CF-LCoS微型投影光引擎的LED照明系統(tǒng)研究.pdf

1、論文通過回顧傳統(tǒng)成像光學(xué)和非成像光學(xué)中光線的折/反射過程，對于光學(xué)曲面斜率角在光學(xué)系統(tǒng)中的作用進(jìn)行了重新認(rèn)識。無論是在成像光學(xué)還是非成像光學(xué)中，光學(xué)曲面斜率角都起了重要的作用，所有光線的匯聚、發(fā)散以及光能量的再分配過程都是直接經(jīng)由它完成的。相對于傳統(tǒng)非成像器件優(yōu)化中常用的基于曲面面型控制的優(yōu)化方法，本論文首次提出了一種基于曲面斜率角控制的優(yōu)化方法。該方法可以有效地避免傳統(tǒng)的基于曲面面型控制的優(yōu)化方法中存在的三個問題，可更加有效地控制優(yōu)化

2、目標(biāo)逼近設(shè)計目標(biāo)。論文通過用于普通照明的非成像反射器設(shè)計的實(shí)例比較對曲面斜率角控制優(yōu)化方法的優(yōu)勢進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 論文在微型投影光引擎照明系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用了基于曲面斜率角控制的優(yōu)化方法。本論文首先設(shè)計了一款基于單片集光鏡進(jìn)行LED光束整形的嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎。該光引擎結(jié)構(gòu)簡潔、組裝制造方便、成本較低，同時又保持了較高的光效率以及投影畫面均勻度，非常適合在手機(jī)等移動平臺上的批量應(yīng)用。論文首次應(yīng)用曲面斜率角控制優(yōu)化方

3、法對基于TIR透鏡的光引擎照明系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在零件成本降低的同時，也減小了光引擎的系統(tǒng)尺寸。另外，論文也首次應(yīng)用曲面斜率角控制優(yōu)化方法對基于集光鏡和柱面鏡生成橢圓光斑的照明系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，雖然該系統(tǒng)尺寸稍微偏大，但是經(jīng)過優(yōu)化后的照明系統(tǒng)其光能利用率比單片集光鏡照明方案提升了至少10％。橢圓光斑照明系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它能為不同長寬比或大長寬比的顯示芯片提高同樣的光能利用效率和照度均勻性。
　　 論文更進(jìn)一步研究了基于白光LED照明

4、的獨(dú)立式CF-LCoS微型投影光引擎設(shè)計。論文首先通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)分析了復(fù)眼和光棒二種傳統(tǒng)勻光方式的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)。二種勻光方式都是通過對光束角的分割和積分來實(shí)現(xiàn)均勻照明，而光棒由于其獨(dú)特的“鏡向積分”過程使其在面對奇對稱性光源時保持了與偶對稱性光源時相同的勻光能力，這一點(diǎn)是復(fù)眼勻光方式所不具備的。針對這二種傳統(tǒng)勻光照明系統(tǒng)的不足之處，本論文提出了一種基于光棒勻光中繼放大的LED照明方法。該照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、組裝制造方便，同時又可以為顯示芯

5、片提供高效率的、高均勻度的、小角度的矩形光斑照明。論文的最后通過一款獨(dú)立式CF-LCoS微型投影光引擎設(shè)計以及實(shí)際的樣機(jī)制作與測試工作驗(yàn)證了該種基于光棒勻光中繼放大的LED照明方法的有效性。
　　 論文研究工作的主要創(chuàng)新點(diǎn)有：(1)論文所有設(shè)計都是針對LED實(shí)際光線文件模型，而非理想光源模型；(2)重新認(rèn)識了光學(xué)曲面角的作用，首次提出了一種基于光學(xué)曲面斜率角控制的非成像光學(xué)器件優(yōu)化方法；(3)首次應(yīng)用曲面斜率角控制優(yōu)化方法成功設(shè)

6、計了一款基于單片集光鏡LED照明的嵌入式CF-LCoS微型投影光引擎，非常適用于手機(jī)等移動平臺上的應(yīng)用；(4)應(yīng)用曲面斜率角控制優(yōu)化方法對基于TIR透鏡的光引擎照明系統(tǒng)，以及基于集光鏡和柱面鏡生成橢圓光斑的光引擎照明系統(tǒng)，二類照明方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，獲得了光引擎光能利用率的提升；(5)利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)對復(fù)眼和光棒二種勻光方式的共同點(diǎn)和差異點(diǎn)進(jìn)行分析比較，首次提出了一種基于光棒勻光中繼放大的LED照明方法；(6)通過基于LED照明的獨(dú)立式CF-