应用于激光扫描投影仪器的动态聚焦技术研究

为了实现激光投影仪器或系统的自动聚焦，研究搭建了激光动态聚焦系统。该系统可依据背向反射光强信号的变化调节聚焦系统的镜组间距，使激光扫描投影系统能够在不同距离的投影面上聚焦出最小光斑，从而提高系统的定位精度。根据激光动态自聚焦系统的原理，设计了光学杠杆型和反远距型2种动态自聚焦方案，并推导出相应的数学模型；利用ZEMAX光学设计软件进行仿真实验，通过比较得出响应更加灵敏、结构更加合理的自聚焦系统；搭建新型自聚焦激光扫描投影系统对动态自聚焦性能进行了验证。实验结果表明:反远距型动态自聚焦系统更加合理，在4.5 m处的投影面上，汇聚光斑直径最优可达0.2 mm，可使激光扫描投影仪在进行辅助装配时的定位准确度提高至0.1 mm，能够达到先进制造装配工程中零部件的精准定位要求。     

共焦激光扫描显微镜技术进展

共焦激光扫描显微镜已延伸到光学显微术领域，包括共焦荧光显微镜、共焦扫描光纤显微镜、彩色共焦激光显微镜、共焦光栅光学显微镜等。并很快成为半导体材料检测和生物医学诊断的重要工具。本文对国外该显微镜技术的特性和新的进展进行了综述。     

基于IGES的激光扫描投影文件解析方法研究

激光扫描投影仪能够实现待装配零部件线框轮廓的精准位置投影,能够大幅度改善由传统装配方式所引起的精度差,效率低等问题。为了在自主研发的激光扫描投影系统中实现可直接读取IGES（初始化图形交互规范）格式的三维数模激光投影,研究了多特征图元提取和文件自动生成方法。该方法通过提取待投影线框图形的点、线、面等数据特征,以元胞的方式存储在.ply格式文档中,通过.ply文件对数控开关进行延时控制以及对二维振镜轨迹进行操控,实现更加智能化地控制激光扫描投影。应用12个IGES格式图元的投影实验验证,该方法可实现所有图元清晰投影且激光轮廓线宽优于0.3 mm,通过这种新型投影系统可提高车间装配生产效率,改善装配精度。     

IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研究

激光扫描投影系统可以通过在目标面上投影出待投影零部件轮廓线框的方式来辅助工人装配,使用该系统进行辅助装配可以有效解决由传统装配方式所引起的效率慢、精度低等问题.为了解决自研激光扫描投影系统不能直接读取零部件外形数模,影响激光扫描投影系统的实际应用价值,拖慢工作效率等问题.提出了IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研...     

基于二维MEMS器件的微型投影技术

利用微机电器件的二维偏转特性,以激光二极管为光源,通过二者结合来实现激光扫描微机电器件的投影系统。和传统微型投影技术相比,基于微机电器件的微型投影显示系统具有尺寸小、能耗低、图像对比度高等优点。根据元器件特性,对激光光束进行准直、汇聚、匀化处理,并借助二维微机电器件的反射偏转特性设计了物镜后扫描系统,再对扫描方法、像素排列等进行优化分析。设计结果显示:系统像面尺寸为104 mm×59 mm,包含80%能量时单像素点几何半径在186 μm以内,系统分辨率可以达到558×314 pixel,刷新率为30 Hz。设计的投影系统可用在车载平视显示系统等小型投影系统中,也可为类似设计提供参考。     

基于激光扫描投影的轨道客车精准装配技术研究

为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度,解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题,基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型,分析了其在不同投影角度上的投影误差,并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中,实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明,定位精度可优于0.5mm,有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装,工装定位位置不准确,人工描线定位精度极差等缺点。     

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...     

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.     

基于共焦原理的反射式自聚焦光纤传感技术研究

基于共焦显微成象原理,提出了一种由自聚焦透镜和X型光纤组成的高精度反射式自聚焦光纤传感器.该传感器具有绝对位置跟踪的特殊能力,并有体积小、抗干扰性强、轴向分辨率高等特点.由实验分析得,其轴向分辨率可达30nm.可用于表面微观形貌、外形尺寸、曲面轮廓等测量领域.     

代数重建技术中投影序列选择次序的研究

在代数重建技术中投影序列的选择次序对重建收敛速度及精度均具有重要影响。针对在360°方向上均匀获取投影数据的场合,提出加权距离正交投影排序方法。该方法将投影序列分成若干组,在每一组内前后选择的投影序列彼此正交,同时相邻组之间投影序列尽可能均匀分布。该方法能提高重建精度及收敛速度,同时利用前后正交投影角度下射线经过像素信息关系,可将重建速度提高1倍。     

激光共聚焦近红外荧光扫描系统光学设计

为了实现对近红外荧光的高分辨率扫描,设计了工作在近红外光谱区的激光共聚焦光学系统。采用结构简单的凹凸双透镜物镜实现了照明光路和发射光路的设计,并采用Zemax软件进行了光学设计和仿真。实验表明:照明光路的聚焦弥散斑小于1 m,照明针孔处的聚焦光斑小于40 m,满足照明针孔的尺寸要求;发射针孔处的聚焦光斑小于10 m,满足探测针孔尺寸要求;同时照明光路和发射光路的MTF曲线的截止频率都分别满足其衍射极限分辨率的要求,照明光路在全视场空间分辨率420 lp/mm处MTF0.08,发射光路在全视场空间频率400 lp/mm处MTF0.07。     

激光扫描声学显微镜光学系统的设计

半导体激光器具有半导体和固体器件的许多优点：结构紧凑、效率高、价格便宜、长寿命，在许多方面优于气体激光器，因此在一些测量领域有较好的应用前景。本文基于棱镜对光的一维压缩及新型半导体激光器，对激光扫描声学显微镜的光学系统进行了新的设计，给出了相关数据及具体技术指标，实验证实其光学性能满足要求。整个光学系统具有结构紧凑、可靠性高、使用方便等特点，现已用于激光扫描声学显微镜定型设计。     

大屏幕激光投影与激光电视

作为下一代的全色显示技术,激光投影显示技术与传统的显示技术相比,有很多明显优势,这是由激光本身的固有特点所决定的,比如高饱和度、低功耗以及潜在的寿命长等.文章介绍了激光显示技术的历史背景以及国内外的研究现状,介绍并分析了激光光源、基于数字光学引擎(DLP)及反射式硅基液晶光学引擎(LCOS)的激光显示系统和颜色管理技术.文章还对激光投影显示的优势进行了归纳,并对激光显示的产业化前景和整体市场进行了分析和预测.     

大屏幕激光投影与激光电视

作为下一代的全色显示技术,激光投影显示技术与传统的显示技术相比,有很多明显优势,这是由激光本身的固有特点所决定的,比如高饱和度、低功耗以及潜在的寿命长等.文章介绍了激光显示技术的历史背景以及国内外的研究现状,介绍并分析了激光光源、基于数字光学引擎（DLP）及反射式硅基液晶光学引擎（LCOS）的激光显示系统和颜色管理技术.文章还对激光投影显示的优势进行了归纳,并对激光显示的产业化前景和整体市场进行了分析和预测.     

扫描环形光斑激光束优化研究

激光束的形状和能量分布限定了激光的应用范围,为满足不同的激光加工需要,必须对激光束进行变换。针对实验室用CO2激光器在热处理方面的应用,提出了激光扫描环形光斑光束优化法。基于温度场叠加原理建立了扫描环形光斑温度场的数学模型,模拟其温度场,可得到其温度分布特性;通过实验研究,分析了聚焦光斑与扫描环形光斑在激光淬火中对材料的热作用效果。结果表明,扫描环形光斑能改善激光热处理硬化层分布。理论和实验研究表明,激光扫描环形光斑技术可以实现激光热处理光束的优化,有一定的应用前景。     

激光指示器光轴调校技术

利用反射式光学系统对激光指示器的光轴进行了调校。提出了激光指示器及观瞄装置的光轴校正方案,并建立了调校装置。该装置由离轴抛物面反射镜、十字靶标、背景光源、图像采集装置及其它附件组成。对调校装置的测量精度进行了标定和计算。结果表明,该装置的测量精度可达到0.05mrad。利用该装置对激光指示器的光轴进行了调校,并给出了系统示意图和测试效果。     

一种大功率宽波段激光束散角的校准测试方法

在大功率激光系统的评价与分析中,激光器的光束品质是系统光束品质的决定性因素,也是激光器验收、鉴定的重要指标,其中束散角是判别激光光束质量的重要参数。本系统测试激光波长的范围比较宽,一般在0.532μm～10.6μm之间,没有合适的探测器能够覆盖整个波段,所以采用了一种新的方法来解决宽波段束散角的测量问题。选用CCD成像和扫描狭缝相结合的方法来实现宽波段激光光束束散角的测量,可见光和近红外波段（0.532μm～1.2μm）激光光束采用CCD法测量激光束散角,中红外波段（1.2μm～10.6μm）激光光束采用扫描狭缝法测量激光束散角。两种方法的结合可以较为精确地测量出不同波段的激光束散角。     

Interplanetary laser communications and precision ranging

Future interplanetary missions, including robotic probes and human travel, will require significantly enhanced communications bandwidth that will be difficult to realize with current radio/microwave frequency links. Besides satisfying this requirement, optical (laser) communications has the potential for substantially lowering mass, power, and volume burden on the host spacecraft; is free from spectrum allocation issues; and can potentially support tracking functions resulting in improved spacecraft navigation. Primary challenges of optical communications include precision laser beam pointing over the huge planetary range, inefficiency of laser transmitters, quantum noise limited detection, especially in presence of additive background during periods of near Sun pointing, atmospheric degradation due to attenuation and turbulence and weather outages. This paper will briefly review the status of technologies that have been devised to meet these challenges and system‐level developments for bi‐directional telecommunications and ranging to distant probes.