江剑宇, 杨 波

(1.上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093;2.上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093;3.上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093)

引 言

视觉多点三维振动测量系统能快速精确地计算出各个标识点的空间三维坐标,根据坐标随时间的变化值得到待测物体上各点的三维振动信息。其中的高速相机在高帧率采集模式下曝光时间很短,保持相片的清晰度需要较高的照明亮度和均匀度。

设计所采用的光源是LED,LED使用寿命较长,体积比较小,能量利用率高。然而,LED实际的光强分布必须经过重新分配才能满足均匀照明的需求,即需要进行二次设计[1]。目前最普遍的LED二次设计使用的是内全反射(total internal reflection)透镜,但会普遍存在出射光斑分布不均匀的问题。一般通过扩散板等辅助手段可以在一定程度上改善这种缺陷,但是透光率会下降20%或者更多。所以本文提出采用自由曲面透镜来实现高亮度均匀照明[2- 3]。

自由曲面没有对应的具体的数学表达式,比起常见的照明光学系统,自由曲面对光的分布调控能力更强,能满足目标面的照明要求。恰当地使用自由曲面能够使得照明系统的尺寸得以减小,结构得到优化,还能极大地提高光能利用率[4- 6]。

本文提出了一种新型自由曲面透镜阵列,根据光源与目标平面之间的能量对应关系,求得出射光线在目标平面上的坐标,然后指定一个自由曲面的初始点,用切面迭代法得到自由曲面透镜的离散点数据。……