高分辨率LCOS投影光学引擎设计与研究

南京理工大学的硕士学位论文《高分辨率LCOS光学引擎的光学系统设计》由李忠江撰写，指导教师为陈文建和姚逸群，于2011年6月完成。这篇论文深入探讨了高分辨率LCOS（Liquid Crystal on Silicon）光学引擎的光学系统设计，其在电视技术发展的背景下显得尤为重要，因为高分辨率、大屏幕、轻薄且图像质量优良的显示设备正成为市场主流，而LCOS投影电视被视为未来趋势之一。 LCOS技术是一种将液晶显示技术与反射式硅基CMOS集成电路相结合的显示技术，它具有高分辨率和大面积显示的优点。论文首先概述了LCOS技术的基本概念和LCOS芯片的技术特性，强调了光学引擎在投影电视中的核心地位。作为成像器件，光学引擎需要在有限的空间内实现大放大倍率和无畸变的优质图像。 接着，论文介绍了塑料非球面在光学设计中的应用，包括其设计特点和原则。非球面光学元件可以有效改善像差，提高光学系统的性能。此外，论文还简述了光学设计的基础理论，如像差理论，特别是远心光路的特点，这对于理解光学系统的设计至关重要。 在设计过程中，作者分析了投影物镜的各项参数需求，结合先前的设计经验，设计出一款满足要求的投影物镜，并对其进行了公差分析。考虑到大屏幕投影对像质的高标准，特别是对色差和畸变的控制，论文指出，单个LCOS像素大小为8.1um，要求色差小于半个像素（即4um），畸变小于0.5%。作者通过优化玻璃材料的选择和调整优化函数，有效地控制了色差。 最终，论文成功设计出一款折转角为90度、F数为2.3、焦距为9.4cm、远心度小于1度、色差小于4um、畸变小于0.3%、投影尺寸为65英寸的LCOS投影物镜。该系统仅使用一片塑料非球面，并且采用了国内常见的玻璃材料。通过公差分析，确保了这款物镜符合批量生产所需的工艺性能，实验结果令人满意。 关键词：LCOS光学引擎、投影物镜、光学设计、Zemax 这篇论文的研究不仅在理论层面深化了对LCOS光学引擎设计的理解，还在实践上提供了具体的设计方案和公差分析，对于推动国内LCOS投影技术的发展具有积极意义。