摘要：根据Czerny-Turner结构光谱仪工作原理,以便携式微型光学系统为设计目标,设计了一种光谱范围为200900nm的交叉非对称型Czerny-Turner光谱仪光学系统.通过分辨率、光谱范围等设计要求确定光谱仪大致结构后,引入初级像差对初始结构进行进一步优化.首次提出将球差约束条件与光阑面选取相结合,设计流程确定准直镜通光口径、光栅初始尺寸及聚焦镜中心波长对应口径,继而结合彗差约束条件,确定球面镜离轴角,并基于几何光学确定聚焦镜初始通光口径的方法.利用ZEMAX软件对初始参量进行模拟优化,并采用自主研制的样机进行光谱测量,分析结果表明,该光学系统能够在狭缝宽度为25μm,光栅常数为1.667μm/line条件下,实现中心波长分辨率优于1nm,边缘波长分辨率优于1.5nm.

摘要：针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题,提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术,建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数,设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上,设计内核自适应维度算法并优化运行程序,结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明,本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%,单帧耗时0.026 s,平均综合加速比为29.1.该系统精度高,可移植性强,简单易行,能够广泛应用于成像畸变的实时校正.

摘要：发光二极管(LED)已经成为头盔显示器液晶像源主流背光源。LED发散角较大,大量的光线无法得到有效利用而造成能量的浪费,故需要对LED进行二次光学设计以有效提高光效。背光包括由若干个LED组成的阵列。对单个LED设计了双曲面透镜,形成了8 mm直径的均匀圆形光斑。对单个透镜进行切割,以形成矩形光斑。但由于切割面的全反射,矩形面积内存在亮斑。对透镜进行了优化设计,获得了亮度均匀的矩形光斑。4个矩形透镜拼接成透镜阵列。为消除杂散光斑,对透镜再次进行了优化设计。根据设计结果加工了透镜阵列并对背光进行了实际测试。测试结果表明:和传统背光结构相比,采用两层扩散膜和透镜阵列后,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由39°降低到23°。满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

摘要：为了实现对荧光免疫层析试条浓度的定量测量,设计了一种荧光免疫层析试条成像检测系统。采用365nm紫外线发光二极管(LED)作为激发光源,通过手持式变倍显微镜相机采集免疫层析试条的荧光图像。根据试条图像荧光检测线和质控线区域位置相对固定的特性,使用最大类间方差遗传算法对图像进行分割,并通过对荧光区域进行定位来去除背景噪声;然后对分割出的荧光图像进行背景滤除,计算出检测线和质控线的灰度值;最后计算荧光区域的特征值,实现对荧光试条浓度的定量检测。实验证明,荧光免疫层析试条成像检测系统的重复性好,5种不同浓度的荧光试条各进行10次重复性检测,检测结果的变异系数均小于0.5%,拟合出的标准曲线的拟合程度可达0.99944,实现了快速定量化检测。

摘要：针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题,设计了一种新型的光学膜,以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先,基于现有背光的配光曲线,提出光学膜表面微结构为直角三角形;考虑由于直角边的全反射,半光强视角范围较窄且存在截止角,对微结构进行了棱高和角度的优化设计,使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围,对微结构再次进行优化设计,提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明:水平视角不变时,偏转膜垂直方向最大亮度在20°处,透过率为87.3%,半亮度视角为(-12.5°,45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试,测试结果表明:与传统的背光视角相比,偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°,半亮度视角由(-24.1°,23.5°)变为(-9.2°,45.3°),透过率为82.0%,满足了特定视角的观看要求。

摘要：针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

摘要：针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。

摘要：针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求,设计了采用大功率、单芯片发光二极管(LED)的投影光源。理论计算了投影光源的亮度,结合液晶光阀对不同波长透过率的影响,对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素,提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性,采用混合集光方法设计了准直器,并进行了仿真和实际测试。测试结果表明:采用准直器后,LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机,测试其屏前亮度达到149cd/m2,且无闪烁,立体感强,但存在视角较小的问题。实验显示,设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。

摘要：针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构"冷"色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。

摘要：利用ANSYS软件建立某Ka波段行波管2mm阴极电子枪的有限元模型,并进行稳态及瞬态热分析,提取热流矢量图与温度分布图,得到阴极稳态时的温度分布及预热时间。对电子枪样品进行实验测试,得到的实测温度与模拟温度相差2%,因而在误差允许的范围内有限元方法是可行的。根据热流矢量图对热屏蔽筒进行结构优化,优化后,阴极温度比优化前提高了28℃,整枪最高温度提高了27℃,阴极预热时间缩短了40s,缩短幅度达到33%。优化后的结构较大程度地提高了阴极的快启动性能,提升了行波管的快速反应能力。