固态体积式立体显示器光学引擎投影系统设计

摘要

固态体积式真三维立体显示属于真三维显示的静态成像技术，既有心理景深，又有物理景深。显示体由多层液晶光阀堆叠而成，高速扫描依次成像，通过人眼视觉暂留特性和似动现象的综合作用，在空间内形成立体的运动图像。这种三维显示技术无需佩戴助视设备、尺寸大、分辨率高、显示效果逼真，有望成为将来主流的真三维显示。
　　本文从显示原理分析，逐一分析了现有光学引擎方案的优缺点。为了满足高速投影和大数据传输的需求，采用三片式数字光处理投影光学引擎;因系统需要高亮度输出且色温可调的光源，选用大功率彩色发光二极管;考虑到与光源的匹配和成本问题，采用方棒照明系统;最终确定系统整体结构。然后主要对投影系统进行光学设计，详细介绍了全内反射棱镜、分色合色棱镜、投影镜头的设计。提出使用菲涅尔透镜对光路准直，解决显示体成像尺寸差异问题，并提高屏幕亮度均匀性，缩小显示器体积。根据设计结果光学仿真，完成系统的结构设计。最后装配固态体积式立体显示工程样机，验证各模块的工作情况，调试并测试了整机的光学性能参数。仿真和实际测试结果表明:分色合色系统工作正常;镜头成像质量优异，景深满足显示深度要求;光路空间合理，各层显示面积几乎相等;系统工作稳定，立体显示效果逼真。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 三维显示技术

1．2．1 视差型三维显示

1．2．2 全息空间三维显示

1．2．3 真三维显示

1．3 真三维显示研究现状

1．3．1 外国研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 真三维应用前景

1．5 本文主要研究工作

第二章 真三维显示系统概述

2．1 视觉基本特性

2．1．1 人眼视觉特性

2．1．2 视觉暂留现象

2．1．3 似动现象

2．2 照明系统

2．2．1 光学扩展量

2．2．2 匀光系统

2．2．3 投影光源

2．3 投影光学引擎

2．3．1 TFT-LCD光学引擎

2．3．2 LCOS光学引擎

2．3．3 DLP光学引擎

2．4 液晶光阀

第三章 投影系统光学设计

3．1 系统整体结构

3．2 TIR棱镜设计

3．3 分色合色棱镜设计

3．3．1 分色合色棱镜参数计算

3．3．2 分色合色棱镜光学仿真

3．4 投影镜头设计

3．4．1 投影镜头基本参数确定

3．4．2 投影镜头初始结构

3．4．3 投影镜头设计优化

3．4．2 投影镜头像差分析

3．5 光路设计

3．6 本章小结

第四章 固态体积式真三维显示器装配及测试

4．1 系统结构设计

4．1．1 光源合色结构设计

4．1．2 DMD安装板设计

4．1．3 反射镜支架设计

4．1．4 显示体结构设计

4．1．5 系统整体结构设计

4．2 装配及验证

4．3 参数测试

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况