集成成像立体显示是利用微透镜阵列记录和再现立体图像,在水平和垂直方向同时具有运动视差的真三维立体显示技术。概述了三维立体显示技术的基本分类,总结了集成成像的原理、特点和发展历史。对于集成成像存在的分辨率低、景深范围小、视角范围窄等问题,结合国内外对于提高分辨率、扩大景深范围、增加视角范围的研究进展,分析和比较了增加分辨率、提升景深范围、扩大视角的技术方法以及本实验室项目组在集成成像三维显示方面取得的研究成果及下一步研究计划。
集成成像 微透镜阵列 空间分辨率 观看视角 景深 integral imaging lens array spatial resolution viewing angle depth range
1 安徽师范大学光电技术研究中心, 安徽 芜湖 241000
2 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 安徽 芜湖 241000
为了提高投影仪的成像品质,提出了一种以激光作为照明光源,对激光扩束、准直,并使用位相片调制相位,以X棱镜实现RGB光源的合束。为了解决激光散斑问题,提出了一种利用压电陶瓷结合位相片,将时间上连续的激光分成多束独立的激光脉冲,产生N个独立的散斑图像,对N个独立的激光散斑图案进行叠加,从而实现了对激光散斑的抑制,理论上实现了叠加后的散斑对比度可以降为原对比度的1/N。在20 ms内,位相片实现了30幅独立的散斑图案的叠加,通过对散斑图案的采集和分析,单幅散斑图案的对比度为0.993,叠加后散斑对比度降至0.191;结果表明散斑图案的叠加使散斑对比度得到了抑制。为后续的激光投影光路设计提供了一个参考。
光学设计 激光散斑 压电陶瓷 位相片 散斑抑制 激光投影显示 optical design laser speckle piezoelectric ceramics phase plate speckle suppression laser projection display
通常采用离轴抛物面镜来对双波段成像光学系统的光轴进行校准以便实现两个成像系统的像素级图像融合,但抛物面镜和点光源安装时所产生的误差会影响两个光轴的校准精度。根据几何关系及光学成像原理,推导了离轴抛物面镜对焦点附近点光源的成像公式,在此基础上分析了抛物面镜和点光源的安装误差对双波段成像光学系统光轴校正造成的影响。根据推导的误差分析公式可将可见光通道和红外通道双波段光轴的平行性误差控制在1个像素以内。
离轴抛物面镜 光轴校正 光学成像 平行性检测 像点偏离 off-axis parabolical mirror optical axis calibration optical imaging parallelism detection pixel deviation
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
设计了一种基于液晶可调谐滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)的新型多光谱成像光学系统。该光学系统工作谱段为400~720 nm,光谱分辨率为10 nm,可对216 mm×216 mm幅面大小的物面成像清晰。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统分析,确定各光学参数,设计结果表明,成像系统在空间频率91 lp/mm处,各个波段处的轴上和轴外调制传递函数均大于0.3,全视场畸变低于0.1%,成像质量良好,可以满足多光谱成像的总体要求。
光学设计 液晶可调谐滤光片 多光谱成像 调制传递函数 中继光路 optical design liquid crystal tunable filter multi-spectral imaging modulation transfer function relay lens
桂林电子科技大学机电工程学院智能光机电及先进制造技术研究所, 广西 桂林 541004
太阳能电池聚光棱镜的聚光效率是影响光能利用率的关键因素之一。对某型太阳能电池聚光棱镜的结构进行分析,利用Lighttools照明软件中的光源模拟太阳光并建立棱镜模型和接收面,对棱镜几何结构和入射光线角度等参数进行优化设计,最终使棱镜的聚光效率提高了4倍多,聚光效率达到97%。优化后的太阳能聚光棱镜可应用于多种太阳能电池组件中,可提高太阳能电池光能转换效率。
太阳能电池 聚光效率 优化设计 照明软件 棱镜 solar cell collecting efficiency optimization design lighting softerware prism
1 华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
为了进一步扩大视场,实现水平上下对称视场的全景环带成像,使用了一种新的利用非球面PMMA设计的全景环形透镜(PAL)。视场达到(-30°~+30°)×360°,并且缩小了中央处的盲区,提高了CCD的利用率。对全景环形透镜的视场和畸变控制方法进行了理论分析,介绍了非球面全景环带透镜的设计方法。设计了一套全非球面PMMA的全景环带系统。系统总长为53 mm,焦距为2.85 mm,PAL最大口径为62.4 mm,光谱范围为0.486~0.656 μm(可见光谱)。后继转像镜组由7片透镜构成,系统后焦距(BFL)为5.4 mm。分析结果证明系统像差校正良好,扩大了系统的应用范围。
全景环形透镜 非球面 水平对称视场 畸变控制 panoramic annular lens aspheric surface horizontal symmetric FOV distortion control
1 天津理工大学电子信息工程学院，天津 300384
2 天津理工大学计算机与通信工程学院，天津 300384
针对激光测距仪使用的 650 nm激光二极管光源的远场发散角特点，结合非球面光学设计理论，使用 ZEMAX软件模拟计算了非球面透镜准直系统成像像差并进行了最优化，设计出非球面准直整形系统，给出了系统数据、点列图、横向像差特性曲线和光程差仿真图。给出了一种采用非球面透镜准直系统对激光二极管的发散角进行压缩准直的设计。由计算结果可知，准直整形后的最大发散角压缩为 0.199 9 mrad，相应的光斑更均匀，能量利用率提高。给出的光学系统结构简单、制作方便、具有很好的球差校正能力、成像精度高且使用方便。
激光测距 非球面准直透镜 发散角 laser ranging aspheric collimating lens ZEMAX ZEMAX divergence angle
1 安徽大学特种电视技术研究中心, 安徽 合肥 230088
2 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230039
基于比色测温原理,论述了比色测温理论中的滤光片带宽,得出滤光片带宽对测温精度的影响很大,并不能简单 的将峰值透过率波长代替整个带宽。然后通过考虑滤光片的带宽导出合理的比色测温算法,并通过实验证实此 算法大大减小了测温误差。
比色测温 滤光片 带宽 算法 colorimetry temperature measurement filter bandwidth algorithm
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
对精跟踪的驱动、检测和控制方法进行了研究。设计了精跟踪控制系统的驱动、检测和控制电路,并针对驱动 电路的动、静态性能进行了测试研究,对检测电路进行了标定实验,对模糊自整定PID控制方法进行了研究。采用 模拟扰动源对系统性能进行了测试,结果表明该系统有良好的精跟踪能力。
精跟踪系统 快速倾斜镜 压电陶瓷 位置敏感探测器 fine tracking system fast steering mirror PZT PSD
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
利用光传输实验的大气湍流模拟装置测量了光传输特性。采用到达角起伏和光强 闪烁两种方法来测试光传输特性。测试结果表明,温差1200℃时, Fried相干长度为0.740 cm;温差200℃时, 到达角起伏谱频率能达到100 Hz;光强闪烁强度频率可达100 Hz,湍流特征速度约0.1 m/s,外尺度约20 cm。湍 流模拟装置所测的性能指标和实际大气湍流性能较为接近,并且湍流强度具有较好的稳定性和可控性,能满足光传输实验要求。
大气湍流 光强闪烁 相干长度 到达角起伏 外尺度 atmospheric turbulence scintillation of beam coherence length arrival angle fluctuation outer scale
