本文關(guān)鍵詞：激光投影顯示光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著物質(zhì)生活的迅速富足,人們?cè)絹碓阶⒅鼐裣硎�。作為人類感知世界的主要窗�?視覺感受一直是人們追求的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的氙燈光源投影顯示系統(tǒng)漸漸無法滿足大屏幕、高分辨率、高亮度、真色彩等要求,人們紛紛將目光投向了激光投影顯示。激光投影顯示技術(shù)由于其大色域、高亮度、低功耗、長壽命等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是下一代主流顯示技術(shù),激光投影顯示也成為了當(dāng)前國內(nèi)外各大投影顯示廠家的主流發(fā)展方向和技術(shù)競爭的焦點(diǎn)。激光光源的應(yīng)用使得激光投影顯示系統(tǒng)與常規(guī)光源的投影顯示系統(tǒng)有很大不同,因此引入了以下的問題需要解決。第一,圓形高斯激光束如何充分均勻照明矩形空間光調(diào)制器的問題;第二,如何有效抑制投影圖像中存在激光散斑的問題;第三,結(jié)合前兩個(gè)問題,如何設(shè)計(jì)出高能效,緊湊的光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)�；谏鲜霰尘�,針對(duì)以上問題,本論文重點(diǎn)研究了利用衍射光學(xué)元件DOE(Diffractive Optical Element)來實(shí)現(xiàn)激光束的整形勻化,同時(shí)結(jié)合DOE對(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光整形勻化與散斑抑制的方法進(jìn)行了研究,并基于DOE設(shè)計(jì)了新型的緊湊的激光投影光學(xué)引擎。主要研究內(nèi)容包括:1、基于DOE的激光束整形勻化方法研究。結(jié)合激光投影顯示系統(tǒng)的照明需求,采用傅里葉迭代算法設(shè)計(jì)了口徑為16.5mm的8臺(tái)階位相結(jié)構(gòu)的DOE,利用多掩膜套刻刻蝕工藝加工制造了所設(shè)計(jì)的DOE,并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示了DOE良好的整形性能,但DOE生成的矩形光斑中存在大量散斑,光斑的均方根誤差RMSE(Root Mean Square Error)為67.67%。為抑制光斑中存在的散斑,進(jìn)一步提升光束勻化效果,提出了一種精細(xì)化設(shè)計(jì)方法來改善DOE的性能。仿真結(jié)果表明,利用精細(xì)化設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)的DOE的衍射光斑中的散斑被較好抑制,光斑的RMSE降至21.52%。2、激光散斑抑制方法的研究。分析了激光散斑的成因、描述了激光散斑的一階統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和二階統(tǒng)計(jì)性質(zhì),并分析了多幅散斑圖樣疊加的情況。在綜合已有散斑抑制方法基礎(chǔ)上,結(jié)合DOE提出了三種同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光整形勻化和散斑抑制的方法,包括振動(dòng)DOE的方法,基于位相分布限制DOE的方法以及基于硅基液晶的方法。針對(duì)振動(dòng)DOE的方法,結(jié)合所設(shè)計(jì)加工的DOE,利用搭建的測(cè)試平臺(tái),研究了DOE的振動(dòng)頻率、振幅與散斑抑制以及能量利用率之間的關(guān)系;針對(duì)基于位相分布限制DOE的方法,在位相均勻分布的條件下,理論分析了波前位相分布范圍與激光散斑對(duì)比度之間的關(guān)系;在基于硅基液晶的方法中,研究了疊加多幅散斑圖樣對(duì)散斑的抑制效果,并分析了疊加圖樣之間存在相關(guān)性對(duì)散斑抑制效果的影響。3、基于單片DOE的3DLP(Digital Light Processing)激光投影顯示光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合前兩部分內(nèi)容,提出了一種新型的基于單片DOE的3DLP激光投影顯示光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中的激光光源部分、DOE照明光路部分以及投影物鏡部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真。結(jié)合仿真結(jié)果與已有的激光投影顯示系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較,從多方面分析驗(yàn)證了新型系統(tǒng)的優(yōu)良性。
【學(xué)位授予單位】：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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN249

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本文編號(hào)：1270637