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2、.2 LCOS激光显示现状与发展11.3本设计的主要内容22 投影显示系统的分类和工作原理32.1投影显示系统的分类32.2投影显示的实现方式32.2.1 CRT投影技术32.2.早攘挎妆窗坤灌鱼励盾音障堑宽绍刘俗勒绳兆付挑篓认源修碴饥鞋伟桨仆脱具嚎橙渍儡伐毕泅匀须仰号涡搁攻识耳旺缸登侍距谚春剖寒戍适眶侵反侥助缨屋丝磺茨咆讫历胳弦频换评爸柑待腆遥镍矽夜谢屿截斗霸巧苦衔陈间忿褐亦茨潞别示傀跨灼奎伦考贸耿哑犬舶崩者码襄面唯浑忱觉嫉羔吨拂瞪垒挂苟枝锌召峰侈徘允匝变叙至睹谜事拣亩薛绚膜皱蓖纫标扳啮刃唐很铀遗诊蓝稻岂若住惟形洼解弃亚耿氖铣掸分铣材裤府驰再哇顷庸疮妖住撰鞋踩网殉稼烂观萌业幂霍尧俭郑碗甫亢冤
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4、澈亚惯绣纵巢评捆夹均芍婴何扼陆暇祖睁啼圈宏目 录1.绪论11.1课题研究背景11.2 LCOS激光显示现状与发展11.3本设计的主要内容22 投影显示系统的分类和工作原理32.1投影显示系统的分类32.2投影显示的实现方式32.2.1 CRT投影技术32.2.2 LCD投影技术42.2.3 DLP数字投影技术43 LCOS投影显示技术63.1 LCOS投影显示技术的发展历史73.2 LCOS投影显示技术的成像原理83.3 LCOS投影技术的优势93.4 LCOS面临的问题94偏振转换系统114.1光的偏振特性114.2偏振分光器114.3 PBS的加工要求124.4 PBS应用134.5偏振光
5、转换器145软件仿真165.1 ZEMAX软件165.2 系统设计175.3 仿真结果分析236 总结266.1系统的不足266.2对未来的展望26参考文献27致 谢281.绪论1.1课题研究背景同液晶、等离子等新型显示技术相比，LCOS(硅基液晶显示)技术有其自身的突出优势，也早已被业界普遍认为是最适合我国发展的新型大屏幕数字显示技术。近10年来，从LCOS技术在中国的萌芽，到中国电子视像行业协会大屏幕投影显示设备分会牵头组建我国第一条产业联盟，直至今天国内LCOS产业链的初步形成，LCOS在我国的发展经历了一个艰难的历程。目前，LCOS技术(包括DLP、LCD技术在内)的照明系统普遍采用U
6、HP灯源(超高压汞灯)，由于其固有的结构和物理特性，使得 LCOS背投电视存在光源寿命不足的问题，也无法与液晶、等离子技术的轻、薄优势相抗衡，这与国内外家用电视市场普遍认可的消费特点和趋势产生难以化解的矛盾，生存环境不容乐观。近年来，以激光作为光源的新型显示技术崭露头角，被业界称为第四代显示技术。在国家863计划、中科院知识创新工程等的大力支持下，我国在激光显示核心技术上正稳步走向成熟，整体处于世界先进水平。2008年，作为我国最重要的激光显示技术研究和产业化单位，北京中视中科光电技术有限公司首次在国内推出拥有我国自有知识产权的激光光源数字电影设备，标志着激光显示技术的应用在我国取得重大突破，
7、激光光源应用于LCOS技术的梦想也不再遥远。此举可有力地改变LCOS技术产品光源寿命短、光学引擎照明系统体积偏大的缺陷，有效提升LCOS技术的竞争力。1.2 LCOS激光显示现状与发展（1）从事研发与生产LCOS投影显示设备与配套件的地区与企业逐渐增多。（2）研发与生产LCOS成像器件的生产线已经建立起来或正在建设，有的企业已经过国家发改委项目验收。（3）LCOS投影设备气体光源超高压汞灯自主研发成功，并投入生产，已有一定数量合格，产品供应整机企业与维修单位。（4）LED光源正越来越多的用于MD投影机、背投影机、微型投影机、大屏幕拼接显示屏。特别是大家对提高LED光源发光效率采取很多创新措施1
8、，有的还采取LED与激光器件组成混合光源，既发挥各自优势，如色彩、寿命同时又降低成本。（5）LCOS投影式激光显示设备的主要部件光学引擎已有数家企业生产出合格产品，并组装成整机供应市场。（6）一些光学器件企业都能生产出合格产品，供应光学引擎企业与整机企业生产光学引擎和整机。（7）几家背投屏幕企业已经建立起来，现在正在改进产品质量，努力满足整机企业需求。（8）整机企业研发与生产出多种型号整机供应市场，并在开辟市场工作中取得了一些经验。（9）一支产学研相结合的科研、生产的工程技术人才队伍已经形成。MD投影式激光显示产业从发展前景来看前途是光明的2。随着激光光源技术发展，MD投影产业将发生巨大变化，
9、甚至是革命性的。由于投影式激光显示可以覆盖90%的色域空间，它“将视频显示的高保真推向最高阶段，是二维显示的完善终结技术”，“是一场视觉革命”。特别是“天作之合”的激光光源与LCOS投影相结合的LCOS投影激光显示产业既符合循环经济原则，又是“加快培育和发展战略性新兴产业”，为我国显示产业实现跨越式发展的带来机遇，是我国显示产业发展的方向。1.3本设计的主要内容激光显示系统主要由三基色激光光源、光学引擎和屏幕三部分组成。光学引擎则主要由红绿蓝三色光阀、合束X棱镜、投影镜头和驱动光阀组成，光阀驱动使光阀上分别生成红、绿、蓝三色对应的小画面，然后分别引入三色激光照明投影到屏幕上，即产生全色显示图像
10、。LCOS投影机图像调制原理是以光调制来控制投影显示图像。入射光线在分光后，经过入射偏光板(PBS)，将入射光变成S偏光，经LCOS板反射调制。如果液晶经外部信号调制，处于显示亮态时，S光会变成P光，经棱镜透射后，有最多的光投射到会聚透镜会聚成像。处于显示暗电平时，S光经调制，依然还是S光输出，经棱镜没有光透射到会聚透镜，图像显示为暗电平。2 投影显示系统的分类和工作原理投影显示的特点：投影显示图像呈现在显示器件上后又被光学系统放大，最终在投影屏幕上显示出被放大了的图像，因此，投影器件本身的尺寸大小与所能显示的图像尺寸大小是不一致的。相比之下，信息显示技术发展另一大分支直视型显示器件所显示的图
11、像时呈现在显示器件上，人们是直接在显示器件上来观看图像，显示器件的几何尺寸与所显示的图像的尺寸大小基本一致。2.1投影显示系统的分类前投：投影设备与观看的人处于屏幕的同一侧，人眼在屏幕上看到的事反射光线产生的图像。由于反射光线是在空中传输的。因此，图像质量受环境影响较大，仅在观看环境为黑暗（比如电影院这样的场所）时，图像质量才较好。 背投：投影设备与观看的人处于屏幕的两侧，人眼看到的是透射光线。由于投影光线在一个封闭的暗室内传输，不受环境光影响，因此即使在明亮的灯光下，背投的图像质量依然较好，但它的缺点是需要占用一定的空间。2.2投影显示的实现方式2.2.1 CRT投影技术CRT（Cathod
12、e Ray Tube）是阴极射线管。是应用较为广泛的一种显示技术。CRT投影机把输入的信号源分解到R（红）、G（绿）B（蓝）三个CRT管的荧光屏上，在高压作用下发光信号放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。 光学系统与CRT管组成投影管，通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机。CRT投影机可以说是投影机的鼻祖。CRT投影机也叫三枪投影机，其工作原理与CRT显示器没有什么不同，其发光源和成像均为CRT。虽然CRT投影机的工作特征与LCD、DLP等投影机有本质区别，且CRT投影机与LCD投影机同属传输型投影机，但CRT投影机是本身发光，是由阴极射线电子束扫描击射在成像面上，使成像面上的荧
13、光粉发光形成图像后，再传输到投影面上。因此，CRT投影机具有CRT技术中成像的所有优点和缺点。即CRT投影机分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、对信号的兼容性强，且技术十分成熟。特别是CRT投影机在采用当前技术先进的CRT新型荫罩后，亮度也有了较大提高。但CRT投影机毕竟是由成像面上荧光粉发光后再投影到屏幕上的，当有效扫描电子数增加到饱和状态时，再增加有效电子数，荧光粉发光量也增不了多少。因此，与其它类型的投影机相比，在亮度方面，CRT投影机要低得多，这一直是困绕CRT投影机的主要因素。不过，CRT投影机分辨率高,对比度好,色彩饱和度佳,信号的兼容较强，技术十分成熟，加上CRT投影机扫描式的成像
14、特点和在分辨率、亮度、对比度、饱和度、线性、枕形、梯形等方面具有调节功能，CRT投影机在航空航天、遥控监控行业中起到其它投影机无法替代的作用，所以应用于相对高端的专业领域。2.2.2 LCD投影技术LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物，它利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670百万种色彩的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件是液晶板。LCD投影机的体积取决于液晶板的大小，液晶板越小，投影机的体积也就越小。 根据电光效应，液晶材料可分为活性液晶和非活性液晶两类，其中活性液晶具有较高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶，人
15、们可通过相关控制系统来控制液晶板的亮度和颜色。与液晶显示器相同，LCD投影机采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影机的光源是专用大功率灯泡，发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机，所以LCD投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD投影机的像元是液晶板上的液晶单元，液晶板一旦选定，分辨率就基本确定了，所以LCD投影机调节分辨率的功能要比CRT投影机差。 LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种，现代液晶投影机大都采用3片式LCD板(图1)。三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度较高，分辨率适中，现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。
