收藏本站
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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20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
11 沈默;李海峰;陆巍;刘旭;;用于LED照明的反射型复眼设计方法[J];光子学报;2006年01期
12 ;红绿蓝激光发射“合成”白色激光[J];光机电信息;2008年09期
13 许祖彦;;大色域显示——新一代显示技术[J];物理;2010年04期
14 史玲娜;潘英俊;董光先;;基于光栅光调制器的投影物镜设计[J];光学学报;2010年11期
15 赵星;方志良;崔继承;张新;母国光;;微型投影机光学引擎的研究[J];光学学报;2007年05期
16 邹静娴,吴荣治;数字微镜器件(DMD)[J];液晶与显示;2003年06期
17 赵星;方志良;宋丽培;母国光;;数字光处理背投电视色度学特性的研究[J];光子学报;2007年02期
18 徐昆贤;一种校正三级球差的二元全息图投影显示屏幕系统[J];中国激光;1981年12期
19 孙文军;张梅恒;尹燕宗;孟中;;DMD微投影显示的LED光学引擎设计[J];光学技术;2009年05期
20 张增宝,张新,翁志成,丛小杰,冯树龙;用于投影显示的匀光杆照明系统设计[J];发光学报;2004年05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
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978