隨著科技的飛速發(fā)展和整個社會生活品質(zhì)的提高,人們在追求大屏幕高清投影顯示的同時也希望投影系統(tǒng)能夠占據(jù)更小的空間,因此投影系統(tǒng)逐漸朝著大屏幕、超短焦距、低投射比、大視場角、高分辨率、高清晰度的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的投影顯示系統(tǒng)逐漸無法滿足這些嚴(yán)苛的要求。超短焦投影系統(tǒng)能夠在超短的投影距離處實現(xiàn)超大屏幕的投影,可以突破空間環(huán)境的限制,而且能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的成像質(zhì)量,因而逐漸引起了人們的興趣,成為投影顯示領(lǐng)域的主流發(fā)展方向和國內(nèi)外研究的熱點。超短焦投影物鏡作為超短焦投影系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分,能夠決定系統(tǒng)的投射比、投影畫面的成像質(zhì)量以及系統(tǒng)的體積等關(guān)鍵性能,因而非常有必要對新型的超短焦投影物鏡進(jìn)行研究。隨著投射比的降低和視場角的增大,投影系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜,像差也越來越難以校正,而自由曲面具有很高的設(shè)計自由度,因此逐漸被引入到超短焦投影物鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中。超短焦投影物鏡系統(tǒng)需要解決的技術(shù)難點主要包括:第一,采用何種有效方法優(yōu)化出超短焦投影系統(tǒng)中的自由曲面初始面形的問題;第二,如何降低超短焦投影物鏡的投射比,并設(shè)計出可工程化應(yīng)用的超短焦投影物鏡的問題;第三,如何采用合理的方案研制出超短焦投影系統(tǒng)原理樣機(jī)的問題。基于上述研究背景及技術(shù)難題,本文重點研究了自由曲面的光學(xué)設(shè)計方法以便于設(shè)計超短焦投影系統(tǒng)中的自由曲面;同時結(jié)合所提出的自由曲面設(shè)計方法,對具有低投射比的超短焦投影物鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了研究;最后基于所設(shè)計的超短焦投影物鏡光學(xué)系統(tǒng),對原理樣機(jī)的研制問題進(jìn)行了研究。本文主要的研究內(nèi)容包括:1、自由曲面光學(xué)設(shè)計方法的研究。結(jié)合成像系統(tǒng)中自由曲面的應(yīng)用需求,在構(gòu)建-迭代方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),提出了直接迭代優(yōu)化的設(shè)計方法,并分別設(shè)計了自由曲面反射鏡和包含自由曲面的折射透鏡對該方法進(jìn)行了驗證。設(shè)計結(jié)果顯示RMS光斑可快速收斂到衍射極限。為了進(jìn)一步研究適用于超短焦投影物鏡系統(tǒng)中的自由曲面設(shè)計方法,又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),提出了多視場加權(quán)優(yōu)化迭代的設(shè)計方法,并設(shè)計了一種超短焦投影物鏡系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明,采用提出的方法能夠得到可用于優(yōu)化的自由曲面初始面,能夠?qū)ο到y(tǒng)畸變進(jìn)行有效校正。2、基于自由曲面的超短焦投影物鏡光學(xué)設(shè)計研究。結(jié)合自由曲面光學(xué)設(shè)計方法,分析了超短焦投影物鏡光學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ),對比了超短焦投影物鏡的各種光路結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上,首先設(shè)計了一種采用高階非球面具有低投射比的超短焦投影物鏡,其投射比達(dá)到了0.18,并對系統(tǒng)的成像質(zhì)量進(jìn)行了分析。為了進(jìn)一步降低超短焦投影物鏡的投射比,在超短焦投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)中引入自由曲面進(jìn)行設(shè)計,并設(shè)計出了一種投射比為0.11的超短焦投影物鏡。最后將其與傳統(tǒng)的折射型投影物鏡的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了分析比較,證明了本文中所設(shè)計的超短焦投影物鏡性能的優(yōu)越性。3、超短焦投影系統(tǒng)驗證。為了驗證本文中所設(shè)計的超短焦投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)具有工程應(yīng)用的價值,研制了超短焦投影系統(tǒng)的原理樣機(jī)。研制過程包括機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計、光學(xué)元件的加工和檢測、超短焦投影系統(tǒng)的精密裝調(diào)等。最后對原理樣機(jī)的實際性能進(jìn)行了測試與分析,實驗結(jié)果表明本文中所研制的超短焦投影系統(tǒng)性能良好,滿足設(shè)計要求。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

圖 1.1 CRT 三槍投影系統(tǒng)示意圖Figure 1.1 Schematic diagram of CRT three-gun projection system紀(jì) 80 年代中后期，由于 CRT 的色會聚較為困難，圖像分只適用于較小屏幕的投影顯示，并且高亮度 CRT 投影管顯示，這些不足均嚴(yán)重限制了其在數(shù)字信息顯示中的應(yīng)用屏幕投影顯示技術(shù)成為當(dāng)時具有較高技術(shù)難度而又亟待突現(xiàn)大屏幕投影顯示，人們開始研究各種空間光調(diào)制器等新也伴隨著得到了發(fā)展，這使得投影顯示技術(shù)發(fā)展迅速。其20 世紀(jì) 90 年代之后，液晶以及數(shù)字微鏡器件[5,6]（Digital 微顯示元件的興起，它們推動著投影顯示技術(shù)發(fā)生了革命現(xiàn)代投影顯示技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)得以形成。

第 1 章 緒論000。但初期彩色液晶板的光學(xué)透射率較低，通常只影顯示的亮度特別低。從 90 年代中后期開始，隨著D 投影顯示的光學(xué)效率得到了提高。同時液晶板的幅降低，投影的光亮度也在不斷提高。LCD 投影顯的發(fā)展，逐漸從單片式 LCD 投影發(fā)展為三片式 LC光亮度、圖像分辨率以及色彩方面均得到了顯著提三片式 LCD 投影系統(tǒng)的原理示意圖。

大學(xué)博士學(xué)位論文：基于自由曲面的超短焦投影物鏡關(guān)從而可以改變每個像素的亮度，進(jìn)而實現(xiàn)對鏡的轉(zhuǎn)動速度非�？�，因而根據(jù)單位時間內(nèi)控制圖像的亮暗，從而實現(xiàn)圖像亮度的數(shù) 1670 萬種顏色和 256 段的灰度層次，因此更加逼真。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865111