采用双自由曲面整形的无掩模光刻照明系统

为了实现无掩模光刻系统所需求的矩形准直平顶激光光束照明,提高照明系统的能量利用率,提出了一种利用双自由曲面整形的照明系统设计方法。根据光程守恒原理和折射定律,推导了积分形式的双自由曲面面形方程;采用数值解法求解积分方程,分别设计了含有双自由曲面的双透镜整形单元和单透镜整形单元的照明系统,使用光学设计软件对两种照明系统进行模拟,得到两种照明系统的照明均匀性在93%以上,能量利用率大于91%。结果表明,两种照明系统均能实现无掩模光刻系统的高均匀性、高能量利用率照明。     

Cook结构补偿镜的球面折反型望远系统

基于Cook结构补偿镜提出了一种球面折反型望远系统。该系统将传统折反结构中的非球面球面化并用基于Cook结构的补偿镜代替传统的前置大口径补偿镜。将该镜置于次镜之后,其直径减小了很多,支撑结构也变得简单易行,整个系统容易制造。系统光学性能如下:全视场为0.5°,相对孔径可以做到F/7,遮拦比为0.42,MTF衍射极限为0.45@50pl,设计、加工和装校后总的MTF可以做到0.40@50pl,非常接近衍射极限水平。     

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。     

扫描式匀场照明技术研究

均匀照明技术,在很多领域都有着广泛应用,其方法也有多种多样.本文提出了一种采用两维扫描实现均匀照明的新方法.该方法在激光显示中不但可以提供均匀照明,而且还具有消除激光干涉的作用.研究了激光束行间交叠关系,给出了光束交叠深度与光束截面光强分布分析方法,设计出一种全视场的均匀照明面光源.     

激光电视的消干涉

由于背景干涉条纹的影响,在激光视频显示系统中,通常获得的激光视频图像不仅对比度降低,而且像质较差.通过采用多像素扫描法,成功地突破了投影显示方式的技术瓶颈,消除了这种显示方式产生的干涉条纹,使激光显示与传统显示方式相比在像质上有了很大的提高.通过对激光显示过程中激光形成干涉机制的深入分析和研究,提出了"多像素扫描法",并设计了相关装置.该方法既可以用来实现投影显示,又可用来消除激光干涉.多像素扫描法既克服了扫描式激光显示的技术缺陷又解决了投影式存在的激光干涉条纹问题,获得了很好的显示效果.实践表明,该方法为激光显示研究提供了一种切实可行的方法.     

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered DiffuserTM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered DiffuserTM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。     

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。     

长波红外景象模拟器投影光学系统无热化设计

基于数字微镜器件（digital micromirror device,DMD）的红外景象模拟器能够为红外系统性能测试与评估提供先进的手段。根据DMD的工作原理,确定了以分光棱镜来连接照明系统和投影系统的红外景象模拟器总体方案。探讨了红外景象模拟器投影光学系统的像差特性、光学设计和无热化的设计方法,设计了一套工作在长波红外8~12μm,F#为2.8,视场角为3°的投影光学系统,并对该系统在40~60℃之间进行光学被动式无热化设计。结果表明：该系统在所要求的温度范围内,光学传递函数均接近衍射极限,成像质量满足系统的设计要求,并具有辐射能量损失小、分辨率高、结构紧凑等特点。     

基于传递矩阵的宽视场离轴三反光学系统设计

针对离轴三反光学系统初始结构求解复杂、视场宽度小的问题,提出了利用光学传递矩阵求解三反系统初始结构的计算方法,推导了三反系统焦距和后截距的表达式,求解了光阑位于次镜的三反系统初始结构。采用引入高次非球面以增加系统设计自由度的技术路线,基于ZEMAX光学设计软件,通过对同轴初始结构进行离轴优化,得到了一个矩形视场172,焦距1 440 mm,F数4.8的离轴三反光学系统。该系统三个反射面均为高次非球面,可同时满足宽视场角和高分辨率的要求,在空间频率50 lp/mm处,调制传递函数大于0.6,接近衍射极限。结果表明:该系统搭载线阵/面阵时间延迟积分电荷耦合元件(TDI-CCD)用于推扫/多通道式空间对地成像时,可有效扩大空间对地成像系统的地面覆盖范围,提高信息获取效率。