超大视场头盔显示光学系统设计

设计了大视场头盔显示器的目视光学系统,用于满足头盔显示器对大视场、小畸变、高分辨率以及轻量化的苛刻要求.采用4×3阵列式排列、视场角为33°×24°的12组高质量成像目镜系统拼接成单眼目视光学系统来实现系统的大视场设计.为了使系统轻量化,每个单元目镜只采用一片透镜;透镜一面采用二元光学衍射面,利用其特殊色散特性校正目镜系统色差;另一面采用非球面,用于校正目镜光学系统的初、高级单色像差.其图像源为高亮度、高分辨率的OLED微显示器.设计结果显示:单目目视光学系统水平视场达到120°,垂直视场为60°,角分辨率为43 pixel/(°);单个目镜系统传递函数在40 lp/mm处,轴上视场高于0.62,全视场高于0.1;系统畸变小于3％;系统的双目视场为160°×60°,双目重叠视场为80°×60°.该设计实现了超大视场,满足头盔显示光学系统的成像要求.     

单一原子氧辐照对SR107-ZK白漆反射率的影响

针对空间对接时某些载荷表面喷涂的涂层受原子氧剥蚀的影响发生反射率退化,从而改变涂层成像特性的问题,本文利用反射率退化一般规律数学模型计算出了在空间经常使用的SR107-ZK白漆两年衰减后的反射率理论值,并根据此理论值为光学系统选择了适当的CCD。按照地球低轨(LEO)飞行两年的太空环境条件,对SR107-ZK白漆试块进行了单一原子氧辐射试验。结果显示,1.8×1022 atom/cm2原子氧通量辐射后的试验数据为0.814,与数学模型模拟计算的数值0.793较为接近,说明了数学模型理论的正确性。对辐射后的试块进行了成像试验,结果表明CCD的合理选择是光学系统对反射率下降试块良好成像的关键,进一步证实了数学模型的可靠性,为今后此类工作提供了重要的依据。     

转动随机微透镜阵列对激光显示中散斑的抑制

为了消除散斑现象,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。分析了"随机微透镜阵列"作为随机漫射体在光束控制和光能利用率方面的优越性,并提出了在光学系统中加入转动"随机微透镜阵列"的方式抑制散斑。对加入这种结构后屏幕上的散斑进行了测量,验证了此种方法可以将散斑对比度降低到1.15%,使人眼分辨不出激光散斑,提升了激光电视的观看效果,并与传统的转动匀光棒法进行对比,体现了此种方法出色的抑制散斑的能力。     

高均匀性小孔径激光照明系统

激光照明应用当中激光的高斯分布和散斑现象极大地影响了照明质量,为了将激光器出射的高斯分布的激光整形成类似平顶分布,同时对散斑进行抑制,实现均匀的激光照明,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。设计了一套基于"随机微透镜阵列"的激光照明系统,可实现出光孔径2mm,半发散角18°的平顶均匀激光照明。并对比了在此种结构下采用石英玻璃棒和自聚焦透镜作为光导元件时光斑质量的区别,对光斑的分布及散斑进行了测量,验证了此种方法能够将散斑对比度降低到4.84%,极大地提升了激光照明质量。     

高清激光显示中的色彩复现系统

利用60吋全固态激光电视样机,建立了原有的电视色度信号向激光电视色度信号转换的模型。根据激光显示的特点,推导出以三色激光(红:660nm,绿:532nm,蓝:457nm)为三基色的激光电视颜色系统与荧光粉电视三基颜色系统的矩阵转换关系。利用解码模块、现场可编程门阵列(FPGA)色域转换模块和编码模块搭建了激光三基色系统和普通电视三基色系统的色域转换电路,分析了电路中各个模块的作用及整个电路的工作过程,实现了对高清视频信号的色域转换。对比了不同颜色在转换后的激光电视上与荧光粉电视上的显示效果,对11个特征颜色的测量显示,其色域转换误差小于9.8%。实验取得了很好的色域转换效果,成功地验证了高清激光电视的色彩复现能力。