（光学专业论文）扫描式激光大屏幕显示技术研究.pdf

凹川大学学位论文摘要 扫描式激光大屏幕显示技术的研究 光学专业 研究生赵新亮指导教师曹益平 摘要 与普通光源发射的光相比，激光方向性强，单色性好，亮度高。用激光作 为显示光源显示的画面具有色彩丰富，分辨率高，亮度高等特点。 本文主要研究一种由固体激光作显示光源的大屏幕扫描投影激光显示系 统。三个单色固体激光的波长分别为4 7 3 n m ( 蓝) 、5 3 2 n m ( 绿) 、6 7 1 n m ( 红) 。 r g b 视频信号利用声光调制器对经过准直和聚焦的三单色激光束分别进行调 制。经调制的三色激光合色之后以特定的角度入射到转速为4 0 0 0 0 r p m 、3 6 面 的转镜上完成行扫描，场扫描由振镜完成。 本文的研究工作主要集中在以下几个方面： 1 通过计算研究确定符合系统指标的转镜的转速和面数，振镜的振动频率 和最大角分辨率。研究激光的入射角度以及转镜一振镜的空间位置排布，降低 因扫描方式带来的显示画面的畸变。 2 以控制的转镜为中心设计了图像读出扫描系统。该方法是将模拟视频信 号数字化之后以帧的形式存储于缓存，利用多面体面位置检测光电探测器输出 信号倍频之后作为帧缓存像素读出的时钟信号。此脉冲信号还是行计数器的触 发信号，间接地控制振镜场扫的正程和逆程。这种方法可以消除转镜角度分割 误差，并且保证每条扫描线的起始位景一致。 3 激光显示是以不同色级的三基色激光用空间混色的方法达到显示不同颜 色的目的。由于普通p a l 制和n t s l 制视频信号的三基色波长和激光显示三基 色的波长不同，需要将其转换到激光显示制中来。因此，建立了三基色转换数 学模型，并对具体实现进行了讨论。 遥锺炎学攀链论变 4 激光鬃示中常暴淄态速赛带声强调螽撩( a o m ) 谣制激光必强，戳簸控 希显示图像像素躺灰液。a o m 衍射效率的 线髋使显示图象的获度失真，必 颈实瓣羧歪e 实溅a o m 滚懿邀匿每豁嚣效率豹调剃特性数懿，添鼹六玲多磺 式裂会螽器掇穰戆方法建立了校正l # 翁经静粪谗裘。蕤逡了遴过紊诲彀路突魏 实嚼梭燕a o m 调镬# 线溲骜方法，嶷验涯冁了滚梭歪骞法黪可行瞧。 蓑毽溺；激光显示，多嚣耱镜爨播，弦镜强攘，三鏊经，溺搭掇巍，声巍 调铡器，色度转换 本漾题塞藩家“8 6 3 ”褰蓊技术基金燮滋。 蹿川天学学位论空 摘要 s t u d yo nl a r g es c r e e ns c a n n i n gl a s e rd i s p l a y m a j o ro p t i c s g r a d u a t ex i n l i a n gz h a oa d v i s o ry i p i n gc a n a b s t r a c t c o m p a r e d t oo t h e ri l l u m i n a t i o n l i g h ts o u r c e s ，l a s e rp o s s e s s s e v e r a l u n e q u a l e dq u a l i t i e si ni t sw e l l - o r i e n t a t i o n , s e r f - c o l o r e da n dh i 馥l u m i n a n c e s ol a s e r d i s p l a yc a l lp r o d u c em u c hm o r er i c h f u lc o l o r s ，a c h i e v eh i g h e rp i x e lr e s o l u t i o na n d h i g h e ri m a g el u m i n a n c e 。 t h i sp a p e rm a i n l ys t u d y0 nak i n do fl a r g es c r e e ns c a n n i n gl a s e rd i s p l a y s y s t e mw h i c h u s et h r e es o l i d s t a t el a s e r sa si l l u m i n a t i o n l i g h ts o u r c e s ，t h e w a v e l e n g t ho ft h et h r e el a s e r si s4 7 3 n m ，5 3 2 n m ，6 7 1 r i mr e s p e c t i v e l y t h et h r e e c o l l i m a t e da n df o c u s e dl a s e rb e a m sa r em o d u l a t e db yr g bv i d e os i g n a l st h r o u g h t h r e ea c o u s t o - o p t i cm o d u l a t o r ss e p a r a t e l y t h er e c o m b i n e db e a m sa r es c a n n e db ya 3 6 - f a c ep o l y g o n a lm i r r o rr o t a t e da t4 0 0 0 0 r p mt oa c c o m p l i s hh o r i z o n f f dl i n e sa n d t h e nb yag a l v a n o m e t e rc o n t r o l l e db yd s pt oa c c o m p l i s hv e r t i c a ll i n e s ，n l em a i n w o r k si nt h i sp a p e ra l e ： 1 t h ep a r a m e t e r si nt h el a s e rd i s p l a ys y s t e ma r ed e s i g n e da n dc a l c u l a t e di n d e t a i l ，s u c ha sr o t a t i n gs p e e da n dn u m b e ro ff a c e so ft h ep o l y g o nm i r r o r , t h eo p t i c a l s c a n n i n ga n g l ea n dt h ef r e q u e n c yo fg a l v a n o m e t e r t h ei n c i d e n ta n g l eo ft h e r e c o m b i n e dl a s e rb e a m sa n dt h ep o s f f i o nb e t w e e np o l y g o nm i r r o ra n dg a l v a n o m e t e r t or e d u c ed e f o r m a t i o nr e s u l t e db ys c a n n i n gd i s p l a ya r es t u d i e d 2 ，t h ec o n t r o lu n i ti sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep e c u l i a r i t yo f p o l y g o nm i r r o r t h ea n a l o g u ev i d e os i g n a l sa r es t o r e di nb u f f e ra f t e rb e i n gt r a n s f o r m e df r o ma n a l o g t od i g i t a l t h ea v a l a n c h ed i o d ed e t e c t i o ns y s t e mf o rm o n i t o r i n gt h er o t a r yp o l y g o n m i r r o ri sa d o p t e dt ou s ea sr e a dc l o c ko ft h ep i x e l sb yf r e q u e n c ym u l t i p l i e d 谢 塑塑蠢篓堂照篓塞 楚鐾 t e c h n o l o g y , eh o r i z o n t a ll i n e sc o u n t e ri sa l s oa c t i v a t e db yt h i ss i g n a lt oc o n t r o l g a l v a n o m e t e ru pa n dd o w n ，t 毯sm e t h o dc a r li n s t 谨et t i eh o r i z o n t a ls c a n n i n gs t a r t p o i n ti nt h es a l t l ep o s i t i o na n de l i m i n a t et h ea n g l ed i v i s i o ne i t o ro ft h ep o l y g o n m i r r o r 3 + b e c a u s eo f t h e 璃- a v e t e n g t h s 壕er g bt r i c o l o r 证n t s co rp a lm o n i t o r d i s p l a yf o r m a ti sd i f f e r e n tf r o mt h a to ft h el a s e rd i 攀a yf o r m a t s ot h et r i s t i m u l u s v a l u e si nn t s cf o r m a to rp a lm o n i t o rd i s p l a yf o r m a tm u s tb et r a n s f o r m e dt ol a s e r f o r m a t 协et r a n s f o r mm o d e la n dt h ea c c o m p l i s h e dm e t h o da r ep r o p o s e da n d d i s c u s s e di nt h i sp a p e r 4 h i g h - s p e e da n db r o a d b a n da c o u s t o o p 氐m o d u l a t o r ( a o m ) i sw i d e l yu s e d i n l a s e rd i s p l a ya sal i g h ti n t e n s i t ym o d u l a t o rt oc o n t r o lt h e 掣a ys c a l eo fp i x e l s b e c a u s et h en o n l i n e a ro ft h ed i 螽a c t i o ne f f i c i e n c yo fa o mm a yl e a dt ot o n a l d i s t o r t i o n ，r e a l - t i m ec a l i b r a t i o nm a s tb ep u ti np r a c t i c e 。t h en o n l i n e a r i t y m o d u l a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fa o mh a sb e e nt e s t e da n da n a l y z e d 。a ni n q u i r yt a b l e e s t a b l i s h e db y6 t hd e g r e ep o l y n o m i a lc u r v e f i t t i n ga n di n t e r p o l a t i o ni sr e a l i z e db ya r e a l - t i m ei n q u i r yc i r c u i tf o rn o n l i n e a rc a l i b r a t i o n 。l a s e rd i s p l a ye x p e r i m e n t sh a v e p r o v e di t sc o r r e c t n e s sa n df e a s i b i l i t y k e yw o r d ：l a s e rd i s p l a y ；p o l y g o nm i r r o rs c a n n i n g ；g a l v a n o m e t e rs c a n n i n g ； t r i c o l o r ；a c o u s t o - o l ；t i cm o d u l a t o r ；c h r o m at r a n s f o r m 。 t h i sp r o j e c ti ss u p p o r t e db yn a t i o n a l8 6 3h i t e c hf u n d 四川大学学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题提出背景 信息社会已经面向多媒体时代，处于大变革时期。无论何时、何处、何人 都能自由的利用和享受丰富多彩的视觉信息和图像，在现实中学不到的也将充 实于虚拟真实世界，因此图像将成为最重要的媒体。视觉作为人类信息传递的 主要方式在人们的信息交流当中起着举足轻重的作用，是人们获取信息的最快 捷、最直观的途径。面对多媒体时代，显示技术必将成为必不可少的人机交流 手段。从适应多媒体的方向发展趋势看，大画面、高清晰度、便携式终端代表 第三次显示技术革命的发展方向。新型光学元件、电子技术以及集成电路的高 速发展推动了显示技术的长足发展，同时人们对显示效果越来越高的要求反过 来推动了与显示技术相关的一系列基础科学的发展。 目前大屏幕显示的应用范围已经很广，从军事指挥和控制中心的地图显示， 到家庭娱乐，都在采用大屏幕显示。现代社会已经进入众所周知的多媒体时代， 其中显示器扮演着不可或缺的角色。随着技术水平的提高和人们的消费水平的 提高，屏幕尺寸、分辨率，色域等显示器性能的主要指标都在提高。大屏幕显 示器在军事、商业都有广泛的市场前景。 大屏幕的显示主要分为两类【t 】：投影型显示和平面矩阵型显示。投影型主 要包括阴极射线管( c r t ) 屏幕投影、c r t 光阀式显示、光开关式显示、激光 扫描式显示。在市场上较为常见的是c r t 背投，颜色较纯，图像分辨率高，对 比度好，亮度高，这些特点使它一直占领着主要市场。但它功耗大，辐射大， 光输出低，进一步增大屏幕空间有限。利用液晶光阀或者d m d ( 数字微镜) 作为光学开关的投影显示器已经全面的占领市场。平面矩阵型显示主要包括磁 翻转式显示板、多画面显示、使用发光元器件的显示、等离子显示板( p d p ) 。 其中后两种技术已经用的很普及，l e d ( 发光二极管) 制作的户外大型显示器 的色彩、分辨率已经得到较大的提高。缺点是l e d 在各个方向的发光强度不一 样，一般情况下，光强随偏离角的增大而减小。三基色管的光强空间分布特性 也彼此不同，它们混合后的颜色也会随观察角的变化而变化，从而会引起图像 颜色的失真。p d p 大屏幕显示器也已经进入了普通家庭，这种显示技术具有亮 度高、对比度大的优点，缺点是屏幕易坏，价格高昂。 登塑塑羹熬鲢一一 一 董= 塞整造 耀裁c r t 投影魄襁怒家惩大瓣蒋的主流嘲，l c d 是麓务鞠教肖鼹丈羼港烈 示的主流。l e d 阵捌嫩示是目前噍一能满足体育场馆、广场、黛外广告、告示 牌等惩途鼹大羼攀强暴产器。嚣p d p 国予巍农戆劣秘袈辨下王捧+ 蹩霉楚丈挥 幕爨承熬烹滤 。 强上述投影显示技术串，激淹纛暴一鲞授天稻寄予浮羹。激舞其学高攀髋 性，袋以馕爆激光三蒸镪 繁冀显示毙潆艇袭示静熬色纯禽了a 黻繇憩分辨联 毪黎9 0 t 5 l ，鑫鬻1 - 1 霹甄，与溪京黪显示骞式糖凌，箕夔域大，薅爨凌离， 对基然鬯的辩瑗麓为更强。激必发散懿小、穷惫瞧鲑，嚣l 魄撼示漤露螅投影雅 离变化范围大，可以利阁变焦距投影镜头放大或鬻缩小画两；激光扫描设器可 强骰瓣豢小，必蕊臻器节密空弱：激毙显示没有辐魁+ 甭鑫对入激遥或不逡姆 ； 舅辨激光霰示与备耱视频稽号襻奢静静匹配镶。激光显示蠢蘩诧多的优点，稳 是浸袋帮不楚狠浚。激巍功率枣、秘糯大、藩蔼亮淡不裔一馥建激光撼示技术 发嶷鹣撬暇芝。避零泉丈葵攀缎饿激瘫器懿淹擞波六袭攀绿德、篮色激光器 熬裙缝蠲畿，佼激巍显示蕊蓊豢蘧泉越捷看辩，辙感子技零及精繇趣王羧拳憩 发震瓷壤激兜显示技术逢霸实麓化f j 。 嚣l l 激涎嚣承幕鞋电撬鼗示穗拦精的瓣缝 1 2 激毙攫瀑发鼹摄糕 窆转毽怒年健束，凌激毙奉赛基髓不炙，许多湛巍厂家藏考纛鬓灞激淹 徽光源避嚣照示。在接下寒鹣三十年，激光技术谯遮一点上并没露萼导妥发藤。 氟到2 0 世纪9 0 年代中期，半导体激光器和裂浦阉恣激光髅技术的提磷，及姻 2 婴些塞堂堂丝建塞 整= 望壁焦 对价格的降低，才推动了这一领域的教展。 显然激毙显瑟懿设怒箍警缀翠，稳楚蠢予激瓷器鹣发先效察，寿命和秘髓 的限制，激光显示一直处予实验室阶段。1 9 6 4 年n g b a s o v 和0 v b o g d a n k e v i c h 设计了辍赢魄予泵泵清半譬髂激毙焘予餐( q u a n ts c o p e ) ，蘑予鼹示 荻。在瑟蕊 础上，1 9 9 5 年饿罗鲰v l a d i m kn u 1 替啦u k 和o l e gm m a k i e n k o 游人设誊 了高功 率全彩色激光显示系统；1 9 9 8 年韩国三羼高等技术学院研制成功t2 0 0 英寸犬 瓣幕滋巍投影显示系统钟。富袋霹主浚蔽盔6 4 7 n m 、5 t 5 n m 、4 8 8 n m 囊率海 4 w 的白色激光做光源。囱色激光由气体k r - a r 激巍糕产缴。激光经二色性镱分 解为红、缭、蓝光，荐畿篷声光器 串与铙籁信号满翻一数，耋新台残的竞秀缎 多蔼转镜秘捡滚诗进行横文与纵岛强捺，奁恳示屏上成豫；2 0 0 0 年德灏设计研 究窭了适台予产效诧豹龛鬟态疑绿蘸激先嚣，它产黧6 2 8 n m 、5 3 2 r l m 帮4 4 6 n m 波段的红缳藏三熬色光，平均璇出功攀大予1 8 w ，燕家庭影院、大屏幕显示嬲 理想光源 1 1 l 。德国又予2 0 0 0 一举设计制造出激光输出功率为1 9 w 高功率激光投 影显示系统f i 2 1 ；2 0 0 1 年焚莺邋逶塞爨d m d 数字徽镜) 实爨了舞凌搴激毙数 字投影显示。其激光光源波段为6 2 8 n m 、5 2 4 n m 、4 4 9 n m ，可实现很好的大餍 幕显示效巢p 。 我雹程激竞显示领域几乎还是空囊，其鞣突芏佟毯蔻逐处予殿理实验验段。 2 0 0 2 年，中耩院秘瑾所与审科靛理纯掰、中辩院长释先杌舔台佟宠成了荭、缳、 蓝全国态激毙器瓣叁光熬魄，在雪内篱次实现了激光全色曼承援频投影显示 【博l 。这项成果为三色激光合成彩色像桊的激光大屏攥投影显示的阕产化提供丁 基磴条锌。激兜嚣示遣是鼷家“8 6 3 ”诗麓魏专瑷瀑蘧之。 1 3 本文研究的主饕内容 享谂文主要鞣究裂麓三释波长攀夔越辖激竞棒必源蕊大群黎激蹩毒羹绉投影 登示的几个关键技术，鞠诧论文主要肉容如下： 第一鬻主要奔缮了零论文挺遗静鹜豢戳及激炎擞示静主要俊点，并置麓骚 的叙述了从激光发明至今人们对激光擞示的探索历史。最后介绍本文的主要内 容。 第二豢比较详细的分缨了当今髑予大羼幕显示盼主要显示技术，毽括平露 矩障型和投影型。还介缁了激光显示的几种类型：点扫描式激光盛示；利用波 3 壁型壅堂鲎照焦基 一 ， 蔓= 璧攒迨一 晶作为空间光调制器的投影技术；利用g l v ( 光栅光阑) 的线担据显示技术。 募三黎圭要磁究弱髂滋竞丈磬纂激毙显示懿兜学系襞嚣篷攀蓉绞豹设计。 酋兔，俞缡了主要相关光学器件酌漾理甄及基于系统应用考虑的一艟计算问题。 然君分缁了剃霜转镜黼往簧探溺嵇麓作系统聍钟的桢缓存控制技术。 簿爨摹主要磅究煮担摧式激光照示霪豫色彩瀚复魏黟单毪鼹像获发豹控裁 鹣实璐。彩煎舞完美震现嚣要皴题壤空漓转换。薮凄戆鞲臻控锚甏要对声光调 制器的非线性进行实时校正。 第簸章介绍了激光显示系统的察验结果。以及在实验当中发现憋一些嘲鼹。 篱六辜蔻本交翡缠论与震蘩。 4 嚣翊天掌学位论文 第二章夫屡幕辙嚣 技术 第二藏大屏幕最示技术 嚣示按零，颟袭愚义，是耪将客蕊拜赛攀糖豹僖惑一光学、电学、声学、 化学等，经过变换处理，以适当的形式图像、图形、数码、字符，加以显 示，供人观看、分析、利用的一种技术。它跫建立在光学、化学、电子举、机 禳学、声学等辞学技拳基礁上黪绦含蛙接零。援示菠寒滋发疆示器终戆广泛应 用，使我们对信患的利用更加畿接，也使现代丰土会更加丰富多彩。显示技术在 信息技术发展的过程中所占据的地位越来越重鞭，显示产业也正成为电予信息 产业斡支柱产业。 藏示技术发滠黝历史同嚣雩氇燕各耱基础莘萼学发震静掰史，及最早布劳愚 ( b r a u n ) 发明的阴极射线管到如今的各种平檄熙示器件，人们发明了各种各样 的显示器件。一般认为显示屏尺寸大于l m 2 以上的都可称之为大屏幕显示，它 静重螫稼恚莛戆显示丈瑟穗熬鼙豫窥菇惠。大瓣慕显示嚣论是在囊、监上述蓬零 事上都有很大的利用价值。使用大屏幕显示技术来显示电视图像，可供巢体人 群观看，画面大，浆临现场感强，娱乐价值大；在电化教学系统或者大型会议 场所，大屏幕可供许多人蕊看固一藏匿；在公凝场合，可以月大屏幕傲广告宝 传，鼗灞信息显示 溺大匿面豹瀵真感，可对飞行员迸行飞行操作模拟谢练； 在军事指挥中心用大屏幕显示，可对敌我双方谶行全景画面鼹示。 大膦幕显示的主骤要求是：1 图像亮度，大屏幕显示必须有足够高的强度， 孝麓镶艇凑运戆褒众瞧裁够看清戆疆瑟。2 。穰 莰足够豹蚕稼蹿 l 疫窥灰覆等级。 对比度和灰度高才能使画面柔和，图像层次分明。3 清晰度，即要具有很高的 分辨率，通常电子鼹示用扫描线数来描述，线数趟多，分辨率越高，图像也越 涛嚷。 璐在大屏幕显示可分为投影型疆示和平瑟瓶阵型显示如袭2 一l 所列。下面 将对这腆显示技术加以详细的介绍。 篓垄点堂篓熊造堇 篓暴壅塞筮蓬冀霎黧垄 袭2 - t 大膊纂鼹涿的薹 懿 1 亟匦垂 鍪| 鎏璺些塑墨墨歪 蓬i 究学歼关式 激h 滟芋蠢描式藤示 等蒸予霞示疆 2 。l 譬蘧矩阵显承 2 ，1 1 磁翻转戏足器蠛 磁熬转式嚣汞缀耱罐犍接嵌入饕邈糍疆拣毙鼗岽惩 孛，并撵捌袋怒终澎， 在显示爵触背磁宥擗横商辩淑磁媾蕊沿着苏惠捆摇，是按帮备元器律的液瑟 躐者臀西的大潜幕显潆装餮，也镧拙氇税。一个元件前尺寸小的为7 m m 左右， 努辫牵多熬茸达5 t 2 5 1 2 豫紊，可撼示瓣耱灏雹。 罐懿转式爨示蔽不逡予燕示餮囊，愚羡黎鍪菇暴。震嚣露竞褥褰予裰鬣辫 歆，爵蔼俸户努麓镣惑瓣等。 2 + i 2 多溪蓑燕嚣 多戚颡显示是姆雾套显示全熠髂中的分割鹰豫的装置捺蒯在怒，默拼揍 的分割图像厦示全瀚像大小的大解鞯强示。现在以多台背面投影型投影仪纵横 叠赣鲍多辫蔡嚣示正在增麴。这些装置筏称麓多投彩爨示或鞠像墙，。多瘸予姐 褫演播厅竣篦赛场魏，巍焉豫毫力公蔼蕊覆弱鹣控耩瓣。 2 ，l 。3 篌粼发舞元棼嚣潜 蕊鼷麓竞元斧懿显承将茨建嚣转搀甍藤楚簿状，鬻萋像蕊号楚稳餐发党戮 显示魅大屡纂熬霪绦。爨翦健焉较为广泛黥是发巍二投管( l e d ) ，发光二擞管 是利用注入式电致发光原理制作的二极管，l e d 的发光颜憩鄹发光效率与制作 豪| | 锹一溶一限 鲻粥丈学掌使论文 第二拳文群幕显示技术 l e d 的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于l e d 工作 电压低，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电羼或电流调节，本身又耐冲 责、蕊振动、海会长，酝以在大型戆霞添设备孛，瓣蔚遴无其它豹最示方式与 l e d 显示方式疆敌。 发光二檄管显示技术( l e d ) 发展速度很快，1 9 9 3 年日亚化学趟高亮度蓝 l e d 产品化和1 9 9 5 年超搿亮度绿色l e d 的研制成功使l e d 大屏幕显示豹发 耧进久全彩魏发震豹阶段。 2 1 4 等离予体显示板 等离子嚣忝援是鬟耀壤攫气嚣氖敦曦发毙戆鑫发光垄显示，羧黻显示毫掇 的构成可分为固定图像豆霹和矩阵显示；按电压的施加方法可分为疆流放电型 ( d c 型) 与交流放电型( a c ) 。采用袋面放电式的a c p d p 占主导地位。在 a c p d p 中，黪遍采用子场技术来实现灰度显示，它将帧分为若于个子场，每 个子场出寻娩期移显示期缀成，子场显示麓鹣长短与二避翻投蒙蔽院镶，这祥， 8 个子场就可袭示2 5 6 级敷魔。p d p 驱动电压很高，驱动电路成本占整机的7 成。采用寻址湿示分离( a d s ，a d d r e s sd i s p l a ys e p a r a t e ) 子场技术可以降低驱 甥电终藏奉。与其建乎扳豢零器磐稳魄，p d p 毒蠡己独特豹铙森，其嚣如下： ( 1 ) 屏幕亮度非常均匀，没有壳区和暗区，不会融现图像几何畸变和色彩漂 移现象，不受磁场影响，具有更好的环境遁瘟能力。( 2 ) 具有非常陡峭的闭值特 瞧，适合予藓寸分多貉驱动。( 3 ) 具有存德效应，即使增麴显示容量，瞧容易获褥 嵩亮度显示。“) 具有记忆特性，高亮发、大屏幕、众彩色、离对跑霞和赢分辨 率，使图像鼹加清晰，色彩更加鲜艳，燎受更加舒适，效果更加联想。( 5 ) 色彩 还原性好，灰度丰富可超过2 5 6 级，色域与c r t 相近，对迅速变化的画面响应 逮寝茯，逶瓣予显示袭蚕粒疆藏瓷频。f 6 ) 撬舅开瘸，髓提供穗羚蹇蠢、均匀平 滑的画面和鼹大观赏角度，视角高达1 6 0 度。( 7 ) 纯平面、厚度薄、体积小，特 别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统。 2 2 投影裂驻示 2 , 2 1 阴极射线屏幕投影晁示 翻极射线管( ! e r t ) 擞示技术是历史上最悠久豹一静显示器。c r t 的核心 7 两川大学学位键竞 第二章大屏帮显示技术 电子枪把阴檄发射出来的大量电子缎强度控制、聚热和加速，形成一柬很细的 怒予滚，经过德转线疆瓣羧裁终鼹，凑速定点静轰毒荧光羼。焚党羼懿荧光粒 经电子轰赘搿发光，轰街瀚宅予越多，速度越侠，荧光屏上发娥的光越亮。电 予采在霹幕上行手叠描和酾捆籀之后形成光栅式图案，每一个亮点就代表一个像 索。一般彩魏c r t 舂三捻三柬箴、擎捻三束式，三涞强予流定点靛轰毒荧光雳 笈蠢露绿蘩三夔竞，裁掰久羧戆空瓣混魏特鼗帮辩阉漉篷簧黪将彩色瑟豫霉骥 在荧光屏上。c r t 显承鼹燃缘分辨攀撼，对魄度好，亮度裹，邀些特点搜它一 虞占领着主要市场。 c r t 麟黎授影显示楚将5 - - 7 葵寸熬夸型毫蹇波c r t 土懿图缘经投影镶头 投影放大，实现4 0 1 0 0 英寸大画面的撼示装置。彩色c r t 原瓒如图2 。i 所示， 它内部使糟巍绿蓝三个攀煎的c r t 分剐显示单色闰像，然后被投影镜头投影台 色，这礴傲豹嚣鲶是魏了傻画藤酶亮度提高。c r t 技术成熟、鞠橡色彩丰富、 还嚣幢好、金彩鱼、篱滂糍疫窝较羝娥奉，褰存事富鹣死嚣炎粪调整麓力。键 是骐摄射线蛰显示器出予体积大、鬟攥整、魄莲离、暴受于撬，纛矮携式电子 产品搬大屡搿显示方西的艘爆受到限制，睫羲屏趱尺寸的不断增大，其重量、 蓐疫辔醚之不鹱缮丈，涎浚潢是太稻瓣大鬓慕、薄嫠德嚣薤增长翡要求。 红色c r t 蓝卺 隧2 - ic r t 投影原理 2 , 2 2 滚晶巍瀚式鼗示 液晶麓一种在一定漱庭范围内墨躐不同予固体和液体的特殊物质态，越介 予匿体翻波傣之霹，其鸯攥磷梭努孑_ 摊魏静务视纯会螺，著盈鬃霄各赢嚣後。 溺蔑宅毒爨已。褥豫翡窀竞羧应滚菇遴魄嚣分子瓣疑窍疹，光线容易逶遭，不 鬓幕 、 一 镜 蹴二 酷 一 ， 心口秒 可哿秘 鼹川太学学位论文 第二章太群幕藏j c 技赤 通电时分子排列无序r 光线不能通过。电寻址液晶片就是一个小的液晶盘代表 。个像素，波晶单元在井加电压抟控制下开启阔合，从而控制光路的通瞬。所 加电压的币同，透过光强的大小不同，这就可以代表单个像素的灰度等级。信 号源的图像经过模数转换和处理电路，分解成r 、g 、b 的灰度级图像，分别 显示在三块单色的液鼎片上。利用， 光源，通过分光镜将自光分解形成r 、g 、 b 三隶攀色光，分g l 授射垂液晶片上。献液晶冀上投射出的毙携带豳豫苍息， 经台色棱镜合色还原彩色图像，弭由光学镜头放大，投影在大屏幕上。魉是这 种显示方式也有自融的不足：合也棱镜的中央部分不是连续丽，会在图像上彤 成重影或者暗线，案l 适过程中加! 精度彝装嚣壤度要求很藏；光阀开“率低下、 在高输獭时偏光教躺光恶忧及熟吸收等问题，清渐度及光输出一定程度上还是 有所限制。为了使液晶投影提高清晰度和亮度，a u r o r as y s t e m s 公司融合半导 体c m o s 集成电路和涟晶两项技术优势，在2 0 0 0 年开发出来一种高分辨率、 低价格的反翦式新缓强示技术l c o s ( l i q u i d c r y s t a l s i l i c o n ) 鄯硅上液晶或 硅光引擎。反射式液晶光阀由m o s f e t 矩阵在硅片 二形成的撼板与另“透明玻 璃基扳之间插入液晶的构造组成。在基板上形成m o s f e t 矩阵电路、配线、铝 反射镜魂摄等。因为在反射电极静背瑟形或m o s f e t 驱动电鼹，所以裁黠入射 元件的全面积进行光调制，所以即使像素窜问距纯、增多像豢也不会降低开口 率，其商同时得到离清晰化与高亮度化的突出优点。反射式和透射式液鼎光阀 投影仪魄基本构造如图2 - 2 和图2 3 所示 露2 - 2 透射式浓最投影倥结构 匿 3 戚射式液晶投影仪结构 p q ) l 大学学织论宠第二帮丈屏幕显示拽术 2 2 ，3 光举群莱式显示 漤餮光学秀美藏不戆不说数字式徽反射镜嚣 孛( d 戳) 1 6 1 7 。d m d 楚在 c m o ss r a m 存储器七以通常的芯片加工为基础，使用微缩力日工技术成形，出 上百万个枫构元件和晶体管构成。程毒毫弹体芯片上以1 7 微米的间隔形成几十万 令i 6t am 2 煞镪膜镜。强瓣角辘方惫澎藏躲薄援转铰链上悬吊骜靛徽镜，受摄 粱与存德攀元之秘懿静魄力瓣俸薅寇藩逸整嚣之瀚赡转。窀靛旋转角受裂豫素 几俺学三缎拨造的糖确控制，并且熬黠筠辕为中心旋转，顿斜成歪受1 0 0 ，扶 面取褥电机械的稳定状态并且在这蹲个状态之闻离遗开关。遵紫入射光以2 0 0 入鸯砉莛入瓣d m d ，墩镰程开遵状态l 雩，毙被爱麓戮投影逶镶，程关游状态辩， 入射光偏离遮镜，像素为黑色。以d m d 为基础的投影装置，将数字化的输入 数据直接转换成光的数据输出，图像完全以数字形溅表现出来，邀种方式被称 之戈数字诧光处理( 龇p ) 。 支 蕊2 4 数字微镳结褐 d l p 授澎显示系统霄鼹释澎式：攀靖d l d 光学系统帮三片d l p 光学系娩。 三片d l p 光学系绞孛懿、绿、薤三蘩色滗努爨装三令d m d 落秘，蕤够礴受鬣 赢款光g 利用效率鄹最好豹图豫质爨。 2 3 激巍爨零 自1 9 6 0 年第一只激光显示器耐暇以来，激光技术发餍飞速，成用广泛。激 光显示是激光技术在强示领域中的新发展、新应髑。目前激光投影显示主饕肖 以下凡秘方式阑：一、袋逻g l v 光掇党藤的逐嚣糍罐方式；二、采鲻液鑫投 影议l c o s 豹先掌引攀或d l p 鼗字光鲶理系统= 惑攘进嚣没彩静方式2 蹴；三、 i o ! ! 型盘堂堂焦堡塞第，审夫群幕娃球技术 采用光束偏转系统将光束逐点扫描成像的逐点扫描方式。 2 3 1 线扫搐式 随糟“微机电系统”( m i c r oe l e c t r om e c h a n i c a ls y s t e m 简称m e m s ) 技术 的发展，人们找到一种可以用来蛰代逐点扫描式所使用的多蕊转镜光阀一g n r 毙褥光阕。g l v ，怒g r a t i n gl i g h tv a l v e 静缨鹭，鄄“赣狻巍瓣”藏像系绫，是 种全新的高精度光电调制器【2 0 j 。该技术由美豳多家公司及日本索尼公司相继 研究了十多年，目的已成功地应用于高清晰度电视显示上。该技术最先怒由美 国斯毽辐大学的戴终毒鲁姆教授秘其学生发唆，著获褥专利。于1 9 9 4 年交由 美国c l m ( s i l i c o nl i g h t m a c h i n e s ) 鄄硅光枫公司开发，2 0 0 0 年由离本索尼公 司与其签约获得技术转让继续研制，最终取得成功。 g l v 栅状光阕与d m d 相似，都是依靠静电驱动微型机械部件对入射光的 强度帮反射方每进行控裁魏器 雩，它铜两霾予m e m s 。不溺弱是d m d 由微小 的镜子阵列组成一个面阵，而g l v 是一个线阵式硅芯片器件，只能产生一条竖 真的线阵式像素，簧变成一个平面图像还要依熊光学的扫描方法。 豳2 - 5 栅状光阀结构 g l v 器件的结构是长条形的，其表面由排微小的、并排排列的细条状氮 化硅金属陶瓷晶片组成条栅状结构。这些并排排列的氮化礁众属陶瓷晶片，每 6 条缀成一组三基色像素，每一个基色使用两条，分别用予红、蓝、绿三基色 像素的显示，每两条镜片代表一转萋色鞠豫豢，其中一条麓于显示，一条接选 用于隔离基色之间的影响。每个长条形金属陶瓷片的表面镀铝，因而像镜子一 样光滑，可以反射入射的激光。由于每一个金属栅条非常薄，当镜片与底部晶 片之瓣翔上逛场辩，在终热遣琵豹终餍下，金嚣掇象发生弩夔，凌激光发生掰 鞯- 二章人w 1 弁 ；“小技术 射而使反射角改变，当所加电压强度不同时，激光的反射强度也会不同，就可 以像d l p 微镜器件一样，使得投射到解幕上的光产生明暗不同的像素显示。当 激光束依次照射到这样一长排并排排列的鑫属晶片祭栅组上，与此同时又在每 一条镜片与底部品片闻加上受视频电视信号调制的电压时，就可以傻反射光的 羁培按照电铙蚕像韵规律产生变化，翔采褥幂j 阁旋转棱镜，使反射光产生横向 扫撼，这群，一缍像素裁可在投辩屏幕上产生一嚣泡享冤窝豫，焉一条器件裂弼 产生一蝠电视图像，电视图像中垂矗像素的多少，出g l v 线薄器l 孛黪像素数髫 决定。 一一一一一 一一一一一 - 一 圈2 - 6 栅状光阀的作用原理 索尼公司开发的g l v 是1 0 8 0 个像素摊成竖列的一维画面器件。将由1 0 8 0 组g l v 光栅反射的激光带，阁光学棱镜水平旋转投射到屏幕上，就可以形成一 福1 9 2 0 i 0 8 0 懿高漓晰液电税图像。水平像素的多少，由光箍所加电视信号的 行像素决定。g l v 每个菇片长度巍2 0 徽米，宽度为5 微米。镜片能够高速运 动，每秒可实现5 0 0 0 0 次弯熬积弹目。其速度魄d l p 徽镜器件还快，因焉可以 实现赢清晰度电视图像扫描曼示。g l v 光搬调铡器缒构比较篱单，采用不煎的 投射光路，既可以组成与等离子电视厚度相差不大的背投电视，也可以做成正 投影装罴。 光 畿誊赶黼姜懈 燧叁上手霉 光蚤= 览射三| | 轻毒 旦受垡兰鎏笙塑整生一 一 箜三墼盔量蓬篷茎茎鉴 图2 7g l v 光栅光嗣是示棱戮 这种鼹示结构不仅熙有激光显示所固有恩示色彩范围广的特点，丽且由于 采滔了季厅辩载方式，与使用投瓣竞纛爱辩光熬数字微镜稻液晶毙阙调锱器穗魄， 光效更高，图像的亮度高，明暗之间的亮度相差也大，更容易提高显示的对比 度，可轻勃的达到3 0 0 0 ：1 。而且与数字徽镜相比，g l v 的制僚工艺的复杂程 度要远低予前者，困恧成品率就高，侩接也楣对低廉，更德台市场需求。 2 。3 2 投影援示方式 投影式显示主要有两种：液晶投影和d m d ( 数字微镜) 投影。蒋通投影 式嚣示静光源主簧是超藏压永键汀、鑫属啻耗耪灯、氧灯，及辫素灯蠲静。这 几釉灯发出的自光，经分光镜分解为r 、g 、b 三基色，分别被三个光阀调制 再台色实现彩色撩影。激光投影只是用白色激光或者三色激光敏代普通光源， 实瑷激光投影，键这转方法寿足点不闲：首先激光寒靛能量呈麓搬函数状态分 布，为了使光束能量分狮均匀，必须使用一对微透镜阵列或光棒；其次液晶光 阂簧求对老粒薅搽态进行严格控裂，捷鼹线镰援豹激光佟为光潦缀容荔满是这 个要求，这是其他光源无法比拟的优势，而且这样做可以使系统的光能利用率 有很大的掇高，对提高系统的簿眈度大有好处。 激光具有高棚于性，合色之后的激光投影在屏幕上会产生棚于现象。现在 消除这种现象的方法是在每种色光传输路径中加装随机位相片，以改变光传播 过程孛躲位挺。 j 1 1 人学学位论立第二章人肼幕硅永技术 2 3 3 逐点扫描式 阴极射线管显示器通过偏转线圈控制的电子流高速定点的轰击荧光屏，荧 光屏j 二的荧光粉被电子轰击而发光，一个亮点代表一个像素。运用避行扫描或 隔行扫描技术使电子束掴描荧光瓣，描绘灞各幂率图像和符号。逡点手l 描式激光 显示爨理与就稳似。只不过爝激光束代替了电子束；用激光光强的大小代表荤 个像素蜓强度；色彩由分别被调割翡r g b 三氇党台色反映。逐点捐接式激光 显示的核心系绕是光束馕转器的设计。光束馕转器主要誊声光系统鄱光极系统。 声光系统利用超声波对光的作用使光束发生偏转来实现扫描，这蕈中系统具有控 制容易，扫描速度快，系统结构简单等优点，主要缺点是激光光束的扫描角较 小。光机系统是通过机械装鬣带动反射系统旋转实现激光光束二维扫描，其原 理简单，扫描角度大，分辨率高，但是对机械系统的精度和稳定性要求非常高。 随著技术韵发袋，隧前醚扰蔫激光显示的机械扫描部侔的稳定往和精度有了长 是的遘步，为激光显示技术静发攫提鼍 ；了技术保障。叠翁光棍捂绉系统主要有 枧媛转壤皴摄转镜系统 2 1 】、援城转镳，振镜系绫 2 2 t “、毅振镜系统盼2 6 1 等。遥 期因内育报道繇天津大学研制的激光显示蓉缝装用取摄镜系绞，取缮缀好的效 果吲。目的光机扫描系统研究的热点主要集中在机械转镜一振镶系统的研究 上。德圈激光显示公司和韩国三星集团报道的激光显示系统都是采用这种系统。 1 4 鞘j 鞋 学掌嬗论文 第三兰霉馥毙婪番黎缝的殴汁 第三黎激光摄拳系统购竣诗 3 。l 慧体绻构 零论文磅究酌激毙燕汞系绫袋臻上一誊孛魔分缪稳雾蕊钵转镶一获穗缀合 系统避点扫攒嚣示技零，茭显示毙貉翅淘3 一l 掰示。红、爆、箍三固懑激光器 发出的( 光源燕三个颧色为r 、g 、舄数罄棒激党器) 巍窳分慰攫蓬聚焦之嚣 驭毒缒辏受天薅戮三个嵩遽拳巍谖裁器当孛，筏鬃信号髓过对声党穗镣l 嚣 ( m o d u l a t o r ) 嚣频功窭盼调露4 ，蜜骥跨三躐激巍先强酶控制，三鼯爨灞铡懑熬激 光寒会贱为共辍髭瓷并被耦合遴入党鲜( f i b e r ) 堡中送到扫接转镜( s p i n n i n g p o l y g o nm i r r o r ) 。籍籀转镜蠢逮旋转蓬程中a 瓣毙被连续敬不秘鼹久菇惫菠瓣， 遽襻簿嚣憨胃蒜谯瓣幕上掏播懑一费褥骚蘑绦。掇铙与多蠢转缓耀蠹鬣会， 当转镳转避一裁之聪，振镜氇转潞个角葳，转毓下磷酌像索信号裁公被反 躲到濒的位受，热鼗周露菱始裁会在羼攀主爨按爨一赣完整瓣强豫。 熙孓l 撤撼转缆一摄镜浅萎淤装麓的爨理爨 率论文圭婺是为了蜜魏诗冀瓤鼗搴踅像鳃激党大爨幕受示，系统要浆囊糯 势瓣率海鳓o 8 鹣技术据稼，嵌秘分浆零静诗葵橇鬻豫都可豁接戮程鞭楼弩 ( c o n t r o l 韵濑嬲售譬输入爨一撬籁控锻器再戳努辨穗输入镄号躺分辨 率，憋僚母转掇奔分辨察为6 0 0 8 0 0 熬霭号，并鼹将精号瓣鹚楚r 、o 、b 篡 篷矧大掌喾虢论文 第兰章激先显示系统钓设计 组八位驹数字信号，接麓进行视颓髂弩的颜色空间与激光的麟饿空间的转换她 逶，然嚣镑怼三爨信号分爱逡嚣声巍溺截嚣筑嚣绫经麓鞭瑟理，最露褥数字绩 号存耱到三个缓存嚣警中等待输出。 3 2 光枧攒描系统设计 多溪转镶一振镶 羹擦系绫魏胬3 - 2 掰零。滗掇拯 i l 系统俄括光滚，声光谲 制器，多斌转镜和振镜。 鏊3 蠢雾鬣转鬟穗壤黧麴曝嫠 滏药掐播入射毙线襁霹寨懿夹角誉藤，籍撼缀苟凌之淄瓣躐离怒不黼的， 夹蕊小懿媳方线阕霆萎大，j 凌凳丈戆逡海凌鼹距熊麓奎些。这糟戳象会弓l 起掴搂 霞豫在承乎方蠢襄羹羹拶巍辫猿炎囊。鞫戴三耱葳瓣镜毒爨鼗髂熟下考惑：菝 射镜和转镜的平面成4 5 0 丧角；掇镜麟和菠射辚灏平行，并熙反慰镜的反射搬 积振镶触成9 0 0 夹蹙；。掇铸转角处予巾闻锭置时原射线应当处于整个屏幕的中 阉位鬟。缝狡设诗渡躐少强豫熬裳蒸黎度爻嚣戆。 系统中各器件的逸榉和应用都必须依据图像撼涿要求。凝体的要求如下： i ，分辨率达到6 0 0 8 0 0 ： 2 ，跌疑遮裂五十赫藏左褰； 3 藏豫舞竟魄为碡：3 。 3 ，2 。l 光源 激光终为显示党源登须曩省魏下将熹：麓够瓣爨大功率胃露巍；连续攘荡； 】6 州川入学学位论文 第三章激光妊示系统的设计 光束的发散度接近衍射发散极限，方向性好【2 8 j 。h e - - n e 激光器，a r + 和k r 十离 子激光器基本满足上述要求。 气体激光是惰性气体在一定电压的作用下电离产生电子和离子。电子被强 电场细速之焉与冀谴中缝瓤子不断的碰撞又产生窀子帮离子，形成所谓的“雪 镄效应”。气体中麴迄予和气俸翡原予不断豹发生碰撞，电子或者把能量提供给 原子或者原予把能量传绘电子，裹铯态约粒子束多于低能态戆离予数的时嫉裁 产生正增益，于是产生光放大。这粒反废发艇在谐振腔中，如果不经过激励和 正反馈，只能产生杂乱无礅的自然光。如果谐振腔两端加上反射镜并且调整至 平行，经过激励的光柬在两块反