1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
传统平面显示技术无法满足360°视角、高分辨率的显示效果。提出了一种基于人眼跟踪的360°悬浮显示系统。利用多摄像头人眼跟踪算法实时获取观察者视点位置,并利用OpenGL生成对应视角画面。为实现360°显示,设计了一种折反射式柱面投影光学系统。为充分利用投影仪有限的分辨率,提出了一种半周显示方案。为显示正确图像,提出了基于贝塞尔曲面的预畸变校正方法和极坐标系转换方法,最终实现了系统360°水平视角和一定范围内垂直视角可视。实验结果表明,所提系统能以高分辨率、低成本的方式实现静态或动态的悬浮显示效果。
光学设计 悬浮显示 人眼跟踪 投影光学系统 畸变矫正
1 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
2 浙江大学温州研究院，浙江 温州 325006
针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。
光学检测 条纹投影光学偏折 子孔径拼接 大动态范围 optical testing fringe-illumination deflectometry sub-aperture stitching large dynamic range 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210105
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
调焦调平传感器是光刻机关键分系统之一,用于曝光前对硅片高度形貌进行测量。投影光学系统是调焦调平传感器的核心,其成像质量直接影响传感器测量精度。根据调焦调平传感器的测量原理与像差理论,分析得到投影光学系统放大倍率、畸变、远心度和分辨率对调焦调平系统测量精度的影响规律。为此,优选反射式投影光学系统设计方案,该方案具有结构简单、无色差,畸变小等特点,并利用ZEMAX软件进行设计优化和公差分析,所设计系统工作波长为600~1000 nm,放大率为1.000,视场3 mm×26 mm范围内弥散斑均方根半径小于0.189 μm,调制传递函数为0.74@33 lp/mm,最大畸变为0.0008%,远心度为0.04 mrad。结合目前光机制造和装配能力可知,用于光刻调焦调平的反射式光学投影系统设计可工程实现。
光学设计 调焦调平 反射式 投影光学 光学学报
2020, 40(15): 1522002
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 博士后流动站, 吉林 长春 130022
针对当前投影仪光源功耗大, 光投影稳定性差, 系统结构大的缺点, 利用Zemax软件, 设计出了一款大视场, 短焦距, 结构紧凑, 适用于便携式投影仪的投影物镜系统。经过优化处理, 最终获得的结构具有良好的成像质量, 在空间频率为80 lp/mm处中心视场MTF≥0.7, 0.8视场MTF≥0.6, 边缘视场处MTF≥0.48, 畸变小于3%, 满足给出的设计指标。并且在规定和要求的像元尺寸范围内能量集中度大于85%, 照度曲线0.8倍视场以内整体高于90%, 能量集中度高, 照度均匀性好, 与便携式投影仪能很好地搭配使用。
短焦 大视场 投影光学 short-focus Zemax Zemax wide field projection optics
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 最终设计结果为工作波段8～12 μm, 焦距230.599 mm, 视场12°, 入瞳距600 mm, 入瞳直径100 mm。整个光学系统有9个光学透镜, 最大口径229.77 mm, 光学系统达到衍射极限, 全视场MTF均优于0.39, 80%的能量集中在23 μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求, 能很好地应用于红外光电系统的性能测试。
红外 目标模拟器 光学系统设计 投影光学系统 infrared target simulator optical system design projection optical system
1 电子科技大学 航空航天学院, 成都 611731
2 中国空间技术研究院西安分院 研发中心, 西安 710036
在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能, 有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时, 大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱, 光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题, 基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设, 建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性, 通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁, 结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型, 从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明, 在孔径0.05 m至0.4 m之间, 实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%, 理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。
激光大气传输 闪烁 投影光学 自由空间激光通信 laser atmospheric propagation scintillation projection optics free space optical communication 强激光与粒子束
2015, 27(1): 011015
北京理工大学 光电学院 红外目标仿真实验室, 北京 100081
为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真,设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2.5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程,分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3~5μm的高温物体和波长为8~12μm的常温物体,可以分别使用3~5μm波段红外探测器和8~12μm波段红外探测器进行观测,并对该系统进行了像质评价和公差分析。
红外双波段 场景投射器 投影光学系统 infrared dual-band target simulator projection optical system
1 电子科技大学 航空航天学院, 成都 611731
2 中国空间技术研究院 西安分院 研发中心, 西安 710100
大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作, 可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理, 能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估; 在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下, 该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明, 系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言, 可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。
激光大气传输 远场光斑 投影光学 菲涅耳透镜 自由空间激光通信 laser atmospheric propagation far field speckle projection optics Fresnel lens free space optical communication 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081021
长春理工大学 光电工程学院 现代光学测试技术实验室, 长春 130022
基于动态红外景象模拟技术的需求，设计了一个基于数字微镜器件的红外双波段投影光学系统：焦距150 mm，相对口径1∶2，全视场角为5.3°，工作波段为红外中波 (3~5 μm)和红外长波 (8~12 μm).系统采用共轴式，由三片球面透镜和一个投影棱镜组成，使用Ge、ZnS和ZnSe三种普通红外材料.引入一个二元光学衍射面，使系统具有结构简单、重量轻、成本低等优点.设计结果表明：在截止频率17 ly/mm、像距5.6 mm时，光学系统的红外中波的调制传递函数接近0.7，红外长波的调制传递函数大于0.5，设计结果接近衍射极限，能够满足红外景象模拟器的总体设计要求.
投影光学系统 红外双波段 折衍混合 共轴球面 数字微镜器件 Projection optical system Dualband infrared Hybrid refractive/diffractive Coaxial sphere Digital micromirror device
