聲光柵正弦結(jié)構(gòu)光投射器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

目錄 v 目錄 摘要............................................................................................................................i abstract....................................................................................................................iii 第1章引言............................................................................................................1 1.1課題研究背景

利用雙層衍射元件設(shè)計了一款折衍混合投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)的衍射效率在可見光波段>90%,提高了像面圖像的對比度,增加了色彩真實性。在出瞳距離為25mm,出瞳直徑為10mm條件下,系統(tǒng)的視場角為50°,有效焦距為32mm,直徑為19.2mm,重量為7.8g,繼承了投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)的輕小性特征;調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)在38lp/mm時,邊緣視場達到0.3以上,中心視場達到0.6,充分滿足2.8cm(1.1in)彩色lcd微顯示器的sxga顯示模式;系統(tǒng)垂軸色差為8.2μm,場曲為0.4m-1,畸變?yōu)?%,成像質(zhì)量滿足虛擬環(huán)境和可視化訓(xùn)練要求。文中給出了雙層衍射元件的二元面特征曲線,每周期刻蝕八個臺階時,最小特征尺寸為6.3μm,且易于加工實現(xiàn)。

為滿足雙目頭盔顯示器對大視場的要求,對它進行了改進。設(shè)計了以微液晶顯示器為圖像源,有效焦距為35mm,出瞳距離為23mm,出瞳直徑為12mm,視場角為40°的頭盔投影顯示器。該系統(tǒng)由一組雙高斯透鏡,一個半透半反鏡和一個回射屏組成?；厣淦恋氖褂檬闺p目設(shè)計的視場有效提高,畸變明顯降低;衍射面的引入,使系統(tǒng)在尺寸和重量上有明顯的減少,像質(zhì)進一步提高。該系統(tǒng)投影鏡頭部分重量僅為6.8g,最大鏡頭直徑為16.8mm,完全滿足雙目設(shè)計的要求。目視系統(tǒng)中需重點校正的像散和垂軸色差的最大值分別為0.32mm和13.1μm,最大畸變不足0.1%。選用分辨率為1024×768、像素尺寸為25μm的圖像源,系統(tǒng)分辨率滿足圖像源的要求。

編號 本科生畢業(yè)設(shè)計 空間光通信光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 thedesignofopticalsystemofspatialopticalcommunication 學(xué)生姓名 專業(yè)測控技術(shù)與儀器 學(xué)號 指導(dǎo)教師 學(xué)院光電工程學(xué)院 二〇一一年六月 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)承諾書 1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）《空間光通信光學(xué)系統(tǒng) 設(shè)計》，是認真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的《長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工作條例》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨立地完成了任務(wù)書中規(guī) 定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。 2．本人在畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人的觀點和研究成果，均 在文中加以注釋或以參考文獻形式列出，對本文的研究工作做出重要 貢獻的個人和集體均已在文中注明。 3．在畢業(yè)設(shè)計（論文）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由 本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 4．本人完全了解學(xué)校關(guān)于保

課程設(shè)計 20011年06月25日 設(shè)計題目 學(xué)號 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 劉志健李保生 測量顯微鏡 張靜 20080302 光信息08-3班 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計實驗報告 姓名：張靜學(xué)號：20080302班級：光信息08—3班 光學(xué)顯微鏡設(shè)計 根據(jù)學(xué)號得到自己設(shè)計內(nèi)容的數(shù)據(jù)要求： 1.目鏡放大率10(即焦距25） 2.目鏡最后一面到物面距離110 3.對準精度1.2微米 按照實驗步驟，先計算好外形尺寸。然后根據(jù)數(shù)據(jù)要求選取 目鏡與物鏡。 我先做物鏡。因為這個鏡片比較少。按物鏡放大率選好 物鏡后，將參數(shù)輸入。簡單優(yōu)化，得到比較接近自己要求的 物鏡。 然后做目鏡，同樣的做法，這個按照焦距選目鏡，將參 數(shù)輸入。將曲率半徑設(shè)為可變量，調(diào)入默認的優(yōu)化函數(shù)進行 優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)“優(yōu)化不了”，所有參數(shù)均沒有變化。而且發(fā)現(xiàn) 把光源放在“焦點”位置，目鏡出射的不是平行光

收稿日期：2013－04－15 摘要：led以其體積小、控制靈活、光色純、耐震動、啟動時間快，在功耗、壽命以及以及環(huán)保方面均有不可比擬的優(yōu)越性； 廣泛應(yīng)用于照明產(chǎn)品之中，地位舉足輕重，更成為新一代摩托車光源技術(shù)的首選。如何設(shè)計led摩托車前照燈的關(guān)健部件光學(xué) 系統(tǒng)組件，成為了摩托車前照燈產(chǎn)品上利用led光源的一個主要研究課題。 關(guān)鍵詞：雙層透鏡led發(fā)光裝置；近光燈設(shè)計；遠光燈設(shè)計；摩托車前照燈配光設(shè)計 中圖分類號：u483.03文獻標識碼：a文章編號：1009－9492(2014)01－0045－05 opticalsystemdesignofledmotorcycleheadlamps wumin-qiang （guangzhoutigerfirelightingtechnologycorporation，guangzho

提出了一種基于非球面固定校正元件的橢球形窗口光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法。結(jié)合廣義科丁頓公式及幾何光學(xué)原理,推導(dǎo)出非球面校正元件的像散表達式,在此基礎(chǔ)上,以消像散和正弦條件作為非球面校正元件像差評價參數(shù),采用最小二乘法擬合出滿足消像散及彗差的非球面面形方程。并建立以澤尼克(zernike)多項式特殊優(yōu)化函數(shù)取代傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)評價函數(shù),克服了采用傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計方法設(shè)計橢球形窗口光學(xué)系統(tǒng)時系統(tǒng)評價函數(shù)收斂緩慢的問題。成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計時通過比對不同材料匹配實現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)的無熱化。給出了完整的橢球形窗口光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計結(jié)果表明,系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)在整個掃描視場范圍內(nèi)接近衍射極限。

針對傳統(tǒng)單片柱透鏡和柱面反射鏡成像光束不理想以及視場通常小于1°,提出并設(shè)計了一種三反射式柱面結(jié)構(gòu)。對柱面光線追跡及單片柱面鏡成像進行了深入分析,分別設(shè)計了三反射式圓柱面和二次曲線柱面系統(tǒng),提出了一種基于拋物柱面鏡理想線聚焦的新型像差優(yōu)化方法,使其在子午面方向各視場調(diào)制傳遞函數(shù)得到最佳優(yōu)化,并達到成像光譜儀等在狹縫方向上高空間分辨率要求。其子午面總視場均達到了3°,在45lp/mm分辨率條件下,邊緣視場子午面方向的調(diào)制傳遞函數(shù)分別優(yōu)于0.2和0.6。

在大截面?zhèn)飨袷爸霉鈱W(xué)物鏡設(shè)計中,采用“負-正”型式的像方遠心光路結(jié)構(gòu),很好地解決了鏡頭軸外像差校正和像面照度均勻性問題,同時使鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊、小型化。給出了前置物鏡設(shè)計實例:工作波長0.8~1.1μm,焦距5mm,相對孔徑為1:3.84,光學(xué)長度為47mm,視場角為60°。在光學(xué)耦接鏡設(shè)計中采用物方遠心光路結(jié)構(gòu),引入二元光學(xué)透鏡,通過理論計算和zemax光學(xué)軟件優(yōu)化,給出工作波長0.8~1.1μm,焦距33.6mm,光學(xué)長度為63.5mm,采用一個衍射面的耦接鏡設(shè)計實例。該設(shè)計結(jié)果適用于單絲直徑16μm,截面直徑6mm的光纖傳像束。

基于cmosaps的星敏感器是適應(yīng)航天技術(shù)微型化的發(fā)展而產(chǎn)生的新一代姿態(tài)敏感器。結(jié)合星敏感器系統(tǒng)幀頻以及探測信噪比閾值的要求,確定了合適的cmos探測器件以及光學(xué)系統(tǒng)的通光孔徑、焦距、工作光譜范圍和中心波長等主要參數(shù)。分別基于球面和非球面,在zemax平臺上實現(xiàn)了具有良好像質(zhì)的大孔徑(f/1.198)、大視場(22.6°)、寬光譜范圍(0.5～0.8μm)的兩種光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,滿足了對彌散斑、能量集中度、畸變等的特殊要求。

結(jié)構(gòu)光投射系統(tǒng)的設(shè)計搭建是結(jié)構(gòu)光三維形貌測量系統(tǒng)成功實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)的激光投射系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生成的結(jié)構(gòu)光的質(zhì)量較低等缺點;而常用的光學(xué)投影系統(tǒng)又存在不完全可控等缺陷,難以適應(yīng)嵌入式的應(yīng)用。設(shè)計搭建了基于自主設(shè)計的嵌入式實時數(shù)字微鏡(dmd)模塊的結(jié)構(gòu)光投射系統(tǒng),驅(qū)動電路自主設(shè)計,底層接口完全可控,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光投射系統(tǒng)的實時可控,投射出了范圍、大小和分辨力實時可控的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)光,為手持式結(jié)構(gòu)光三維形貌測量儀的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

為了提高地球模擬器張角標定中整體測試精度,本文從紅外探頭設(shè)計要求、紅外光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計等方面對地球模擬器張角標定的關(guān)鍵部件—小視場紅外探頭進行了深入分析,并設(shè)計出一種小視場紅外探頭用紅外光學(xué)系統(tǒng),有效解決了因視場太小造成的信噪比過低,而引起整體測試精度降低的難題,提高了張角標定的精度。

隨著大功率led光源和照明技術(shù)的發(fā)展,led已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于照明領(lǐng)域,這也給燈具的配光設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。從led光源應(yīng)用于鐵路信號燈的實際要求出發(fā),對led鐵路信號燈的光學(xué)系統(tǒng)和燈具的配光進行了研究,設(shè)計出了一種透鏡型的光學(xué)結(jié)構(gòu),并通過光學(xué)軟件tracepro進行了模擬仿真,從而達到了鐵路信號燈要求的光強度和光束散角。

為了解決目前計量圓光柵的玻璃基片無法適應(yīng)振動強度大、沖擊力強等惡劣環(huán)境的問題,提出了采取新型材料聚碳酸酯(pc)來替代玻璃作為計量圓光柵制作基片的方法。分析了pc光學(xué)樹脂的透光特性、耐熱性和耐化學(xué)性能,給出了清洗pc的具體配方;結(jié)合現(xiàn)有光刻復(fù)制工藝,研制出先膠后鉻的新型復(fù)制工藝;最后,以pc作為計量圓光柵基片,在蒸鍍真空度為1.2×10-3pa,蒸發(fā)距離為150mm的條件下,采用蒸發(fā)源質(zhì)量控制膜厚的鍍鉻工藝參數(shù),制作出了pc光學(xué)樹脂基片的計量圓光柵。在45×顯微鏡下觀察光柵線條,結(jié)果顯示,線條陡直,無龜裂,表明該新型工藝可行,工藝參數(shù)正確,為進一步研制以pc光學(xué)樹脂計量圓光柵為核心元件的精密測角儀器等提供了試驗基礎(chǔ)。

一種LED可變焦成像燈的光學(xué)系統(tǒng)

為了在工業(yè)檢測中實現(xiàn)可見光探測向近紫外和近紅外波段的拓展,在消色差和消熱差的要求下,完成了300～1100nm寬波段光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,并進行了工業(yè)檢測樣機研制.為了獲得足夠的后工作距,系統(tǒng)采取反遠距的結(jié)構(gòu)型式,并在后工作距內(nèi)放置鍍膜棱鏡進行三路分光,分別實現(xiàn)近紫外、可見光和近紅外成像.通過合理選擇透鏡材料來達到消色差要求,采用移動透鏡來完成消熱差設(shè)計.系統(tǒng)視場為±3.5°,焦距為66.5mm,f/#為3.3,后工作距為63mm,總長132mm.結(jié)果表明:系統(tǒng)在50lp/mm處的mtf均大于0.3,在-10～+50℃溫度范圍內(nèi)保持良好成像,成像質(zhì)量滿足實用要求.所研制樣機在實驗中獲得滿意結(jié)果.系統(tǒng)通過寬波段探測增大了目標信息獲取量,在工業(yè)檢測和農(nóng)業(yè)檢測領(lǐng)域具有巨大優(yōu)勢.

燈具光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計在照明節(jié)能減排中的作用 宋剛王建 通用電氣照明有限公司上海201203 摘要：

led光源不僅體積較小、便于攜帶,而且其顯色性好,能效較低、污染小、效率高、壽命長,為微投影技術(shù)的發(fā)展解決了光源難題。然而,led光源功率較低,限制著投影的范圍,并且其三基色所形成的圖像與原圖存在一定的差距。led光源的這些不足,需要在以后的發(fā)展中進行突破,以更好地滿足微投影技術(shù)的發(fā)展需求。

研究并實現(xiàn)了一種基于雙衍射光柵的光纖布拉格光柵(fbg)傳感器解調(diào)系統(tǒng)。該解調(diào)系統(tǒng)的光路由準直鏡、衍射光柵、柱面反射鏡和光電探測器等器件組成。通過準直鏡后不同波長的平行光束經(jīng)過衍射光柵后在空間展開,通過柱面反射鏡聚焦在光電探測器成像面上。該光路通過采用兩塊衍射光柵的方法在減小解調(diào)系統(tǒng)尺寸的同時提高光學(xué)空間分辨力,采用線陣探測器替代掃描機構(gòu)從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從理論上分析了光束經(jīng)過該系統(tǒng)后的空間光強分布,根據(jù)光強的高斯分布采用多項式擬合的方法實現(xiàn)了反射光譜峰值定位算法。通過與高精度光譜儀的測量結(jié)果對比表明,該解調(diào)方法具有較高的波長解調(diào)精度和穩(wěn)定性。

對現(xiàn)有l(wèi)ed礦燈光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和聚光性能進行比較研究,提出了一種新型的礦燈光學(xué)系統(tǒng),以滿足實際配光的需求。新系統(tǒng)由自由曲面折射器和自由曲面反射器組合構(gòu)成,折射器中的鋸齒形曲面用于減小體積。研究結(jié)果表明,新系統(tǒng)聚光性能高,光照度均勻,光斑大小適中,結(jié)構(gòu)緊湊,且可節(jié)約成本,滿足井下工作要求。

針對808nm大功率gaas/gaalas半導(dǎo)體量子阱激光器的遠場光場分布特點,提出了與多模光纖耦合時對耦合光學(xué)系統(tǒng)的特殊要求,并根據(jù)低成本、實用化的要求設(shè)計制作了專用的耦合光學(xué)系統(tǒng),對耦合光學(xué)系統(tǒng)的實際性能進行了測試,給出了耦合效率統(tǒng)計分布圖、耦合偏差曲線和高低溫可靠性實驗結(jié)果.用設(shè)計制作出的實用化耦合光學(xué)系統(tǒng)完成了輸出功率15—30w,光纖束數(shù)值孔徑為0.11—0.22的半導(dǎo)體激光光纖耦合模塊,模塊的使用結(jié)果表明耦合光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、實用

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關(guān)封裝的新結(jié)構(gòu),再結(jié)合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實驗結(jié)果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關(guān)系,線性擬合度可達0.99,線性調(diào)諧的波長范圍約為1.6nm。