浅谈光机电一体化的三维显示技术学生专业班级学生姓名（学号）秦腾腾（03）授课教师W完成时间2015年3月12 H2015年3月12 日摘要光机电一体化仪器是光学、机械、电了三个领域的结合，使仪器的性能更加提高。随着激光、光纤、微电子、计算机、高分子化学、软件等技术的发展，光机电一体化仪器将层出不穷。制造光机电一体化仪器的企业，将扩大到其他各行齐业，不局限于原来的光学行业。关键字：光机电一体化、仪器、发展方向_x 前言三、光机电一体化的特点33. 1多层次，覆盖面广3. 2结构简化，方便操作3.3精度提高，功能增加3.4高可靠性，高稳定性和高使用寿命3. 5开发上的知识密集性3. 6综合性与系统性四、光机电一体化技术4. 1机械技术4. 2计算机与信息技术4. 3系统技术4.4自动控制技术4. 5传感检测技术4. 6伺服传动技术五、现代科学仪器和装置85.1光电平印装置5. 2三维显示5. 3平视显ZF器六、计量仪器和传感器96.1波导型传感器6. 2纳米级计量及控制6. 3半导体激光计量6. 4在线加工计量10七、发展方向7.1数字化7.2智能化7.3网络化7. 4人性化7. 5微型化7. 6模块化八、光电信息装置在信息领域研究动向138. 1显示8. 2信息处理8. 3光存储8.4图像处理九、光电显示技术159.1阴极射线管9. 2液晶显示9. 3等离子体显示9.4电致发光18十、结言一、前言光机电一体化技术是由机械技术与激光一微电子等技术揉合融汇在一起 的新兴技术。它与传统的机械产品比较，有很大的不同。光机电一体化是一 门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术 与机械技术结合而成的综合性高技术。其各个组成部分如机械技术、微电子 技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模 拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合 有严格的耍求，这就需耍取长补短，不断向理想化方向发展。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰 当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产 品一旦实现光机电i体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生 产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的 相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面: 光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品, 具有丰富的功能和很高附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品 得以实现、使用和发展的技术。光机电一体化技术是由光学、光电子学、电子信息和机械制造及其他相关技术交叉与融合 构成的综合性高新技术，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它丰富和拓宽了光 机电一体化技术的内涵和外延。三、光机电一体化的特点3.1多层次，覆盖面广光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之 中，而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔 性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件 连续自 动热处理生产线，到各种现代高速重型机械口动化生产线等，光机电一体化技术都有不同 层次、覆盖而很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电 一体化单机产詁(设备)，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附 加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还 可发展机电融合型的高级产品， 成为前所未有的新一代产品。3. 2结构简单方便操作光机电一体化技术可为过去依靠机械传动链连接的各个相关动作部分，改为多台电机 独立驱动，或使用电力电子器件，或使用电子电控装置进行相关动作控制来实现。因此, 机械结构大大简化，甚至使有些机械结构脱胎换骨，产生了质的变化。光机电-体化技 术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的 工作方式，能以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置 或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控 制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统(FMS)等。有些光机电一体化装置，可实现操作 全自动化，如工业机器人、印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系 统，还可通过被控对象的数学模型以及根据任何吋刻外界各种参数的变化情况，随机自寻 最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微 机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统、智能机器人等。3. 3精度提高，功能增加光机屯一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损及配合间隙等所引起的动作 误差大大减小，同吋由于采用了电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可 通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因索造成的误差，又 可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。 因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，使 产殆面貌发生巨大变化，电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集 及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通 过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功 能内容的确定和变化趋“软件比”和“智能化” O3.4高可靠性，高稳定性和高使用寿命传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误 差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的声响（噪声），这显然影响装置的寿命、稳 定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少， 像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低, 从而提高了产品的可靠性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自 诊断功能。3. 5开发上的知识密集性研制开发光机电一体化产品往往要涉及许多学-科和专业知识，如数学、物理学、化 学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和 计算机科学等多门学科以及各门类的专业知识。比如，人们很熟悉的静电复印机、彩色印 像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。设 计这类产品的工程技术人员对自身的知识结构提出更新更高的要求。现代化的技术更需要 现代化的人才来掌握和开发它。需要发挥多种功能的先进设备、必然要赋予它多种知识 和智慧。开发光机电一体化产站有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技 术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，使 具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而 造福于人民，有利于国家。3. 6综合性与系统性光机电一体化是一门跨学科的边缘科堂，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、 信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。这种多种技术的综合及多个部分的纽合， 使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分如机械 技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模 拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要 求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。其结果使原来各种技术扬长避短，更趋 于合理。四、光机电一体化技术4.1机械技术机械技术是机屯一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机屯一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重 量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中, 经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成 新一代的机械制造技术。4. 2计算机与信息技术其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络 技术均属于计算机信息处理技术。4. 3系统技术系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统H标出发，将总 体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统 各部分有机连接的保证。4.4自动控制技术其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控 制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、口诊断校止、补偿、再现、检索 等。4. 5传感检测技术传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、动调节的关键环节。其功能越 强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严 酷环境的考验，它是机屯一体化系统达到高水平的保证。4. 6伺服传动技术包括电动、气动、液床等各种类型的传动装置，伺服系统是实现屯信号到机械动作的 转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。五、现代科学仪器和装置5.1光电平印装装置集成屯路图样哂贩时，作为光源采用受激准分子激光器。在掩模基板上相位移动 180。后利用光振幅干涉。互相抵消产生零的部分，可以转印出高对 比的图案2. 5光化学 气相沉积（CVD）装置这是用紫外线和激光照射吋，在原料气体中，产生游离。在低温下 形成薄膜的装置。现在是在研究中，将会早期实用化。5. 2三维显示三维显示利用全息技术的动态图象的三维显示，令人注Fl特别是利甩这种技术的全 息电影和全息电视的展开有很大希望。5. 3平视显示器平视显示器飞机的领航员和汽车驾驶员前进中，如实观察前方时。还要能读取各种仪 器的显示 这是利用全息图的特殊分束装置 今后也许会在汽车上得到应用。六、计量仪器和传感器6.1波导传感器波导型传感器H前国际上光纤传感器在温度、丿玉力、振动、变位等许多计量传感器小 已经进行了实用化研究作为将来的技术，在基底上形成的波导元件的研究弓f人注且。 波导元件分成两类，-类是在基板的厚度方向丄封人光的平板型波导，另一类是在基板的 横向封人光的淘漕型波导在平板型波导元件中。可以内含有光栅、透镜、可以应用于集 成型拾光器、光谱仪和检偏镜。淘漕型波导中由于光在纵、横两个方向封人，波而信息消 失。这种沟漕型波导可用于不需要波面信息的多普勒速度计、激光扫描微分干涉显微镜等。6. 2纳米级计量及控制纳米级计在纳米级计量中，有平印线宽测定中位置重合精度为4rim的光外差检出系 统以及用原子R度为基准的晶格（即硅的完美的晶体）切出的三块平行晶板制成的x线干 涉仪。可以进行八级（二0. 1纳米或二10。米）的超高精度的横向变位测定。6. 3半导体激光计量半导体激光计量在半导体激光计量中，有相位移干涉仪和频率调制干涉仪等二所谓相 位移干涉仪是在双光束干涉的2个光束Z间。可 切换成3个等级，产生柑位差来测定光 的强度，通过计算求出相位，达到高精度化。所谓频率诵制干涉仪，就是调制半导体激光 器的频率，达到高精度测量的干涉仪。还有，把干涉条纹的光强度反馈给半导体激光器的 注入电流，使相位差锁定的相位锁定干涉仪可以用于光纤温度传感器。此外，半导体激光 器的共振腔与外部的反射镜和散射体构造复合共振器后，半导体激光器的输出会发生变 化。这是众所周