投影顯示系統(tǒng)光學(xué)引擎研究.pdf

1、基于空間光調(diào)制器的投影顯示技術(shù)具有高亮度、高分辨率、數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn),近幾年得到了飛速發(fā)展,具有非常誘人的市場前景.隨著數(shù)字電視和高清晰電視(HDTV)標(biāo)準(zhǔn)的確立以及DMD和LCoS等空間光調(diào)制器技術(shù)的成熟,投影顯示技術(shù)具有更加廣泛的應(yīng)用前景.投影顯示系統(tǒng)的光學(xué)引擎,是系統(tǒng)的主要組成部分,并且直接影響到系統(tǒng)的最終性能,因此實(shí)現(xiàn)光學(xué)引擎的光學(xué)總體設(shè)計(jì)是這一系統(tǒng)的關(guān)鍵.本文分析和研究的出發(fā)點(diǎn)是大屏幕投影顯示的應(yīng)用研究,主要工作集中于照明系統(tǒng)的設(shè)

2、計(jì)和光學(xué)引擎的建模分析,通過仿真模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)系統(tǒng).針對光學(xué)引擎的特點(diǎn),運(yùn)用非成像光學(xué)理論方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析,借助于非成像光學(xué)中光學(xué)擴(kuò)展量(Etendue量)作為光通量的描述,采用光學(xué)擴(kuò)展量表征系統(tǒng)的光能利用率,分析了系統(tǒng)光學(xué)擴(kuò)展量的變化與光能利用率的關(guān)系.在深入分析設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上,使用ZEMAX、LightTools等軟件實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、高光能利用率、高均勻性的偏心的蠅眼透鏡陣列設(shè)計(jì),在0.9英寸TFT-LCD面板的投影

3、儀上已經(jīng)被商業(yè)應(yīng)用,達(dá)到了廠家的技術(shù)指標(biāo)要求.同時設(shè)計(jì)了基于DMD照明的具有傾斜透鏡單元的方棒照明系統(tǒng).分析了光線經(jīng)方棒和復(fù)眼透鏡后的光學(xué)擴(kuò)展量的變化,從而為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)提供了有益的分析和指導(dǎo).在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提出了反光碗的改進(jìn)設(shè)計(jì),提出了半橢球型、橢球雙曲二次成像型、雙拋型和雙軸雙拋型照明模型.仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高Etendue效率的照明,在0.5~0.7英寸SLM的投影顯示中有潛在的應(yīng)用價值.對分色合色分系統(tǒng)和投影鏡頭分系統(tǒng)設(shè)

4、計(jì)進(jìn)行了初步研究,結(jié)合二向色濾光片分色合色系統(tǒng),利用LightTools軟件的照明模塊實(shí)現(xiàn)了投影顯示系統(tǒng)的顏色特性分析.對SCR色輪分色合色系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)、膜系、光能利用率和Etendue量幾個方面進(jìn)行了研究,并提出了改進(jìn)設(shè)計(jì).結(jié)合反遠(yuǎn)距型物鏡光學(xué)設(shè)計(jì)基本理論,及大視場光學(xué)系統(tǒng)像面照度理論,對光學(xué)引擎中的投影鏡頭設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了投影鏡頭的設(shè)計(jì),滿足了光學(xué)引擎的總體指標(biāo)要求.最終實(shí)現(xiàn)了光學(xué)引擎的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、建模及評價,并給出了三種光