基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。     

高世代平板显示光刻机照明系统中梯形视场的设计与仿真

针对大面积薄膜晶体管(TFT)液晶显示生产中的高世代光刻机(6代以上)照明系统改进,设计了一种新颖的梯形拼接照明视场方案。使用设置在微透镜阵列入瞳处的视场光阑阵列实现了梯形拼接照明视场,同时简化了系统设计。相较于以尼康平板液晶显示器(FPD)光刻机为代表的现有梯形拼接视场方案,提出的设计方案能减少投影物镜的热负担,同时在一定程度上提高照明系统的光能透过率。通过Lighttools建模分析,说明该设计方案能够实现梯形照明视场并且积分均匀性在1%以内,达到了设计预期效果。     

结构光照明显微镜照明系统的设计与仿真

结构光照明显微镜是一种结合结构照明技术与宽场成像原理实现表面形貌测量的新工具。为方便调节物面光强和照明视场大小,并保证结构光条纹的均匀性,基于科勒照明原理提出利用成品透镜与无限远物镜,并结合数字微镜阵列(DMD)设计结构光照明显微镜照明系统的方法。通过Zemax软件建立设计模型进行仿真分析,验证了该方法设计的结构光照明系统投射到物面光照的均匀性。     

大面积发散太阳模拟器均匀照明方法研究

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明，研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统工作原理及旁瓣效应产生机理；基于嵌套建模思想，结合多项式拟合方法，得出了氙灯轴上强度分布曲线，并根据氙灯发光能量对称性质，实现了氙灯空间光强分布模拟；结合提出的光学系统设计边界条件与参数，设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明：当工作距离为20000mm，辐照面直径1500mm范围内，辐照均匀度为92.8%，满足了大面积发散太阳模拟器均匀照明的使用需求。     

大面积发散太阳模拟器的均匀照明

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上的强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称的性质,实现了氙灯空间光强分布的模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明:大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000mm,辐照面直径为1 500mm,辐照均匀度为92.8%,满足均匀照明的使用需求。     

超高亮度LED微型投影仪照明系统设计

为了提高微型投影仪系统的性能,设计了一种超高亮度LED光源口袋式微型投影仪照明系统.其光源采用具有大面积发光面的RGB三色LED芯片.照明系统中最为关键的集光系统包含一个CPC和两个聚光透镜.在LightTools软件中追迹2×10(6)条光线进行仿真,DMD面上光照均匀性为92%,光通量为450lm.该照明系统比传统...     

导光均光微槽透镜阵列精密磨削及其热压微成型

薄壁LED照明依赖丝网印刷的微阵列导光板,但其表面油墨点阵易老化,且微结构很难优化。因此,在导光板表面设计出高斯分布的空间微槽透镜阵列,并采用数控微磨削技术对其进行加工,替代市面丝网印刷的2D微圆阵列。首先,用微光学原理模拟导光板导光效率和出光均匀度,优化微透镜阵列的形状、尺寸和分布。利用金刚石砂轮微尖端在PMMA导光板表面精密磨削出微透镜阵列,检测其导光效率及均匀性。最后,利用微磨削加工的微阵列成型钢模芯开发微透镜阵列的快速热压微成型工艺。微光学分析表明,微槽透镜阵列比微方形透镜阵列和微半球透镜阵列分别提高导光效率6%和15%。而且,微槽透镜阵列变间距高斯分布比等间距分布提高导光效率32%,提高出光均匀度73%。试验结果显示,微磨削可以控制微槽透镜阵列加工的表面质量和形状精度,应用于LED导光板后比丝网印刷的导光板提高导光效率7%和出光均匀度9%。此外,开发3 s的快速热压微成型工艺,可以加工出变间距和变深度的微槽透镜阵列,比丝网印刷的微圆阵列提高照度26%和出光均匀度49%。因此,微空间结构优化的微槽透镜阵列比丝网印刷的2D微圆阵列可附加出更高的微光学应用价值。     

中科院光电所研制出3米长光栅复制光刻机

近日,一种新型“3米长光栅复制光刻机”在中科院光电技术所研制成功。这是该所继成功研发URE-2000系列大面积曝光机后创新研发的一项新型精密光刻设备。该机在母尺和工件间抽真空,采用蝇眼透镜的i线均匀照明系统,结合气浮工件台一维运动而实现大行程的扫描、真空接触、i线曝光。其照明均匀性为±2％,光刻分辨力优于5微米,照明面功率密度50mW／cm^2,     

三维振动测量系统的照明模块设计

为了满足三维测量系统所需的大视场照明条件,设计了一种基于自由曲面的透镜阵列的匀光照明模块。根据能量对应关系计算得到自由曲面透镜的离散点数据,通过Rhino软件拟合离散点得到该自由曲面透镜实体模型,再将得到的自由曲面透镜面型导入Light Tools软件,进行阵列后得到匀光照明模块。仿真结果表明,该照明模块可使2.56m2的接收面上的亮度达到13 102lx,照明均匀度达到92.86%,且公差符合装配要求。     

LED和梯度折射率透镜投影系统光路设计

现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件,由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷,本文设计了一种以三色LED作为照明光源,以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比,减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件,简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真,对光线追迹的结果进行分析,分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化,光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头,就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。     

基于自适应遗传算法的三轴光电跟踪策略

三轴光电跟踪系统由于存在一个冗余横倾轴,可以解决传统两轴光电跟踪系统存在的空间跟踪盲区,全方位跟踪空间目标。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的前提下,运用四元数方法建立了存在一个冗余自由度的运动学模型,并设计出一种新的基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略。仿真及实验结果表明,基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略不需要进行轴系间的运动切换即可避免跟踪盲区,真正实现了系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;而且与现有两轴跟踪策略和三轴切换跟踪策略相比,各轴所需的转动角度减小了30%以上,因而提升了系统的跟踪性能,其跟踪快速性提高了30%以上。     

双级蓄冷系统研究

首次提出了一种双级蓄冷系统,该系统可在蓄冷工况和供冷工况两种工况下运行,在蓄冷工况下可同时在蓄冷水池和蓄冰槽内蓄冷。分析显示该系统具有较好的节能潜力,节能率超过10%。     

液压限位隔离系统的抗冲击性能研究

在舰载隔离系统中安装限位器可有效限制设备的最大相对位移，但传统橡胶限位器易对系统产生严重的二次冲击。首先，建立了液压限位器的数学模型，并通过杜哈梅积分法对隔离系统的冲击响应特性进行了仿真分析;然后，设计了带液压限位器的隔离系统试验装置并进行了冲击测试试验，比较了不同限位器参数对抗冲击效果的影响;最后，对比分析了液压限位与橡胶限位隔离系统的冲击响应特性，与无限位的隔离系统相比，液压限位可减小近60%的最大相对位移响应,存在一个最佳节流孔孔径，可使系统获得最佳隔振效果。研究结果表明：与传统橡胶限位隔离系统相比，在相对位移响应近似相等的条件下，加速度响应可降低44.5%，大幅提高舰载设备的抗冲击性能。     

模型参考自适应滑模控制方法在 前向像移补偿中的应用

为了提高航空相机的飞行分辨率,提出了一种基于模型参考自适应的滑模控制方法。用模型参考自适应算法对时变系统参数进行在线辨识,并改变滑模控制器的控制参数。采用基于衰减控制的变速趋近律作切换函数,加快系统收敛速度,减小切换过程中的抖动。实验结果表明,同PID控制方法相比较,模型参考自适应滑模控制方法将速度补偿误差降低了60%,相应地将航空相机的飞行分辨率提高了2倍。因此,基于此方法的前向像移补偿系统可提高速度跟踪精度和鲁棒性,对时变干扰力矩具有较强的抑制能力。     

用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究

以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象,对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究。介绍了两种系统的工作原理,对系统能效进行了理论分析,进一步在Simulation X软件中进行了仿真研究,并讨论了负载力大小对系统能效的影响。仿真结果表明,与对称泵控系统相比,三油口泵控系统第Ⅰ象限内,可提高系统能量效率7.6％,减少系统能量损失66％;第Ⅲ象限内,可提高系统能量效率21.2％,减少能量损失86.4％,因此具有更好的能效特性,节能效果显著。     

A novel pre-control method of vehicle dynamics stability based on critical stable velocity during transient steering maneuvering

The current research of direct yaw moment control(DYC) system focus on the design of target yaw moment and the distribution of wheel brake force. The differential braking intervention can effectively improve the lateral stability of the vehicle, however, the effect of DYC can be improved a step further by applying the control of vehicle longitudinal velocity. In this paper, the relationship between the vehicle longitudinal velocity and lateral stability is studied, and the simulation results show that a decrease of 5 km/h of longitudinal velocity at a particular situation can bring 100° increasing of stable steering upper limit. A critical stable velocity considering the effect of steering and yaw rate measurement is defined to evaluate the risk of losing steer-ability or stability. A novel velocity pre-control method is proposed by using a hierarchical pre-control logic and is integrated with the traditional DYC system. The control algorithm is verified through a hardware in-the-loop simulation system. Double lane change(DLC) test results on both high friction coefficient(μ) and low μ roads show that by using the pre-control method, the steering effort in DLC test can be reduced by 38% and 51% and the peak value of brake pressure control can be reduced by 20% and 12% respectively on high μ and low μ roads, the lateral stability is also improved. This research proposes a novel DYC system with lighter control effort and better control effect.     

机械手视觉系统设计与实现

本文介绍了一种基于智能摄像机的智能机器人视觉系统。它采用Blob分析法可以求取任意形状目标物的中心坐标及其任一斜边与坐标轴之间的夹角．从而实现对微小或缓慢运动的目标物定位。系统硬件平台是内含TMS320C64XX系列DSP的智能摄像机。利用VC智能摄像机来完成场景图像的采集及量化任务,并利用其自带的嵌入式操作系统及开发平台编写了相应的目标定位程序。实验结果表明,该系统能满足实际项目中对目标姿态信息的需要,目标识别率达到100％,定位相对误差小于5％。本系统具有广泛的应用前景．通过修改应用程序可将该系统应用于不同的工业机器视觉检测领域．尤其是图像测量、表面检测．汽车制造业检测、产品包装和印刷业的质量检测、运动轨迹分析与跟踪等领域。     

基于重复控制的数控系统伺服调节技术的研究

针对数控活塞环车削周期性控制的特点,应用重复控制理论对活塞环车床数控系统伺服调节技术进行了研究。以M序列信号作为输入信号,采用最小二乘法首先对数控伺服系统模型进行了系统辨识;以辨识所得到的整个闭环伺服系统模型为调节对象,进行了重复控制器的设计,构建了适合于伺服系统调节的重复控制器;以Matlab/Simulink为工具对所构建的重复控制器进行了仿真比较,系统跟随误差由原来94.2%减少到11.1%;同时在自行开发的数控系统上进行实际试验比较,系统跟随误差也由87.9%减少到24.7%。通过试验表明,基于重复控制的伺服调节技术能有效地抑制周期运动中的跟随误差。     

桥门式起重机轨道检测系统

基于激光三角原理提出了一种用于桥门式起重机轨道检测的方法，并开发了适于此类轨道的检测系统。该系统主要包括轨道测量机器人、全站仪、三维重构计算系统。轨道测量机器人携带角隅棱镜沿轨道前进，全站仪实时追踪角隅棱镜的位置，根据记录数据重构出轨道顶面中心线的空间形状，进而计算出轨道的直线度，双轨平行度，轨道跨距等参数，以此为依据对轨道进行维修或者更换。该系统的测量精度可达±2mm，与原有检测方法相比，其检测效率提高约50％。