| 【中文题名】 | 基于透射型自由曲面理论的均匀照明设计方法研究 |
| 【英文题名】 | Study on the Design Method of Uniform Illumination Based on Transmitted Free-form Surface Theory |
| 【学科专业】 | 光学工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-7-19 |
| 【中关键词】 | LED,投影显示,照明系统,非成像光学,自由曲面,微分方程 |
| 【英关键词】 | LED,projection display,illumination system,non-image optics,free-form optical surface,differential equations,finite difference method, |
| 【分类导航】 | 工业技术>无线电电子学、电信技术>电视>录像系统、放像系统>屏幕录像系统> |
| 【论文摘要】 | 微显示投影系统的小型化、长寿命是投影技术的发展方向。近年来,随着高亮度LED器件的出现,为微显示投影系统的长寿命、小型化提供了新的可能。LED具有发光效率高、无红外辐射、器件小、功耗低、寿命长等特点,在投影显示系统的应用中有着传统光源无法替代的优点。但是由于LED的外形和发光特性等和现有的投影灯源不同,使得现有的照明系统无法应用于LED,且无法满足投影系统小型化的要求。自由曲面灵活的空间布局和设计自由度,能够简化光学系统的结构,提高像质。尤其在照明光学系统的设计中由于光学自由曲面不仅可以自由分配光强,也可以控制光线角度,光程差等物理量,使其在LED投影照明系统中具有潜在的应用前景,故此展开研究既具有理论价值又含有实际的意义。
本课题对微分方程数值解构造光学自由曲面来实现均匀照明的设计方法进行了探索性的研究。采用了一个有建设性的方案来设计光学自由曲面的形状:在已知光源的光辐射特性以及目标面上所需的照度分布,推导出一组用于计算自由曲面面型的微分方程组,并利用数值解法直接得到自由曲面的面型数据。
本文第一章介绍了投影显示的行业概况、分类,分析比较了目前主要的几种显示投影技术的光学结构,介绍了... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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ABSTRACT |
4-8 |
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第一章 绪论 |
8-25 |
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1.1 投影显示技术简介 |
8 |
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1.2 典型的投影显示技术 |
8-13 |
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1.2.1 CRT投影显示技术 |
8-9 |
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1.2.2 TFT-LCD投影显示技术 |
9-10 |
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1.2.3 DLP投影显示技术 |
10-11 |
|
1.2.4 LcoS(硅基液晶)投影显示技术 |
11-13 |
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1.3 照明系统与LED光源 |
13-18 |
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1.3.1 传统光源照明系统介绍 |
13-15 |
|
1.3.2 LED光源 |
15-18 |
|
1.4 光学自由曲面 |
18-21 |
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1.4.1 自由曲面简介 |
18-20 |
|
1.4.2 微分方程数值解构造光学自由曲面 |
20-21 |
|
1.5 论文的研究内容及意义 |
21-25 |
|
1.5.1 论文研究内容 |
21-22 |
|
1.5.2 论文研究意义 |
22-25 |
|
第二章 自由曲面的设计原理 |
25-35 |
|
2.1 非成像光学 |
25-28 |
|
2.1.1 非成像光学的发展历史 |
25 |
|
2.1.2 非成像光学的基本内容 |
25-28 |
|
2.2 微分方程构造自由曲面 |
28-33 |
|
2.2.1 概述 |
28-29 |
|
2.2.2 设计原理 |
29-33 |
|
2.3 小结 |
33-35 |
|
第三章 自由曲面方程的推导 |
35-52 |
|
3.1 微分几何知识 |
35-42 |
|
3.1.1 曲面的第一基本形式 |
35-37 |
|
3.1.2 曲面的第二基本形式 |
37-38 |
|
3.1.3 法曲率 |
38-39 |
|
3.1.4 Gauss映射和Weingarten映射 |
39-40 |
|
3.1.5 主方向和主曲率 |
40-42 |
|
3.1.6 曲率张量 |
42 |
|
3.2 曲面方程推导 |
42-50 |
|
3.2.1 坐标系的选取 |
42-43 |
|
3.2.2 矢量表达式 |
43-45 |
|
3.2.3 折射率公式 |
45-47 |
|
3.2.4 曲率张量公式 |
47-49 |
|
3.2.5 照度公式 |
49-50 |
|
3.3 小结 |
50-52 |
|
第四章 自由曲面方程的数值求解 |
52-63 |
|
4.1 数值分析的相关理论 |
52-57 |
|
4.1.1 误差分析 |
52-54 |
|
4.1.2 微分方程数值解法——有限差分法 |
54-55 |
|
4.1.3 非线性方程求根 |
55-57 |
|
4.2 一维折射情况的数值求解过程 |
57-61 |
|
4.3 小结 |
61-63 |
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第五章 光线追迹和结果分析 |
63-67 |
|
5.1 光线追迹 |
63-64 |
|
5.1.1 建立自由曲面面型 |
63 |
|
5.1.2 光学追迹模拟 |
63-64 |
|
5.2 结果分析 |
64-67 |
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第六章 总结与展望 |
67-69 |
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硕士期间完成的论文 |
69-70 |
|
致谢 |
70-71 |
|
附录一：数值计算程序代码 |
71-75 |
|
附录二：MATLAB绘制函数图形M文件程序代码 |
75-76 |
|
附录三：ASAP光线追迹程序代码 |
76-78 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.355795 |
