基于LCOS光学变焦系统研究

【摘要】：光学变焦系统被广泛应用在目标探测、视频监控、电子设备、跟踪等领域。为了改变变焦系统的放大率,光学变焦系统采用机械式变焦方法,通过精密地机械调节多组透镜组件之间的相对位置来实现变焦功能。但是为了保持像面位置不变,机械式变焦系统要求透镜组件的相对移动位置精确,这对变焦系统的机械构造和精密程度的要求都要很高,导致了系统的体积大,成本高,响应速度慢等诸方面的缺点。随着光学技术和电子技术的发展,将非机械调制的主动光学元件(如空间光调制器)应用到光学变焦系统中,以便构建一种体积小、成本低、响应速度快的光学变焦系统,成为当前相关研究和应用领域的一个关注点。 液晶空间光调制器作为一种新型的主动光学元件,是目前唯一能实时对入射光波同时进行振幅、频率、相位和偏振态调制的器件。随着液晶技术的快速发展,电寻址的液晶装置LCD被广泛用作振幅调制的显示装置,进一步,对液晶空间光器件用于相位调制及相关的应用也开始引起了关注。LCOS(硅基液晶)将平板显示技术与硅芯片技术嫁接起来,由此同时从两种技术中获得益处；特别是在实现高分辨率和相位调制上有潜在的优势。LCOS通过将计算与光学器件相结合,对输入光进行相位调制,可以实现数字透镜的功能。构建基于LCOS的光学变焦系统,替代机械光学变焦的功能,具有可编程性、高分辨率、轻便、体积小、制作成本低等方面的优点。 本文主要研究工作及成果总结如下： 1.根据透镜的相位变换原理,把LCOS的相位调制特性和计算LCOS的思想结合起来,提出一种基于LCOS实现数字透镜的计算方法,并得到数字透镜的相位调制图。 2.搭建一套验证LCOS具有数字透镜功能的实验验证系统。将得到的数字透镜的相位调制图加载在LCOS上,验证了其正确性。 3.讨论了光学变焦系统焦距和横向放大率与数字透镜焦距的关系,搭建分别在激光光源和LED光源照射下的基于LCOS光学变焦的实验验证系统。验证LCOS实现数字变焦透镜的功能这一方法的可行性。