投影顯示中的離軸反射式成像系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著近幾年投影顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，顯示技術(shù)的市場(chǎng)需求促使投影顯示向高亮度、高清晰度、超薄化、大屏幕化等方向發(fā)展。而成像系統(tǒng)是投影顯示系統(tǒng)的重要組成部分，并且直接影響到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和最終成像性能，因此成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)投影顯示系統(tǒng)中的關(guān)鍵。
　　本文首先對(duì)目前的投影顯示技術(shù)進(jìn)行了分類，對(duì)占據(jù)投影顯示市場(chǎng)主導(dǎo)地位的幾種技術(shù)：CRT投影、LCD投影、DLP投影和LCOS投影顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了比較，并對(duì)目前投影顯示技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀作

2、了闡述。通過(guò)透射投影鏡頭和離軸反射成像物鏡的對(duì)比分析，提出離軸反射成像物鏡設(shè)計(jì)方法可以有效地簡(jiǎn)化成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免透射產(chǎn)生的色差影響，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的成像質(zhì)量。
　　第二章分析了非球面離軸成像系統(tǒng)和折反結(jié)合式離軸成像系統(tǒng)兩種設(shè)計(jì)方案，在四片非球面組成的離軸式反射成像系統(tǒng)中，僅采用非球面設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠精簡(jiǎn)，性能也有待進(jìn)一步提高，且非球面面形較大時(shí)加工和檢測(cè)都存在一定的困難；在折反結(jié)合式離軸成像系統(tǒng)中，該方法因兼具折射和反射的優(yōu)點(diǎn)，在

3、投顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中廣為應(yīng)用，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生難以校正的色差，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過(guò)分析得出兩種設(shè)計(jì)方法各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，而且在成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能方面都有進(jìn)一步提高的可能。隨著近幾年加工與檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，自由曲面在光學(xué)中的應(yīng)用逐漸受到研究者重視，自由曲面較傳統(tǒng)的非球面在設(shè)計(jì)上有更多的自由度，因而在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，從而本文提出應(yīng)用自由曲面設(shè)計(jì)離軸反射成像系統(tǒng)。
　　第三章對(duì)利用Zernike多項(xiàng)式擬合自由曲面及校正系統(tǒng)像差的方案

4、進(jìn)行了具體的理論分析。首先介紹了光學(xué)自由曲面的背景，以及在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，引出Zernike多項(xiàng)式的特性：具有良好的數(shù)學(xué)性能，在單位圓上正交；及 Zernike多項(xiàng)式與光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且很容易與Seidel像差函數(shù)建立聯(lián)系。應(yīng)用Zernike多項(xiàng)式表征自由曲面，來(lái)設(shè)計(jì)離軸成像系統(tǒng)中的反射面，該設(shè)計(jì)方法更有利于校正成像系統(tǒng)的像差，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量，并對(duì)該離軸反射系統(tǒng)的像差做了理論推導(dǎo)。
　　第四章研究了應(yīng)

5、用Zernike多項(xiàng)式自由曲面設(shè)計(jì)投影成像系統(tǒng)，采用三種設(shè)計(jì)方法：一片Zernike自由曲面和兩片非球面設(shè)計(jì)投影成像系統(tǒng)；兩片Zernike自由曲面和一片非球面設(shè)計(jì)投影成像系統(tǒng)；三片Zernike自由曲面設(shè)計(jì)投影成像系統(tǒng)。三種設(shè)計(jì)方法均應(yīng)用 Zernike多項(xiàng)式擬合自由曲面的初始結(jié)構(gòu)面形；然后利用ZEMAX軟件模擬和優(yōu)化成像系統(tǒng)，優(yōu)化后通過(guò)比較三種設(shè)計(jì)方法的性能曲線可知，應(yīng)用三片Zernike自由曲面設(shè)計(jì)投影成像系統(tǒng)的MTF和畸變性能曲