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激光投影显示是将红、绿、蓝三基色激光经过扩束准直、整形匀光、消相干后入射到相对应的图像显示模块上；经过图像信号调制的三色激光由X型棱镜合色后入射到投影物镜,最后经投影物镜投射到屏幕上,得到颜色丰富、色彩艳丽的图像。该技术充分利用了激光的方向性强、单色性好、亮度高的特性,具有色域范围大、色纯度高、饱和度高的显像特征；同时还具有光能利用率高、能耗低、寿命长等特点。激光显示将成为下一代新型显示技术,在公共信息多媒体大屏幕、激光电视、数码影院等领域具有很大的发展空间和广阔的市场前景。本文以激光投影显示应用研究为出发点,通过对激光投影显示光学系统(光机)的实验研究,最终研制出激光投影显示原理样机。论文中,(1)介绍了目前投影显示中常用的几种图像显示模块(LCD、DLP和LCOS),分析了它们的原理、结构及特性,并进行比较。(2)对现有投影显示系统所采用的光机结构(如单片式结构和三片式结构)及其特性进行研究分析,比较其优缺点,确定了适合于激光投影显示的光机结构。(3)依据三基色合成原理,分析了激光显示的色域特性,结合投影显示对光源的要求,讨论了激光投影显示中选取激光光源的基本原则；并根据实验室的器件条件选定了激光光源。(4)对现有的激光光束整形匀光技术与器件、以及消散斑技术与器件等进行了分析研究,提出了同时实现整形匀光与消散斑的一体化技术与装置,采用衍射光学器件同时实现了整形匀光和消散斑。(5)基于上述分析研究,结合实验室现有器件条件,采用LCOS作为图像显示模块和三片式LCOS光机结构,选取购买激光光源,根据激光光束参数及系统整体要求进行了光学系统设计,构建了光机系统,研制出了激光投影显示原理样机；并进行了性能测试。样机的投影方式为背投,显示尺寸为65英寸,屏幕宽高比为16：9,分辨率为1920×1080；色域覆盖率达到63.9%(是NTSC的168%、PAL的190%)；光通量为2774流明,对比度1004：1；光亮度均匀值77.2%；色温6923K；水平和垂直可视角分别为108°和34°。