁【摘要】The 2D Simultaneous Multiple Surfaces (SMS) design can realize the goal of palindrome lighting. But it can't realize the goal of lighting without rotational symmetry, such as rectangular beam desires. Thus, a 3D SMS method is introduced to optimize the LED lighting. A design example is presented to further verify the 3D SMS method, and a different rectangular illumination is produced by changing a different seed rib. The model of the freeform lens is constructed and the optical simulation is carried out. The results show that the light beams are controlled well by the 3D SMS method, the freeform lens is compact and efficient, and a target illumination without rotational symmetry is achieved.%二维SMS(多表面同时设计法)设计能实现旋转对称的照明目标,但不能实现像矩形光斑配光要求的非旋转对称的照明目标,为此介绍了一种优化LED照明的自由曲面透镜三维SMS 设计方法.通过研究三维SMS方法的设计过程,详细分析了三维初始曲线的选取对于设计效果的影响:可以通过初始曲线的选取来使整个系统具有不同的性质,实现不同的设计要求.通过一个实例设计对三维SMS方法进行说明,并且通过改变种子肋的选取来得到所需要的矩形照明光斑.结果表明:三维SMS设计方法在实际LED照明设计中光线的控制能力强,透镜结构紧凑、效率高,可实现特殊要求的非旋转对称照明目标.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)006【总页数】5页(P91-95)【关键词】三维SMS;LED照明;自由曲面透镜;非旋转对称【作者】蒋水秀;孙翔;冯华君;贾宁【作者单位】杭州科技职业技术学院,杭州311402;浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州310027;浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州310027;浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TN312+.80 引言LED作为一种新型的固态光源，在近几年得到越来越广泛的应用，如LED汽车前照灯、LED投影仪、LED路灯等[1-5]。

Dr.Jiang ：LED Non-Imaging Optics

!用离散的节点矢量表示, 曲面方程比较复杂.
THE HONG KONG
POLYTECHNIC UNIVERSITY Email: jiangjinbo@, Tel: +852 2766 6575
香港理工大學
4
4
•自由曲面的光線追跡
自由曲面的光線追跡最複雜的部分是求解光線與曲面的交點。其運算量約占光線追跡總運算量的99% 最常见的是貝塞爾裁剪算法(Bezier Clipping Approach, Nishita, 1990 )
THE HONG KONG
POLYTECHNIC UNIVERSITY Email: jiangjinbo@, Tel: +852 2766 6575
香港理工大學
3
3
¾ 组合式折射—反射面 ¾ 衍射元件、光栅 ¾ 微结构阵列, 照明系统中用于提高光照均匀度.
¾ 参数矢量表示的任意形状自由曲面，包括XY多項式曲面、貝塞爾曲面、B樣條曲面、非均勻有理B樣條曲線曲面(NURBS)等，NURBS(曲线曲面的非均匀有理B样条)方法在当今被认为是统一表示自由型曲线曲面的国际标准形式.
LED Non-Imaging Optics Design LED 非成像光学设计
Advanced optics manufacturing centre Department of Industrial and Systems Engineering
The Hong Kong Polytechnic University
對於一個Lambertian的光源，它的光通量：
Φ = Lo∫∫dA cos θdΩ
⇒
Φ
=
Lo n2
E
=

第4章光学干涉测量技术

光学测试技术
第四章光学干涉测量技术
2019年9月17日
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随
着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作为测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。
在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7；
现波前的极限误差。
虽然PV可以用于描述元件或系统的质量，但这种描述往往容
易受随机误差的干扰的缺陷，因此常用PV20替代PV：
10
10
wmakx,
wmink,
PV20
k1
10
k1 10
武汉大学电子信息学院
16
§4.1 干涉测量基础
(2)均方根误差被测波面相对参考波面各点偏差的均方根值，可表示为：
二、干涉条纹的分析判读与干涉图形信号的处理方法从干涉仪系统中获取稳定、清晰的干涉条纹图样是干涉测量
的第一步。对获取的干涉条纹进行分析判读才能得到被测量的有用信息。 (一)干涉条纹的分析判读 1、波面偏差的表示方法
根据干涉条纹的形成条件，可以知道干涉条纹是干涉场中光程差相同的点的轨迹；相邻条纹之间的光程差为波长的1/n，其中 n是测试光束通过被测试样的次数。若某处条纹间隔为H，对应的条纹弯曲量为h，则该处的波面偏差可表示为：
及折转、成像过程中，会引入杂散光。杂散光会影响条纹对比度，导致对比度的下降。例：分束镜表面的剩余反射
改善措施：分束器表面正确镀制增透膜或析
光膜在光源处设置消除杂散光的小孔
光阑除此之外，两支相干光束的偏振态
不一致也会影响干涉条纹的对比度。
武汉大学电子信息学院

实现LED均匀照明的透镜设计

杰，叶
兵：现ＬＤ均匀照明的透镜设计实Ｅ
射率，、分别为入射角和折射角。ａ由于光线是经过透镜射入空气，空气的折射率
０＝
７
（１３）
这里。从光源出射的光强。是照明模型如图４所示，明目标面的半径为Ｒ照。
ｎ１，设透镜材料的折射率ｎｎ＝ｌ，根据三角公式＝１ｔｎ：ｅ可将式（变形为＋ａｓｃ４）
技术突玩
ｎ‘ ’
１ｔｎ￣ｚ１＋ａ２＿－
（５）
◆ ｆ
● ・
设法线斜率为ｍ＝ａ／，ｔｎ３由图可知，入射光线
颜
杰．叶
兵：现ＬＤ均匀照明的透镜设计实Ｅ
文章编号：０６６６（０２０ — ０８０１０— ２８２１）２０３－５
菝术交玩
实现ＬＥＤ均匀照明的透镜设计
颜杰。叶兵（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥２００）３０９
Ｙｉ，ｎＡＮＪｅＹＥＢｉｇ
（ｃｏｌｆｌｔｎｃＳｉｎｅａｄＰｙｉ，ｅｅＵｉｒｉｆｅｈｏｏｙＨｆｉｈＳｈｏｏｅｒｉｃｅｃｎｈｓｓＨｆｉｎｖｓｙｏｃｎｌｇ，ｅｅＡｎｕＥｃｏｃｅｔＴ２００，ｉ）３０９Ｃｈｎａ
颜
杰．叶
兵：现ＬＤ均匀照明的透镜设计实Ｅ

显微镜名词大全

I-----Q
ICSI
Intracytoplasmic sperm injection，卵胞浆内单精子显微注射，就是利用一根显微注射针将一条精子直接注射到卵子中。
IMC ( Integrated Modulation Contract )
徕卡独家设计-智慧型干涉对比影像，仅需使用一般明视野物镜(无须使用特定的干涉物镜)，配合 A 或 C 菱镜，即可观察干涉对比影像，可微调对比程度。
二个相同的物镜，以一个小角度沿光轴排列，产生二个单独的图象。通过单独的接目镜进行观察，它们合并起来形成一个 3-维图象。优点是：价格低，体积小，基本仪器具有较高的光学性能。
光漂白(Photobleaching)
指在光的照射下荧光物质所激发出来的荧光强度随着时间推移逐步减弱乃至消失的现象。荧光成像的质量很大程度上依赖于荧光信号强度，提高激发光强度固然可以提高信号强度，但激发光的强度不是可以无限提高的，当激发光的强度超过一定限度时，光吸收就趋于饱和，并不可逆地破坏激发态分子，这就是光漂白现象。
2004年蔡司公司又在传统柯勒式照明基础上推出了带有反光碗的全系统复消色差照明技术消除照明色差增强光的还原性进而提高分辨率同时照明均匀而光效高连续变倍体视显微镜zoomstereomicroscope这种体视镜的光学结构是由一个共用的初级物镜对物体成像后的两光束被两组中间物镜变焦镜分开并成一体视角再经各自的目镜成像它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得的
HCS
Harmonic Component System Leica 专利的光学系统。它为整个光学系统中可能包含的部分提供了一个统一的光学修正，这使得整个系统在保持原有功能的同时，可以根据要求不断的添加新的附件，以实现新的功能。

超表面与超材料介绍

超材料与超表面
UESTC
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Dakun Lai
一、绪论 1、传统的光学元件原理：光波的折射和反射（对入射光进行调制）。实现：工作光波前的聚焦、成像、分色等光学功能。通过光程的积累来实现相位的改变，因此，相位变化与光学元件的厚度成正比。 2、第2代光学元件:衍射光学元件原理：光波的衍射理论通过：计算机辅助设计和超大规模集成电路技术，在片基上刻蚀出深浅不一的特定浮雕结构实质上还是光程的积累，其变薄的秘诀在于摒弃了光学元件中冗余的2π相位。 3、第3代光学元件：平板光学元件实现：涡旋光束、宽带光弯曲、双偏振金属透镜以及平板轴锥镜实验
UESTC
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Dakun Lai
3.4、广义斯奈尔定理超表面相位突变的引入，表现为两种介质交界面的相位不连续性。
假设两路径无限接近真实光路，则它们之间的相位差为0。
广义的斯奈尔定律：
UESTC
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四、应用 4.1均匀型电磁超表面——高阻抗表面结构亚波长金属结构/介质层/金属底板组成的三明治结构
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• 在共振频率附近高阻抗表面对电磁波的阻抗非常高，因此会将电磁波完全反射 • 高阻抗表面在不同频率下具有反射相位
UESTC
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二、超表面 1、新型人工电磁材料将具有特定几何形状的亚波长宏观基本单元周期性或非周期性地排列所构成的人工材料。就是用有序的人造单元“粒子”代替自然界材料的分子或原子等基本粒子，所组成一种等效材料 2、超表面一种基于广义斯涅尔定律，通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁/光学波束调控的新结构。是一种超薄二维阵列平面，由超材料结构单元组成，它可以灵活有效的操纵电磁波的相位、极化方的方向 • 如果交界面处的相位梯度设计为常数垂直入射也可以有折射角，也可以用惠更斯原理解释

一种紧凑性匀光的用于投影仪的照明器

专利名称：一种紧凑性匀光的用于投影仪的照明器专利类型：实用新型专利
发明人：李晓阳,李谦,李秋实,任耕北
申请号：CN202121603609.X
申请日：20210714
公开号：CN215642214U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种紧凑性匀光的用于投影仪的照明器，第一透镜、第二透镜、第一复眼透镜、第二复眼透镜、PBS器件、第三透镜从前至后依次设置，第三透镜的右侧倾斜设置有反射镜，第三透镜和反射镜呈夹角设置，夹角处设置有第四透镜，第四透镜的前侧设置有偏光片。

通过采用非球面透镜的设计，从而可以减少非球面透镜与复眼透镜之间直光的光程，从而可以减少照明器的体积，从而使得携带可以更加方便；通过偏振板的设计，可以使得光在输送的过程中保持光的准直，从而可以更好的折射在复眼透镜上。

申请人：上海靓固智能科技股份有限公司
地址：201306 上海市浦东新区中国(上海)自由贸易试验区临港新片区环湖西二路888号C楼国籍：CN
代理机构：上海中外企专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：孙益青
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第29卷第5期光　子　学　报 V o1.29N o.5 2000年5月 ACTA PHOT ONICA SINICA M ay2000　同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件谭峭峰　严瑛白　金国藩　邬敏贤(清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京100084)摘　要　本文利用长焦深器件设计思路,提出了通过设计衍射光学器件相位分布使得在三个垂轴面上满足均匀照明要求来间接实现非垂轴面均匀照明的设计方法,并完成了同时实现多种角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件设计.基于爬山法和模拟退火法相结合的混合算法,设计了器件的相位分布,在30°、45°、55°非垂轴面上光斑不均匀性分别为5.91%、4.00%、3.38%.该方法可推广至二维情形,实现任意曲面均匀照明的要求. 关键词　非垂轴面均匀照明;长焦深;衍射光学器件0　引言衍射光学器件可以实现垂轴面(焦面或离焦面)高光能利用率的均匀照明,得到陡边、平顶、小旁瓣的光强包络,如随机相位板(RPP)1、相息图(KPP)2,3等.但在某些应用场合,例如间接驱动惯性约束核聚变中,要求某个角度或多个角度(如30°、45°、55°)的非垂轴面上有一定光强分布均匀性的光斑.满足这种要求的衍射光学器件的相位分布可以直接以该角度在非垂轴面上采样点为依据来进行设计,但此时不能利用成熟的快速算法,计算较为复杂.本文利用长焦深器件的设计思路4,通过设计器件相位分布使得在三个特定垂轴面上得到均匀照明,从而间接实现非垂轴面上的均匀照明.对于要求多角度非垂轴面同时满足均匀照明时,通过对非垂轴面光强分布均匀性与倾角关系的分析,对均匀性最差的某一倾角非垂轴面进行设计,达到均匀性要求,其他角度的非垂轴面上的均匀性自然而然的被加以保证.衍射光学器件相位分布的设计可利用G-S 算法、杨-顾算法5、模拟退火算法6,7等实现.为充分利用算法本身的优点,避免其缺点,本文利用爬山法与模拟退火算法相结合,相位随机初始化进行优化迭代并获取了满足非垂轴面均匀照明的相位分布.1　设计原理对于衍射光学器件,以一维为例,其透过率函数可写为T(x′)=exp(i5(x′))(1)式中,5(x′)为器件相位分布.设输入光场为均匀分布,根据基尔霍夫衍射理论,器件的远场分布可表示为E(x,f)=CF(T(x′))ûfx=x/K f(2)式中C为常数,F代表傅里叶变换,K为入射激光波长,f为傅氏变换透镜焦距,f x表示远场的空间频率.由于最终关心的是远场光强分布,器件与透镜的相对位置所影响的远场相位分布在式(2)中被忽略,同理体现在式(6)、(7)中.忽略常数C,其远场光强分布为I(x,f)=ûF(exp(i5(x′))û2(3)长焦深器件是一种在较长焦深范围内光斑尺寸基本保持不变的器件,可用衍射光学器件实现.若进一步设计,使得在焦深范围内,不仅尺寸基本*国家高技术863—416专题项目和国家自然科学基金资助项目收稿日期:1999—01—25保持不变,光强分布也保持相似的均匀分布,则可在非垂轴面一定范围内实现均匀照明.按照长焦深器件的设计原理,要实现非垂轴面的均匀照明,可利用三个面(焦前P1、焦面P2、焦后P 3)具有相同的均匀光强分布来进行器件的相位设计.三个面等间隔排列,如图1所示,图中A 1为衍射光学器件;A 2为傅氏变换透镜.间距$与所需非垂轴面倾角A 、该非垂轴面上所需均匀照明范围d 、焦面P2上的均匀照明范围d ′有如图1　实现非垂轴面均匀照明的原理框图Fig.1　Schematic o f realizing unifor m illumination inthe inclined plane at an angle w ith the o ptical ax is下关系:d =d ′/sin A (4)$=d ′cot A /2(5)P1、P3面的光强分布分别为I P 1(x ,f -$)=ûF (ex p (i 5(x ′))×ex p(-i P x ′2K -$f (f -$)))û2(6)I P 3(x ,f +$)=ûF (ex p(i 5(x ′))×ex p (-i P x ′2K $f (f +$)))û2(7)以P1、P2、P3面光强分布与理想均匀照明光强分布之差作为相位设计的评价函数.采用基于爬山法和模拟退火法相结合的混合算法8,充分利用爬山法的强局部寻优能力和模拟退火法的全局优化潜力.其流程如图2所示.2　模拟计算结果当要求多角度(如30°、45°、55°)非垂轴面均匀照明时,先定性分析一下非垂轴面上的光强分布均匀性与倾角的关系,当衍射光学器件相位保持不变,则d ′将保持不变,随着倾角A 变小,按式(5),离焦量$将增大,所涉及的垂轴面光强分布的差异变大,从而使得该角度的非垂轴面照明区域内的均匀性降低.由上述定性分析可得,设计时应以最小倾角非垂轴面进行设计,使其达到均匀性要求,其他角度的均匀性则会达到要求.针对同时要求30°、45°、55°非垂轴面上均匀照明,选取设计参数如下:倾角A =30°,非垂轴面均匀焦斑d =200L m ,入射波长K=1.053L m ,衍射432光　子　学　报29卷光学器件大小D =50m m ,傅氏变换透镜焦距f =600mm ,$=503L m.优化的相位分布如图3所示,相应的P1、P2、P3面光强分布分别如图4(a )、(b )、(c )所示.P 1、P 2、P 3面的光能利用率和光强分布不均匀性为G P1=95.4%,rms P1=8.79%;G P2=95.6%,rms P2=2.66%;G P3=95.4%,rms P3=11.4%. 图3　优化的器件相位分布 F ig.3　P hase distr ibutio n of theelement after optim ization 图4　P1、P 2、P 3面的光强分布 F ig.4　I nt ensit y distribut ion in P 1,P2,P 3r espectively其中光强分布性能参数:光能利用率和不均匀性分别由式(8)、(9)确定.光能利用率G =6x ′i ≤d /2x ′i≥-d /2I (x ′i ,f )/6P x ′iI (x ′i ,f )(8)不均匀性rms =1N -16N i =1I (x ′i ,f )-II2(9)式中I =N-16Ni =1I (x ′i ,f ),N =[dD /K f +1]以P 2面为中心面,每隔103L m 采样面的光强分布的性能参数G 和rms 的变化规律分别如图5、图6所示.图5　G 随$的变化趋势Fig.5　Relation bet ween G and $图6　rms 随$的变化趋势Fig .5　R elation betw een r ms and $在倾角为30°的非垂轴面上的光强分布如图7所示,其不均匀性rms =5.91%.分别计算倾角为45°、55°的两非垂轴面上的光强分布,分别如图8、图9所示,其光强不均匀性rms 分别为4.00%和3.38%.由图7、图8、图9可知,随着角度的增大,在非垂轴面上的均匀光斑变小,对于倾角为45°的非垂轴面,均匀照明区大小约为150L m ,而当倾角为55°时,约为120L m ,同式(4)的计算结果相符.4335期谭峭峰等.同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件　图7　倾角为30°的非垂轴面光强分布　Fig.7　I ntensit y distribution in the inclined plane atalg le o f 30°w ith the optical axis　图8　倾角为45°的非垂轴面上的光强分布　Fig.8　I ntensit y distribution in the inclined planeat ang le of 45°w ith the o ptica l ax is 不同倾角的非垂轴面上的均匀照明区域的光强不均匀性r ms 与倾角的变化关系如图10所示.随着角度的增大,不均匀性单调下降,验证了上述定性分析.3　结束语由上述设计结果可知,通过长焦深器件的设计思路,并以三个垂轴面上满足均匀照明要求出　图9　倾角为55°的非垂轴面上的光强分布　Fig.9　I ntensit y distribut ion in the inclined planeat ang le of 55°w ith the o ptical axis图10　r ms 与倾角A 的变化关系Fig.10　Rela tio n betw een rms and inclination angle A发来间接实现非垂轴面上均匀照明要求的衍射光学器件的设计方法,是方便可行的.此外,选取以最小倾角的非垂轴面作为起始设计面,可以保证其他倾角非垂轴面上的照明均匀性.依照该方法还可以实现任意曲线上的均匀照明,推广至二维情形,可以实现任意形状曲面上的均匀照明.本文所设计的器件正在加工中,实验结果将另文发表.参考文献1　D ix it S N ,T ho mas M ,W oo ds B W,et al.R ando m phase plates for beam smoo thing on the N o va laser.A ppl O pt ,1993,32(12):2453～25542　D ix it S N ,L awso n J K ,M 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nstruments T sing hua U niv er sity ,Beij ing ,China 100084R eceived date :1999-01-25Abstract In this paper ,applying the method to desig n element w ith long focal depth ,an indirect desig n pr inciple is pro spected to realize uniform illumination in inclined plane at an ang le w ith the optical axis,by designing Diffractive Optical Elements ′phase distribution to make unifor m illumination in three planes at rig ht angles w ith the optical axis .Diffractive Optical Elements for realizing unifo rm illumination in inclined planes at different angles w ith the optical ax is sim ultaneously are com pleted.Hybrid alg orithm based on hill-climbing and simulated annealing is utilized for phase desig n.Simulated results show the no n-uniform ities in inclined planes at ang les of 30°,45°,55°w ith the optical axis are 5.91%,4.00%,3.33%,respectively .Gener alizing the use o f such a method ,uniform illum ination in any shape surface can be realized.Keywords U niform illumination in inclined plane;Long fo cal depth;Diffr activ e optical elementTan Qiaofeng received his BE deg ree of optical instrument fr om Tsing hua U niversity in 1996.H e is now a Ph .D .candidate for Mo dem o ptics and optical info rmation pro cessing in the Depar tm ent of Precision Instruments,T singhua University.His research interests include diffr activ e optics,optical info rmatio n pr ocessing ,optical m easurement and so on .4355期谭峭峰等.同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件。