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研究生: 彭賜光
Ci-Guang Peng
論文名稱: 液晶投影顯示器X cube機構與R-G-B三組LCD之校準研究
指導教授: 張榮森
Rong-Seng Chang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度: 89
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 液晶投影顯示器照明系統疊紋校準系統
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  • 本文是建立一套新的光學監控系統,分別設計粗調系統與細調系統來調整三片R-G-B液晶面板,粗調系統的架構係利用圖形辨識來判讀投影出去五個實心圓座標提供調整的特徵值,細調系統係利用CCD攝影機拍攝液晶面板上的像素點,經過影像處理後得到一組近似光柵條紋分佈的圖案。
    當校準投影的Green面與投影的Red面時,把投影的Green面的液晶面板當作參考面,Red面液晶面板當作物面,當R面液晶面板與G面不對齊時,從電腦螢幕上可以觀察到疊紋效應,從疊紋間距變化得知投影的Red面與Green面是否對準。


    目錄 摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅰ 目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅱ 圖目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅴ 圖表目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅷ 附錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅸ 第一章緒論 1-1.研究背景與動機 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1-2.研究的方法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 2 1-3研究的目的 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3 第二章 系統架構 2-1前言 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4 2-2照明系統元件與特性 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5 2-2.1照明系統元件 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5 2-2.2光學積分器的工作原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 10 2-2.3偏光轉換器工作原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 13 2-2.4雙向分光元件工作原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 17 2.2-5聚光鏡與場鏡工作原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 18 2-3液晶原理簡介 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 19 2.3-1 液晶簡介 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 19 2-3.2 液晶顯示原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 21 第三章 基本理論 3-1 何謂疊紋 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 23 3-2 疊紋的基本原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 23 3-3 疊紋的數學表示 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 27 3-1.1光柵傳遞函數來表示疊紋物理意義 ‥‥‥‥‥ 27 3-3.2指標方程式的物理意義 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 30 3-4 動態疊紋分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 32 第四章 實驗方法與量測步驟 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 34 4-1實驗裝置 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 34 4-2實驗方法與量測步驟 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 36 4-2.1 探討液晶面板在X-cube機構產生成像面誤差 36 4-2.2 量測步驟 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 40 第五章 實驗結果與討論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 43 5-1 影像處理與分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 43 5-1.1 粗調系統影像處理與分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 43 5-1.2 細調系統影像處理與分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 49 5-2 粗調校準系統探討 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 51 5-3 細調校準系統探討 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 54 5-4 量測精密度分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 57 5-4-1粗調系統精密度分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 57 5-4-2 細調系統精密度分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 57 第六章 結論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 61 參考資料 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 62 附錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 66 圖目錄 圖2-1、投影顯示器光學系統‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5 圖2-2、投影顯示器光源側視圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 6 圖2-3、氙燈泡(Xenon Lamp) 的光譜圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 7 圖2-4、100W Philip UHP光譜分佈 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 8 圖2-5、(a)為拋物面反射器(b)為橢圓面反射器‥‥‥‥‥‥‥ 9 圖2-6、經過光學積分器與不經過光學積分器時光強度分佈圖‥ 10 圖2-7、(a) 陣列式透鏡積分器(b) 圓柱型積分器‥‥‥‥‥‥ 11 圖2-8、偏振轉化器示意圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 17 圖2-9、聚光鏡與場鏡組成無限共軛系統示意圖‥‥‥‥‥‥‥ 19 圖2-10、向列型液晶基本結構‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 22 圖2-11、(a)加電壓時,白底顯示原理示意圖;(b)不加電壓時,白底顯示原理示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 22 圖3-1、兩組線光柵以θ角相疊之疊紋及強度圖‥‥‥‥‥‥‥ 24 圖3-2、兩間距不等之光柵相疊產生節拍(beat)現像之疊紋‥‥ 24 圖3-3、放大的疊紋區塊 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 25 圖3-4、疊紋間距角度圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 28 圖3-5、指標方程式的疊紋族 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 30 圖4-1、實驗系統裝置圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 35 圖4-2、R-G-B三片液晶面板(LCD Panel)與X-cube機構圖‥ 35 圖4-3、當R面液晶面板與G面液晶面板在X-cube機構時‥ 37 圖4-4、(a)當R成像面與G成像面X方向偏移時,產生綠色與紅色漸層;(b)當R成像當R成像面與G成像面Y方向偏移時,產生綠色與紅色漸層 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 37 圖4-5、(a)R面LCD Panel與G面LCD Panel在θ方向產生誤差表示圖;(b) R成像面與G成像面在θ方向產生色彩漸層表示圖‥ 38 圖4-6、(a)R面液晶面板與X-cube垂直面成θy表示圖;(b) R面液晶面板與X-cube垂直面成θx表示圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39 圖4-7、(a)θy=0時,Red LCD Panel成像面;(b)θy≠0時,Red LCD Panel成像面 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39圖4-8、(a) θy=0時,在投影面為紅色實心圓表示圖;(b) θy≠0時,在投影面為紅色實心橢圓與(a)圖相比較可以發現圓中心往下移動 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 40 圖4-9、液晶晶格二值化產生兩種光柵(a)方格光柵 (b)線光柵 ‥ 42 圖5-1、CCD攝影機拍攝到Green面成像面‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 43 圖5-2、Green面靜態成像面經二值化模擬產生的圖‥‥‥‥‥ 44 圖5-3 、Green面靜態成像面經二值化模擬產生的圖‥‥‥‥ 45 圖5-4、 CCD攝影機拍攝到Red面成像面 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 46 圖5-5、Red面成像面經二值化模擬產生的圖 ‥‥‥‥‥‥‥ 47 圖5-6、CCD拍攝Green面LCD上的像素點 ‥‥‥‥‥‥‥ 50 圖5-7、Green成像面經過二值化後的像素點 ‥‥‥‥‥‥‥ 51 圖5-8、兩張Green成像面矩陣相加產生的參考直線光柵‥‥ 51 圖5-9、液晶面板傾斜θx造成成像面偏移示意圖‥‥‥‥‥ 52 圖5-10、圓心C、圓心B、圓心B''組成夾角θ示意圖‥‥‥ 53 圖5-11、(a)Red成像面的像素點 ;(b)Red成像面二值化後的線光 柵圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 55 圖5-12、(a)Blue成像面的像素點;(b)Blue成像面二值化後的直線 光柵圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 56 圖5-13、G面線光柵與R面線光柵產生的疊紋圖案 ‥‥‥‥ 56 圖5-14、G面與R面疊紋間距消失在影像範圍內 ‥‥‥‥ 58 圖5-15、(a)當G面旋轉五度與R面相疊 (b)當G面負五度與R面相疊‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 59 圖表目錄 圖表2-1、UHP Lamp Status ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 8 圖表5-1 、(圖5-2)的座標點(a)與線段值(b)量測結果‥‥‥ 48 圖表5-3 、 (圖5-4)的座標點與線段值量測結果‥‥‥‥‥‥ 48 附錄 附圖一、Labview IMAQ Vision Buider二值化G面結果‥‥‥‥‥ 66 附圖二、Labview IMAQ Vision Builder 量測G面圓心座標值‥‥ 66 附圖三、Labview IMAQ Vision Buider二值化R面結果 ‥‥‥‥ 67 附圖四、Labview IMAQ Vision Builder 量測R面圓心座標值‥‥ 67 附圖五、G面光柵執行影像處理後介面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 68 附圖六、模擬G面與R面θ為零時之相疊程式介面圖‥‥‥‥‥‥68 附圖七、模擬G面與R面θ為1度時之相疊程式介面圖 ‥‥‥‥ 69 附圖八、模擬G面與R面θ為2度時相疊程式介面圖‥‥‥‥‥ 69

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