用于投影显示的离轴照明系统设计

摘要：提出了一种新型离轴照明系统，它由一个半球 —椭球型反射镜、一个双曲面反射镜和一个倾斜的匀光杆组成。半球 —椭球型反光镜收集灯弧发出光能，双曲面反光镜将光束再次聚焦到匀光杆的前端面。用LightTools软件建模的结果显示，当光调制器尺寸为 1.4 或 1.3 m时，在满足高均匀性的前提下，光收集率能够提高20 %。

关键词：反光镜；照明系统；投影显示；光学扩展量；收集率

0 引 　言

根据2002年 Stanford Resources的预测，全球投影显示市场从 1998～2005 年，总值将从 72. 2 亿美元增长到超过 178 亿美元，并将广泛用于商务、教育及娱乐等领域。随着投影显示技术的发展，空间光调制器的尺寸越来越小而像素数越来越高。这些特性使得投影显示技术能够满足下一代数字投影显示技术所要求的低成本、高解析度的特点。LCoS和 DLP技术是在成熟的集成电路技术基础上发展起来的空间光调制技术。因此随着成品率的提高，这种大规模生产的优势将会得到充分发挥。空间光调制器尺寸减小及消费者期望更大投影尺寸的双方面共同作用，要求光学引擎中照明系统的效率更高。事实上，亮度正是大屏幕投影显示的限制因素。传统的照明系统设计基于对称的点光源理论，发光体的光学扩展量放大了数十倍。文中基于非成像光学理论提出一种非对称的照明系统设计方法，利用成像光学理论在平衡像差时充分利用了两个非球面反光镜所提供的优化自由度。

1 传统椭球 - 方棒照明系统典型的短弧灯及其辐射模型如图 1 所示，通常，辐射强度的分布成蝶型，绝大多数的辐射是垂直于灯弧方向的，在投影显示系统中理想的光源是长寿命、高发光效率、较短弧长、色温好和价格低。随着光源功率的增加，弧长会相应地增加，这与提高光利用率、减小光源光学扩展量相矛盾。

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