【正文】 自身的突出優(yōu)勢(shì)，也早已被業(yè)界普遍認(rèn)為是最適合我國(guó)發(fā)展的新型大屏幕數(shù)字顯示技術(shù)。 近年來(lái)，以 激光 作為光源的新型顯示技術(shù)嶄露頭角，被業(yè)界稱為第四代顯示技術(shù)。 LCOS 激光顯示現(xiàn)狀與發(fā)展 （ 1） 從事研發(fā)與生產(chǎn) LCOS 投影顯示設(shè)備與配套件的地區(qū)與企業(yè)逐漸增多。特別是大家對(duì)提高 LED 光源發(fā)光效率采取很多創(chuàng)新措施 [1]，有的還采取 LED與激光器件組成混合光源，既發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，如色彩、壽命同時(shí)又降低成本。 （ 8） 整機(jī)企業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)出多種型號(hào)整機(jī)供應(yīng)市場(chǎng)，并在開(kāi)辟市場(chǎng)工作中取得了一些經(jīng)驗(yàn)。由于投影式激光顯示可以覆蓋 90%的色域空間，它 “將視頻顯示的高保真推向最高階段，是二維顯示的完善終結(jié)技術(shù) ”， “是一 場(chǎng)視覺(jué)革命 ”。 LCOS 投影機(jī)圖像調(diào)制原理是以光調(diào)制 來(lái)控制投影顯示圖像。 清華 大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 3 頁(yè) 共 28 頁(yè) 2 投影顯示系統(tǒng)的分類和工作原理 投影顯示的特點(diǎn)：投影顯示圖像呈現(xiàn)在顯示器件上后又被光學(xué)系統(tǒng)放大，最終在投影屏幕上顯示出被放大了的圖像，因此，投影器件本身的尺寸大小與所能顯示的圖像尺寸大小是不一致 的。因此，圖像質(zhì)量受環(huán)境影響較大，僅在觀看環(huán)境為黑暗（比如電影院這樣的場(chǎng)所）時(shí)，圖像質(zhì)量才較好。是應(yīng)用較為廣泛的一種顯示技術(shù)。 CRT 投影機(jī)也叫三槍投 影機(jī)，其工作原理與CRT 顯示器沒(méi)有什么不同，其發(fā)光源和成像均為 CRT。特別是 CRT 投影機(jī)在采用當(dāng)前技術(shù)先進(jìn)的 CRT 新型蔭罩后，亮度也有了較大提高。 LCD 投影技術(shù) LCD 液晶投影機(jī)是液晶顯示技術(shù)和投影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了液晶的電光效應(yīng)，通過(guò)電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次及多達(dá) 1670 百萬(wàn)種色彩的靚麗圖像。液晶板使用的是活性液晶，人們可通過(guò)相關(guān)控制系統(tǒng)來(lái)控制液晶板的亮度和顏色。 LCD 投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種，現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用 3 片式 LCD 板 (圖 1)。三片式 LCD 投影機(jī)比單片式 LCD投影機(jī)具有更高的圖像質(zhì)量和更高的亮度。該元件具有快速反射式數(shù)字開(kāi)關(guān)性能，能夠準(zhǔn)確控制光源。因此， DMD 裝置的微鏡數(shù)目決定了一臺(tái) DLP 投影機(jī)的物理分辨率，平常我們說(shuō)投影機(jī)的分辨率為 600800 的 SVGA 模式，所指的就是 DMD 裝置上的微鏡數(shù)目就有 600800=480000 個(gè)，是相當(dāng)復(fù)雜和精密的。 DLP 投影機(jī)采用微鏡濾光技術(shù)，使用表面由成千上萬(wàn)個(gè)微透鏡組成的芯片高速切換光像素來(lái)產(chǎn)生投影圖像。當(dāng)然，縮小體積也帶來(lái)了視頻顯示方面的缺陷，使 DLP 投影機(jī)的視頻顯示效果有些失真。 清華 大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 6 頁(yè) 共 28 頁(yè) 3 LCOS 投影顯示技術(shù) LCOS（ Liquid Crystal on Silicon），即硅基液晶，是一種基于反射模式，尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。像素的電極也是一個(gè)反射鏡。與其他投影技術(shù)相比， LCOS 技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，采用該技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品在亮度和價(jià)格方面也將有一定優(yōu)勢(shì) [5]。 HTPSLCD 目前僅有索尼（ SONY）及愛(ài)普生（ EPSON）擁有專利權(quán)，而 DLP 則是德州儀器的獨(dú)家專利， LCOS 則無(wú)專利權(quán)的問(wèn)題。 近幾年來(lái)，在 LCD 業(yè)界出現(xiàn)了許多新技術(shù)，其中較熱門的技術(shù)是 LCOS。但自今年 3 月后，業(yè)者中開(kāi)始將其應(yīng)用到手機(jī)產(chǎn)品中，而且將在第 4 季起正式供貨。 Digital Light Projector)反射式技術(shù)相關(guān)。以下以 LCD 為主流， PDP 可應(yīng)用于 3039。 LCOS 投影顯示技術(shù)則是落于上述投影顯示器市場(chǎng)；另外亦可作為直視元件，應(yīng)用在 HMD 中。后者通常用穿透式投射的方式，光利用效率只有 3%左 右，解析度不易提高； LCOS 則采用反射式投射，光利用效率可達(dá) 40%以上，且其最大的優(yōu)勢(shì)是可利用最廣泛使用、最便宜的 CMOS 制程，毋需額外的投資，并可隨半導(dǎo)體制程快速的微細(xì)化，易于提高解析度。該技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)九十年代 末期。其中不乏今天依然活躍在 LCOS 舞臺(tái)上的索尼、JVC、視創(chuàng)科技、中芯國(guó)際、臺(tái)聯(lián)電、江西鴻源數(shù)顯科技、河南輝煌等企業(yè)。 04 年以來(lái)液晶和等離子平板電視產(chǎn)品的 高速增長(zhǎng)被認(rèn)為是飛利浦放棄 LCOS 背投電視機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)停頓的核心因素。然而， 05 年之后英特爾的 LCOS 計(jì)劃 “無(wú)疾而終 ”。 但是，出于對(duì)已有技術(shù)的不滿和對(duì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)的預(yù)期，索尼、 JVC 和臺(tái)灣的視窗科技卻依然堅(jiān)持了下來(lái)。在投影顯示技術(shù)上， DLP 技術(shù)追趕 LCD 技術(shù)用了十年的時(shí)間。在早期的產(chǎn)品中采用過(guò)和單片式 DLP 類似的時(shí)序成像方式。 這種成像系統(tǒng)在光源光線參與成像的利用率上能夠達(dá)到單片式成像系統(tǒng)的一倍左右。推出這種產(chǎn)品的廠家眾多，包括索尼、 HVC、視創(chuàng)、佳能等著名公司均有優(yōu)秀的產(chǎn)品。飛利浦早期的 LCOS 背投顯示技術(shù)就是給予單片式 LCOS 時(shí)序顯示的投影產(chǎn)品。進(jìn) 而達(dá)到驅(qū)動(dòng)電路和芯片一體化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 普通的 LCD 透光的光學(xué)結(jié)構(gòu)決定了兩個(gè)光學(xué)平面必須保持 “干凈 ”。 此外，普通的 LCD 在制造過(guò)程中需在玻璃基板上進(jìn)行光刻，制成像素。 和德州儀器的 DLP 投影技術(shù)的 DMD 芯片相比較， LCOS 技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。對(duì)于 LED 光源，必須進(jìn)行起偏處理，使得光能量有較大的損失；而對(duì)激光作為光源的顯示系統(tǒng)， 激光本身的偏振特性可以被 LCOS 利用，但又存在激光散斑的問(wèn)題。在與傳播方向垂直的平面內(nèi)，光矢量可能有各種各樣的振動(dòng)狀態(tài)，被稱為光的偏振 態(tài)。自然光通過(guò)介質(zhì)的反射、折射、吸收和散射后，光波的電矢量的振動(dòng)在某個(gè)方向具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，而使其分布對(duì)傳播方向不再對(duì)稱。如果光矢量的振動(dòng)限于某一固定方向，則這種光稱為線偏振光或平面偏振光。因?yàn)樗鼈兊墓ぷ髟硎且粯拥?，只允許一個(gè)方向的偏振光通過(guò) 。 PBS 棱鏡是由兩個(gè)直角棱鏡膠合而成，成為一個(gè)立方體，并在膠合面處鍍有偏振膜，它把自然光分解為 P 偏振光和 S 偏振光，如下圖 所示。偏振膜是多層膜，光線在每層界面處發(fā)生一次反射和透射，即進(jìn)行一次偏振化，使 P 偏振光中的 S 偏振光成份逐漸減少，從而提高消光比。各部位的質(zhì)量要求有所不同，如圖 4 所示。 97％，最低透過(guò)率 Tpave95％； S 偏振光的平均透過(guò)率 Tpabs％，最高透過(guò)率 Ksabs％，消光比 Tp： Ts1， 000。膠合加工：膠合時(shí)應(yīng)保證上下表面平齊，當(dāng)兩棱鏡厚度不 一致時(shí)，應(yīng)保證上下表面平行 [14]。在平行光路中，光線垂直射入 PBS，平行光在入射面處，入射角為 0176。5 。3176。 圖 PBS 在 LCOS 光學(xué)引擎中的應(yīng)用 偏振光轉(zhuǎn)換器 自然光經(jīng)過(guò) PBS 棱鏡即得到 S 偏光和 P 偏光，但是光分兩路 [15]，不好利用。在 P 偏振光出射面加一個(gè) 1／ 2 波長(zhǎng)片，可將 P 偏振光轉(zhuǎn)變成 S 偏振光，于是這樣就將自然光全部轉(zhuǎn)變成單一 S 偏振光，并在同一方向射出，形成大面積的偏振光光源。 清華 大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 15 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 PCS 實(shí)樣 清華 大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 16 頁(yè) 共 28 頁(yè) 5 軟件仿真 ZEMAX軟件 隨著電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)的快速發(fā)展，光學(xué)設(shè)計(jì)的大量計(jì)算工作都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。 ZEMAX 軟件簡(jiǎn)介 ZEMAX 是美國(guó) Focus Software 、分析和輔助設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)程序，它將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表整合在一起，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射、衍射、散射等光學(xué)模型，不僅是一套輔助設(shè)計(jì)軟件，更是全功能的光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件，具有直觀、功能強(qiáng)大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點(diǎn)。在 ZEMAX使用手冊(cè)中，主要對(duì)其各項(xiàng)功能的使用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并未介紹基本的物理原理，所以要求使用者具備一定的光學(xué)理論和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。菜單欄給出了 ZEMAX 各個(gè)功能的入口，也包括別的窗口的入口，主要有文件欄 (File)、編輯欄 (Editors)、系統(tǒng)欄 (System)、分析欄 (Analysis)、工具欄 (Tools)、報(bào)表欄 (Reports)、宏指令欄 (Macro)、擴(kuò)展命令欄(Extensions)、窗口欄 (Window)和幫助欄 (Help)[29]。在NonSequential mode 中，光線的傳播比較復(fù)雜，程序會(huì)根據(jù)光學(xué)元件的空間分布，追蹤光線的傳播，這時(shí)光線可能要多次經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)元件，它一般用于光的散射等問(wèn)題的分析，不用于成像光學(xué)系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，包括以下幾個(gè)基本步驟： (1) 選擇優(yōu)化時(shí)可以更改的參數(shù)，即優(yōu)化變量。 (3) 優(yōu)化。所以，在主菜單環(huán)境下，點(diǎn)擊 File，在所出現(xiàn)的下拉菜單中點(diǎn)擊 Nonsequential mode， 將整個(gè)環(huán)境變?yōu)榉切蛄心Ｊ剑鐖D 所示。 光源參數(shù)設(shè)置為 ： Layout Rays 和 Anslysis Rays 都為 所示。 然后是個(gè)會(huì)聚透鏡，讓光線射到 PBS 上時(shí)有一定的角度。 并把設(shè)置為與 Z 軸成 45 度角。 反射鏡的材料設(shè)置為 MIRROR。 像素為 101*101。如下圖。 圖 膜層選取 生成 3D 視圖：在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行元件選擇和參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊主界面上方的 L3n，即可生成 3D 視圖，如圖 所示。 圖 光線追跡 清華 大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 24 頁(yè) 共 28 頁(yè) 然后通過(guò)矩形探測(cè)器得出 ，這里探測(cè)器為矩形探測(cè)器，探測(cè)器的像素設(shè)置為 101*101，面積為 15mm*15mm,探測(cè) 器顯示圖像如下所示。另外還要指出，在入射面要加放遮光板，以保護(hù) S 偏光不受干擾?，F(xiàn)在對(duì)整個(gè)論文做一個(gè)總結(jié) 系統(tǒng)的不足 偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于一個(gè)理想的模式，仿真設(shè)計(jì)時(shí)，在矩形棱鏡上所設(shè)置的膜層也是一個(gè)理想的膜層（ 100%透射 P 光， 100%反射 S 光）。由于投影式激光顯示可以覆蓋 90%的色域空間，它 “將視頻顯示的高保真推向最高階段，是二維顯示的完善終結(jié)技術(shù) ”， “是一場(chǎng)視覺(jué)革命 ”。 [6] 代永平 //[10] 張超，張斌，龔光磊等﹒基于 LCOS 微顯示屏的眼鏡電視 [J]﹒液晶與顯示， 2020，23 (6)： 696~670 [11] 安凱，張文，凌志華 LED 光源在微投影系統(tǒng)上的應(yīng)用 她 嚴(yán) 肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我