激光投影显示中光棒匀光的照明光路设计

在方棒照明系统的基础上,根据激光光源的发光特性和准直性,设计了一款用于激光投影显示的,基于光棒匀光的照明光路系统。此系统具有结构简单、开发周期短、加工成本低的优点。仿真结果表明：设计的激光投影机光能量利用率达到78%,均匀度达到85%,满足激光投影显示中对集光和照明的设计要求。     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

三片式硅基液晶激光投影显示中光学引擎的设计

介绍了激光硅基液晶芯片的显示原理,针对硅基液晶光学引擎的特点,采用光学扩展量表征系统的光能利用率,并分析了光学扩展量的变化与光能利用率的关系。利用光学软件Zemax和Tracepro设计了三片式激光硅基液晶光学引擎。实验结果表明:此光学引擎体积小,光学扩展量小,照度均匀性高达到92%以上,能量利用率达到56%以上,满足设计要求。     

改进宽银幕投影显示照明系统的设计方法

照明系统是投影显示系统的重要组成部分,决定着整个系统的亮度和照明均匀性。复眼系统是一种常见的液晶投影显示系统照明结构。传统的复眼照明系统设计方法中,复眼小透镜具有与液晶板相同的长宽比,可以获得能量利用率和均匀性都比较好的照明光斑。但研究发现,利用这种方法设计宽银幕投影显示设备的复眼照明系统,会引起一定的光能损失。针对这一问题,通过对复眼系统设计理论的分析和对实际复眼照明系统的模拟,创新性地提出了在照明系统中引入柱面透镜改变复眼小透镜的长宽比的设计方法,能够有效的提高投影系统能量利用率。模拟计算结果表明,引入柱面透镜的复眼照明系统与传统方法设计的复眼系统相比,能量利用率可以提高5％到10％。     

激光显示中消散斑方案研究

激光显示消散斑问题是激光显示的重要研究课题,是阻碍激光显示真正实用化的一个关键难题。综述了国内外已有的消散斑方案的优劣以及可行性,并重点分析了双屏幕振动消散斑方案。在此基础上,提出了新的三种理论消散癍方案：铁电液晶消散斑,波导扰动光纤消散斑和旋转散射片消散斑。     

激光LCOS光学引擎的设计

通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。     

DMD微投影显示的LED光学引擎设计

提出了基于矩形CPC的微投影显示匀光方法,设计了由LED、CPC、矩形复眼透镜及微显示芯片DMD构成的光学引擎。利用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件分析了圆形CPC和矩形CPC对微投影显示匀光效果、光能利用率的影响。实验结果表明基于矩形CPC的光学引擎相对于基于圆形CPC的光学引擎有如下优点:体积小,光学扩展量小,照度均匀性高达到92%以上,能量利用率高达到43%以上,满足微显示芯片DMD的要求。     

激光LCOS光学引擎的设计

通过选择适当的光学材料,并且将它们合理地安排在一起,设计完成了激光LCOS投影机的光学引擎。光学组件包含3块LCOS面板和三基色的激光光源。在光学设计中使用光学软件ZEMAX对光学引擎进行了优化。设计的光学引擎证实了激光LCOS显示的高效率和均匀性,并且所有指标都满足激光LCOS显示的要求。     

全固态三基色激光大屏幕投影显示实验

三基色激光显示具有亮度高、色彩鲜艳、清晰度高、功耗低等优点，文章介绍了激光显示原理，并报道了用全固态非线性频率转换技术获得波长分别为671nm，532nm，和473nm的红绿蓝三基色激光，在国内首次实现全固态激光全色投影显示实验，同时提出了今后全固态激光显示的发展方向。     

Multi-objective design and extended optimization for developing a miniature light emitting diode pocket-sized projection display

This research proposes a new extended optimization method for a miniature light emitting diode (LED) pocket-sized projection display, introducing integration of the Taguchi method and principal component analysis in order to optimize the multiple quality characteristics of an LED pocket-sized projection display. With the aid of interactive optimization, control factors with three different levels are carefully selected in the complicated preliminary experiments. A set of optimal design parameters is well selected for best results on the combined effects of the total luminous flux, illumination uniformity, and the packing size of the system. The selected control factors are inclusive of major lens and system specifications, such as lens overall length, X-CUB semi-aperture, length of light integrator, width of integrator, total internal reflection (TIR) prism entering semi-diameter for the TIR prism, air-gap of the TIR prism, and digital micromirror device (DMD) position; an L18 orthogonal array is applied and implemented in the experiments. According to experimental results, the optimal design parameters for the projection display can be determined as A1 (lens specifications: type I), B3 (lens length: overall length), C1 (X-CUB semi-aperture: 8 mm), D3 (integrator length: 36.6 mm), E2 (integrator width: 3.5 mm), F2 (TIR prism entering semi-diameter: 11 mm), G1 (TIR prism air-gap: 1.0024 mm), and H1 (DMD location: −0:5 mm). In addition, analysis of variance (ANOVA) is also employed to identify the factor A (lens specifications), factor D (integrator length), factor F (TIR prism entering semi-diameter), and factor G (TIR prism air-gap) as key parameters, which account for 71.82% of the total variance. The other factors when compared are found to have relatively weaker impacts on the process design. Furthermore, a confirmation experiment of the optimal design parameters shows that the aforesaid multiple performance characteristics are optimized to achieve the best levels. It is concluded that Taguchi method and principal component analysis (PCA) combine to optimize and then minimize the LED pocket-sized projection display system, which not only yields a sufficient understanding of the effects of control factors, but also produces an optimized design to ensure that the LED pocket-sized projection display system exhibits the best multiple performance characteristics.     

大屏幕激光投影与激光电视

作为下一代的全色显示技术,激光投影显示技术与传统的显示技术相比,有很多明显优势,这是由激光本身的固有特点所决定的,比如高饱和度、低功耗以及潜在的寿命长等.文章介绍了激光显示技术的历史背景以及国内外的研究现状,介绍并分析了激光光源、基于数字光学引擎（DLP）及反射式硅基液晶光学引擎（LCOS）的激光显示系统和颜色管理技术.文章还对激光投影显示的优势进行了归纳,并对激光显示的产业化前景和整体市场进行了分析和预测.     

大屏幕激光投影与激光电视

作为下一代的全色显示技术,激光投影显示技术与传统的显示技术相比,有很多明显优势,这是由激光本身的固有特点所决定的,比如高饱和度、低功耗以及潜在的寿命长等.文章介绍了激光显示技术的历史背景以及国内外的研究现状,介绍并分析了激光光源、基于数字光学引擎(DLP)及反射式硅基液晶光学引擎(LCOS)的激光显示系统和颜色管理技术.文章还对激光投影显示的优势进行了归纳,并对激光显示的产业化前景和整体市场进行了分析和预测.     

Mathematical model of light propagation through liquid crystal display working under real conditions

The main aim of our work is to present a theory of light propagation through a liquid crystal display worked out in our University. This theory takes into account real conditions of a display operation such as temporal coherence of light source, interference phenomena, spectral characteristics of refractive coefficients of individual layers and their complex forms, real directions of ordinary and extraordinary wavevectors into each layer, real directions of light polarization into anisotropic or dichroic layers etc. Therefore, our theory can be used to determine optical parameters of a liquid crystal display operating under real or at least quasi-real conditions. Contrary to other theories (e.g., Beremann or geometric optics approximation), this model is characterized by a small number of simplifications. Thus, it can be used to analyse a display operating in special conditions, such as military or out-door applications. In these cases, very high optical parameters (luminance and contrast ratio) aare needed. Application of even small simplifications conducts to significant changes of calculated parameters.     

投影式头戴静脉显像光学系统的设计

为了辅助静脉穿刺及相关的医疗操作, 设计了一款基于投影式头戴显示器(HMPD)的静脉显像系统, 其光学系统由近红外成像系统和穿透型HMPD构成。利用光学设计软件ZEMAX优化设计近红外成像系统, 使其具有F/2.6的大数值孔径, 有利于弱反射红外光的收集成像。穿透型HMPD采用与近红外成像系统相同的光学结构, 有利于简化系统的加工装调。设计结果表明, 近红外成像系统成像质量优异, 分辨率达到QXGA(2 048×1 536)。穿透型HMPD具有18 mm的大出瞳直径及25 mm的大出瞳距离, 场曲小于0.03 D, 畸变小于0.32%, 达到QXGA分辨率显示模式。与现行的静脉显像系统相比, 本显像系统结构简单紧凑、佩戴舒适, 且具有超高分辨率, 是一款适用于辅助医疗的目视系统。     

超薄前投激光显示系统研制

为了解决光学系统投影厚度过大问题,采用自由曲反射面结合非球面设计方法设计出超短距离、超广角投影显示系统,其屏幕投影距离小于20 cm。为解决激光色域系统转换,建立了激光三基色与荧光粉三基色色域变换与扩展的理论模型并搭建了基于DSP高速图像处理芯片为核心的颜色变化实时硬件处理试验开发系统。通过该系统可以调试不同颜色系统转换算法,验证转换模型的正确性,并为实现专用颜色转模块提供了开发平台。     

LED天幕灯的光学设计

天幕灯是一款用于近距离照射大面积幕布的特殊灯具。为了在限定的区域内获得幕布的均匀照明,天幕灯需实现非对称、大角度的特定出射光强分布。基于几何光学和辐照度理论,首先建立满足幕布均匀照明要求的天幕灯配光曲线模型,然后再根据LED光源的发光特性进行二次光学设计,使LED天幕灯的出射光强分布与所需的配光曲线模型相匹配。根据能量守恒定律将配光曲线模型进行均匀离散化处理,建立直射和反射的有效叠加和补偿,依此设计得到反射面面型,实现照明要求。通过Zemax对所设计的LED天幕灯进行模拟仿真,结果表明,满足配光曲线的LED天幕灯可以通过多个灯具的简单照明叠加实现在近距离范围内对不同大小和形状的幕布进行均匀照明,其照明均匀度可达到85%以上,能量利用率可达到80%以上。