基于数字微镜器件的中阶梯光栅光谱仪的光学系统设计

研究了一种基于数字微镜器件(DMD)具有新型光路结构的中阶梯光栅光谱仪,并采用新的谱图信息接收方式来降低其使用成本和数据处理过程的复杂程度。将具有单波长选通功能的DMD与一维探测器光电倍增管(PMT)相结合接收中阶梯光栅光谱仪的光谱信息,在降低仪器成本的同时将中阶梯光栅光谱仪谱图还原算法与DMD扫描驱动算法相整合,提高了算法效率。由于DMD的填充因子比CCD稍低,该类光谱仪对成像质量和能量集中度提出了更高的要求。本文根据DMD型中阶梯光栅光谱仪特点,在有限的可挑选的光学材料下,采用多重优化的方式合理设计了中阶梯光栅光谱仪准直镜、中阶梯光栅、棱镜、聚焦镜等各个光学元件的光路结构参数,并且在Czerny-Turner结构中加入校正透镜和场镜,校正了系统所有像差,提高了整个光学系统的成像质量和光谱分辨率。最终设计的光谱仪系统分辨率达0.01nm,单个微反射镜内的光斑能量聚集度达到70%。

数字微镜器件视频显示性能分析

相比于阴极射线管投影和液晶显示技术,基于数字微镜器件(DMD)的显示系统有其自身的优势,对DMD在视频显示应用中的灰度调制、颜色控制及其显示性能进行了深入研究。在简要介绍DLP Discovery4100组件工作原理及空间灰度调制法和时间灰度调制法的基础上,给出了基于时间灰度调制的彩色视频颜色控制方法:将帧周期均分为R、G、B三个时间段,在每个时间段依据相应颜色分量灰度值控制DMD微镜在各个位时间的状态。以DLP Discovery4100DMD组件为例,深入分析了基于DMD的视频显示系统所能实现的灰度级与帧频、DMD类型的关系。分析结果显示:在实现相同灰度级时,三DMD彩色视频显示系统能够达到的最大帧频与灰度视频显示系统相同,而单DMD、双DMD彩色视频显示系统能够达到的帧频约为灰度视频显示系统的1/2、1/3。分析结果为视频显示系统设计提供了理论依据。

数字微镜器件在高动态辐射场景成像探测系统中的应用

由于数字微镜器件(DMD)空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标,本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先,介绍了DMD实现成像探测的原理,分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后,根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性,设计了能使光电成像设备提高66dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数,并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明:该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器,则系统动态范围可达130dB以上。

基于数字微镜器件的三维轮廓测量及其性能分析

研究提出了一种基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的并行三维微-纳米轮廓测量方法。该方法将数字微镜器件与共焦测量方法相结合,用数字微镜器件及其控制器替代了传统共焦测量中的照明针孔和横向扫描机构,充分发挥DMD横向分辨率高,响应速度快,数字化以及便于计算机控制的优点,对传统共焦测量方法进行了结构上的改进,大大提高其扫描速度。一系列实验结果表明,数字微镜器件可以完全替代照明针孔,从而实现对样品表面快速,精确,大范围的三维测量。

数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术的影响

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件,可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上,数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器,在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理,分析了数字微镜器件的时间空间特性,用计算机模拟了这种时空特性对相位测量轮廓术的影响。结果表明,数字微镜器件(DMD)可为投影系统在结构照明型光学三维传感中的应用提供指导。

数字微镜器件闪耀特性及其在全息显示中的应用

为了提高数字微镜器件的空间光调制性能,发挥其在全息显示和三维重构等方面的作用,研究了数字微镜器件的闪耀特性.结合数字微镜器件的物理结构,利用反射光栅理论分析了数字微镜器件的闪耀规律,进行了理论计算与实验修正,得出了其存在四个相对闪耀状态的结论,而通常实验所要求的24°角入射,为出现相对闪耀状态的最小入射角.据此,可在全息显示中选择恰当的入射角,改变数字微镜器件的闪耀状态,增强全息再现的视觉效果.以傅里叶变换全息为例进行了具体应用研究,通过再现光入射角的调节,可实现闪耀级次的调整,并增强了再现的视觉效果.实验表明,分析结果是正确的.

数字微镜器件(DMD)

数字式光处理(DLP—Digitallightprocessing)投影显示技术的核心是数字微镜器件(DMD-Digitalmicromirrordevice),它是一种基于半导体制造技术,由高速数字式光反射开关阵列组成的器件,采用二进制脉宽调制技术能精确地控制光源。叙述了用于DLP投影系统的DMD的原理、制造、性能和特点。

基于数字微镜器件的共焦显微镜的设计与实验

单点式共焦显微镜由于扫描速度低,光能利用率不高逐渐被多点并行的扫描方式代替。现有的并行扫描方式同样存在一些缺点,限制了测量精度的进一步提高。本文研究了基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的多路并行共焦显微镜。利用计算机程序控制DMD芯片上微镜的偏转状态,从而对光源进行调制,形成多路光束,其作用相当于可以控制的虚拟针孔阵列。设计了基于DMD的共焦检测光路,采用分光片的方法解决了由于分光棱镜内表面反射造成的重像干扰问题。对所搭建的光路进行了深度响应曲线测试实验,并且建立了基于DMD的共焦显微镜样机。样机的测量实验结果表明:基于DMD的共焦显微镜不仅具有较高的分辨率,并且具有扫描速度快、测量范围大的优点。

基于数字微镜器件和旋转螺旋屏的体三维显示系统

研究了一种新型体三维显示系统。利用数字微镜设备(DMD)作为高速空间光调制器(SLM),将三维物体的面片模型经过体素化而获得的螺旋切片序列投射到旋转螺旋屏上,基于视觉暂留效应,按时序高速变化的切片序列被人眼感知为具有真实物理深度的三维图像。重点阐述了基于旋转螺旋屏的成像空间构成方法,分析了基于体立方(BCC)采样策略的体素化方法,设计了针对二值切片图像的DMD控制算法。实验结果表明,BCC采样策略减少了40%以上的体显示数据,DMD的高速响应能力使得原理样机较基于振镜的设计更具显示复杂物体的能力,在500mm×250mm的半圆柱形成像空间内显示的三维图像可以选择任意视点直接观看。

数字微镜器件动态红外景象投影技术

动态红外景象投影技术是硬件闭环仿真(HWIL)和成像系统测试及评估的关键技术,随着数字微镜器件的研制成功,应用动态红外景象技术已备受关注。描述了动态红外景象投影技术在仿真和红外成像系统测试中的应用,具体介绍了数字微镜器件的工作原理,讨论了动态红外景象投影系统的关键技术和国内外研究现状。

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.

基于数字微镜器件的计算全息3维显示

为了进一步研究计算全息3维显示的方法,以数字微镜器件为空间光调制器,采用层析法,结合菲涅耳衍射积分算法中的角谱法,探讨了全息图的计算与数字微镜器件参量之间的关系,并利用修正立轴参考光编码的方式,得到了菲涅耳计算全息图。通过对计算全息图进行数值模拟及实验验证,均得到了较好的再现像。结果表明,该方法实现了3维物体的再现,为计算全息3维显示提供了一种有效的方法。

基于数字微镜器件实现共焦测量的结构光参数

虽然采用并行共焦测量提升了共焦测量速度,但系统中的传统光分束器件参数固化后难以适应不同的被测对象。本文利用数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)可产生柔性化结构光的特点,将其作为光分束器件引入共焦测量装置以提升系统对被测对象的适应性。理论分析了DMD的空间调制方法,搭建了DMD的共焦测量装置,研究了DMD结构光参数对共焦测量轴向分辨率、横向分辨率以及图像对比度等指标的影响。实验表明,在光学系统参数匹配的条件下,结构光光点参数越小,测量分辨率越高。同时,利用DMD进行柔性化照明,改善了因光点参数小造成的图像对比度下降的问题。得到的结果为研究基于DMD的跨尺度测量方法提供了研究基础。

数字微镜器件的时空特性

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件,可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上,数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器,在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。本文介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理,分析这种器件的时间空间特性,讨论了这种时空特性对结构照明型三维传感应用的影响。本文还给出了反映这种时空特性的实验结果。

基于数字微镜器件的红外场景仿真系统设计

利用红外场景仿真技术对红外成像系统进行测试已成为各国研究的热点。提出了一种基于数字微镜器件(DMD)的红外场景仿真系统设计方案,对系统设计过程中各个组成部分进行了详细介绍,并对系统的部分性能参数进行了分析,如微镜片的衍射特性、能量转换效率、显示帧频等。最后,结合系统的应用背景和存在的问题,对下一步的研究工作做了展望。

数字微镜器件用于并行共焦显微探测的研究

数字微镜器件(DMD)可以对反射后的光线进行分束,再经过透镜聚光后,能够形成点光源阵列,其中点的大小、间距都可以很方便地控制。相较于传统的微光学器件,DMD具有不可比拟的柔性,而且成本很低。利用DMD构建的数字并行光源可以用于并行共焦显微探测,实验搭建了一条适应于目前测量环境的光路,对比了周期不等的点光源阵列后,得到了在同时满足DMD和CCD的像素要求的前提下,阵列周期越小越能提高测量纵向分辨力的结论。

数字微镜器件(DMD)杂散光特性测试方法及装置

为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行测试。提出了一种杂散光测试方法,并针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统。通过实验得到了2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况。测试结果表明,单个微镜单元中心孔道位置附近反射的能量较强,靠近边缘位置反射的能量则相对较弱。此外,测试区域之外的微镜单元也会反射一部分能量,测试区域内微镜单元杂散光绝对强度最大值出现在中心孔道附近,其灰度值为6.86,紧邻测试区域微镜单元杂散光绝对强度最大值同样也出现在中心孔道附近,其灰度值为4.01,由此可以说明中心孔道位置附近的杂散光较强;测试区域内微镜单元的杂散光相对强度相对较弱,从测试区域边缘开始急剧增大,经过大约两个微镜单元后达到峰值,数值为293.5%,此后开始急剧下降。

基于数字微镜器件的共轴红外双波段投影光学系统设计

基于动态红外景象模拟技术的需求，设计了一个基于数字微镜器件的红外双波段投影光学系统：焦距150mm，相对口径1：2，全视场角为5．3°，工作波段为红外中波（3～5μm）和红外长波（8～12μm）．系统采用共轴式，由三片球面透镜和一个投影棱镜组成，使用Ge、ZnS和ZnSe三种普通红外材料．引入一个二元光学衍射面，使系统具有结构简单、重量轻、成本低等优点．设计结果表明：在截止频率17ly／mm、像距5．6mm时，光学系统的红外中波的调制传递函数接近0．7，红外长波的调制传递函数大于0．5，设计结果接近衍射极限，能够满足红外景象模拟器的总体设计要求．

面向真三维立体显示的数字微镜器件应用研究

数字微镜器件(DMD)专门用于对空间光进行振幅和相位调制。针对DMD特有的MEMS结构和μs级响应速度,提出将DMD作为空间光调制器(SLM)来实现高性能真三维立体显示系统。研究了DMD的工作原理,进行了DMD专用显示控制模块和通用控制算法的设计,实验结果表明:DMD响应速度远远优于振镜,用DMD构建简洁型的真三维立体显示系统,对提高系统处理速度和显示性能是非常有利的。

基于数字微镜器件的朗契检验

将传统的朗契检验原理、数字微镜器件和同位相探测方法结合起来,快速、较高精度地检测球面非球面透镜或大量值波像差。用数字微镜器件作为记录介质,代替普通的照相胶片,实时记录计算全息图。实验时先通过编制的程序,在计算机的控制下,在小数字微镜器件上显示一个光栅图像。然后将此小数字微镜器件放入朗契检验装置中。通过程序让光栅像移动与转动,并相应拍摄一系列朗契图像。最后进行分析计算。它的优点是代替普通的光学光栅和步进电机,并在测试中不要实际地移动与转动光栅。这样去除了因电机移动和光栅转动引起的测量误差,节省了时间。分析了数字微镜器件在光电测试中的应用特性。用同位相探测方法对球面进行了测量与计算,并进行了此球面的波面复原,给出了波像差的二维、三维图。