[硕士论文] 硕士学位论文-光学仪器照明CAD系统的研究 [复制链接]

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　　硕士学位论文 光学仪器照明CAD系统的研究，共88页，49355字
　　
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
　　

　　
目  录
　　
摘  要    I
　　
Abstract    II
　　
第一章 绪论    1
　　
§1.1照明光学系统的研究现状    1
　　
§1.2课题研究的目的和意义    1
　　
§1.3照明光学系统的研究    2
　　
§1.3.1照明光学系统与成像光学系统的区别    2
　　
§1.3.2照明光学系统组成    2
　　
§1.3.3序列光线追迹和非序列光线追迹    4
　　
§1.4 课题研究内容及其创新工作    5
　　
§1.4.1课题研究内容    5
　　
§1.4.2课题创新工作    6
　　
§1.5 学位论文结构及主要内容    6
　　
第二章 照明光学系统光线追迹理论    8
　　
§2.1光线追迹理论    8
　　
§2.1.1近轴光线追迹理论    8
　　
§2.1.2精确光线追迹理论    9
　　
§2.1.3矢量法光线追迹理论    11
　　
§2.1.4三种光线追迹方法比较    14
　　
§2.2椭球反光面的光线追迹    14
　　
§2.3光学系统中的光能损失计算    16
　　
§2.4本章小结    18
　　
第三章 基于Monte Carlo随机理论的光照度计算    19
　　
§3.1 照明光学系统的光照度分布计算方法    19
　　
§3.2 Monte Carlo随机模拟理论    21
　　
§3.2.1 Monte Carlo法简介    21
　　
§3.2.2 均匀分布随机数的产生    21
　　
§3.2.3随机数的检验    24
　　
§3.2.4 Monte Carlo法的不足    25
　　
§3.3 Monte Carlo法的改进    27
　　
§3.4 运用Monte Carlo法进行光源模型的建立    29
　　
§3.4.1点光源的Monte Carlo模型    29
　　
§3.4.2线光源的Monte Carlo模型    31
　　
§3.4.3面光源的Monte Carlo模型    32
　　
§3.4.4 LED光源的Monte Carlo模型    33
　　
§3.5本章小结    34
　　
第四章 光学仪器照明CAD软件的设计    35
　　
§4.1程序总体设计    35
　　
§4.2开发软件简介    35
　　
§4.3光学仪器照明CAD软件各主要模块    37
　　
§4.3.1数据输入模块    37
　　
§4.3.2典型结构选取模块    41
　　
§4.3.3 计算部分    42
　　
§4.3.4 后台数据库模块    44
　　
§4.4 光学仪器照明CAD软件的系统流程图    47
　　
§4.5本章小结    47
　　
第五章 光学镜头光学结构件库的二次开发    48
　　
§5.1光学镜头光学结构件构成及其二次开发的意义    48
　　
§5.1.1光学镜头光学结构件的构成和特点    48
　　
§5.1.2二次开发的现实意义    49
　　
§5.2基于CAXA的光学镜头光学结构件库二次开发[30]    50
　　
§5.2.1运用VC进行光学结构件库的二次开发    50
　　
§5.2.2运用CAXA提供的参数化零件库进行二次开发    53
　　
§5.3基于SolidWorks的光仪标准件二次开发    55
　　
§5.3.1二次开发系统的选择    55
　　
§5.3.2 SolidWorks二次开发技术    56
　　
§5.3.3 光仪标准件的二次开发    58
　　
§5.4本章小结    61
　　
第六章 光学仪器照明CAD软件的验证与运用    63
　　
§6.1光学仪器照明CAD软件在环形透镜设计中的验证与设计[21]    63
　　
§6.1.1环形透镜焦移特性分析    63
　　
§6.1.2环形透镜实验装置    64
　　
§6.1.3光学仪器照明CAD软件计算结果与实验数据对比分析    66
　　
§6.1.4 结 论    67
　　
§6.2照明CAD设计软件进行溶液浓度在线检测仪的照明光路设计分析    67
　　
§6.3本章小结    73
　　
第七章 总结与展望    74
　　
§7.1全文总结    74
　　
§7.2进一步展望    75
　　
参考文献    76
　　
攻读硕士学位期间发表的学术论文    79
　　
致 谢    80

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