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简谈曲面曲面斜率角制约法与其在LED照明CFLCoS微型投影光引擎中实现选题

收藏本文 2024-03-24 点赞:37029 浏览:163438 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着信息时代的来临,让信息随着移动设备实现随身、随时、随地分享已经成为关键而有作用的课题。如今,嵌入式微型投影光引擎的诞生使得高效率信息传递与分享成为可能。未来微型投影市场必定取决于效果与成本的共同权衡,无疑CF-LCoS(Color Filter-Liquid Crystal on Sipcon)是最具有市场前景的微投影显示技术。CF-LCoS微型投影光引擎具有无可比拟的高速响应、低功耗、低成本的优势,独特的色彩再现方式仅需要采取单颗白光LED(Light Emitting Diode)作为光源,免去了繁杂的分色和合色系统,不仅大幅度简化了系统结构,更降低了系统成本。由此,在基于LED光源照明的CF-LCoS微型投影光引擎系统设计中提出一套系统化的设计论述,并能够付诸于加工制造,推动微型投影光引擎的产业化,是具有迫切的实际作用的。LED光源的普及颠覆了传统光源的照明设计策略,本课题着重进行基于LED光源照明的CF-LCoS微型投影光引擎的设计论述及运用工作的基础性探讨,以曲面斜率角制约法为基本策略贯穿整个课题探讨,首次提出了以单自由曲面到多自由曲面、以旋转对称系统到非旋转对称系统的独立而完整的设计论述系统,实现了CF-LCoS微型投影光引擎照明系统有效、高效的设计,与此同时,这套设计策略在其他LED照明运用中具有普适性的探讨作用。本课题的主要探讨内容包括以下四个部分:第一,基于单曲面斜率角制约法的基本论述,提出了自由曲面的偏微分方程初始化构建与曲面斜率角制约优化相结合的设计策略,该策略实现了用于CF-LCoS微型投影照明系统的单片平凸自由曲面透镜的有效而高效的设计,藉此建立本论文探讨的基本论述系统,为后续探讨奠定了论述基础。第二,首次提出基于预定曲面偏向角计算的基本论述,以此建立多曲面斜率角制约法,实现了CF-LCoS微型投影中多片式照明系统的同步优化设计,同时,这也意味着该策略在旋转对称结构的照明系统中具有普适性的探讨作用。第三,将曲面斜率角制约论述运用于非旋转对称结构的照明系统中,深入探讨了椭圆形光斑和矩形光斑照明的CF-LCoS多片式照明系统的实现。基于光学扩展量的计算和边缘光线原理的推导,首次提出了一种椭圆形照明的CF-LCoS微型投影光引擎系统的设计论述;结合三维空间自由曲面的设计策略,进一步提出了基于矩形光斑整形的高效率CF-LCoS照明系统设计策略。第四,运用前文提出的设计论述设计并试制了嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎样机,并完成了样机的测性能试和浅析,证明了本论文提出的设计论述的有效性和实用性。关键词:LED光源论文照明系统设计论文曲面斜率角制约法论文预定曲面偏向角算法论文CF-LCoS微型投影光引擎论文

    致谢5-6

    摘要6-8

    Abstract8-10

    目录10-13

    第1章 绪论13-35

    1.1 微型投影光引擎及其巨大的潜在市场13-18

    1.1.1 微型投影光引擎的进展历程13-14

    1.1.2 主流的微型投影显示技术14-18

    1.2 CF-LCoS微型投影光引擎的国内外探讨近况18-27

    1.2.1 白光LED光源的探讨近况18-22

    1.2.2 采取LED光源照明的CF-LCoS微型投影照明系统的探讨进展22-27

    1.3 微型投影光引擎光学系统设计探讨面对的不足27-29

    1.4 论文的探讨内容29-30

    1.5 论文的结构安排30-31

    本章参考文献31-35

    第2章 单曲面斜率角制约法的基本论述及其CF-LCOS微型投影光引擎的实现35-55

    2.1 前言35

    2.2 单片平凸自由曲面透镜照明系统的设计策略35-45

    2.2.1 构建光源辐射能与屏幕预期照明的微分映射35-39

    2.2.2 平凸自由曲面照明透镜的初始化设计39-42

    2.2.3 单曲面斜率角制约法的基本论述42-45

    2.3 基于单片平凸照明透镜的微投影光引擎的设计实例45-53

    2.3.1 微型投影光引擎的设计参数以及设计目标45-46

    2.3.2 照明系统以及微型投影光引擎系统46-47

    2.3.3 系统光线追迹与仿真结果浅析47-51

    2.3.4 光学系统的公差浅析51-53

    2.4 本章小结53-54

    本章参考文献54-55

    第3章 多曲面斜率角制约法的基本论述及其CF-LCOS微型投影光引擎的实现55-89

    3.1 前言55

    3.2 基于LED光源照明的单片双曲面照明系统的实现55-70

    3.2.1 基于预定偏向角计算的曲面设计基本论述56-60

    3.2.2 面向实际LED光源的双曲面斜率角制约法60-63

    3.2.3 设计实例及结果浅析63-70

    3.3 基于LED光源的旋转对称结构的多片式照明系统的同步优化设计70-87

    3.3.1 含多个自由曲面的照明系统的设计难点70-71

    3.3.2 基于多曲面斜率角制约法的多片式透镜照明系统设计的基本论述71-79

    3.3.3 设计实例及结果浅析79-87

    3.4 本章小结87-88

    本章参考文献88-89

    第4章 非旋转对称结构的CF-LCOS微型投影照明系统及其曲面斜率角制约法的实现89-118

    4.1 前言89-90

    4.2 基于椭圆形照明的嵌入式高效率微型投影光引擎90-103

    4.2.1 柱面结构的照明系统设计策略及其多曲面斜率角制约法的实现90-97

    4.2.2 设计实例与结果浅析97-103

    4.3 矩形光斑CF-LCoS微型投影照明系统设计策略及曲面斜率角制约法的实现103-116

    4.3.1 传统的矩形光斑照明系统103-104

    4.3.2 矩形光斑照明的CF-LCoS多片式系统的实现104-112

    4.3.3 设计实例及浅析112-116

    4.4 本章小结116-117

    本章参考文献117-118

    第5章 嵌入式CF-LCOS微投影光引擎样机试制及性能浅析118-136

    5.1 前言118

    5.2 嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎的系统设计及模拟结果118-127

    5.2.1 白光LED模组及CF-LCoS微显示芯片118-120

    5.2.2 单片双自由曲面照明透镜系统的设计120-123

    5.2.3 投影成像系统的设计123-125

    5.2.4 系统光线追迹仿真及模拟结果125-127

    5.3 嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎的样机试制127-129

    5.4 嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎样机的性能测试浅析129-133

    5.4.1 样机基本光学性能测试129-131

    5.4.2 样机各组件光效率分解测试131-133

    5.5 本章小结133-135

    本章参考文献135-136

    第6章 总结与展望136-139

    博士期间完成的论文139

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