自由曲面反射式投影成像系统的设计

为了使投影设备具有超短投影距离,同时具有大尺寸高清显示画面,本文设计了一款采用自由曲面全反射式成像光路小投射比的超短焦距投影物镜.系统使用16.5 mm(0.65 in)DMD微透镜显示芯片,采用远心光路提高像面照度均匀性;利用光学设计软件CodeV进行镜片设计与优化,最终得到由4片非球面反射面构成的投影物镜.物镜投射比为0.25、焦距为2 mm、光学总长34 mm、投影距离1 m-4 m,画面尺寸为4 m-16m(157-630 in);各视场MTF值在单个像素对应的奈奎斯特频率处均达到0.25以上,水平、垂直TV畸变均小于2％,各项指标满足系统设计要求,镜片数少,结构简单.     

LED数字投影机短焦投影物镜设计

为实现LED 数字投影机短距离内投影出更大的画面,文中针对此类投影机的结构特点,通过理论计算和ZEMAX 光学设计软件的优化,开发设计一款适用于LED 光源0.7 in（1 in=2.54 cm）单芯片数字投影机的短焦投影物镜。给出工作波长为462~625 nm、全视场角为84、相对孔径为1:2.4、焦距为10 mm、后工作距离大于20 mm 的镜头设计实例。镜头有较好的成像质量, 在分辨率极限40 lp/mm 处, 0.7 视场以内的MTF 值均大于0. 5,全视场畸变量的绝对值小于1.5%,像质优良。设计结果显示,文中提出的设计方法有利于降低投影系统成本,实现产业化生产。     

高清晰低畸变轻小型投影式头盔物镜设计

根据现代化头盔显示系统在像质、畸变和轻小型化方面的高要求,设计了一个视场为62°、出瞳距离为30 mm、出瞳直径为8 mm、采用2.794 cm(1.1")微显示器的折/衍混杂投影式头盔的物镜系统。设计结果表明,系统满足高清晰的XGA的显示模式,其畸变仅为± 0.66%。其质量也仅为62 g,是传统头盔光学系统的1/6,实现了轻小型化。结合投影式头盔显示的其他特点,如物体的正确“闭塞”、深度可感知、多用户的互不干扰等,本设计系统在可视化培训、交互环境、掌中电脑、数字化个兵等领域有重要的应用。     

新型激光投影显示方棒照明系统的设计

以非成像理论中光学扩展量的传递规律为依据,给出了激光二极管(LD)阵列作为光源的新型激光投影显示系统中方棒照明光路元器件尺寸及入射光束孔径角的确定方法。选用3×8红光LD阵列作为光源,0.45inch(1inch=25.4mm)硅基液晶(LCOS)芯片为空间光调制器(SLM),应用光学设计软件Zemax给出了方棒照明系统的设计实例,包括LD阵列光源光束整形系统、方棒匀光系统、方棒中继系统的设计。结果显示方棒照明系统具有较高的光能利用率及较好的光斑均匀性。由此得出较高光能传递质量的新型激光投影显示系统中方棒照明系统的设计方法。     

激光显示广角球幕投影镜头设计

激光显示具有色域大、颜色饱和度高、显示画面尺寸灵活可变、无电磁射线辐射等优点。本文根据应用要求,研究和设计了一种用于球幕投影的激光显示广角镜头。分析和计算了激光三基色的白场和光功率匹配参数。投影物镜采用远心反远结构,并且为全球面光学系统,易于加工和检测。设计中有效地控制了系统畸变,利用光阑像差提高了投影显示像面边缘的光照度,改善了像面照度的均匀性,解决了广角系统中像面照度不均匀和畸变控制的难题。投影系统焦距为11.3mm,F#数为2.5;全视场角可达到110°。Nyquist频率处,90%视场内MTF大于0.6,像面照度均匀性优于95%,全视场畸变小于1.5%;色差小于0.5pixel。分析结果表明,本文提出光学设计思路和方法可行,满足应用需求。     

同轴超短焦距折反式投影系统设计

为了缩短超短焦距投影仪的机械总长,克服传统离轴超短焦距投影系统的装调困难,降低系统的设计难度,设计了一种同轴的超短焦距投影系统。首先,通过分析像差与系统总长的关系,证明了需要保证系统总长的必要性。然后,通过镂空非球面反射镜中心部分,利用平面或球面反射镜折转光路,提出了一种新的设计超短焦距投影仪的方法。在保证光学总长的同时缩短了机械总长,提高了空间利用率,解决了同轴折反系统中存在挡光的问题。最后设计的系统总长为215mm,投射尺寸为100in。系统的投射比为0.17,物方NA为0.2,焦距为1.66mm。各个视场传递函数在内奎斯特频率处达到0.5以上,各指标都满足了投影系统的要求。同时,在透镜个数相同的情况下,系统的性能都优于传统的投影仪。     

DLP投影显示中的特殊技术

介绍了数字微镜器件(Digital Micmmirror Device,DMD)的特点,对DLP投影显示中的特殊技术进行了论述.DLP投影显示中的特殊技术主要表现在DMD及其电子学控制、DIP光学引擎设计、DLP光机结构设计等多个方面,例如DMD的结构、DMD的寻址和复位、DMD的二进制PWM驱动、色滤光片控制、光源控制器设计、消杂散光处理、热设计等.由于采用了这些特殊技术,DLP投影显示系统获得了高质量的显示图像,其可靠性也得到了极大提高.     

共口径多波段复合场景仿真技术

以多波段光学成像制导武器系统的半实物仿真需求为牵引,探讨多波段多目标复杂场景仿真系统的实现方法,包括多波段投影系统和目标大视线角显示系统,重点研究了共口径多波段投影系统的设计方法.通过采用可见光投影系统、近红外投影系统、中波红外投影系统和长波红外投影系统分别产生各单波段仿真场景,经过反射式耦合光学系统将各波段场景进行复...     

基于FPGA的固态体积式真三维显示系统视频驱动设计

固态体积式真三维显示系统的视频显示核心器件为数字微镜D4100投影系统,文章基于D4100的视频驱动特点及接口要求,以FPGA为核心设计了由DVI的数据接收处理至D4100投影显示系统,包括DVI视频解码、视频输出处理、时序控制以及LVDS发送模块,并实际设计电路板,与D4100联合调试,实现1024×768的图像投影显示。     

液晶投影与平板显示健康安全、系统性能分析

为全面分析液晶投影与平板显示的健康安全和系统性能,以液晶(LCD)投影与平板(FPD)显示系统为分析研究对象,模拟学生教室上课状态,通过测试蓝光能量、闪烁、工作噪声、亮度衰减、对比度、视角、能效指数等指标发现,在教育领域实践环境下,液晶投影系统的综合评价优于平板显示系统.     

投影电视的均匀照明系统设计

分析和设计了用于提高大屏幕投影电视光学性能的均匀照明系统：透镜阵列和积分方棒。基于弧长为1．2mm的超高压水银灯(UHP)．建立嵌套圆筒的体光源模型．给出了两个照明系统的设计方法和用于2．3cm空间光调制器照明系统的设计参数。仿真结果表明,透镜阵列系统实现了均匀性( 4．55％,-5．54％),光能利用率为81％的照明输出;积分方棒系统实现了均匀性( 4．37％,-4．58％),光能利用率为79％的远心照明输出。均能满足投影电视对照明系统的指标要求。     

MD投影机中的光学元器件（五）——投影镜头

微显示投影机所用的镜头,不同于电影放映、幻灯投影、书写投影、投影测量等投影镜头．更不能拿照相机镜头代替微显示投影镜头。微显示投影镜头有特殊的结构和要求,除了要求成像清晰、色彩丰富鲜艳、消除畸变、画面亮度均匀以外,还要求与投影机的光学引擎、显示器件相匹配。按使用情况,投影镜头分为前投影镜头和背投影镜头两大类。     

应用微柱透镜的自由立体前投影屏幕设计

介绍了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的原理。推导出确定自由立体前投影屏幕中微柱透镜参数的公式,详细给出了一种设计方法。根据此方法设计了一块采用微柱透镜阵列的自由立体前投影屏幕,在Lighttools中对采用此屏幕的投影系统进行仿真模拟,仿真结果显示有5个比较明显的视区,视区间隔比较连续。搭建屏幕和投影系统进行实验验证,实验结果与仿真结果一致,串扰度为7.9%,图像重合度为1.008,在观察面处立体效果显著。实验结果验证了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的可行性。与背投影的自由立体显示技术相比,自由立体前投影显示具有装调快、占用空间小、投影距离灵活可调的优点,将是未来大屏幕自由立体显示的一个重要发展方向。     

会聚光中的傅立叶变换透镜用于彩虹全息

在提高激光能量利用率和增大成像面积前提下 ,为了尽量减小透镜口径 ,采用会聚光照明前傅立叶变换透镜。由于它在全息制版镜头对称面上形成实的频谱面 ,从而可进行空间滤波处理。结果 ,透镜口径由平行光照明时的 13 5mm减小到 98mm ,成像面直径达到 10 0mm ,曝光时间可缩短为原来的 1/5。由此可得出 ,会聚光照明的傅立叶变换光路 ,在减小透镜口径方面优于 4f系统。     

风云四号辐射计的高精度动态测角系统

为了测试风云四号气象卫星扫描成像辐射计的扫描镜的动态运动精度，设计了一种高精度动态测角仪。该测角仪利用了扫描成像辐射计的可见光通道，采用622 nm的LED可见光,经过菲涅耳透镜投射到目标板上，然后充满投影光学系统的入瞳,利用光学成像分析像点位置及相互关系的方法来评价扫描镜的运动精度。介绍了该测角仪的投影光学系统、照明系统和系统总体的设计。     

CO2激光打孔的折衍混合f-θ 透镜设计

激光打孔广泛应用于印刷电路板处理等领域,在该技术中f-θ透镜起到扫描成像的重要作用。利用折衍混合系统设计了f-θ透镜，在满足性能要求的前提下，减少了透镜的个数，降低了系统成本。该系统采用像方远心光路，工作波长为9.25 μm，打孔直径50 μm，深度182 μm，扫描面积达70 mm×70 mm。     

基于二极管泵浦Nd：YAG激光器的紫外微加工系统研制

自行研制紫外微加工系统,系统有效工作范围120 mm×120 mm,最小加工线宽80 μm,系统操作简单、运行稳定高效.实验中完成对Nd:YAG紫外激光器、XY扫描振镜以及F-Theta平场透镜设计.实现波长355 nm紫外激光最高平均功率2.13 W稳定输出,1 h内输出功率波动小于7%;XY振镜最大扫描角度 28°,线性响应速度0.35～0.5 ms;F-Theta视场角为±25°,有效焦距为250 mm.最后对系统存在的问题进行了分析.     

激光粒度仪光学系统的小型化设计

提出一种激光粒度仪短筒功率谱采集透镜（PSCL）系统设计方案。利用粒度仪原有短焦距傅里叶透镜作为前组透镜，4倍透镜组为后组透镜，实现焦距F500至F4000的切换；系统筒长小于1020mm。设计结果表明，该方案缩短了透镜系统筒长，且像质良好。     

YAG激光打标机变焦f-theta镜扫描系统

为Nd∶YAG激光打标机设计了变焦距f-theta镜扫描系统,以使它适用于不同的打标面积而不必更换镜头,系统由四片透镜组成,材料分别为BK7、SF18和SF11,系统总长度为122.96mm,工作波长1064nm。利用f-heta镜的负畸变效应和机械变焦原理,将四片镜设计组合成两个可变档系统,系统的有效焦距分别为f-theta镜的两个常用焦距：350mm和400mm,相应的扫描范围分别为220mm×220mm,250mm×250mm,扫描角都为±18°。系统像面在0视场、0.7视场和全视场的光斑都落在相应的爱里斑以内,系统的MTF曲线接近相应的衍射极限曲线,最大波像差小于四分之一波长,系统的最大场曲和最大f-theta相对畸变都很好地满足了国内激光打标机的精度要求。