600mm望远镜液晶自适应系统成像光路设计

为了与600 mm望远镜匹配以验证液晶自适应光学的有效性,利用Zemax光学设计软件进行了液晶自适应光学系统的设计和优化.根据望远镜的参量、大气湍流的特性和液晶的特点提出设计要求,然后进行光学系统设计和Zemax软件模拟优化,设计出了满足要求的系统.对该光学系统进行性能评价.设计出的系统与望远镜的组合焦距为35 m, F数为58.求得光学系统在像面处的极限线分辨力为44.8 μm,成像CCD的像元尺寸为16 μm,满足采样定理.液晶自适应光学系统的调制传递函数与衍射极限传递函数非常接近,而且系统的光程差像差在0.1λ左右,说明系统具备优良的光学性能.     

快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究

液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素, 为了提高系统的响应速度, 开发了一种快速响应的向列相液晶材料, 并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS). 分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力. 首先, 测量了LCOS的电光响应特性, 得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms. 其次, 测量了LCOS的相位调制特性, 并对相位调制进行了线性化处理. 再次, 测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽, 它们分别为16和18 Hz. 最后, 给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果, 结果表明. 系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225. 因此, 该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.     

改善液晶光阀投影光学系统偏振特性的理论设计方法

定量分析了液晶光阀投影光学系统中影响系统对比度的主要因素，利用矢量方法建立三维空间数学模型对光线进行追迹，并利用琼斯矩阵和矢量光学的原理分析了偏振器件--主要是波片--和各种光学薄膜对光学系统性能的影响。给出了在一定假设条件下的对没有波片的光学系统和插入波征后的光学系统的仿真计算结果。两组数据比较表明在光路中插入合适相位差的波片可以显著提高系统对比度等性能。     

模拟双星的液晶自适应校正分辨

研究了液晶自适应光学系统对模拟双星的校正.首先测定了LCOS液晶波前校正器的位相调制特性.结果表明其可以实现一个波长的调制量.同时,利用Gamma校正实现了位相和灰度级的线性调制关系.然后把液晶波前校正器和哈特曼波前传感器组成自适应光学系统,并和口径220 mm的望远镜对接,实现了对模拟双星的探测和校正分辨.     

液晶的转动粘质系数的测试原理与方法(英文)

液晶的转动粘质度是液晶用于显示和通讯的重要物理参量.本文设计开发了基于微机的液晶参数测试光学系统,在该系统上研究了液晶的转动粘质系数的测试原理与方法:通过测试液晶盒在偏置电压下相位驰预时间,推导出转动粘质系数的值.测试Merck公司的E7液晶的转动粘质系数随温度变化的曲线,进行了理论拟合,测试结果与理论符合得很好.通过分析另一系统对液晶介质常数随温度变化的曲线的测试结果,验证了该测试原理与方法的正确性.该测试方法具有简单、自动化的特点.     

基于混合液晶分子动力学模拟比较液晶分子旋转黏度大小

提高液晶波前校正器的响应速度是增加液晶自适应光学系统校正带宽的关键, 而研究设计低旋转黏度的液晶分子是提高液晶波前校正器响应速度的根本方法. 利用原子水平上的分子动力学方法获得了目标分子的液相、向列相以及近晶相, 给出了理论计算液晶分子序参数以及旋转黏度的方法. 与此同时, 结合实验方法, 提出利用混合液晶分子动力学模拟来比较液晶分子旋转黏度的大小, 通过多次模拟、多起始点数据处理最大限度消除了因边界尺寸效应带来的数据波动, 最后给出了两种高性能液晶分子的具体比较结果. 这种分子动力学模拟方法能够探查分子结构细微差别对液晶相态以及旋转黏度的影响, 为设计低旋转黏度的液晶分子提供了理论支持, 必将为快速响应液晶材料的设计提供帮助.     

60°对角视场的折/衍混合透视型头盔显示器

分析了离轴、大视场角透视型头盔显示器光学系统的设计方法，提出了利用衍射光学的独特性质设计了大视场、宽波段、离轴折/衍混合透视型头盔显示器光学系统.该系统具有10 mm的出瞳直径和22 mm的出瞳距离，且满足人因素要求.另外，该系统色差仅14 μm，系统口径小于46 mm，满足双目视觉要求.整个系统适合具有15 mm对角直径SVGA分辩率的彩色液晶显示器（LCD）.     

液晶的转动粘质系数的测试原理与方法

液晶的转动粘质度是液晶用于显示和通讯的重要物理参量.本文设计开发了基于微机的液晶参数测试光学系统，在该系统上研究了液晶的转动粘质系数的测试原理与方法：通过测试液晶盒在偏置电压下相位驰预时间，推导出转动粘质系数的值.测试Merck公司的 E7液晶的转动粘质系数随温度变化的曲线，进行了理论拟合，测试结果与理论符合得很好.通过分析另一系统对液晶介质常数随温度变化的曲线的测试结果，验证了该测试原理与方法的正确性.该测试方法具有简单、自动化的特点.     

液晶自适应光学的研究进展

概述了中科院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)在液晶自适应光学方面的研究进展。针对液晶自适应光学技术存在的能量利用率低和校正频率慢的两大国际难题,液晶自适应光学研究组采取了一系列有效措施,不但攻克了能量利用率低的难题,且在校正频率方面也取得了质的飞跃。目前,系统能量利用率已从最初的5%提高到85%,基本和变形镜自适应光学系统的能量利用率相当;校正频率也从5 Hz提高到140 Hz,接近了校正大气湍流的实用化水平。利用该研究成果,分别研制了针对中科院国家天文台2.16 m望远镜和长春光机所1.2 m望远镜的液晶自适应光学系统并对恒星进行了有效校正,使1.2 m望远镜对恒星的分辨能力提高至约3倍衍射极限。     

数字光开关网络中四功能交换开关光学Omega网络

本文提出了一种用于数字光开关网络中，四功能交换开关光学Ｏｍｅｇａ网络。文中详细地阐述了用液晶空间光调制方法实现光学四功能交换开关，和Ｏｍｅｇａ互连网络的原理，并给出了光学系统和实验结果。     

通用型短焦投影镜头的设计

为设计一款可用于不同规格的投影机的通用型短焦投影镜头,整合了应用较为广泛的几款主流机型的光学特征参数,以不同机型内部光学引擎的的不同尺寸的分色合色棱镜作为镜头的一部分,建立多重结构,并根据不同机型参数合理确定了镜头的像高、分辨率、后工作距等设计指标,设计了一款短焦投影镜头,可用于0.63英寸（1.6 cm）~0.8英寸(2.03 cm)芯片且基于单DMD或3LCD技术的投影机,投射比为0.8:1~0.95:1。分析了短焦投影镜头中较难处理的照度和畸变问题,最后给出了可行的解决办法,并对光学系统进行了公差分析。     

消除自由立体显示串扰的定向背光源设计

定向背光柱透镜光栅式多视点自由立体显示器的串扰和亮度均匀性问题是影响其广泛应用的主要因素之一.本文通过分析串扰产生的原因,根据偏轴光线的成像光学原理,推导出液晶显示屏光开关板列单元与柱透镜组成的偏轴光学系统的参数计算式.提出一种液晶显示屏光开关蝶形单元结构,设计了采用该蝶形单元的定向背光自由立体显示背光源模组.模拟仿真结果表明:所设计的定向背光自由立体显示背光源可消除自由立体显示的串扰;在视点平面90%观看区域的串扰度小于0.5%,光束10%峰值宽度的串扰面积比γ=0,光束90%峰值宽度比普通液晶单元结构的增大37%,改善了不同位置观看图像亮度变化大的问题.     

应用CCD的投影物镜调制传递函数测量系统

调制传递函数是评价光学成像系统成像质量的重要方法,因而测量光学系统的调制传递函数在各种成像光学系统生产实践中具有相当重要的作用。但是长期以来,投影显示设备的生产中缺少能够定量的检测投影物镜性能的标准化方法。根据线性系统和傅里叶变换的理论,结合液晶投影机投影物镜生产、检测的实际需要,提出了应用CCD图像采集系统的投影物镜调制传递函数测量方法,为生产实践提供了可行的定量判断投影物镜性能的手段。给出了实际物镜的检测结果,并与物镜的设计参量进行了比较,同时对影响系统测量精度的一些因素进行了分析。     

An opto-electrical method for measuring the gap of LCD glass plates

We focus on the experimented system development for the measurement of the gap of LCD glass plates. The measurement system includes a laser light source, lens module, image capturing system and the algorithm for calculation of the position of light spots. We emphasize the structure of laser triangulation in an optical system. The software is focused on the algorithm for calculating the position of light point, including centroid calculation method (CCM) and Fourier phase shift (FPS).

Furthermore, to verify the feasibility of the algorithm, we use computer software to simulate experiments. We also discuss the contribution of the noise to the accuracy for the CCM and FPS. To complete the development of the opto-electrical measurement system and to verify the accuracy for the hardware architecture, we use a novel mechanism of multi-track and concentricity, laser light source, lens module, and image capturing system.     

Modified wide radiating lenses of the power-chip light emitting diodes for a direct-lit backlight

Modified wide radiating lenses of the power-chip light emitting diodes (LEDs) for a direct-lit backlight unit of a liquid crystal display (LCD) are numerically investigated. To improve the optical properties of the backlight, the lens of the Golden DRAGON^® ARGUS^® LED, the cluster of LEDs, and the cluster arrangement for the 32-in bottom-lit backlight unit of a LCD are modified and verified by optical tracing simulation software. First, the central section shape is modified and analyzed to reduce the angular luminous intensity in the small angle range. The results show that the modifying lens method can effectively realize the aim. Then, several LEDs with the modified lenses are put in 32-in backlight. It is shown that the uniformity and efficiency of the new backlight are obviously better than the ones of the original type.     

大角度直下式LED背光透镜的设计

液晶显示领域不断提出缩减成本方案,对于液晶电视LED背光系统,提出了一种大角度背光透镜设计方案,即在目标接收屏面具有较大照度辐射角度的背光透镜设计。采用特定的双自由曲面设计,入光孔设置为类椭圆型结构面将光源出射的光通量进行等角度划分,根据接收屏面的理想照度分布与入光孔每一角度出射光通量对应关系计算出出光面自由曲线。借助底部微结构处理,再根据模具及产品成型要求补全外观结构,得到符合设计指标的方案,有效地解决了因增大角度引起的黄斑问题,并达到目标接受面均匀度的要求。针对32英寸（81 cm）的液晶电视背光模组,采用12颗最大正向电流为350 mA的LED灯珠,在模组高度为30 mm的系统中,设计的背光透镜模组达到了要求的亮度及均匀度。     

Particle swarm optimization applied to automatic lens design

This paper describes a novel application of Particle Swarm Optimization (PSO) technique to lens design. A mathematical model is constructed, and merit functions in an optical system are employed as fitness functions, which combined radiuses of curvature, thicknesses among lens surfaces and refractive indices regarding an optical system. By using this function, the aberration correction is carried out. A design example using PSO is given. Results show that PSO as optical design tools is practical and powerful, and this method is no longer dependent on the lens initial structure and can arbitrarily create search ranges of structural parameters of a lens system, which is an important step towards automatic design with artificial intelligence.     

液晶相息图用于光学检测

根据液晶的动态响应和位相调制特性,研究了一种利用液晶显示器进行光学检测的检测方法.实验中,把液晶显示器改造为纯位相的空间光调制器,并测定了它的位相调制特性.实验测得：改造后的液晶显示器可实现1 λ(λ=632.8 nm)的调制量.通过引入相息图的方法,实现了液晶空间光调制器的大位相调制量.并产生了调制量为3.4 λ的球面波.最后,利用液晶显示器检测了凸透镜的前表面.检测结果发现,干涉条纹为平行直条纹且PV值为0.32λ.     

Optimal corrections of the optical defects by minimizing the caustic merit function

Summary Until recently corrections of the defects of the optical system in the lens design such as a triplet lens system have been based on classical conceptions of the image formation through refraction surfaces of the system, or based on the third-order Siedel's aberration coefficient. This paper continues emphasizing the use of the caustic merit function, that describes the spread of the caustic surfaces from an ideal image point. This caustic merit function is then used to optimize a triplet lens. Results show that optimizing the caustic merit function is still the fastest and an effective method in the optical design in the case of plane waves.     

SLM-based maskless lithography for TFT-LCD

Maskless photolithographic methods have been developed using digital micromirror devices (DMDs) and grating light valves (GLVs), which are spatial light modulators (SLMs), because liquid crystal display (LCD) panel industries spend huge amounts of money for the cost of TFT (thin film resist)-LCD photomasks. The technology has been developed for implementing 2 μm bitmap resolutions, which is a requirement for the lithographic process, though the process time is still slow for mass-production system. A DMD-based maskless exposure uses 405 nm-wavelength semiconductor lasers as an illumination source and optical engines that contain DMDs, micro lens arrays (MLAs), and projection lenses. A GLV-based system consists of UV lasers and optical write engines, which are constructed with the GLV, grating optics, and imaging lenses. Since many companies have been trying to overcome the time limitations, the maskless technology will be realized in the LCD industry in near future.