本文主要研究基于单片式LCoS显示芯片的投影显示系统中激光光源照明系统的设计。激光光源照明系统作为激光显示技术重要组成部分对于图像的亮度和均匀性起到了决定性作用。激光光源相比于传统光源,具有色彩表达力强、功耗低、寿命长等优点,随着其成本降低、性能提高、体积减小,激光光源必将成为更新换代的主流光源。本文对激光光源照明系统设计理论、分析方法和系统实现进行了系统的研究,并用激光光源代替传统光源作为投影显示系统的光源,结合激光的特性和LCoS投影显示系统的参数,利用非成像光学分析方法,设计适用于LCoS投影显示系统的激光照明系统,并且深入分析了LCoS投影显示系统中的许多光学器件的初始结构和设计方法。使用光学仿真软件Zemax对系统进行模拟,对系统的进行整体性能综合评价对系统设计和特点进行了深入的研究与分析。本课题的创新点在于:(1)激光光源的光纤扩束匀光:激光束通过光纤后会变得发散无序,使得激光束的截面面积数千倍放大,经过特殊的光学处理后,光束的能量均匀分布。(2)旋转棱镜方式混色:由RGB三基色激光光源合成的白光分解为红、绿、蓝三色,进行在旋转棱镜色条系统下混色并投射到显示芯片上,在显示芯片上加上视频信号,最后投影就是通过棱镜不停的旋转使光产生反射或折射,从而达到混色的目的。而传统光源(甚至LED光源)只能用色轮机械装置式的混色,无法提供更清晰锐利的图像。(3)双光学软件全程仿真优化:应用大型专业化照明系统设计软件TracePro,利用它对LED光束进行光线追迹软件仿真优化,通过使系统光场分布均匀度优于85%;应用光学仿真软件Zemax对本实验中的光学元器件的初始结构进行仿真建模,然后串联起来形成光学系统——即光学模块化系统集成设计。具体研究工作体现在:第1章阐述了课题立项的背景和意义,简要介绍了彩色显示技术的发展现状,介绍了以激光光源替代传统白光光源的可行化方案。第2章对照明系统设计原理进行研究,简要介绍了非成像光学系统历史以及同成像光学系统的区别,引入了最新的激光非成像光学理论。第3章提出了基于激光光源的投影显示系统总体设计方案,并对其光学部分进行解释说明。第4章采用时下最通用的LED光源仿真设计方法——用TracePro对LED光源进行了仿真设计;然后,再用ZEMAX对激光光源和激光束在光纤中传输进行了仿真设计,并对其仿真数据和实验结论加以比较。第5章比较了多种三基色混色系统的设计方法,根据LCoS芯片管脚分布进行芯片驱动电路整体设计,总体介绍显示系统的控制电路主要模块功能。第6章采用投影TV显示和LED光源照明系统的部分评价标准对激光光源照明系统加以评判。第7章根据激光照明系统的装置位置摆放结构尺寸设计,搭建一个完整的以激光作为光源的LCoS投影系统平台。第8章总结和展望,提出激光光源照明系统尚需改进之处,展望显示技术的发展方向。