光学仪器照明CAD系统的研究-机械电子工程专业论文.docxVIP

摘 摘 要 I万方数据 I 万方数据 摘 要 传统的光学仪器照明光学系统设计是借助通用的成像光学设计软件，把光源视为 物面成像并通过相应的相差分析手段来评价照明光学系统的优劣，随着科技发展与实 际的需求，国外出现了专用的照明系统设计软件。但我国在照明设计理论和照明设计 软件开发等方面相对国外都比较落后。为此，本文首先就对照明光学系统中光线追迹 与照度理论进行分析与完善，然后根据该理论设计出一套比较完整的光学仪器照明设 计 CAD 软件，弥补国内在此方面上的不足。本文所做的工作主要有以下几个方面： 1、推导和论述了光线追迹中三种光线追迹理论，分析了各种理论的优缺点，并 详细论述了矢量法光线追迹理论。该部分还对椭球反光面的光线追迹理论进行了推 导。 2、由于光源发出的光子的初始位置和方向具有一定的随机性和均匀性，因此精 确模拟必须体现该随机性。本论文中采用了国外同类软件中使用的Monte Carlo法，就 该方法的原理、随机数的产生和检验进行了论述。提出了Monte Carlo法的不足，给出 了改善的办法，并首次在照明设计中引用了线性同余组合发生器，大大提高了随机数 的独立性和均匀性。最后运用Monte Carlo法进行了点光源、线光源、面光源和LED 光源模型的建立。 3、根据相应理论编写了光学仪器照明设计CAD软件，对该软件的总体设计思想、 主要模块、使用流程等方面进行了分析和介绍。然后搭建一环行透镜照明系统实验平 台，验证了该软件的可行性和准确性。最后还运用该软件成功的对一照明光路进行了 分析与计算，表明了该软件具有很好的实用性。 4、为了进一步提高设计速度和质量，快速地将照明光路的参数转化为工程图和 三 维 立 体 图 ， 本 文 还 分 别 运 用 二 维 辅 助 设 计 软 件 CAXA 、 三 维 辅 助 设 计 软 件 SolidWorks 进行二次开发建立光学镜头光学结构件图库，大大提高了设计速度。基于 CAXA 的光学镜头光学结构件图库的建立在国内还是首见，该软件还对其它产品的专 用 CAD 系统的开发也具有一定的参考价值。 最后总结了全文的工作，并对光学仪器照明设计 CAD 软件和光学镜头光学结构 件库的二次开发软件的进一步开发和完善进行了展望。 关键词 照明系统 光线追迹 照度 蒙特卡罗 二次开发 Abst Abstract II万方数据 II 万方数据 Abstract The design of optical illumination system differs from that of traditional imaging system in optical instruments, which needs combing the optical imaging software and optical illumination software. But the development of the illumination theories and design in our country relatively falls behind that of other countries. Therefore, the ray tracing and the illumination theory in the illumination design are analyzed and perfected in this paper, and then a set of relatively integrated illumination design CAD software is programmed according to the theory, which makes up the domestic shortage in this item of our country. The main works in this paper are listed as follows: The three light tracing principles are deduced and discussed, and their virtues and disadvantages are analyzed. The theory of vector light tracing is presented in detail. The ray tracing theory of the ellipse reflector surface is deduced particularly. Due to the randomicity and uniformity of the angle and po