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LCOS振幅型空间光调制器成像光路设计

发布时间:2020-12-24 10:02:20 浏览量:814 作者:Grin

摘要

LCOS是一种2000年后发展起来的新型显示技术,相较于传统的LCD显示。LCOS可以将像元做得很小,具有光能利用率高,图像解析

度高等优点。曾因制造工艺限制屡受挫折,却因其出色的表现,尤其在高清显示和智能近眼显示行业已经占有一席之地。 可以被做成

体积小、重量轻的投影模块,在汽车抬头显示、VR眼镜、智能检测等领域有着很好的应用前景。

正文


LCOS成像特性:

1、改变入射到LCOS上的光的偏振方向改变:LCOS的成像原理,是改变入射光的偏振方向。理想情况下关状态下的像素,不改变入

射光的偏振状态,入射光和反射光的偏振方向都平行于显示器短边。开状态下的像素将入射光的偏振方向偏转90度,即S光入射后,反

射光为P光。LCOS上的每个像素在上电后只有打开和关闭两种状态。

2、正反画面交替显示:为防止图像残影和液晶惰化,LCOS每一帧的显示时间不能过长(通常不超过50ms),且显示的图片需要在正

向和反向两种模式间快速转换,正向显示的时间与反向显示的时间相同,这能保证在一帧图像显示结束后,液晶分子处于平衡状态,穿

过该像素液晶层的电场强度积分为0。

 

3、LCOS上输出的同步信号:LCOS驱动板可以输出LED使能(Enable)信号用于控制LCOS光源照明,同时三个未定义的SPO口输出

高低电平的状态可以在MetroCon软件的Repertoire界面编辑,输出帧同步信号,可用作外部设备的同步触发信号。


同步成像的方法:

1、光源同步

光路中使用可调谐光源,通常为单色、RGB三色LED光源或可被外部信号控制的激光器。连接光源与LCOS驱动板上的LED使能

(Enable)信号输出端口,可以非常方便的实现照明同步。对于一些需要使用大功率LED作为光源的情景,FDD公司也提供了配套的

LED驱动板。


2、光路中同步

对于一些光源发出的光为恒定光强的光,例如不可被外触发的连续激光器,可在光路中加入光开关,如AOTF,使用LCOS电路板上的

帧同步信号或LED使能信号作为控制信号,在显示正向图像时光开关打开,在显示反向图像时关闭,同样也能实现同步成像,但这样能

会降低成像质量。


3、传感器同步

例如在环境光情景下使用时,通常使用SPO口输出的帧同步信号,使传感器只在LCOS显示正向图像时曝光,显示反向图像时不响应,

这样的光路虽然肉眼无法观察到清晰的成像,但是相机拍到的图像效果与方法1一致。


偏振光分离器件:

偏振片

LCOS改变了入射光的偏振方向,可以在入射和反射光路使用一组光轴正交的偏振片,分离未被调制的光(处于关状态的像素反射的s

光)。这样的光路简单,光效率相对较高,但缺点是入射光与反射光不能共线,而是存在一个角度,这导致光线不能垂直入射LCOS,

这可能会导致投影出的图像存在畸变、像差或离焦,增大光路体积。


使用PBS晶体

PBS可以让特定偏振方向的光穿过晶体,如图所示,PBS可以使S光在PBS晶体中发生全反射到达LCOS,而P光穿过PBS晶体。反射光

中S光发生反射离开光路,p光进入成像光路。添加PBS晶体在光路中,可以实现光线垂直LCOS入射和出射,这样方便了后面光路的搭

建。但PBS晶体往往不能将p光和s光完全分离,这会降低系统对比度。

 

偏振片加PBS

这可能是目前使用最多,且成像效果较好的光路。几乎没有哪一个偏振片能实现输出光的偏振方向完全平行于光轴,出射光往往还有一

些垂直于偏振片光轴的光强分量。要实现出射光更好的线偏振性,偏振片透射效率往往会降低。根据需要,选择合适的偏振片和PBS,

有助于构建对比度和光效率合适的光路。

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