微投影仪的照明光路设计

摘要

口袋式微型投影仪体积小巧、便于携带，具有广阔的市场空间和发展前景，是目前热门的领域之一。照明光路系统直接影响微投影仪的投影亮度、对比度、体积和重量等重要参数，是整个微投影显示系统的核心。目前，微投影仪照明光路主要有两个发展方向：一是提高光能利用效率，将光源发出的光能尽可能多的收集利用，目的是提高投影亮度，降低功耗；二是提高照明光斑的照度均匀性，将光源发出的不均匀圆光斑转换为均匀的矩形光斑，提高投影画面的均匀度。本文研究与设计了一种基于LED光源的DLP投影显示非远心照明光路结构。用TracePro和ZEMAX两种光学软件分别仿真了采用锥形光棒、双排复眼透镜和整体复眼透镜几种匀光器件的照明光路系统。经过仿真和试验表明具有较高的光能利用率和照明均匀度。
　　本研究主要内容包括：⑴比较了三种主流的微投影显示技术，在研究了非成像光学理论的基础上，分析比较了光棒与复眼透镜两种匀光器件。⑵用TracePro软件建模并仿真了正置光锥和反置光锥两种光路结构，仿真结果表明，正置光锥照明光路具有更大的光能利用率，反置光锥照明光路具有更高的照度均匀性。⑶用ZEMAX软件建模并仿真了单个理想点光源和理想面光源的复眼透镜照明光路系统，用摄远透镜组代替会聚透镜，减小了系统体积，使光路结构更加紧凑。⑷设计了一种基于LED光源的DLP非远心投影照明光路结构，应用了带通滤波片和上述摄远透镜组，系统结构紧凑，并使用 TracePro软件进行了建模与仿真。⑸用TracePro软件建模并仿真了使用长宽比4:3的DMD芯片的三光源复眼透镜照明光路系统。分别用双排复眼透镜和整体复眼透镜对光路系统进行了建模与仿真。采用理想面光源的双排复眼透镜光路系统的光能利用率在60％以上，与实际光源前级耦合的整体复眼透镜光路系统的能量利用率为29%，照明均匀度为79%。⑹用TracePro软件建模并仿真了使用长宽比16:9的DMD芯片的三光源复眼透镜照明光路系统。理想点光源情况下的光路系统光能利用率88%以上，照明均匀度为83%。与前级LED光源模型的耦合的仿真结果表明，包括光源模型的整体照明光路系统的三基色光能利用率在25%~29%，日制均匀度为80%~91%，ANSI均匀度在-29%和+18%之间。⑺加工并测试了基于长宽比16:9芯片的整体复眼透镜照明光路系统，测得光能利用率为62.17%，光斑均匀度：Japanese Uniformity为80%~83%，ANSI Uniformity为-15%至+16%之间。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1投影显示技术简介

1.2 DLP投影机的结构和原理

1.3投影仪传统照明光源与LED光源

1.4国内外研究概况

1.5论文的研究内容及意义

第二章 非成像光学

2.1非成像光学概述和发展

2.2非成像光学的基本理论

2.3光学扩展量（Etendue）

第三章 用于微投影显示的匀光器件

3.1光棒匀光器件

3.2复眼透镜匀光器件

3.3两种匀光器件的比较

第四章 用ZEMAX对照明光路建模及仿真

4.1理想点光源的ZEMAX仿真结果

4.2理想面光源的ZEMAX仿真结果

第五章 用TRACEPRO对照明光路建模和仿真

5.1应用锥形光棒的系统模型

5.2基于长宽比4:3芯片的复眼透镜仿真

5.3基于长宽比16:9芯片的整体复眼透镜仿真

第六章 结论

致谢

参考文献

附录

硕士期间的相关研究成果