固态体积式真三维立体显示投影光学引擎设计

摘要

固态体积式真三维立体显示是一种体显示技术,包括一个高速图像投影机和一块能在透明态和散射态之间快速转换的多层液晶屏。它显示的三维图像具有物体的二维信息和物理深度,符合人眼观察习惯。但多层的体显示屏需高速刷新,因此受到光学引擎投影速度和电路驱动速度限制。
　　 本文比较了常见的投影光学引擎,针对固态体积式真三维立体显示系统的特点选用高速投影的单片式DLP光学引擎。对于20层液晶屏、60Hz的刷新率,色轮RGB色场频率要求达到1200Hz,目前色轮根本无法达到如此高的转速,因此选用RGB彩色LED作为投影光源。本文设计的投影光学引擎包括LED光源、合色光路、方棒、中继系统、TIR全反射棱镜和投影镜头。
　　 单色LED作为照明光源,它的高速响应速度与DMD的高速翻转配合地天衣无缝。根据LED的发光特性,运用非成像光学理论和几何光学原理设计了具有较好亮度均匀性、高速响应的照明系统。分析固态体积式真三维立体显示多层液晶屏造成的光能损失和图像失真,设计出相对孔径较大、发散角较小的双高斯投影镜头。像差分析表明,全视场内最大垂轴像差为60.53μm,轴向像差最大为0.1146mm,轴向色差小于5μm,离焦量最大为49.15μm,最大畸变为-0.3027％。全视场范围内调制传递函数大于0.3的截止频率接近100 lp/mm,完全能满足系统1024×768的分辨率要求。

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论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 立体显示技术综述

1.1.1 立体显示技术分类

1.1.2 立体显示技术的应用

1.2 固态体积式真三维立体显示器

1.3 课题的背景和任务

第二章 常用投影光学引擎方案

2.1 TFT-LCD投影技术

2.2 LCoS投影技术

2.3 DLP投影技术

2.3.1 DMD数字微镜器件

2.3.2 DLP数字投影技术

2.4 典型光学引擎性能比较

第三章 照明系统

3.1 整体方案

3.2 LED光源设计

3.3 准直镜

3.3.1 准直镜设计方案

3.3.2 准直镜设计

3.3.3 模型仿真和准直效果

3.4 方棒均光系统

3.4.1 方棒工作原理

3.4.2 方棒设计

3.5 TIR

3.5.1 TIR角度设计

3.5.2 TIR尺寸确定

3.6 中继透镜组

第四章 投影镜头

4.1 投影镜头的基本参数确定

4.2 投影镜头的初始结构

4.3 投影镜头的设计结果

4.4 像差分析

第五章 试验分析

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文