基于LED光源的微投影光学系统设计

摘要

如今随着科技永无止境的发展,功能已不是人们对投影机的的唯一要求,而今更注重其娱乐性与轻巧性。应运而生的微型投影机设备已成为投影显示行业的主流方向。LED光源技术经过这几年的高速发展和普及,以其高对比度,高稳定性,色彩还原力能力强等特性已经成为目前投影显示设备不可或缺的一部分，设计高效轻量化的LED照明系统是微型投影系统照明部分的重点。本文在对传统照明方案进行理论研究的基础上运用lighttools对基于LED光源的复眼透镜系统、方棒棒照明系统进行了模拟仿真。发现它们并不匹配微投影照明的设计理念，以此提出了一种基本自由曲面透镜的全新的照明方案，通过运用非成像边缘光线理论折射定理以及光源与目标面的能量拓扑关系列出对应的微分方程，再利用matlab计算工具通过数值分析法求解对应的离散点坐标。连接这些离散点形成自由曲面，直接通过lighttools高级建模模块仿真模拟得出合理的结果。
　　根据市场动态需要设计一款适用于TI刚推出的0.47英寸芯片的微投影镜头，在对微型投影仪照明系统进行设计和参数计算的基础上对常规投影镜头的结构类型进行了分析和选择,最后选用了反远距结构性质的镜头。在选择一款合适的专利作为初始结构前提下,应用zemax以及codev软件对投影物镜进行了整合设计与优化,经优化后镜头由7片玻璃（均为常见玻璃）2片塑料（4面非球面）组成，结构简单，紧凑，易加工。投射比0.66：1，即在600mm处投影出44inch的画面，镜头有效焦距6.45mm，F＃：2.1，全视场86°，系统总长46mm，最大口径22mm，在空间极限频率93lp/mm处0.8视场以内传递函数值都超过0.62，边缘视场的传递函数值超过0.43，全视场畸变小于等于2％，垂直色差小于等于0.18μm。

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第一章 绪论

1.1 投影仪系统概述

1.2 投影仪技术分类

1.3 投影仪技术指标

1.4 投影仪传统照明光源与LED

1.5 本文主要研究内容

1.6 本文创新点

第二章 非成像光学

2.1 非成像光学简介

2.2 基于非成像的投影照明理论

2.3 本章小结

第三章 自由曲面透镜照明系统

3.1 自由曲面的构造原理及方法

3.2 准直tir透镜的计算

3.3 圆形转矩形出光面的计算

3.4 产品测试与分析

3.5 本章小结

第四章 投影镜头理论基础

4.1 像差简介

4.2 像差校正和平衡方法

4.3投影镜头的光学属性

4.4 设计思路

4.5 本章小结

第五章 投影镜头的设计

5.1 投影镜头的参数指标

5.2 镜头的优化设计

5.3 设计结果

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的论文及成果