随着LCOS技术的发展,投影仪趋于微型化,而投影系统的分辨率也不断提高,因此对投影仪的光源系统的要求就越来越高,希望得到高强度以及光学扩展量小的光束。本文对LCOS投影显示光学系统设计理论、分析方法和系统实现进行了系统的研究。文中针对LCOS投影显示系统的特点,借鉴非成像光学分析方法对系统进行描述,深入地分析了LCOS投影显示系统中的许多光学器件的初始结构和设计方法,为系统确立合适的参数条件提供理论分析基础。使用TracePro对系统进行模拟,并建立了两个完整投影光学系统,对系统进行整体性能综合评价对系统设计过程和特点进行了深入的研究与分析。 第一章简要介绍了投影仪的历史和发展,并对投影显示做简单分类。着重分析了LCOS投影仪的结构和原理,并基于LCOS投影仪的原理以及发展对LCOS微型投影仪的照明系统的设计进行分析并且提出要求。 第二章对非成像光学系统进行研究。介绍了非成像光学理论的起源以及与成像光学理论研究的区别。讨论了理论最大集光比率和光学扩展量以及非成像光学系统一种重要的分析方法,边缘光线分析法。最后对投影仪系统中的étendue进行分析并且提出设计要求。 第三章对普通点光源照明系统中常见光学器件进行分析。介绍了一些常用的液晶投影仪照明系统的光源,并对各光源的工作效率、寿命以及发光谱线作了简要说明。接下来介绍了普通光源照明系统中非常普遍的光学器件以及光学系统如各种反光碗系统,锥形光管,复眼透镜。 第四章对普通光源和LED光源的优劣进行比较,并根据LED的特点提出了LED作为投影仪照明系统光源的设计要求。太阳能采集中使用的CPC集光器用于对LED光源光束角度的调整,而FF双焦距光学系统可以提高面光源如LED阵列的光学效率。另外介绍了偏振光转换系统的原理以及和光管的耦合。 第五章从整体角度对系统进行分析和优化。课题中所使用的仿真软件为TracePro。从成像光学和非成像光学的角度给定了对投影系统的评价标准。分别选取氙灯HID光源与Osram的LED光源作为照明系统光源设计投影仪系统,并