光学仪器 观测、投影仪器

TH741．5 2006065466 LED光源照明微投影仪系统的设计=Design of micro-pro- jector light sources[刊,中]/王蓉(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室．浙江,杭州(310027)),刘玉玲…//光学仪器．—2006．28(2)．—22-26采用两个LED面光源作为投影仪的照明光源,使用包括了与偏振光转换系统耦合的光棒以及照明透镜的FF光学系统,使光源发出的光得到充分的均匀,并尽量地会聚在LCOS上。模拟结果表明,该照明系统达到了所要求的照度,整个系统结构简单,非常紧凑。图11参3(严寒)     

TIR透镜优化设计在LED微投影显示系统中的应用

发光二极管（lighting emitting diode,LED）取代传统光源作为投影仪,特别是微投影显示系统的光源是一种趋势。采用由非球面构成的TIR透镜代替锥形光管和CPC集光器,并通过整个系统最终在目标屏上形成的照明效果为依据,对TIR透镜的内部结构尺寸参数进行优化设计,采用经过优化设计的TIR 透镜作为对LED光源所发光束进行收集整形的光学元件,克服了在传统投影显示系统中经常出现的锥形光管或复合抛物面集光器 (compound parabolic concentrator,CPC) 给整个系统所带来的光学体积大的缺点。以单片式LCOS（liquid crystal on silicon）结构为基础,利用RGB LED时序方式进行混色,设计了一套LED微投影显示系统,并通过光线追迹程序对其光学性能进行模拟评估。结果表明：在考虑时序混色方式影响的情况下,整体系统光能效率为2.38%,系统光学体积仅为125cm3,达到了对系统结构简单紧凑的设计要求。     

深紫外光刻照明系统的微反射镜阵列公差分析

为满足45 nm及其以下节点光刻技术对照明系统的需求,将深紫外光刻照明系统的光束整形单元所采用的微反射镜阵列(MMA)作为关键器件,以实现满足光源-掩模联合优化(SMO)技术需求的任意照明光源。根据MMA结构参数和加工制造调整特性,分析MMA角度误差类型。在此基础上,利用蒙特卡罗公差分析法模拟实际加工制造调整的过程,通过分析微反射镜角度误差对曝光结果的影响,制定了满足曝光要求的角度公差。结果显示,当MMA在正交方向上的角度调整公差和加工角度公差分别在(±0.04°,±0.06°)、(±0.04°,±0.04°)范围内时,系统曝光得到的特征尺寸误差(CDE)在98.1%的置信概率下小于0.33 nm。     

利用非相干光源基于多模光纤获得空心光束

提出利用非相干单色发光二极管(LED)光源和多模光纤产生空心光束。证实了将LED光源以一定角度倾斜耦合进大芯径多模光纤可获得光斑均匀的空心光束。分析了光束在多模光纤中的传输路径和产生空心光束的机理,并用Zemax软件建立仿真模型进行模拟。搭建利用LED和多模光纤产生空心光束的实验系统并且与激光作为光源产生的空心光束进行分析比较,结果表明利用LED光源获得的空心光束均匀性更好。     

用于LED照明的反射型复眼设计方法

设计了一个高亮度LED光源照明的反射型复眼照明系统.通过软件模拟,整个复眼系统长度小于20 mm,物面的光照均匀度达到80％以上,光源照明输出光能利用率为75％.应用高亮度LED的反射型复眼具有体积小,光强分布均匀,像差小等特点.在小型便携式投影仪中有广阔的应用前景.     

基于层叠阵列波导的穿透式视频眼镜设计

设计了一种采用层叠阵列波导结构的紧凑型穿透式视频眼镜光学系统。光学系统由层叠阵列波导系统、照明系统、目镜系统组成。层叠阵列波导是一种具有角度选择膜系实现穿透式显示的全新光学组合器,可以消除半透半反面波导的鬼像效应;照明系统为LCOS微显示器提供均匀照明,均匀性为92.3%;目镜系统负责光束的准直,对其调制传递函数、点列图、场曲、畸变和色差等参数进行了分析,结果表明获得了良好的光学性能。该穿透式视频眼镜分辨率为825 pixel×480 pixel,系统总重135 g,在20 mm出瞳距离和8 mm×8 mm眼动范围下,实现30°视场,在驱动电路功耗为1 W的情况下,系统亮度为3000 nit。     

COB光源的窄光束均匀照明设计

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题,设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型,由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后,再由菲涅尔透镜控制溢散光,最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹,根据仿真得到的系统性能指标,并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明:窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束,并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑,整体光效达到60%。     

用于投影机的发光二极管照明单元

目前的投影机光源——高压汞灯存在寿命短、色温高、存在有害光线、发热集中等缺点,严重制约了投影机进入家庭应用领域。发光二极管的最近发展为其作为高压汞灯的替代光源提供了可能性。提出了一种由一个发光二极管、一个准直镜、一个前蝇眼透镜和一个后蝇眼透镜组成的用于投影机的发光二极管照明单元,由数个照明单元加上会聚透镜则构成一个基本的照明系统。发光二极管的发光经准直镜压缩光束发散角后被前蝇眼透镜分割为多个细光束,会聚透镜将每个细光束都叠加会聚到显示芯片上,实现光能量的会聚和光场再分布．以满足投影机对光通量和光场均匀性等方面的要求,后蝇眼透镜用于与后续光路的匹配。作为照明单元的一个应用实例,文中分析了一种单片式硅上液晶投影机。     

真三维显示器中的同步照明光学系统

在基于多投影机旋转屏的真三维显示器中需要有一种高亮度、窄脉冲工作的白光光源。提出了一种同步照明光学系统,它采用高亮度、连续白光UHP灯作为投影光源,场镜与球面反射镜绕屏幕转轴交替排列,两个透镜组与屏幕同步转动,只有在屏幕正对着投影机时,光束才能从对应的场镜出射照明相应的投影机。该照明光学系统仅用一个光源就能满足真三维显示器中所有投影机照明的需要,并从结构上保证了屏幕转动与投影机投影之间严格同步。该系统成功地应用到了基于多投影机旋转屏的真三维显示器中,三维图像清晰明亮,色彩丰富。论述了系统的工作原理和系统结构,并对投影结果进行了分析。     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件的矢量分析

使用衍射光学元件(DOE)作为投影光刻照明系统实现离轴照明(OAI)的光束整形匀光器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制OAI光束的形状及光强分布.在矢量角谱传输方法的基础上,建立了投影光刻用DOE的矢量分析模型,并对标量方法设计的DOE在偏振照明情况下的匀光与整形性能进行了分析.分析结果表明DOE在大角度衍射、...     

反射式液晶光阀用于激光束空间整形可行性研究

 从理论和实验两方面对一种反射式液晶光阀（LCOS）的调制特性进行了研究。着重研究了在高功率激光系统中,反射式液晶光阀作为空间整形器件面临的一些应用问题,特别是它的各种调制特性、整形能力以及对于光束质量的影响。研究发现,与透射式液晶光阀相比,反射式液晶光阀有着明显的优势,效率达到42%,远远优于透射式液晶光阀10%的效率,从而能够实现系统的大幅度简化,是一种非常有潜力的空间光调制器件。     

基于相位硅基液晶的光衍射演示实验

计算虚拟物体的衍射光场相位分布,然后加载到相位硅基液晶器件,利用平行光照射硅基液晶器件,可在光屏上看到虚拟物体的实像.根据相位硅基液晶的采样间隔,计算出虚拟物体的采样间隔,可预计虚拟物体大小.演示结果表明:处于菲涅尔衍射区域,衍射图像清晰,亮度高;而夫琅禾费衍射区的衍射图像虽然清晰,但比较暗淡.     

反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究

研究了反射型的LCOS显示器件的相位调制特性.采用2×2的Jones矩阵计算仿真，从理论上分析了它的相位调制特性，建立了一套测量振幅和相位特性的测试系统.它采用He-Ne激光为光源，用干涉仪观察波前相位，将LCOS显示器件作为液晶空间光调制器，用计算机和相关的电路系统驱动控制，并用CCD采样数据，测试了1024×768 LCOS显示器件的相位调制特性.理论和实验的一致性说明了在特定的入射、出射偏振光配制下，LCOS显示器件可以做纯相位调制器. 关键词： 空间光调制器 液晶显示器 反射型LCOS     

高性能激光全息防伪标识特性参数测量系统

提出了一种高性能激光全息防伪标识参数的检测方法,利用同一束光在分束器分成的反射光和透射光光强度比例恒定的性质,实时探测衍射方向光强和标识入射光强值,通过一维线性扫描实现激光全息防伪标识衍射效率和信噪比的自动测量。实验数据表明：入射光强测量值相对误差不超过0．29％;衍射效率及信噪比的测量值最大相对误差分别不超过0．81％和2．0％,比第一代检测仪采用的方法测量精度提高近一倍。该方法降低了对光源稳定度的要求,大大降低了激光器的成本,有利于测量仪器的推广。     

激光LCOS光学引擎的设计

通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。     

Propagating a partially coherent radially polarized beam through aligned and misaligned ABCD optical systems

In the present work the propagation of a partially coherent radially polarized beam through aligned and misaligned ABCD optical systems is discussed. The elements of the beam coherence-polarization matrix for a partially coherent radially polarized beam propagating through these systems are derived for the first time. Using the derived analytical results the intensity distribution of the focused partially coherent radially polarized beam after a low-NA lens is investigated. It is shown that the coherence of the light source affects the beam intensity profile at the focal plane significantly, while for the given coherence of the light source the focal length of the used lens does not affect the beam intensity profile at the focal plane. This is consistent with the case of a partially coherent Hermite-Gaussian beam, as expected.     

Universal generation of higher-order multiringed Laguerre-Gaussian beams by using a spatial light modulator

Laguerre-Gaussian (LG) beams of various higher-order radial modes are generated by using a reflective phase-only liquid crystal on silicon (LCOS) spatial light modulator (SLM). Because of the LCOS SLM's phase-modulation characteristic of a wide spatial bandwidth, a phase modulation scheme effectively generates higher-order LG beams of up to the fifth-order radial mode. We also perform correlation analyses between the observed and the theoretical two-dimensional mode profiles to universally obtain correlation coefficients of more than 0.946, which suggest mode generations of high quality.     

LD泵浦的Nd:YVO_4激光器被动式产生近似无衍射绿光

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,利用磷酸氧钛钾晶体腔内倍频产生波长为532nm的绿光,通过轴棱锥产生了近似无衍射贝塞尔光束。推导了倍频产生的绿光的场分布,并模拟了倍频绿光经过轴棱锥产生的近似无衍射光束的轴向光强分布图和截面光强分布图。通过实验拍摄了距离轴棱锥不同位置的截面光强分布,测量了无衍射贝塞尔绿光的最大无衍射距离和中心光斑直径,实验数据与理论模拟基本吻合。实验结果说明所述方法产生的倍频无衍射绿光具有良好的光束质量,具有应用价值。     

热光源产生贝塞尔光束的理论与实验

利用热光源获得了近似贝塞尔光束。对多波长光波同时入射轴棱锥的情形进行分析和数值模拟,结果显示轴棱锥后会形成近似贝塞尔光束,但受光场非相干叠加的影响截面光强对比度降低。实验采用卤素灯杯作为产生贝塞尔光束的热光源,针对热光源相干性差的特点设计出一套光学系统,提高光波的空间相干性,再使光波平行透过轴棱锥得到了近似贝塞尔光束。将实验结果与数值计算对比,发现实验所得贝塞尔光束的特性与理论基本吻合,但最大无衍射距离较理论计算所得的短,并对此进行了分析。