基于RGB三色LED光源照明的DLP投影系统光路设计

发布时间：2017-04-08 18:03

  本文关键词：基于RGB三色LED光源照明的DLP投影系统光路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微型投影技术是一种新型的现代投影显示技术,它凭借自身的小型化,便携化而逐步渗入到人们的日常生活中,在当今飞速发展的信息化年代越来越受到人们的青睐,成为投影显示的一大重要发展潮流。DLP投影显示方式具有高亮度,高对比度,高分辨率的特点,与新型LED光源结合,实现小型化的便携式微型投影,满足人们对投影显示随身化与自由化的需求。 本文主要阐述了DLP投影显示的基本原理及照明系统的核心元器件设计思路。基于光学扩展量匹配的原理,设计一款适用于商务投影展示或家庭影院的便携式微型投影光引擎。 论文首先从理想光源与扩展LED光源两方面推导了复眼匀光照明原理,获得LED光源,复眼透镜与显示芯片光学扩展量匹配的条件。基于DLP投影光引擎的照明设计的难点,提出了应用曲面斜率角控制优化的方法应用于LED光源准直光路设计,得到光斑直径与发散角度符合复眼匀光要求的准直光束,实现最大程度的利用LED光源能量,90%以上的LED发光能量能被后续系统所利用。 结合偏置投影物镜的设计要求,尝试将非旋转对称的楔形自由曲面透镜引入成像镜头设计,基于CODE V光学设计软件,建立自定义的像质评价函数,分别对x,y两个方向上点列点均方根半径大小值进行控制的优化方法,在不增加镜头尺寸的条件下,实现偏置投影,为今后的偏置式投影镜头提供了一种新的思路。 论文设计并加工的的投影光引擎结果为：投影分辨率为1280x800(WXGA),投影镜头在0.5m-3m的投影距离下,投射出15inch-90inch的全偏置画面,实现LED功率45W条件下,光通量输出达到3001m以上,均匀性95%以上的高品质投影显示效果。 论文最后对设计方案进行公差分析,杂散光研究处理,用于指导系统机械方案及散热方案的设计,使得整机方案更合理化,易于大规模批量生产。
【关键词】：LED DLP 复眼照明 光学扩展量 微型投影 自由曲面优化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH741.5;TN27
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题背景12-16
• 1.1.1 投影显示发展概述12-13
• 1.1.2 现代投影显示方式简介13-14
• 1.1.3 LED光源的DLP微型投影市场机遇与挑战14-16
• 1.2 本论文主要研究内容及创新点16-17
• 1.3 论文内容结构安排17-19
• 第2章 DLP投影显示基本原理简介19-32
• 2.1 DMD芯片介绍19-22
• 2.1.1 微反射镜阵列20-21
• 2.1.2 像素排布21-22
• 2.2 数字光处理技术显示原理22-23
• 2.3 LED光源特点23-25
• 2.4 投影光路结构25-32
• 2.4.1 核心光学元件介绍25-29
• 2.4.2 远心结构与非远心结构29-32
• 第3章 DLP投影照明系统设计32-71
• 3.1 照明原理介绍32-38
• 3.1.1 投影显示中的光学参数32-35
• 3.1.2 临界照明与柯拉照明35-36
• 3.1.3 光学扩展量匹配36-38
• 3.2 复眼匀光照明系统38-45
• 3.2.1 复眼匀光照明基本原理39-40
• 3.2.2 理想轴上点光源照明下的复眼照明系统40-42
• 3.2.3 实际扩展光源照明下的复眼照明系统42-45
• 3.3 基于多曲面斜率角控制的准直系统的设计45-56
• 3.3.1 用于折射曲面优化的斜率角控制法简介45-47
• 3.3.2 用于DLP光引擎的LED准直照明系统的多曲面斜率控制法47
• 3.3.3 基于单曲面斜率角控制法的多片式透镜照明系统设计基本理论47-56
• 3.4 照明系统方案设计及性能仿真分析56-66
• 3.4.1 设计初始参数确定56-62
• 3.4.2 准直系统设计62-64
• 3.4.3 中继系统设计64
• 3.4.4 DMD面光束结构分析64-66
• 3.5 照明系统公差分析66-71
• 3.5.1 LED位置公差分析67
• 3.5.2 中继透镜与TIR棱镜公差分析67-69
• 3.5.3 复眼位置公差分析69
• 3.5.4 照明系统公差补偿69-71
• 第4章 DLP投影成像系统设计71-92
• 4.1 投影成像系统介绍71-73
• 4.2 偏置镜头设计73-76
• 4.2.1 数码梯形校正74-75
• 4.2.2 光学物理校正75-76
• 4.3 楔形自由曲面镜头实现偏置投影76-82
• 4.3.1 楔形自由曲面在CODE V中建模与光线追迹77-78
• 4.3.2 楔形自由曲面在CODE V中的优化78-80
• 4.3.3 楔形自由曲面偏置镜头优化结果及性能分析80-82
• 4.4 偏置成像镜头设计方案及性能分析82-88
• 4.4.1 偏置镜头成像光路特点及设计规格要求82-83
• 4.4.2 全孔径光束偏置镜头方案设计83-86
• 4.4.3 孔阑切趾仿真实际光束及系统性能分析86-88
• 4.5 成像光路公差分析88-92
• 4.5.1 投影物镜公差分析88-90
• 4.5.2 TIR棱镜空气间隙公差90-92
• 第5章 便携式DLP投影仪整机性能仿真及性能分析92-99
• 5.1 整机性能仿真92-94
• 5.2 整机光通量输出估算94-95
• 5.3 杂散光分析95-97
• 5.3.1 Flat态消光95-96
• 5.3.2 Off态消光96-97
• 5.4 便携式DLP投影仪样机制作97-99
• 第6章 总结与展望99-101
• 6.1 论文总结99
• 6.2 研究展望99-101
• 参考文献101-105
• 在攻读硕士期间发表论文105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘振杰;刘鹏;余飞鸿;;Parametric optimization method for the design of high-efficiency free-form illumination system with a LED source[J];Chinese Optics Letters;2012年11期

2 何玉兰;刘钧;焦明印;罗传伟;;利用CODE V设计含有自由曲面的光学系统[J];应用光学;2006年02期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张增宝;投影显示系统光学引擎研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

2 周杰;反射式投影显示光学系统的理论分析和应用研究[D];浙江大学;2005年

3 陆巍;投影显示照明光学的理论和实验研究[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 刘昆;CF-LCoS投影光引擎杂散光分析、散热设计及测试[D];浙江大学;2012年

2 沈默;LED投影显示照明系统研究[D];浙江大学;2006年

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本文编号：293383