1、分類號：UDC：密級：學(xué)校代號：學(xué)號：■廣‘了：118451120901012廣東工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文(工學(xué)博士)非成像光學(xué)系統(tǒng)的L印光源優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析張巧芬指導(dǎo)教師姓名、職稱：直鰉塾援學(xué)科(專業(yè))或領(lǐng)域名稱：扭趟遮讓區(qū)堡途學(xué)生所屬學(xué)院：扭電王猩堂醫(yī)論文答辯日期：2014—12—8摘要摘要隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品對輕、薄、短、小、高可靠性、低功耗的不斷追求，對電子制造裝備的執(zhí)行速度、操作精度及穩(wěn)定性等提出了更高要求?，F(xiàn)代電子制造裝備的高速高精度

2、操作基本都涉及到視覺技術(shù)，其中的光源設(shè)計(jì)及照明技術(shù)則直接影響到這類裝備的性能指標(biāo)。高速高精度的視覺定位與識別，要求在復(fù)雜工況下極短時(shí)間內(nèi)獲取高質(zhì)量目標(biāo)圖像，其光源的設(shè)計(jì)對于這類高速運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行系統(tǒng)的圖像獲取起著關(guān)鍵性的作用。隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)正逐漸取代傳統(tǒng)光源，成為新一代光源。在非成像光學(xué)系統(tǒng)中，接收面的均勻照明以及光能的充分利用一直是光源設(shè)計(jì)急需解決的問題。本文面向電子制造裝備研發(fā)中的光源設(shè)計(jì)需求，重點(diǎn)開展基

3、于LED光源的照明顯示系統(tǒng)研究。針對光源設(shè)計(jì)中接收面照度均勻與光能的充分利用之間難以兼顧的難題，提出同時(shí)考慮照明系統(tǒng)接收面的照度均勻度和光能利用率的LED光源光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方法，研究可獲得理想照明系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)理論，在綜合考慮照度均勻度和光能利用率的基礎(chǔ)上，提出光源系統(tǒng)的綜合評價(jià)函數(shù)，并通過編程實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，分別實(shí)現(xiàn)反光杯式、透鏡式光學(xué)系統(tǒng)照明接收面均勻光斑的獲取，同時(shí)對其光路設(shè)計(jì)模型的光學(xué)追跡結(jié)果進(jìn)行分

4、析，進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的光路設(shè)計(jì)方法的正確性，可有效實(shí)現(xiàn)接收面照度均勻的同時(shí)提高光能的利用率，為LED光源光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可行有效的解決方法。主要研究工作概括如下：(1)調(diào)研面向電子制造裝備研發(fā)的視覺技術(shù)研究現(xiàn)狀，了解這類裝備在高速高精度運(yùn)行條件下對光源設(shè)計(jì)提出的光能利用率及照度均勻性需求。深入調(diào)研非成像光學(xué)中光源設(shè)計(jì)方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，分析目前非成像光學(xué)系統(tǒng)中多種照明光源的特性，確定采用LED光源為非成像光學(xué)系統(tǒng)的照明光源

5、，指明目前LED光源設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍然存在的難點(diǎn)問題，即難以在滿足照明系統(tǒng)接收面的照度均勻的同時(shí)提高光能的充分利用率。(2)在非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，首先分析非成像光學(xué)的廣義光學(xué)擴(kuò)展量、能量收集率等重要參數(shù)，建立廣義光學(xué)擴(kuò)展量和能量收集率理論最大值之間的關(guān)系，分析像差對能量收集率的影響因素以及LED的朗伯型發(fā)光特性：同時(shí)，研究光學(xué)模擬軟件Tracepro的矢量法光束追跡理論，分析基于MonteCarlo隨機(jī)理論的光照度計(jì)算方法，并引入非成像