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LCOS光引擎亮度理论分析与估计 　　摘 要:亮度是评价LCOS光引擎质量好坏的一个重要参数,光引擎的高亮度是LCOS投影系统提供优质画面效果的重要条件之一。文章阐述了在理论层面上对LCOS光引擎亮度的分析方法和ColorQuad 结构LCOS光引擎能量利用率的估计方法。 　　关键词: 硅基液晶;光引擎;亮度 　　中图分类号:TN141.8 文献标识码:B 　　 　　Theoretical Analysis and Estimate for the Brightness of 　　 LCOS Light Engine 　　 　　LIU Hao 　　(Nanjing College of Information Technology, Nanjing Jiangsu 210046, China) 　　 　　Abstract: Brightness is a key parameter for appraises the LCOS light engines quality, high brightness of Light engine is one of the important conditions of high quality graphics provided by LCOS projection system. This article analysis the brightness of LCOS light engine in theory and introduce estimation method of energy utilization in LCOS light engine of ColorQuad structure. 　　Keywords: LCOS; light engine; brightness 　　 　　1 LCOS 投影技术 　　 　　 LCOS(liquid crystal on silicon)是一种全新的数码成像技术,是在LCD(liquid crystal display,液晶显示)投影技术的基础上与CMOS集成电路技术有机结合而产生的。它采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片,CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅,控制电路置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而实现更大的光输出和更高的分辨率。 　　 LCOS为反射式成像,光利用率可以达到40%,而HTPS LCD光学引擎由于光线穿透面板而导致光利用率大幅降低至3~10%左右,因此相比之下,LCOS光学引擎的耗电能有较大幅度的降低,并能产生较高的亮度。这也是与LCD、DLP、CRT等投影机技术相比较,LCOS投影技术所具有的突出优势之一。由此可见亮度是评价光引擎质量好坏的一个重要参数。 　　 在LCOS投影显示系统中,最核心的部件是光学引擎。目前市场上已经开发出多种不同的LCOS光学引擎架构,主要还是以三片式为主。三片式是光源经分光棱镜将光束分为红、蓝、绿光后,再分别将光束投射入三片LCOS面板,将投射出的三色影像经过合光系统加以结合形成彩色影像。本文中研究的是ColorQuad架构的三片式光引擎。 　　 　　2 LCOS光引擎亮度的理论分析 　　 　　 对于LCOS投影显示系统,应该尽可能提高它的背景光亮度,这样才能保证优质的画面效果,而投影系统的背景亮度是由总的光输出量大小决定的。系统的光输出量就是由投影光学系统传送到投影屏幕的全部光通量,用Φp表示,单位是流明(lm)。有三个参数对限制总的光通量有重要影响:(1)光学透过率Tos,这是由整个投影系统各个光学部分的光能损失所致;(2)光源亮度,或是光源发光强度Bs,计量单位是lm/(sr?m2)(或cd/m2);(3)光学系统的孔径面积与接受光的立体角的乘积,这个量记为系统的光学度(E),单位为sr?m2。Φp与这三个参数的关系可表示为: 　　 Φp=Bs?E?Tos 　　 在LCOS投影系统的实际应用中,使用的是包在抛物面或椭球面反射器内的弧灯(UHP Lamp)作为所需的光源。为了便于对系统的输出能力进行分析,假设光源的亮度Bs含有弧灯本身的亮度和反射器对它的限制作用,这就可以将与灯泡有关的分布从光学系统分布中分离出来。这样,对于具体的灯泡,有效光源亮度是弧灯属性(灯泡功率、电弧尺寸、发光效率和密封管产生的畸变等)和反射器属性(反射器的几何效率、光学膜层效率和反射器的光学属性所产生的畸变等)的函数,可以通过数学建模来计算,再通过实验来验证。 　　 对系统的光学度E而言,有两个因素对它产生作用,为系统的孔径面积和接收立体角。一般来说,限制系统孔径面积的是SLM(可控液晶板)的大小,也就是说,系统的孔径面积近