基于复合抛物面聚光器的LED 反射器的设计
基于LED照明系统的反射器设计
基于LED照明系统的反射器设计周镇;苏成悦;张春华;王婷婷;付倩;段华栋【期刊名称】《广东工业大学学报》【年(卷),期】2011(028)004【摘要】介绍了发光二极管( Light Emitting Diode,LED)二次光学设计的基本方法和理论,并利用TracePro光学模拟软件设计了一种基于LED照明系统的反射器.对该反射器的模拟分析结果表明,该照明系统能够实现均匀的照明,并能有效地实现对出射光的收集和定向控制.根据对实物成品的测试,其实际效果达到了预期的目的.采用标准高斯函数拟合,并用计算标准偏差的方法来评价光斑的形态和均匀度,计算的标准偏差值说明总体形态和均光效果基本符合要求.【总页数】4页(P26-29)【作者】周镇;苏成悦;张春华;王婷婷;付倩;段华栋【作者单位】广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006;广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006;广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006;广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006;广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006;广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM923.02【相关文献】1.基于椭流线法的LED射灯菲涅耳反射器设计 [J], 李栋;贺叶美;梁雪;刘正;喻玺;张航2.基于复合抛物面聚光器的LED反射器的设计 [J], 蒋记望;潘嘉炜;吴平辉;汪飞3.基于多椭球反射器的LED汽车近光灯设计 [J], 王静;蔡忆昔;包伟伟;李慧霞;李小华4.基于LED的自由曲面反射器设计软件研究 [J], 刘正权;孙耀杰;林燕丹5.基于均分配焦椭流线法的LED匀光管菲涅尔反射器设计 [J], 张航;贺叶美;李栋;梁雪;严金华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
组合式发光二极管路灯反射器的设计
组合式发光二极管路灯反射器的设计赵亚辉;范长江【摘要】设计了一组合式路灯反射器，以使发光二极管（LED）路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。
在非成像光学基础上，利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能，设计了一款分段组合复合抛物面反射器（CPC）。
基于“边缘光线原理”和”裁剪法”，此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布，出光效率达96％以上。
理论模拟证明：在高度为10m，范围为10m×30m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达0．5以上。
该反射式LED路灯光束整形器结构简单，光学效率高、成本低廉，模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。
%A combined reflector for Light Emitting Diode (LED) street lamps is designed to produce a rectan- light spot and uniform lighting in the road, as well as having a simple structure and high light efficiency. on the principles of non-imaging optics and mechanical design software, a segmented compound para- reflector was designed. The reflecting beams of light from the reflector have an approximately rectangular distribution while the light efficiency can reach 96%. The analysis and simulation results show that the uni- fortuity of illuminance can reach 0. 5 over an area of 10 m ~ 30 m when the LED lamp is installed at a height of 10 m. The reflector design when applied to shaping the LED beam into the rectangle shape has a high opti- cal efficiency and low costs. The simulation results show that it can satisfy the current requirement for road lighting.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2012(005)005【总页数】5页(P520-524)【关键词】发光二极管（LED）;非成像光学;复合抛物面反射器（CPC）;LED路灯;光学设计【作者】赵亚辉;范长江【作者单位】浙江师范大学信息光学研究所,浙江金华321004;浙江师范大学信息光学研究所,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】O439;TM923.581 引言发光二极管( LED) 为半导体发光器件，不仅发光强度高，还具有体积小、寿命长、显色指数高等特点，是一种新型的绿色环保照明光源。
用于LED照明的反射型复眼设计方法
a no nimaging p rojectio n lens fo r use wit h an L ED source and a rectangular target . S PI E ,2000 ,4092 :131～136 3 Crowt her B G. A fly′s eye co ndenser system fo r unifo rm illuminatio n. S PI E ,2002 ,4832 :302～310 4 郑臻荣. 液晶投影显示复眼照明的容差模拟分析. 光子学 报 ,2004 ,33 (5) :593～597 Zheng Z R. A ct a Photonica S i nica , 2004 , 33 ( 5) : 593 ～
复合抛物面聚光器原理
复合抛物面聚光器原理
复合抛物面聚光器原理
抛物面聚光器是一种利用抛物面反射光线的光学元件，用于将来自光源的光线聚焦于焦点处。
而复合抛物面聚光器则是一种更加高效的聚光器，它利用了多个抛物面来进行光线聚焦，从而提高了聚焦效率。
复合抛物面聚光器的原理可以分为以下几个方面：
1. 抛物面的反射原理
首先，我们需要了解抛物面的反射原理。
抛物面是一种反射面，当光线入射到抛物面时，会被反射并聚焦到焦点处。
这是因为抛物面的形状使得光线在反射时会被聚焦，形成一个焦点。
2. 多个抛物面的组合
复合抛物面聚光器利用多个抛物面的形状来实现更高效的聚光。
这些抛物面可以是同心的，也可以错落有致，但它们的形状都是经过精心设计的，以达到最佳聚焦效果。
3. 反射率的优化
为了进一步提高聚焦效率，复合抛物面聚光器的反射率也需要进行优化。
通常采用的方法是在抛物面的表面涂上高反射率的材料，例如金属或者反射涂层。
这样可以减少能量的散失，从而提高聚焦效率。
4. 光源的选取
最后，选择合适的光源也是非常重要的。
一般来说，复合抛物面聚光器适用于强光源，例如高功率LED灯或者激光器。
这样才能保证充分利用复合抛物面聚光器的优势，实现最佳聚焦效果。
总结
复合抛物面聚光器是一种利用多个抛物面聚焦光线的光学元件。
它利用抛物面的反射原理、多个抛物面的组合、反射率的优化以及合适的光源的选取，实现更高效的聚光效果。
了解复合抛物面聚光器的原理可以帮助我们更好地理解其在实际应用中的优势和局限性，从而更好地进行使用和开发。
组合式复合抛物面聚光器设计及其光伏实验研究的开题报告
组合式复合抛物面聚光器设计及其光伏实验研究的开题报告注：本文中的开题报告仅供参考，具体要求请参考导师所给出的要求和模板。
一、题目：组合式复合抛物面聚光器设计及其光伏实验研究二、选题背景及意义：随着能源危机和环境问题的日益加剧，太阳能作为一种可持续发展的清洁能源被广泛关注和研究。
太阳能聚光发电技术具有高效、环保、可靠等优点，已经成为太阳能领域的热点研究方向。
而太阳能聚光器作为太阳能聚光系统中的核心部件，其性能直接关系到聚光发电系统的效率和成本。
当前，常用的太阳能聚光器种类主要有平面聚光器、抛物面聚光器、反射聚光器和透镜聚光器等。
然而，以上聚光器都存在着一定的缺陷和限制，如平面聚光器聚光效率较低、工作温度过高等；抛物面聚光器容易受到天气条件和太阳位置的影响；反射聚光器和透镜聚光器制造复杂、成本较高等。
因此，研究一种性能较优的太阳能聚光器显得尤为重要。
针对以上问题，本文将设计一种组合式复合抛物面聚光器，以此提高太阳能聚光系统的效率和稳定性。
同时，本文将对组合式复合抛物面聚光器进行光伏实验研究，验证其在太阳能聚光发电领域中的应用潜力。
三、研究内容和目标：（1）设计与优化组合式复合抛物面聚光器的结构和参数，提高其聚光效率和稳定性。
（2）制作组合式复合抛物面聚光器样机并进行光学测试，分析其光学性能和适用范围。
（3）搭建太阳能聚光系统并利用组合式复合抛物面聚光器进行光伏实验研究，评估其在太阳能聚光发电领域中的应用潜力。
（4）对研究结果进行分析和总结，提出进一步改进和研究方向，为太阳能聚光发电技术的发展提供有价值的参考意见和建议。
四、研究方法和步骤：（1）文献调研：对太阳能聚光器和组合式复合抛物面聚光器的相关知识和研究现状进行深入了解和分析。
（2）设计与优化组合式复合抛物面聚光器的结构和参数，采用光学模拟软件进行模拟计算和优化。
（3）制作组合式复合抛物面聚光器样机并进行光学测试，利用光谱仪、太阳辐射计等仪器对其光学性能进行测试和分析。
基于复合抛物面聚光器的LED反射器的设计
作者简介 ：蒋记望（ ９ ０）男 ， １ ９一 ， 浙江温州人 ， 本科生 ， 主要从事光学设计方面的研究 。
・
８ ・ ０
光
学
仪
器
第 ３ ３卷
其体 积远 小 于传统 的荧 光灯 反 射器 。为 了便 于 比较两 种 反射 器 的优 劣 ， 里假 设 上述 两 种 反射 器 光源 均 这
第３ ３卷
第 ４ 期
光
学
仪
器
Ｖｏ ． ３ １ ３ 。Ｎｏ ４ ． Ａｕ ｕ ｔ ０ １ ｇ ｓ ，２ １
２ １ 年 ８月 ０１
ＯＰＴＩ ＣＡＬ Ｉ ＴＲＵ Ｍ ＥＮＴＳ ＮＳ
文章 编 号 ：１ ０ ６ ０ ２ １ ） ４０ ７ —４ ０ ５５ ３ （ ０ １ ０ —０ ８０
图 ３ 复 合抛 物 面 的 反 射 器 示 意 图
Ｆ ｇ ３ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｉ ． ｃ ｅ ｔｃｄ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ
ｒ ｆｅ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｃ ｅ ｌ ｃｏ ａ ｅ ｎ ＣＰ
按 照 上述 参数 ， 置反射 器 模 型参 数 ， ＴｒｃＰ ｏ软 件模 拟 可得 接 受 面照 度 图分 别 如 图 ４ 图 ５所 设 经 ａｅ ｒ 、
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｔ ｅ ｘ ｅｌ ｎ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｆ ｉ ｈ ｅ ｉ ｉ ｇ ｉ ｄ ｓｒ ｃ ￣ ｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｈ ｅ ｃ ｌｅ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔ ｏ ｌ ｔ ｍ ｔ ｎ ｄ ｏ ｅ ｃ ｇ ｔ
产生 眩光 ， 即人 眼会 非 常舒适 。显然 ， 要达 到相 同的照度 ， 若 采用 上 述 复合 抛物 面 反 射器 能 量 消耗 将 远 小
一种基于复合抛物面聚光器的太阳能幕墙模块结构
摘要：随着环保意识的不断扩大和新能源技术的不断提升，太阳能幕墙作为一种新型的建筑外立面材料，开始受到人们的广泛关注。
本文基于复合抛物面聚光器的太阳能幕墙模块结构，首先介绍了太阳能幕墙的概念和发展历程，然后对聚光器的原理和功能进行了详细解析，最后采用有限元分析方法对模块结构进行了力学仿真，得到了模块在不同载荷下的应力和变形情况。
关键词：太阳能幕墙；聚光器；复合抛物面；有限元分析Abstract:With the increasing awareness of environmental protection and the continuous improvement of new energy technologies, solar curtain walls, as a new type of building facade material, have begun to attract widespread attention. Based on the module structure of the composite parabolic concentrator solar curtain wall, this paper first introduces the concept and development history of solar curtain walls, and then describes the principle and function of the concentrator in detail. Finally, the finite element analysis method is used to simulate the mechanical properties of the module structure under different loads, and the stress and deformation of the module under different loads are obtained.Keywords: Solar curtain wall; Concentrator; Composite parabolic surface; Finite element analysis一、绪论太阳能幕墙作为一种集光、隔热、采暖、节能于一体的建筑材料，具有广阔的发展前景和市场前景。
基于复合抛物面集光器的LED教室灯具的配光设计
基于复合抛物面集光器的LED教室灯具的配光设计白莹;林文硕;谢国庆【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】A compound parabolic collector light distribution system was established for light dis-tribution of LED lamps in the classroom .First the characteristics of the LED light source were analyzed ,as well as the necessity of the secondary light distribution for the LED light source . The 3D nonimaging optics compound parabolic collector (CPC) model was established .The re-lationship between its parameters and the maximum exit half ang le θm was calculated by the edge light principle and the restricting factors of θm were given .Then the values of all parame-ters of CPC model were determined according to the reading lamp illumination uniformity re-quirements ,the CPC model was built in the optical analysis software Tracepro .The LED light source was placed on the focal plane of CPC model and the LED classroom lighting illumination distribution based on CPC was simulated combining with classroom desktop and the lamp dis-tance .Results showed that the light uniformity cound reach more than 0 .7 and satisfy the building lighting design standard GB 50034-2004 for reading lighting requirements as θm was greater than 30° ,the effective optical flux was more than 95% .%为了对L ED教室灯具配光，建立了复合抛物面集光器配光系统。
复合抛物面太阳光反射聚光器及其制造方法[发明专利]
![复合抛物面太阳光反射聚光器及其制造方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fe565fdd67ec102de2bd89f7.png)
专利名称：复合抛物面太阳光反射聚光器及其制造方法专利类型：发明专利
发明人：江伦,罗兰·威斯顿
申请号：CN201811404280.7
申请日：20181123
公开号：CN109612134A
公开日：
20190412
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种复合抛物面太阳光反射聚光器及其制作方法，该聚光器由相互对称的左边与右半边组合成复合抛物面，整体截面的曲线长度可以达到理想非成像聚光器曲线长度的80%以上，比现有技术的聚光器的曲线部分多出大约2/3。
制作方法是：将聚光器对称一分为二，然后按照半边的曲线进行滚轮模型的制造，并用10‑16套渐变形状的成型滚压轮冷滚压，将平面金属带经过多道渐变滚压成所设计的曲面形状；最后将两个半边聚光器对称相对设置组装成完整聚光器。
本发明的聚光器的聚光比可以达到传统不完整的非成像聚光器的3倍以上，极大的改善了聚光效果。
由于聚光器聚光比的增加，以及其快速廉价的制造方式，可以实现对于中温太阳能集热器市场质的改变。
申请人：江伦,罗兰·威斯顿
地址：100191 北京市海淀区花园路3号院1号楼1305号
国籍：CN
代理机构：北京一格知识产权代理事务所(普通合伙)
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基于复合抛物面反光杯和菲涅尔透镜组合的洗墙灯led条形光斑设计优化
86
照明工程学报
2020年4月
近墙面处产生波浪光照，影响装饰效果［3-。
为解决洗墙灯以上问题，本文 反光杯和菲 涅尔透镜组合的光学器件「4 -计思路，运用反光杯
控制LED
1200
范围的光能量,让其直
接反射到照明区域，避免经透镜的出光 ；采用透镜控制LEDFra bibliotek120。内
部分光能
量，控制未被反光杯反射而导致的副光斑 ，使整个
Optimization Design of LED Strip Spot of Wall Lamp Based on Composite Parabolic Reflector Cup and FresneC Len
WANG Yongheng
(Guangdoog PAK Corporatioo Co. Ltd. , Guangzhoo 511495 , China)
光斑，光通量 叠加。以满足被照区域（侧洗
墙面）由
光面到远
，灯具整 〕
寸需要限制在宽f高二48 mm X 41 mm以内。具体
单颗LED光学器件设计要求如下：
1） LED 光源：CREE-3535 XTE-HE-WW；
2） 光通利用率：大于80% ；
3 ）实测光效：大于85 lm/W；
4）光束角（50% /mcx）： ［ C0/180 - Total 二 10。
±3。，［ C90/270 - Total 二 60。± 5。；
5 ）光学器件材料：光学
PC （聚碳酸酯，
Polycarbonate ）；
6）光学器件尺寸：长X宽X高二22 mm X
22 mm X 14 mm 以内。
2020年4月 第31卷第2期
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(半径为 O. 6m). 所以最大照度也提高至 72. 6 lx. 更为重要的是，相应的光斑的均匀性高达 93%. 几乎不 产生眩光，即人眼会非常舒适。显然，若要达到相同的照度，采用上述复合抛物面反射器能量消耗将远小 于荧光灯反射器。因此，这种复合抛物面的反射器具有节能、光斑均匀、小体积等优点，在 LED 灯具设计 中有重要作用。当然，在实际设计生产中，还得综合考虑具体的光斑需求、装配要求和灯具散热性能等其 他因素，才能最终设计出满足用户需求的最佳参数。
示，由图可见，利用传统的荧光灯反射器，光斑过大(半径达到 2. 5m). 因为反射器只在四个截面上具有聚
光能力导致光能量较为分散，最大照度仅有 4.431x ，通过计算可知 2m 处的光斑均匀性约为 58% ，这种反
射器很难达到满意的均匀度，而且会造成大量的光线浪费。而采用复合抛物面聚光器原理的反射器，因
量全部收集到焦平面上，这就是 CPC 的聚光原理。
图 1
复合抛物面聚光器剖面图
'1、hc
Fig.l
profilc of thc CPC
CPC 的人口半径 d 、出口半径 G 及最大人射角f)n13x 满足如下关系 L8J
d
a
即 CPC 长度满足下列公式:
1
sln8nlLlx
(1)
l
=
ln
=
"(1十 sin()n旧 )ωS()mnIcos()rIUèx
2
~
。
Fz 落在抛物线 A 的下端点。轴 1γF 和 1 分别是抛物线 A 旋转 前后的对称轴'轴 2' 和 2 分别是抛物线 B 旋转前后的对称
轴 ， F2 C 和 F1D 分别平行轴 1 和轴 2 ，抛物线段 FιlC 和 F 2
关于 Y 轴对称并绕 Y 轴旋转一周'形成三维的复合抛物面聚
光器(町 CPC) 0 显然，经过旋转之后 ， CD 是 CPC 光线人射口的
特别是 LED 照明产品的二次光学设计还很粗糙，这些都限制了 LED 在照明行业的推广与应用。而且目
前市场上已有的 LED 照明灯，多数还是采用传统灯具加上 LED 发光模块的组装方式，不利于获得理想的 配光效果和较高的光线利用率。因此，如何摒弃传统灯具的设计理念，为 LED 光源设计不同的灯具，成
num盯ical
simulation. The results show that the reflector of LED demonstrated
compared with the traditional fluorescent luminaire is reasonable in the distribution of light , energy saving and incomparable advantages. Key words; compound parabolic concentrator(CPC); LED; reflector; TracePro
sin 2 ()mnx Cmax 1/ sin()max
sin 2 ()!nax
(2)
式 (2) 中 ， I二以 1 十 sin()rIUèX) 为聚光器的焦距，则 CPC 达到最大理论聚光比 191
(3)
2
反射器设计与比较
目前各类光学设计软件已经被广泛应用于光学设计中，其中 TracePro 是一套能进行常规光学分析、
25 20 15 10 5
x/mm
图 5
。
400
。
800
800
400
x/mm
。
400
800
复合抛物面反射器照度图
Fig. 5
Illuminance map of lhe reflector based on CPC
3
结论
简要阐述了复合抛物面聚光器 (CPC) 的结构和设计原理，针对传统荧光灯灯具在 LED 灯具设计与应
高了光斑均匀性和灯具利用率，具有广阔的市场应用前景。
1
CPC 的结构和设计原理
复合抛物面聚光器 (CPC) 的结构和设计原理如图 1 所
y
示，抛物线 A 绕其焦点 Fl 沿逆时针方向旋转了。n旧，同理抛
物线 B 绕其焦点 Fz 沿顺时针方向也旋转了。川，从而使得抛 物线 A 的焦点 Fl 落在抛物线 B 的下端点，抛物线 B 的焦点
关键词:复合抛物面聚光器 (CPC) ，发光二极管;反射器 中图分类号: TP 319 文献标识码 A
TracePro
doi , 10. 3969/j. iSSIL 1005-5630. 201 1. 04. 016
Design of LED reflector based on compound parabolic concentrator
• 80 •
光学仪器
第 33 卷
其体积远小于传统的荧光灯反射器。为了便于比较两种反射器的优劣，这里假设上述两种反射器光源均
采用朗伯型发光的 LED 贴片灯(半径 3mm) ，并且光源总光通量都为 801m.n具与接受面(即地面 )ll巨离
为 2mo
按照上述参数，设置反射器模型参数，经 TracePro 软件模拟可得接受面照度图分别如图 4 、图 5 所
抛物线A 被 切割的部分
直径 ， F1Fz 是 CPC 焦平面的直径， ()川是 CPC 的最大聚光
角。把人射光线与 Y 轴的夹角();定义人射角，当 ();>()max 时，
人射光线经过 CPC 反射从人射口射出;而当 ()i<()rIUèX 时，人射 光线经一次反射全部汇聚在焦平面上，由此把 ()i<()max 的光能
Z
叫 A
因 2
反光杯
Y~
半径3mm 的 LED
反光杯
传统荧光灯具示意图
图 3
复合抛物面的反射器示意图
Fig. 2
Schematic diagram of the
Fig. 3
Schematic diagram of the
traditional fluorescent luminaire
rcflcctor bascd on CPC
'1 1
近年来，随着 LED 芯片及其封装生产工艺的改进， LED 的光效迅速提高，其凭借与传统光源相比寿
命长、响应快、尺寸小、显色性好、定向发光、抗冲击、节能环保等诸多优点，在照明领域的优势和潜力日益
凸显 [13J 。然而，当前 LED 在照明领域的的应用技术还不成熟，很多针对 LED 灯具的国家标准还没制定，
310023)
313ω0; 2. 浙江工业大学理学院，浙江杭州
摘要:针对发光二极管 (LED) 具有寿命长、发光效率高、豆色性好、节能等诸多优点，基于复合抛 物面聚光器 (CPC) 的结构与原理，设计了一种 LED 反射器，通过与传统荧光灯灯具比较，采用最
优化理论和光学软件 TracePro 对其进行模拟仿真，结果表明这里所设计的反射器具有光场分布 合理，充分利用光能节约能源，传统反射器无法比拟的优点。
景和开发价值。
参考文献:
[ 1J [ 2J [ 3J [4 J [ 5J [ 6J
毛兴式，张艳霞，用连年，等.却i~11::绿色光源 LED 及其所用技术 [M]. 北京:人民出1\ Il!.出版社， 2008:2-226.
Abstract: According to the excellent performance characteristics of light emitting diode (LED) , such as long life , high luminous efficiency , good color rendering properties and energy saving , a reflector of LED based on the structure and the principle of compound parabolic concentrator (CPC) is designed , and the optimization theory and optical software TracePro are applied for
用中存在的不足，结合 LED 寿命长、显色性好、定向发光、节能环保等诸多优点，设计了一种 LED 反射器， 通过 TracePro 软件对灯具模拟仿真获得光斑、照度、均匀度等光学参数，结果表明所设计的 LED 反射器 相比传统的荧光灯反射器具有节能、高均匀性的光斑以及小体积等优点，在照明领域潜在巨大的市场前
]IANG]iwaη矿 ，
(1.
>
PAN ]iawei 1 ,
~吨J
Pinghui 1 , WANG Fei 2
2.
Cρllege
College of Scier :e , Huzhou Teachers College , Huzhou 313000 , China; of Science , Zhejian昭 Univ町 sity of Technology , Hangzhou 310023 , China)
较低等优点，引起了广泛关注和研究。在照明领域，若将 CPC 设计成反射器，把光源置于其出射口，根据
光路可逆原理，光源发出的光线经过发射从人射口出射，可以很好的控制光线的出射角度，从而得到设计 者需要的光斑尺寸，而且光线最多只经过一次反射，光线的利用率远高于其他类型的反射器 7J 重要的现实意义，也符合当前建设节约型社会的要求。
第 33 卷第 4 期
2011 年 8 月
光学仪器
OPTICAL INSTRUMENTS
Vo1. 33 ,