基于LED的DLP投影显示光学引擎研究

摘要

投影显示由平面图像信息控制光源,利用光学系统和投影空间把图象放大的一种显示装置。它具有高亮度、高分辩率、数字化等特点,在教学、演示、娱乐等方面有广泛的市场和应用前景。 在投影显示系统中,光学引擎是系统中主要组成部分,它直接影响到系统的最终性能,因而实现光学引擎的光学总体设计是这个系统的关键,投影显示的光学引擎设计包含照明系统和成像投影物镜两大部分。 投影机照明系统在其发展中一直受光源问题的困扰,新型光源LED相比于传统的光源,具有了高亮度、无红外辐射、器件小、功耗低、寿命长等特点,满足了投影机对光源高光通量输出的要求。 本文首先介绍了投影仪的行业概况与分类,比较了目前基于LED的四种主要微显示投影技术:CRT阴极射线管投影机、LCD液晶投影机、LCOS反射式液晶投影、DLP数字光学处理器；阐述了非成象的光学原理,包括光学扩展量(etendue)原理及照明系统的能量利用率问题；介绍了高亮度LED的发展,结构特性,并结合Luminus生产的高亮度LED进行了性能测试； 针对光学引擎的特点,运用非成像光学理论方法、光学扩展量étendue作为光通量传递描述,分析了系统光学扩展量与光能利用率的关系,并在此理论基础上,结合LED的特性和两款DLP的DMD投影显示芯片:HD2和XHD5,运用Zemax的优化功能和Tracepro计算机软件的模拟与仿真照明,设计出高效率高均匀度的DLP投影系统,已满足了投影显示市场的商业要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章：绪论

1.1投影显简介

1.2投影显示光学系统结构

1.2.1 LCD液晶投影技术

1.2.2 LCOS液晶硅投影技术

1.2.3 DLP投影系统成象原理

1.2.4 PWM色彩调制

1.2.5 DLP投影系统结构

1.3 LED的投影发展现状

1.3.1单个基于LED的投影系统

1.3.2基于LED的LCD投影系统

1.3.3基于LED的LCOS投影系统

1.4论文研究内容和意义

1.4.1论文研究内容

1.4.2论文研究意义

第二章：非成像的光学理论

2.1非成像的基本理论

2.2光学扩展量

2.3光学扩展量和光能利用率

第三章： LED光源特性分析

3.1 LED光源特点

3.2 LED的检测标准

3.2.1 LED的检测标准参数

3.2.2 LED的检测结果

3.3 LED的仿真测试

第四章：基于HD2+的DLP光学引擎的设计

4.1 DLP投影系统的组成

4.2 DLP投影显示的设计参数

4.2.1照明系统的设计指标

4.2.2投影物镜设计目标要求

4.3蝇眼均匀照明系统

4.4 HD2+的DLP光学引擎结构设计与仿真

4.4.1 HD2+的DLP光学引擎设计指标

4.4.2 HD2+的DLP光学引擎结构

4.4.3 HD2+的DLP光学引擎系统仿真

第五章：XHD5的DLP光学引擎的设计

5.1 XHD5的DLP光学引擎设计指标

5.2光学扩展量的传递

5.3积分光棒均匀照明系统

5.3.1光棒的工作原理

5.3.2光棒与光能量利用

5.4 XHD5照明系统设计方案

5.5 XHD5的DLP投影物镜的设计

5.5.1投影物镜的设计目标要求

5.5.2投影物镜的设计结构

5.5.3设计结果及分析

第六章：小结与展望

参考文献

附录发表论文和科研情况说明

致谢