光纤传输LED微投影照明光学系统设计

摘要

随着显示技术的飞速发展，投影显示在显示领域扮演着重要的角色。微型投影仪由于具有体积小、方便携带、显示画面大的优点，在投影显示的市场中迅速崛起，目前微投影显示已经成为了显示方向的热门领域之一。由于市场的高度评价与认可，对微型投影仪的要求越来越高。除了需要进一步缩减系统体积，如何提高光能利用率和照明光斑的均匀度是微型投影显示在发展中面临的难题。针对上面问题，对微型投影显示照明光学系统的研究和设计是解决问题的关键所在。论文中，照明光学系统设计选用LED(Light Emitting Diode)作为照明光源，DMD(Digital Micro-Mirror Device)为显示芯片，光纤作为传光、匀光元件，以几何光学、非成像光学等理论基础上，经过理论上的计算论证，采用光学仿真软件Tracepro作为辅助设计工具，设计并实体建模仿真了单锥形光纤照明光路系统、多锥形光纤组合照明光路系统和CPC(Compound Parabolic Concentrator)型光纤组合照明光路系统。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了微型投影仪的发展现状、趋势和研究的意义，阐述了投影显示的原理和结构，分析比较了几种常见的微投影显示技术，最后给出了微投影显示的评价参数。⑵分析了LED的光学特性，引入非成像光学理论，特别阐述了光学扩展量在光学设计中的应用，深入讨论了LED与DLP(Digital Light Processing)相结合的微投影显示系统的优劣。⑶提出了三种微型投影显示系统照明方案，分别为单锥形光纤照明方案、CPC型光纤组合照明方案、多锥形光纤组合照明方案。使用仿真软件TracePro对几种照明方案模型进行了仿真，主要针对照明光斑形状、照明光斑均匀性、发散角度、光能利用率和简化系统结构等方面进行探索研究。⑷根据仿真结果，对具有较好性能的照明光路系统进行了加工和实物测试，得到测试数据后与仿真结果相比较，检验设计的成果。

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第一章 绪 论

1.1 微投影技术的研究现状和发展态势

1.2 投影机的原理和结构

1.3 微投影机光源的选取

1.4 微投影显示技术分类

1.5 微投影显示性能评价参数

1.6 论文的研究意义和结构安排

第二章 微投影照明光学系统设计理论基础

2.1 LED光学特性分析

2.2非成像光学

2.3 DLP投影系统结构和原理

2.4 仿真软件简介

2.5 设计步骤

2.6 本章小结

第三章 微投影系统照明方案设计

3.1 单锥形光纤照明方案

3.2 CPC照明方案

3.3 多锥形光纤组合照明方案

3.4 本章小结

第四章 投影显示照明系统实物测试与分析

4.1 实物照明光路结构分析

4.2 光能利用率测试

4.3 照明光斑均匀度测试

4.4 误差分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献