基于LED光源的微型投影仪照明系统研究

摘要

投影系统自问世以来一直就被认为是实现大屏幕显示的最佳方案,LED光源的应用使得投影系统小型化成为可能,但传统的照明系统并不适用于LED光源,因此设计出简洁高效的LED照明系统是研究微型投影系统中不可缺少的一环。
　　本文对基于LED光源的复眼照明系统、锥棒照明系统以及自由曲面照明系统进行了设计和模拟仿真。通过运用非成像理论对复眼和锥棒系统展开设计和改进,提出了整体复眼结构和阵列锥棒结构,并获得了较好的设计仿真结果。对于自由曲面照明器件,我们是采用直接法进行设计,通过斯涅耳定理以及能量拓扑关系列出微分或偏微分方程,再利用数值计算编程求解自由曲面上的离散点坐标,代入 Pro/E等建模软件生成自由曲面。为了降低工艺难度和制造成本,本文将非连续自由曲面拟合成连续自由曲面,并对其进行仿真分析。
　　通过模拟仿真结果发现,整体复眼照明系统的光能利用率达到了89.2％,目标面上的照度均匀度达到92.1%,并且相比于传统双排式复眼制造成本更低,装配更简单。锥棒阵列器件在结构长度和光效上更有优势,但在照度均匀度上不如单锥棒器件,仅为77.5%。旋转对称连续自由曲面器件在显示芯片上的光能效率达到了62.2%,照度均匀度也高达94.7%,其曲面连续化后的性能也能够满足要求。非旋转对称的连续自由曲面器件在目标照明面上的光效率为71.7%,照度均匀度为72.1%。

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第1章 绪论

1.1投影显示技术简介

1.2 投影显示的现状和分类

1.3 传统照明光源与LED光源

1.4 本论文的主要研究目标和内容

第2章 非成像光学

2.1 非成像光学发展概述

2.2 非成像光学基本理论

2.3 光学扩展量基本理论

第3章 照明系统匀光器件分析

3.1 复眼匀光器件

3.2 锥棒匀光器件

3.3 自由曲面匀光器件

第4章 自由曲面的研究及设计

4.1 自由曲面与光线关系

4.2 自由曲面中的能量守恒定律

4.3自由曲面中的拓扑关系

第5章 利用TRACEPRO对照明光学器件建模及仿真

5.1复眼匀光器件的仿真模拟

5.2锥棒匀光器件的仿真模拟

5.3自由曲面匀光器件的仿真模拟

第6章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果