基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通过分析图形的形成原理并用Matlab仿真,选出了适用用于任意图案显示的扫描镜谐振频率组合(X轴2 400 Hz, Y轴2 425 Hz).该组合可以形成194×192个像素点,刷新频率为25 Hz.在此基础上提出了一种通过调制激光开关来进行投影显示的方法.     

基于李萨如扫描的微型激光投影显示技术

结合李萨如图像扫描和微机电系统(MEMS)二维谐振式扫描镜,提出一种新颖的投影显示方法。相比于传统的投影显示技术,该技术具有控制简单、能耗低、体积小及重量轻等优点。首先阐述了该投影显示技术中像素的定义与划分,然后从理论上分析了刷新率、分辨率和谐振频率之间的关系,以及选择谐振频率的约束条件,最后通过Matlab软件进行仿真验证,并使用研制出的扫描镜样件搭建了投影显示样机,成功投影出分辨率为260×180的图像,从而验证谐振频率选择约束的有效性以及该投影显示方法的可行性,为实际工程应用奠定基础。     

一种新型谐振式微机电系统扫描镜及其利萨如图形显示

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型谐振式扫描镜,该扫描镜采用绝缘体上硅(SOI)加工工艺,静电梳齿驱动,利用工艺中残余应力的释放产生垂直梳齿偏差.作为启动电极.针对该器件的机电性能,设计并搭建了一套光学系统测试其性能.结果表明,该器件具有加工工艺简单、低成本、低电压和大的扫描角度等优点.此外,将所制造的两个扫描镜进行合理组合,搭建了利萨如图形的显示装置,显示图案与Matlab软件仿真结果基本一致.     

一种新型微机电系统扫描镜的谐振频率研究

在微光机电系统(MOEMS)技术的基础上,采用绝缘体上硅(SOI)的体硅加工工艺,设计并加工制作了一种新型的静电驱动的谐振式微机电系统(MEMS)扫描镜.介绍了其基本工作原理及结构设计特点;理论计算了圆形和方形两种结构的尺寸扫描镜的谐振频率,并利用ANSYS有限元软件进行仿真;设计并搭建了一个简单易操作的光学测试系统,对研制出的MEMS扫描镜(7.1mm×5.2mm)进行扫描角度测试.利用该器件参数激励的迟滞频率特性,对其谐振频率进行实际测最.同时,为验证其所测谐振频率的准确性,利用激光多普勒测振(LDV)系统对其进行测试.在工作电压10V,方形和圆形扫描镜的驱动频率分别为556Hz和596Hz时,机械扫描角度分别可达到约6°和5°,谐振频率分别约为300Hz和277Hz.并分析误差产生的原因及其结果.     

基于LabVIEW软件的李萨如图形的实现

本文介绍用LabVIEW仿真软件实现李萨如图形。     

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

 采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。     

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。     

三维李萨如图

分析了形成三维李萨如图的理论依据 ,并画出几种不同频率关系的李萨如图     

利用李萨如图形测量音叉的频率

介绍李萨如图形的形成原理以及如何利用李萨如图形来测量音叉频率的实验。并对该实验进行了分析。     

机械扫描振子的研制及演示

由于机械扫描振子在振动区间存有一共振峰,故提出了采用选频放大器驱动电路消除振子在振动区间的非线性的设计,并应用于演示弦线驻波、共振和李萨如图等实验中.     

电磁驱动大尺寸MEMS扫描镜的研究

基于微机电系统工艺,设计并制作了一种电磁驱动大尺寸的二维扫描振镜.分析了两种不同的电磁驱动方式产生的力的大小,选择驱动力较大的双极子方式作为驱动.运用有限元法模拟了器件的谐振频率静态及动态响应,仿真结果与实际测得的结果一致.描述了振镜的工艺流程及封装方式,并制备了振镜.实验测得振镜在120mA静态电流驱动下,慢轴和快轴分别能达到的最大转角为±4.5°及±5°,慢轴及快轴的谐振频率分别为348Hz及660Hz,并得到在此谐振频率下的李萨如图形.将器件用于激光成像系统之中,使得散斑对比度下降到4.2%,激光成像质量得到很大提升.     

理疗激光束能量分布的微观形貌测量

利用投影光栅显微法对治疗近视眼的激光光束的能量分布进行了测量. 结果表明激光光束的能量在小范围内并不是均匀的高斯分布,而是重重叠叠的无规则的峰-谷分布,该三维形貌的测量及高度分布研究对研究激光治疗近视眼有重要意义.     

A new method for increasing the laser damage threshold of metal mirrors

In order to increase the damage threshold of metal mirrors we propose to create a special structure on the surface of the mirrors (“photonic surface”). This structure must have the period about λ/2 and will suppress propagation of surface plasmons with the frequency ω₀=2πc/λ along the surface. This structure will also slightly increase the heat removal from the mirror’s surface by the excitation of the thermostimulated plasmon emission from the surface. The heat removal from the surface is estimated and possible implementation of this approach for use with CO₂-lasers (λ=10.6 μm) and Nd-YAG-lasers (λ=1.06 μm) is analyzed.     

First underground results with NEWAGE-0.3a direction-sensitive dark matter detector

A direction-sensitive dark matter search experiment at Kamioka underground laboratory with the NEWAGE-0.3a detector was performed. The NEWAGE-0.3a detector is a gaseous micro-time-projection chamber filled with CF₄ gas at 152 Torr. The fiducial volume and target mass are 20×25×31 cm³$20\times 25\times 31{\text{cm}}^3$ and 0.0115 kg, respectively. With an exposure of 0.524 kg days, improved spin-dependent weakly interacting massive particle (WIMP)-proton cross section limits by a direction-sensitive method were achieved including a new record of 5400 pb for 150 GeV/c²$/c^2$ WIMPs. We studied the remaining background and found that ambient γ-rays contributed about one-fifth of the remaining background and radioactive contaminants inside the gas chamber contributed the rest.     

基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正研究

为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差,严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因,研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,得出了补偿时间与采样率间的关系,建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验,并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明:对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时,比较偏差补偿前后实际投影图形效果,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差,该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度,具有良好的实际应用价值.     

融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法

为解决现有激光扫描投影系统中需要手动标定的问题,提出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法.首先建立了融合单目视觉技术的激光扫描投影系统模型,给出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法;其次建立了单目相机与激光扫描投影系统、被投影物体之间的数学模型;最后运用Matlab软件进行模拟仿真,证明融合单目视觉的激光扫...     

应用于单目3D相机中MEMS镜的扫描角度补偿

为了提高单目视觉相机的测量精度及测试数据的可重复性,提出了一种应用于激光扫描投影中扫描镜的闭环控制方式来提高投影出的条纹位置的稳定性。利用集成在扫描镜上的压阻传感器提供的反馈信号进行闭环控制,同时针对压阻传感器的温度特性,设计了测试系统来标定压阻输出与温度关系曲线。通过记录每一个温度下压阻的反馈输出值,生成反馈输出与温度的关系表。在室温至70℃的温度区间内,扫描镜的扫描角度的变化量由3.52°减小到0.05°。通过对扫描镜的扫描角度补偿控制后,单目视觉相机的三维测试精度以及测试数据的可重复性都得到了大幅提升。     

“几何画板”在李萨如图形中的应用

利用几何画板软件以参量函数轨迹法制作李萨如图形的动态关系图示,先建立直角坐标系和时间轴,再设置合适的一组参量,然后绘制出静态轨迹,最后利用控制按钮显示图形的动态图示。