收藏本站
《浙江大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

投影显示照明光学的理论和实验研究

陆巍  
【摘要】: 当今科技的日益兴盛,越来越多与光学相关的新技术和新应用开始需要照明光学来为其提供支持,例如半导体光刻、背光和投影显示技术等等。这些技术的设计应用,遭遇了照明光学的最基本问题,即如何高效率地获得一个具有预期性能的照明光斑。在投影显示中,由于显示芯片都为4:3或16:9的矩形,因此照明光学在投影显示照明设计中的基本命题归结为:如何高效率地获得一个矩形的均匀光斑。 照明光学近年来逐渐受到广泛关注的一门古老学科,它的特点是研究内容包罗万象,但设计理论的系统性不强。它包容传统的成像概念,又有别于成像光学,属于非成像光学范畴。因此本文通过对非成像光学研究,试图以更宽广的视角回答投影显示照明光学设计的基本问题,归纳其内在规律,并试图提出新思路以应对投影显示小型化的发展趋势。 本文首先回顾了非成像光学理论的基本内容,并说明与成像光学的不同之处,然后在深入调研各种非成像光学器件的基础上提出实现矩形光斑均匀照明分布的两种方法——重叠(superposition)和剪裁(tailoring)。并由此得出——现阶段投影显示系统的照明设计其实都围绕“重叠”这种方法——的事实。三片式LCD系统中采用了光束空间叠加的方法,而DLP系统则运用了光束的角域叠加方式。这既是投影照明系统的演变历史决定,又是实际工程化的选择。 本文第二部分针对重叠方法,选择了最具代表性的双排复眼照明系统作为研究对象。为了深入研究该系统的特点,首先建立了光源lumens-étendue模型,并通过该模型指出发光弧长越短,单位光学扩展量下光源能量输出效率越高的特点。其次建立了双排复眼照明系统的étendue模型,并以该模型分析复眼与光源,与显示芯片的扩展量匹配能力及能量传递效率。然后借助光源模型推得复眼上的照明光束的lumens-étendue模型,并以此研究了复眼空域叠加的工作方式——不同行列数的复眼结构引入的光束分割方式和分割数目对照明均匀性的影响,说明存在一个最佳值用以平衡性能及工艺的矛盾。再次,考虑到复眼照明系统的孔阑离散性的特点,建立投影物镜离散入瞳模型,研究了该特性对投影物镜MTF的影响。结果表明,入瞳的这种离散性造成Zemax等光学软件设计高分辨率投影物镜时MTF值被低估,给未来的成像镜头设计予以有益的指导。最后,在理论研究的基础上,设计并制造了一台高亮度三片式LCD投影显示系统,给出了双排复眼照明系统及变焦投影物镜的设计结果。该系统能量利用率约为17%,输出亮度达到3119流明(Lumens)。屏幕均匀度在93%以上。项目经过鉴定会专家鉴定,一致认为达到了国际先进水平。 为了顺应投影显示的小型化发展及高亮度LED的运用,本文第三部分基于空域叠加的方法,提出并设计了一种新颖的反射式复眼照明系统。通过对系统设计方法的讨论和软件模拟,证明该系统以提高器件工艺复杂度为代价有效缩减了系统尺寸,同时维持良好的光学性能。 “剪裁”方法给了投影显示照明系统设计的新思路。本文最后部分通过推导联系光源发光特性和被照明面照度分布的二次非线性偏微分方程,详细研究了逆向设计三维自由曲面反光碗的算法,并分析了该算法的适用条件,给出了设计实例,证明以“剪裁”法设计的三维自由曲面反光碗具有体积小巧、高能量利用率和高照明均匀性等特点。 文章最后对整个课题进行了总结,并提出了今后需要进一步研究和发展的方向。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O439

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王艳;李海峰;徐熙平;;双灯投影机方棒照明系统的设计[J];浙江大学学报(工学版);2011年02期
2 李澄;李农;;一种产生矩形光斑的LED均匀照明系统设计[J];照明工程学报;2010年06期
3 王国贵;高益庆;肖孟超;罗宁宁;王彬;万军;;紫外LED光刻光源系统的研究进展[J];照明工程学报;2013年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 胡宜宁;小型动态星模拟器技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
2 卢海平;空间目标视景模拟器技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 高慧芳;LED照明颜色序列型LCoS微型投影仪设计[D];浙江大学;2011年
2 李忠江;高分辨率LCOS光学引擎的光学系统设计[D];南京理工大学;2011年
3 王艳;基于DLP的双灯投影显示系统研究[D];长春理工大学;2010年
4 黄莉;基于数字微镜投影光固化快速成形光学系统设计[D];华中科技大学;2009年
5 刘旖;微投影仪的照明光路设计[D];电子科技大学;2012年
6 施旭;激光混合光源DLP投影光引擎的开发[D];上海交通大学;2012年
7 屈碧香;基于RGB三色LED光源照明的DLP投影系统光路设计[D];浙江大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 田志仁;投影显示发展近况(上)[J];光电子技术;1995年04期
2 田志仁;投影显示发展近况(下)[J];光电子技术;1996年01期
3 张增宝,翁志成,丛小杰,张新,常军;液晶背投影电视中蝇眼透镜阵列照明系统的设计[J];光学精密工程;2002年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 艾曼灵;大屏幕投影显示发展动态及新体制新技术研究[D];浙江大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 解庆红,黄文旵,贺蕴秋;掺镧的锆钛酸铅透明陶瓷材料在平板显示器上的应用[J];玻璃与搪瓷;2000年06期
2 刘旖;林祖伦;祁康成;王小菊;芮大为;沈匿;;基于LED光源的单片式DLP照明系统设计[J];光电工程;2011年09期
3 田志仁;平板显示技术的最新进展[J];光电子技术;1996年04期
4 何晓敏;郭华福;;一种应用于LCoS光机的复眼照明系统仿真设计[J];光学与光电技术;2008年06期
5 蒋炳炎;沈龙江;罗建华;翁灿;;微特征结构对导光板翘曲变形的影响[J];光学精密工程;2007年02期
6 郑建洲;于清旭;关寿华;;正交光楔列阵光学系统的小尺度不均匀性[J];光学精密工程;2009年01期
7 周杰,林宇翔,周平,李海峰,刘旭;改进宽银幕投影显示照明系统的设计方法[J];光学学报;2005年02期
8 王蔚生,姜维,窦晓鸣;用于投影机的发光二极管照明单元[J];光学学报;2005年06期
9 王蔚生,窦晓鸣,黄维实;液晶投影机光棒照明系统的分析与设计[J];光学仪器;2004年04期
10 王瑜;沈永财;李湘宁;樊露青;;一种适用于CPV的太阳模拟器的光学结构与分析[J];光学仪器;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 杨铎;聚合物熔体表面效应与平板微器件的注塑成型研究[D];大连理工大学;2011年
2 贺银波;基于晶体双折射的宽角度偏振干涉滤光片理论、实验及其应用[D];浙江大学;2004年
3 陈晓西;衍射显示的研究[D];浙江大学;2008年
4 孙旭涛;应用自由曲面的超薄投影显示系统理论和实验研究[D];浙江大学;2008年
5 丁毅;自由曲面光学器件的设计及其在照明系统中的应用[D];浙江大学;2009年
6 卢海平;空间目标视景模拟器技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
7 侯佳;基于畸变校正的成像自由曲面光学设计[D];浙江大学;2013年
8 李宗涛;集成式LED多芯片封装的设计与制造[D];华南理工大学;2013年
9 吕伟振;大屏幕超薄投影显示技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董冰;微型投影光学系统设计[D];长春理工大学;2011年
2 刘昆;CF-LCoS投影光引擎杂散光分析、散热设计及测试[D];浙江大学;2012年
3 艾曼灵;大屏幕投影显示发展动态及新体制新技术研究[D];浙江大学;2001年
4 周平;液晶投影仪照明系统的研究[D];浙江大学;2004年
5 邱胜根;数字图像处理技术在投影显示三色会聚中的应用研究[D];浙江大学;2004年
6 殷明;铁电阴极电子发射原理及实验现象研究[D];清华大学;2004年
7 魏永毅;液晶电光非线性效应校正技术研究[D];浙江大学;2005年
8 楼依帆;液晶背投显示三色会聚系统的研究[D];浙江大学;2006年
9 沈默;LED投影显示照明系统研究[D];浙江大学;2006年
10 郝玮;超薄型背投影显示系统的设计与研究[D];浙江大学;2006年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕勇,郑臻荣;方棒照明系统的光学扩展量传递分析[J];北京航空航天大学学报;2004年06期
2 安桂芳;张国玉;苏拾;贺晓雷;吕文华;;利用光学积分器提高太阳模拟器辐照均匀性的分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年01期
3 尤超蓝,洪嘉振;空间交会对接过程的动力学模型与仿真[J];动力学与控制学报;2004年02期
4 邹静娴,吴荣治;数字光处理(DLP)投影系统[J];电视技术;2003年04期
5 杨金元;LCoS技术及其应用[J];电视技术;2004年07期
6 彭毅;邢廷文;张雨东;张明勇;;激光电视实时颜色校正方法研究[J];电视技术;2007年04期
7 赵汉鼎;;LCoS投影显示现状与我国LCoS产业的发展[J];电视技术;2007年11期
8 陈劲松;;数字微镜工作原理与应用[J];电子技术;2006年06期
9 代永平 ,王隆望;LCoS(硅基液晶)显示屏设计与应用[J];电子技术应用;2002年06期
10 龙辉;LCOS——新一代投影显示技术[J];电子世界;2003年07期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 严奕;刘石神;张涛;;LED与光纤耦合技术研究[A];上海市照明学会成立30周年庆典暨四直辖市照明科技论坛、长三角照明科技论坛、上海市照明学会2008年年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王晓东;大视场高精度星敏感器技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
2 张增宝;投影显示系统光学引擎研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
3 周杰;反射式投影显示光学系统的理论分析和应用研究[D];浙江大学;2005年
4 甄艳坤;LCOS微投影显示中照明系统的研究和设计[D];浙江大学;2007年
5 李晓光;紫外光刻仿真及掩模优化设计研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 赵阳;深紫外光刻复杂照明光学系统设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
7 胡宜宁;小型动态星模拟器技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘昆;CF-LCoS投影光引擎杂散光分析、散热设计及测试[D];浙江大学;2012年
2 徐晓云;卫星轨道姿态动力学仿真软件平台研究与开发[D];清华大学;2002年
3 张文明;小型星模拟器的研制方法和研制技术[D];电子科技大学;2003年
4 沈华;LCD投影系统光学引擎色度光度品质分析与研究[D];南京理工大学;2005年
5 胡海蕾;LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究[D];福建师范大学;2005年
6 蓝朝桢;近地空间环境三维建模与可视化技术[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
7 潘平;单星模拟器数字光源研制技术[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2005年
8 沈默;LED投影显示照明系统研究[D];浙江大学;2006年
9 陈杰;光固化快速成型工艺及成型质量控制措施研究[D];山东大学;2007年
10 柴海峰;DLP投影显示系统无缝拼接的研究[D];兰州大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 刘峰;黄镇;陈丽;龙威;陈家森;;基于LED的均匀照明投影光路设计[J];广东工业大学学报;2012年03期
2 王巍;梁立君;;实现LED道路照明矩形光斑的方法[J];电工技术学报;2013年S2期
3 郑茹;张国玉;高越;孙高飞;高玉军;;基于LCOS拼接技术的动态星模拟器光学系统设计[J];仪器仪表学报;2012年09期
4 黄锦胜;邓华秋;;通过LED路灯自由曲面设计实现均匀照度的环形光斑[J];照明工程学报;2013年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 卢海平;空间目标视景模拟器技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
2 赵学进;面向增材制造的模型重建方法与成型工艺研究[D];山东大学;2013年
3 张建忠;红外双波段视景仿真器光学系统的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
4 吕伟振;大屏幕超薄投影显示技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 张宁;LED面光源均匀化设计[D];南京信息工程大学;2012年
2 彭伟伦;激光投影机电路控制系统研究[D];华东师范大学;2012年
3 黄明;基于ARM的投影式光固化快速成形网络控制系统研究[D];华中科技大学;2012年
4 贺臻;DLP手持微型投影机的散热设计改进及验证[D];上海交通大学;2013年
5 施旭;激光混合光源DLP投影光引擎的开发[D];上海交通大学;2012年
6 王国贵;紫外LED光刻光源系统的研究与设计[D];南昌航空大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 朱昌昌;数字式微镜器件(DMD)投影显示简介[J];光电子技术;1995年03期
2 田志仁;投影显示发展近况(上)[J];光电子技术;1995年04期
3 田志仁;投影显示发展近况(下)[J];光电子技术;1996年01期
4 黄河楫,P.W.Cheng,郭海成,王军;高分辨率硅上液晶SXGA投影显示[J];现代显示;2000年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘劲松;方梁;;激光投影显示的核心技术——多晶格激光屏的设计[J];安徽科技;2005年12期
2 于兴杰,郭海成;WGP偏振片在投影显示中的应用研究[J];液晶与显示;2004年04期
3 陈泽祥,王军,成建波,林祖伦,曹贵川;一种YAG投影管及投影显示系统(英文)[J];强激光与粒子束;2000年01期
4 姚李英,易葵,杨健,汤兆胜,邵建达,范正修;应用于投影显示系统的偏振分光镜的设计和制备[J];光学学报;2002年09期
5 邱胜根,周杰,刘旭,李海峰,魏欣,徐咏;阵列像素器件投影显示系统中自动对焦评价函数研究[J];光学学报;2004年04期
6 周杰,林宇翔,周平,李海峰,刘旭;改进宽银幕投影显示照明系统的设计方法[J];光学学报;2005年02期
7 赵星;方志良;母国光;;LED投影光源的色度学特性研究[J];物理学报;2007年05期
8 安凯;凌志华;;用于三片式数字光处理投影显示的新型分色结构[J];液晶与显示;2007年02期
9 孙吉勇;黄尚廉;张洁;张智海;王宁;;二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验[J];光学学报;2008年06期
10 陶奇;徐海松;邹文海;余培英;;投影显示亮度均匀性稳健校正方法[J];光学学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王玉荣;孙玉宝;宋刚;王洪君;张行愚;连洁;;激光投影显示光机系统的研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 刘红;那柏林;刘锦高;刘卫东;王蔚生;;三片式LCOS激光投影显示中复合散斑的抑制[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 陆巍;郑臻荣;顾培夫;管爱枝;;投影光路中二向分色镜工作状态的理论分析[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
4 张新;张增宝;翁志成;丛小杰;冯树龙;;用于投影显示的SCR色轮系统设计[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
5 王琼华;马孜;陈瑞改;辛燕霞;赵仁亮;;CRT投影显示中微腔荧光屏的研制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 王自强;姜宏;郎明;;等离子显示屏基板玻璃的研制[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
7 戴晨光;张永生;;基于遥感影像的三维景观立体投影显示技术研究[A];立体图象技术及其应用研讨会论文集[C];2005年
8 吴景泉;刘俊;张晓刚;柳大烈;袁继龙;胡俊峰;;三维螺旋CT重建对下颌骨缺损修复的指导意义[A];第4届中国美容与整形医师大会论文汇编[C];2007年
9 李敏;;现代信息技术与高中语文课堂教学整合——《黄鹂》教学设计[A];全国教育科研“十五”成果论文集(第二卷)[C];2005年
10 李耀棠;张世超;吴卫丹;黄泽文;范少武;黄云;徐文;陈洁芸;;一种基于高分辨率DMD的空间光调制器及其应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;SONY展示高分辨率投影显示系统[N];计算机世界;2004年
2 辽宁 王新国;投影显示异常现象的解决[N];电脑报;2002年
3 辽宁 王新国;投影显示异常的解决[N];电脑报;2003年
4 冠烈;让投影显示更稳定可靠[N];计算机世界;2004年
5 本报记者 郭见洌;“拼接”吗?看我的![N];计算机世界;2002年
6 黄河;嵌入式微型投影显示技术前景广阔[N];中国电子报;2008年
7 中国软件评测中心媒体测试部;无需电脑 独立投影[N];中国计算机报;2008年
8 万林;3M:用微型投影改变视听生活[N];电子资讯时报;2008年
9 惠淙;行业需求催生服务牌[N];政府采购信息报;2005年
10 赵汉鼎;并非落后!MD乃第三代显示技术[N];中国电子报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕伟振;大屏幕超薄投影显示技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
2 李海峰;液晶光阀及其在大屏幕投影显示中的应用[D];浙江大学;2002年
3 张增宝;投影显示系统光学引擎研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
4 孙鸣捷;微型投影显示系统中混合光源照明技术和激光散斑消除技术的研究[D];浙江大学;2010年
5 张智海;基于MOEMS技术的光栅平动式光调制器阵列若干关键技术研究[D];重庆大学;2008年
6 孙吉勇;MEMS光栅光调制器阵列及投影显示系统的光学分析和实验[D];重庆大学;2008年
7 史玲娜;基于LED照明的MEMS光栅光调制器的光学投影系统分析与设计[D];重庆大学;2009年
8 杨凤和;DLP技术及其投影显示应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
9 陆巍;投影显示照明光学的理论和实验研究[D];浙江大学;2006年
10 孙旭涛;应用自由曲面的超薄投影显示系统理论和实验研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周玉法;激光投影显示光机的实验研究[D];山东大学;2012年
2 郭冰鉴;基于互联网的多投影显示系统软件架构与实现[D];复旦大学;2011年
3 邱胜根;数字图像处理技术在投影显示三色会聚中的应用研究[D];浙江大学;2004年
4 彭晨晖;投影显示用高亮度RGB LED光源及照明系统研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
5 彭龑;多投影显示系统的实现和测试[D];浙江大学;2013年
6 陈卫斌;投影显示系统偏振分析及偏振器件研究[D];浙江大学;2005年
7 李勇;激光投影显示光色性能高精度测量系统[D];华东师范大学;2011年
8 贾奇;基于多窗口管理的多投影显示系统[D];复旦大学;2010年
9 王艳;基于DLP的双灯投影显示系统研究[D];长春理工大学;2010年
10 罗璇;基于嵌入式结构光的多投影显示系统[D];复旦大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026