《ver1.0光学引擎及相关技术概况讲座(1).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ver1.0光学引擎及相关技术概况讲座(1).ppt（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、光学引擎及相关技术概况,西安工业学院陕西西安2004,12,16,光学引擎一般指视频投影显示系统中的光学系统。它是一个将信息源的视频图像投射到屏幕上的成像系统，同时，它又是一个通过光源系统将电能转变成高亮度光能的能量转换装置。,光学引擎（OPTICAL ENGINE）的概念,一个完整的光引擎主要包括:投影成像系统（合色系统+投影镜头）微显示芯片及驱动电路 光源及光源驱动电路 光转换系统注：光电鼠标的光学系统也称为光学引擎,+多媒体数字投影机(教育、商务、数字影院、家庭影院等)+背投电视机(家庭娱乐等)+大屏幕多媒体显示幕墙（军事、工业、气象、娱乐等）+视频广告板（广告宣传、厂矿信息显示等）+数
2、字彩扩机,光学引擎主要应用于投影产品领域,视频微显示芯片是光学引擎中最为关键的器件，光学引擎一般按使用的微显示芯片来分类：+LCD(liquid Crystal Display)光学引擎 图像信息源为高温多晶硅液晶微型显示器+DLP(Digital Light Processor)光学引擎 图像信息源为数字微反射器(Digital Micro-mirror Device)+LCOS(Liquid Crystal on Silicon)光学引擎 图像信息源为反射式液晶微型显示器注：视频微显示芯片最初应用于近眼显示，如头盔显示（单兵作战系统）、虚拟现实、电子游戏等,光学引擎的分类,典型LCD光学引
3、擎原理示意图,短小的弧长(0.8-1.3mm长)效能高(25-100Lm/W)高光通输出光源射出的光没有变化或光输出短期变化长寿命和良好的光通维持安全简单的电源驱动立即启动-没有预热在过渡颜色区无峰值白平衡在6550K-8550K,投影系统光源的基本要求,仅仅用于投影系统的光源有UHP灯和氙灯,短弧高能放电灯实例,灯的放电发光点位于反光碗的焦点处反光碗内表面镀冷反光膜，反射光源发出的可见光，透射红外辐射光，红外辐射被灯碗和周围物体所吸收转化成热量被风扇排去反光碗出射光通量的空间分布很不均匀,HID灯反光碗的类型,UHP灯有较大的峰值氙灯有较平的幅值和更多的红色成分效能：UHP 60 Lm/W；
4、Xenon 25 Lm/W,UHP灯和氙灯的光谱,大幅度降低可见光中的紫外光，同时进一步降低红外光成分控制UV可以维持投影系统的寿命,许多退化都是蓝光和UV所造成 显示芯片、PCS（有机偏光转换器）、有机偏光起偏，检偏器，转换器、膜塑镜片UV控制必须在PCS之前,10mW/cm365nm，实际上429nm到短波方向的光波都全部截止掉降低红外光成分可以使显示芯片的温度控制更加容易,UV-IR滤光片（UV-IR Filters）,在像面产生均匀的照明在灯的放电弧飘移时降低亮度变化光学积分器的类型：透镜阵列积分器（常和PCS一起用于LCD投影机）光管或光棒积分器,光学积分器（Optical Inte
5、grators）,也称复眼积分器(Flys eye integrator),由两个复眼透镜组成每个复眼透镜由mn个小透镜组成，每个小透镜口径为长方型，长宽比和显示芯片相同，一般有4:3,16:9积分器把来自抛物反光碗的光束分成mn束小长方形光束，然后在显示芯片的像面上互相叠加照明,透镜阵列积分器（Lens-let Integrators）,液晶工作在偏振光的条件下，系统需要起偏器，PCS是非常理想的起偏器PCS依靠PBS膜来起偏，PBS膜(理论值)要求:Rp=0,Tp=1;Rs=1,Ts=0实际可以到:80%为一个方向的偏振光,5-10%为另一个方向的偏振光,PCS(Polarization
6、Conversion Systems),透镜阵列积分器与PCS是相配套,透镜阵列积分器与PCS,IB是入射光，OB1是透射光，OB2是反射光，分别是两个方向IB和OB1的光轴有偏移d,二向色分光镜(Dichroic Filters),光束入射到二向色分光板上-中心角度范围：角a=45-上部角度范围：角145-下部角度范围：角245二向色分光膜是多层介质膜层，具有较强的角度依存性，随角度增大光学特性曲线向短波方向漂移实际应用把图示均匀的膜层制作成下图所示的楔型结构的膜层，补偿光束入射角度不一致所带来的曲线漂移,二向色分光膜的楔型结构,+,分光与色度坐标,液晶微显示芯片(LCD Panel),1,
7、合色棱镜,投影镜头通常根据实际应用进行设计重要的特性:-分辨率 720/1080HDTV-较长的后焦距 顾及X-cube和PBS棱镜-较短的焦距f 实现紧凑的投影距离-较高的透过率 大于80%,投影镜头,光学性能 a)焦距 f=14.056mm b)后截距 Lf=32.07mm0.33 c)适合0.75；1024*768,前投机中液晶板的偏置,单片式DLP光学引擎原理示意图,DMD的工作原理,光棒均光系统,色轮,TIR棱镜,三片式DLP光学引擎原理示意图,+三片式LCOS光学引擎*4个PBS棱镜式*3个PBS棱镜式*离轴式+单片式LCOS光学引擎*旋转棱镜式#复眼均光系统方案#光棒均光系统方案
8、*旋转色鼓式,LCOS光学引擎的系统方案,Philips公司的LCOS,LCOS微显示芯片,JVC公司的LCOS（D-ILA）,三片LCOS光学引擎（4PBS棱镜式）的原理,PBS棱镜,三片LCOS光学引擎（3PBS棱镜式）的原理,D,三片LCOS光学引擎（3PBS棱镜式）的原理,三片LCOS光学引擎（离轴式）的原理,单片LCOS光学引擎（复眼式）的原理,旋转棱镜,单片LCOS光学引擎（光棒式）的原理,薄膜金属丝格栅偏振片WGP（Wire-Grid Polarizes）,1/4波长片的作用,单片LCOS光学引擎（色鼓式）的原理,色鼓的工作示意图,投影产品的特点,制造光学引擎涉及的技术,+光学设
9、计技术（所有类型的光学引擎）照明均光系统的设计 投影镜头的设计 分色和合色的设计 偏光系统的设计 非球面的应用设计+光学薄膜技术（所有类型的光学引擎）PBS膜 二向色膜 UV-IR膜 AR膜的镀制技术+高精度光学冷加工技术（所有类型的光学引擎）二向色镜 合色棱镜 PCS棱镜 PBS棱镜 色轮 色鼓 旋转棱镜 光棒 光管 UV+IR滤光镜+光学胶合技术（所有类型的光学引擎）玻璃空气隙胶合技术 偏光片与波长片的粘贴技术+光学非球面加工技术（所有类型的光学引擎）玻璃非球面技术 塑料非球面技术+微型显示器技术+高精度玻璃热压技术（选用复眼透镜方案的光学引擎）复眼透镜 玻璃非球面透镜(模具技术与制造加工
10、技术)+高精度机械对位技术（多片微型显示器方案的光学引擎）三像素对位 旋转棱镜粘接+检测测试技术（所有类型的光学引擎）+高亮度光源技术（所有类型的光学引擎）+高洁净的组装技术（所有类型的光学引擎）,投影产品（光学引擎）市场-投影机,（数据来源：根据日本智能泰克公司、台湾拓扑产业研究所、台湾工研院光电所有关数据整理，2004年5月）,投影产品（光学引擎）市场-背投电视,引自美国DisplaySearch的资料,投影显示产品的发展趋势,+投影显示产品具有较低的价格优势，约PDP、LCD显示器的1/2，图像画质已超过LCD显示器和PDP，画面可与电影媲美，正朝向欣赏电影等高临场感电视机方向发展。在未
11、来的发展中具有非常强的竞争优势。+DisplaySearch公司预测:背投电视市场 2003年470万台,2006年背投电视与LCD显示器和PDP成三足鼎立的局面,到2008年将增长到830万台。在整个电视市场上占4%。三星预测，在2007年28英寸以上的FPD市场上，液晶、PDP、微显示器（投影电视）的比例将分别达到46%、26%和28%。而2007年28英寸以上FPD市场规模是2700万台。+投影显示产品已逐渐成熟，并且向超薄方向发展（已达到20CM厚），而且适应数字高清电视的需要，在一个较长的时期还会占有一定的市场份额。+应用LCD微显技术、DMD技术、LCOS技术的投影产品在市场竞争中
12、各有优势和缺点，随着技术的发展，在未来的竞争中都会有机会。当然，它们都还面临着其他非投影大屏幕显示技术发展的压力，例如等离子（PDP）电视、LED显示器、EL显示器、LCD显示器，以及新的显示技术的竞争。但是，它们在未来几年内不会威胁投影显示技术产品的生存。,投影显示产品的发展趋势-数字影院投影机,JVC LCOS PANEL 芯片尺寸 1.7 分辨率 4096*2160（885万像素）像素大小 9.5 像素间距 0.35 对比度 5000：1 反射率 78%响应速度 10mS投影机的对比度为1500比1。当使用2000W光源时亮度为8000ANSI流明（符合了美国7家大型电影公司组成的业内团
13、体Digital Cinema Initiatives，LLC（DCI）定义的所谓“4K2K”规格）,索尼也宣布将在2005年初在美国市场上市“4K2K”投影机,投影显示产品的发展趋势-单片彩色LCOS光学引擎,香港科技大学开发的彩色LCOS,显示技术 产品主要应用 新的发展 数字电视应用阴极射线管CRT 电视机 显示器 背投电视机 OK液晶显示LCD 显示器电视机背投电视机投影机 立体显示液晶面板 OK反射式液晶显示LCOS 背投电视机 投影机 数字影院 OK电致发光显示ELD 有机EL 有机EL液晶面板 可能等离子体发光显示PDP 显示器 电视机 OK数字微镜显示DMD 背投电视机 投影机
14、 数字影院 场发射发光显示FED 碳纳米管型FED SED型FED OK真空荧光管显示VFD 显示屏 信号显示发光二极管显示LED 显示屏 显示器 信号显示有机发光二极管显示OLED 便携式显示屏 显示器 电视机 可能 电泳显示 电子纸,显示领域产品概况,显示产品适合的屏幕尺寸,*数字电视是指节目的采集、录制、播出、传送、接收、显示的系统全部都采用数字技术的电视系统。目前，数字电视的地面传送标准有1080i/60Hz（NTSC制式的国家）、1080i/50Hz（欧洲、中国）、720P/60Hz（以光盘为载体的信号源）、1080P（专业格式）等*国家广电部门对数字电视高清晰度的要求是垂直和水平扫
15、描线都在720线以上，具体：#1 能接收、解调由高清晰度信号调制的射频信号；#2 图像清晰度必须在水平和垂直方向上均大于等于720电视线；#3 能解码、显示1920X1080I/50Hz或更高图像格式的视频信号；#4 图像显示的宽高比为16：9；#5 要能输入、处理和显示其他的图像格式如720576等。能够全面兼容未来的高清晰信号模式，主要包括以下三种：720P/60Hz、1080i/50Hz、1080i/60Hz。#6 另外，能解码和输出数字电视的声音。*能接收数字电视信号的电视接收机叫数字电视机，或叫高清晰数字电视机。有“HDTV-ready”或“1080i（P）-ready”字样的标志，
16、但这种电视机还需要买一个机顶盒（数字电视解码器）。有“HDTV-receiver”或“1080i（P）-receiver”字样标志的电视机内部就装有机顶盒。*高清晰度电视图像格式为1920*1080i或1280*720P，最高显示是模拟电视画面清晰度2-3倍。*数字电视国家标准将采用169信号源。意味着市场上主流产品43屏幕彩电将被淘汰。,数字电视机的要求,+佳能与东芝于2004年9月发布的36英寸SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）显示器。SED是一种使用微型电子枪的自主发光型显示器技术。其发光原理与CRT一样，针对红蓝绿荧光材料为
17、每个像素配备电子枪，由发射出来的电子对画面进行扫描。该类显示器一般被归类于名为“FED（Field Emission Display）”的超薄显示器。,显示领域新产品-SED,显示领域新产品-有机EL显示器,+索尼的便携信息设备“CLIE PEG-VZ90”，2004年9月开始投入量产的3.8英寸有机EL显示器。实际售价9万4000日元左右（约合人民币700元）,为实现彩色无机EL面板的实用化，加拿大iFire科技公司将于2005年夏建设一条少量生产34英寸产品的生产线。色彩表现范围与NTSC规格相比约为95%96%之间。比EBU规格还大。在CIE色度图中红（R）、绿（G）、蓝（B）的位置分别为（0.65，0.33），（0.29，0.65），（0.14，0.08）。自4000cd/m2初始亮度开始连续进行画面显示时，亮度半衰期在2万6000小时2万7000小时之间。耗电量超过了200W，比170W左右的37英寸液晶面板还要大。,+,谢谢大家,
