LED三维显示系统设计

利用发光二极管（LED）的高速发光特性,以旋转的二维发光二极管阵列为显示载体显示三维形体。受调制的离散二维图像信息,因视觉暂留而形成深度效应,将被整合感知为一幅连续的三维图像,成功实现柱体空间内的三维显示。     

基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法

针对数字光处理（DLP）投影仪投影速度低从而限制结构光三维测量速度的问题，采用具有兆赫兹量级切换速度的LED阵列作为投影光源，提出一种基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法。具体地，使用高速LED阵列投影二值条纹图案，通过对投影系统的镜头进行轻微离焦从而在被测三维物体表面获得正弦条纹，然后结合相移法和多频外差法对物体三维高度进行解算重建。使用所提实验系统在21000 frame/s的投影速度下对旋转速度为3000 r/min的阶梯物体进行三维测量，系统对动态物体的测量速度达到6000 Hz，测量精度达到0.1 mm，实现了对高速运动物体的三维形貌重建，同时展现出高速LED阵列作为投影光源提升三维测量速度至兆赫兹量级的可行性。     

GaN基LED表面三维凹球结构的制备及其发光增强

以紫外曝光技术为基础,得到了欠曝光条件下的三维凹球结构,结合菲涅尔衍射效应和邻近效应开发了一种制备密排三维周期性凹球结构的方法,并重点研究了掩膜版类型和光刻胶厚度对曝光图形的影响。实验结果表明,采用六方密排结构的明场掩膜图案,当光刻胶厚度为1.3～1.5μm时,可以得到周期为3～5μm、占空比接近100%的三维凹球结构阵列。该三维凹球结构阵列在LED发光增强及微透镜阵列等方面有广阔的应用前景,并在实验中实现了GaN基LED发光增强163.4%,通过角分辨分析得到LED发光在法线方向的30°～65°和115°～150°增强最为明显,扩大了LED光出射的角度,对LED作为显示器件增大可视角度具有重要意义。     

旋转二维激光雷达测量系统及其标定方法

为了实现利用单个二维激光雷达获得被扫描物体 的三维信息,提出了一种旋转二维激光雷达三维 扫描测量系统及其标定方法。确定了系统的组成和扫描测量原理,建立了系统的数学模型。 针对现有激光 雷达扫描测量系统参数标定方法不能线性求解的不足,提出了一种基于特定结构标定件的系 统参数线性标 定方法,分析了该标定方法的原理及步骤,并通过上述原理建立线性方程组实现了系统外参 数的求解。组 建了实验系统,制作了标定件和被测量件,利用标定后的激光雷达测量系统对被测量件进行 扫描。实验结 果表明,旋转二维激光雷达测量系统测量值和三坐标测量机对应测量值之间的最大差值为6.84mm,在二维 激光雷达测量误差±30mm之内,完全满足实际测量精度要求。     

用微结构压印提高GaN基发光二极管的输出光强

为了进一步提高GaN基发光二极管(LED)的出光效率,针对倒装焊GaN基发光二极管提出了一个在蓝宝石衬底出光面上引入二维微纳米阵列结构的新构想.根据这一构想,将微结构图形化压印和发光器件的封装有机地结合起来,利用一种简易可行的纳米压印-热硬化性聚合物压印技术,成功地制备出了带有微米级阵列超薄封装结构的LED.结果表明,这种带有微结构阵列LED的输出光强得到了明显增强,1mm×1mm大管芯GaN LED在350mA的直流电注入下的光功率比无微结构的LED提高了60%.这一成功为提高发光二极管的出光强度提供了一个有效的新途径.     

用微结构压印提高GaN基发光二极管的输出光强

为了进一步提高GaN基发光二极管(LED)的出光效率,针对倒装焊GaN基发光二极管提出了一个在蓝宝石衬底出光面上引入二维微纳米阵列结构的新构想.根据这一构想,将微结构图形化压印和发光器件的封装有机地结合起来,利用一种简易可行的纳米压印-热硬化性聚合物压印技术,成功地制备出了带有微米级阵列超薄封装结构的LED.结果表明,这种带有微结构阵列LED的输出光强得到了明显增强,1mm×1mm大管芯GaN LED在350mA的直流电注入下的光功率比无微结构的LED提高了60%.这一成功为提高发光二极管的出光强度提供了一个有效的新途径.     

基于数字微镜和旋转扫描技术的体三维显示器

研究了一种基于旋转体扫描方案的体三维显示系统,利用数字微镜设备(DMD)作为空间光调制器,将三维场景经离散化后得到的一系列二维切片轮流投影到高速旋转的屏幕上,基于视觉暂留效应,按时序变换的二维切片图像可被人眼融合并感知为连续完整的三维图像.试制了原理样机,实现了三维图像以24 Hz的刷新频率在体积为Φ200 mm×100 mm的柱体空间内的显示,可以任意选择视点直接观看,验证了设计方案的可行性.     

LED阵列发光特性仿真和对比分析

LED正逐步替代传统卤素光源应用于机场助航灯,跑道警戒灯作为防止飞机入侵跑道的重要助航灯,针对其发光特性要求,提出对环形和方形LED阵列中心照度和发光角度研究。首先给出单LED光源在目标平面中心照度和发光角度的计算方法。其次在满足均匀排布的前提下,构造上述两种阵列,利用Matlab仿真在不同目标距离下对应的中心照度、发光角度及光斑半径的变化规律,并采用最小二乘法进行曲线拟合。最后通过光学软件TracePro进行追迹模拟仿真。结果表明:随目标距离的增大,两种阵列中心照度逐渐减小,光斑半径和发光角度逐渐增大,当目标距离小于8m时,两种阵列发光特性存在差异,环形阵列的中心照度较大,方形阵列发光角度较大,随着目标距离的增大,两种阵列的发光特性逐渐趋于一致。以4C级机场为例,分析得出上述两种阵列对A型警戒灯均适用,B型警戒灯适于采用方形阵列。     

基于二维方孔光栅的平面三维显示

一维狭缝光栅实现平面三维显示具有低成本、光栅参数易于改变和无需对焦的优点,但存在遮挡画面影响亮度的缺点;二维透镜阵列具有全视差且深度感知自然的优点,但存在显示像素低和观察视角小的缺点。为了同时兼顾上述两种方案的优点,结合一维狭缝光栅和二维透镜阵列提出了一种基于二维方孔光栅的平面立体显示方案。Lighttools软件仿真实验结果表明:基于二维方孔光栅的平面三维显示原理可行,其像质因子略小于一维狭缝光栅的像质因子,但继承了一维狭缝光栅和二维透镜的优点,是实现平面三维显示的一种新的发展方向。     

三维谱域光学相干层析成像系统的研制

介绍了基于光纤迈克尔孙干涉仪的三维谱域光学相干层析(OCT)系统.系统探测器部分为自行研制的高速高分辨率光谱仪,其光谱分辨率高达0.05 nm,使OCT成像探测深度范围达3.4 mm.系统信噪比(SNR)测量值为51 dB,纵向分辨率8.5 μm.系统成像速率达10×103 line/s,通过二维扫描和三维重建,可达到2s采集一幅三维OCT图像的速度.借助三维相干层析成像技术,可以对眼底视网膜等生物组织进行更加直观和精确的显示.     

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。     

两维LED显示屏制作浅析

阐述了大屏面两维发光二极管（LED）显示屏的设计、制造及其在虚拟显示样机像源中的应用。对LED阵列亮度的均匀性作了分析。典型的取样图像、图形及灰度图像皆证明LED阵列的性能可用作虚拟显示的单色檬源。     

A Three-Dimensional Digital Image Display System

A limited type of three-dimensional digital image display system consisting of a charge-coupled device pickup system, a storage and processing digital computer, and a light-emitting diode (LED) display tank is explained. The limitations of the system, which if overcome could lead to the realization of three-dimensional television (3D TV), are discussed.     

The realization of a wide-angle voice transmission non-line-of-sight ultraviolet communication system

A 300 kbps wide-angle non-line-of-sight ultraviolet communication system with voice transmission function is de-signed here.Based on Poisson distribution theory,we design the symbol detecting method for the receiving discrete photon sig-nals.Using 272 nm LED array as the light source and PMT as the detector,the voice transceiver is integrated into the carriable size of 200 × 90 × 65 mm3.An outfield test shows the system obtains the BER of 0.88％ under 200 m.Under 10° wide-angle devi-ation of the transmitter,a BER below 1.33％ is achieved.     

基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

LED模组畸变度的质心拟合定位检测

针对LED显示屏以模组为最小单位进行拼接而出现模组发生空间畸变的问题,提出了基于CCD相机采集并利用图像处理技术定位检测LED显示屏模组畸变度的方法。首先,根据LED像素在采集图像上的光型分布,利用canny边缘检测方法结合闭合填充算法将LED点阵像素分割;然后,利用被分割出的空间区域信息和灰度信息,采用加权质心法对每个LED像素进行亚像素级的加权定位。接着,以模组拼接的LED显示屏为例,构建了模组畸变模型,并根据畸变模组和理想模组的线性关系利用最小二乘法进行拟合;最后,利用梯度下降法求得每个模组的畸变参数。实验结果表明:采用这种方法测量多种模组LED点间距的精度为0.5mm,模组畸变特征参数的测量过程中,角度测量精度为1.3°,位移测量精度为2.2mm,基本满足自动影像测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求,并可在户外机械检测无法测量的情况下应用。     

平板显示分形扫描的伽马校正

传统的平板显示灰度扫描方法存在扫描效率不高的问题,分形扫描方法作为一种全新的平板显示扫描方法有效解决了这一问题,扫描效率达到100%,为平板显示尺寸提升和高灰度级显示提供了一种解决方法。文章设计实现了带伽马校正的分形扫描显示控制系统,该设计从平板显示特性和人眼视觉特性两方面入手讨论伽马校正过程,通过查找表的方式实现伽马校正功能,最后通过1 280×1 024分辨率平板显示器中的一个32×32像素子阵列作为显示窗口对文中提出的方法进行验证。理论和实验结果表明文中提出的校正方法可使平板显示效果更佳。     

Thermal analysis of LED lighting system with different fin heat sinks

This paper designs a 3×3 light emitting diode(LED) array with a total power of 9 W,presents a thermal analysis of plate fin,in-line and staggered pin fin heat sinks for a high power LED lighting system,and develops a 3D one-fourth finite element(FE) model to predict the system temperature distribution.Three kinds of heat sinks are compared under the same conditions.It is found that LED chip junction temperature is 48.978℃when the fins of heat sink are aligned alternately.     

Design and fabrication of AlGaInP LED array with integrated GaAsdecode circuits

A two-dimensional (2-D) AlGaInP light-emitting diode (LED) array with monolithic integration of one-to-four GaAs MESFET decode circuits has been developed as an image source for portable virtual displays. The epitaxial layers of AlGaInP LEDs with light emission at a wavelength of 605 nm were grown on a semi-insulating GaAs substrate by organometallic vapor phase epitaxy. LED arrays consisting of 240 columns and 144 rows for a total of 34560 pixels were then fabricated on such epitaxial wafers. One-to-four GaAs MESFET decode circuits consisting of eight MESFET's for each decode circuit and a total of 768 MESFET's for a 34 K decode array were fabricated on the semi-insulating GaAs substrate with removal of LED epitaxial layers around the periphery of the LED array. LED arrays with the integrated decode circuits provide a great reduction in I/O terminals. The I/O count of the demonstrated 34 K decode LED array is 104, which is much less than 384 for a comparable array without the integrated decode circuits. The pixel pitch of the LED array is 20 μm and each LED pixel has 10×10 μm² emitting area. The output power of LED pixel is 50 nW at an operation current of 50 μA. The address voltages used to activate the column decode circuits are 3 V for high and -3 V for low, while the address voltages used to activate the row decode circuits are 0 V for high and -3 V for low. The operating voltage of the decode LED array ranges from 3 to 5 V, and the total power dissipation of the decode LED array is less than 16 mW     

直下式LED平板灯的均匀照明设计

针对超薄LED 平板灯导光板价格昂贵以及传统直下 式LED 平板灯厚度厚和LED 数量多等 问题,设 计了新型直下式LED 平板灯。基于边缘光线理论,对光源和目标面进行网格划分并形成映射 关系,由Snell 公式推导出内外自由曲面的微分方程,采用迭代法计算出内外自由曲面数据,设计实现适用 于直下式LED 平板灯的大角度二次光学透镜。研究表明:双自由曲面大角度透镜可实现对LED 150°的大角度配光,其照 度均匀度为0.86,且能量利用率为99.5%。在 不同厚度下,利用大角度二次光学透镜的LED单元阵列距高 比(D/H)约等于3时,目标面上的照度均匀度均达到0.88以上。通过对新型直下式LED平板灯照明效果 进行模拟,结果完全满足国家建筑照明设计标准,且LED的使用数量为相同功率下传统直下 式LED平板灯的30%,减小了20mm的厚度,大 大降低了LED平板灯的生产成本。