dlp投影機(jī)光學(xué)概述

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1、DLP投影機(jī)光學(xué)概述光在投影機(jī)中是非常重要的，沒有光，就沒有影像被投射出來，光路設(shè)計的瑕疵，或者光路中元件有質(zhì)量問題的話，不僅使投影機(jī)投影出的影響會產(chǎn)生亮度低、亮度不均勻、整機(jī)功率消耗過大，還會為投影機(jī)產(chǎn)品的壽命大大縮短。光路出現(xiàn)問題，或者光路的幾何尺寸公差過大，將會直接導(dǎo)致投影影像亮度變低、顏色出現(xiàn)偏差及投影影像的幾何畸形?！　≡谕队皺C(jī)光路中，除去光源燈外，UV/IR鍍膜玻璃、分色元件（色輪）、勻光元件（光棒）、中繼鏡片組（場鏡）及鏡頭等是光所經(jīng)過的全部元器件，它們質(zhì)量的優(yōu)劣、設(shè)計的好壞將直接影響著每一臺投影機(jī)亮

2、度的高低、圖象質(zhì)量的好壞。但從根本上講，都是光路設(shè)計的優(yōu)劣所決定的，而這些，就成為投影機(jī)除去芯片外價格千差萬異的又一個因素?！⊥队皺C(jī)單純就光路來說，也就分為兩種，單片機(jī)和三片機(jī)，（對于DLP中的兩片機(jī)，我們可以用簡單的理論把它歸入三片機(jī)中去?。﹥煞N光路是不同的！前者是采用空間混色原理進(jìn)行空間混色的！而后者的混色是疊加合成的！前者光路簡單但投影效果差，后者光路復(fù)雜但投影效果好！在價格上也是前者廉價，而后者昂貴！　　投影機(jī)的光路系統(tǒng)中，包含照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)兩部分，在大多數(shù)情況下，兩者可以分別獨(dú)立設(shè)計。但在有些情況下，

3、系統(tǒng)中包含場鏡，場鏡同時位于照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)中，這樣就不能分別獨(dú)立設(shè)計。照明光路是用來將光棒出口成像于DMD處，其結(jié)構(gòu)可分為遠(yuǎn)心和非遠(yuǎn)心兩種。遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)（參照圖1）中，照明系統(tǒng)的出瞳（投影物鏡的入瞳）位于DMD平面無窮遠(yuǎn)處或者足夠遠(yuǎn)的位置上，照射到每一個小反射鏡上光束的主光線相互平行，通常采用TIR棱鏡區(qū)分入射和出射光路。為了最有效地利用光能，同時保證系統(tǒng)的對比度，照明光路的光軸與成像光路的光軸之間的夾角為微反射鏡轉(zhuǎn)動角度的2倍。遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)亮度均勻性好，結(jié)構(gòu)緊湊，投影物鏡的后工作距離短，調(diào)焦時不會引起圖

4、像放大率的變化，而且采用TIR棱鏡便于實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的偏心系統(tǒng)設(shè)計。同時，遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)對照明系統(tǒng)和投影物鏡的光闌的位置匹配要求寬松，二者可單獨(dú)設(shè)計，較低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)的一個主要缺點(diǎn)是引入的TIR棱鏡不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，棱鏡各表面的反射也會降低系統(tǒng)的能量利用率。二是照明光束與其它狀態(tài)光束之間間隔小，無用的雜散光容易進(jìn)入投影物鏡引起系統(tǒng)對比度下降。另外，系統(tǒng)采用偏心設(shè)計時，會引起投影物鏡口徑的增大，導(dǎo)致整個系統(tǒng)體積的增加。非遠(yuǎn)心光路（圖2）的出瞳位于DMD平面附近，同樣要求投影物鏡的入瞳和其相匹配。非遠(yuǎn)

5、心結(jié)構(gòu)中，照明光束在DMD芯片上的入射角較遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)中更大，增加了成像光路和照明光路的分離程度，提高了系統(tǒng)的對比度。同時，入射角的增大增加了TIR棱鏡的設(shè)計難度，因此非遠(yuǎn)心系統(tǒng)不采用TIR棱鏡，而是綜合考慮機(jī)構(gòu)、照明光路和投影物鏡的設(shè)計，實現(xiàn)空間上的光路分離。對于非遠(yuǎn)心光路，照射到各個反射鏡上的主光線相互會聚，不同位置上的照明光的入射角不同，導(dǎo)致暗場均勻性變差。經(jīng)由DMD芯片反射的出射光的主光線同樣存在會聚和傾斜，要求投影物鏡采用偏心結(jié)構(gòu)。非遠(yuǎn)心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，所需光學(xué)元件少，投影物鏡的后組尺寸較小，易于照明光路

6、和出射光路的分離。下面就分別介紹一下投影機(jī)光路系統(tǒng)中所包含的光學(xué)部件的設(shè)計考慮因素及主要功用。　一、光源（燈泡）燈的選擇主要考慮以下因素：1、投影機(jī)大小、噪音、重量的目標(biāo)值2、壽命3、光譜分布4、光譜及弧長的穩(wěn)定性1、光效率2、對安裝位置的要求（不恰當(dāng)?shù)陌惭b位置影響壽命）。二、反光杯：反光杯的作用是收集光源發(fā)出的光，并把它傳送到照明系統(tǒng)中。同時，還需考慮如下特性：1、鍍冷反光膜，減小進(jìn)入系統(tǒng)中的UV/IR2、拋物面面型，使得進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)光的最大化。三、色輪色輪的光學(xué)特性決定了前投圖像的色域、亮度和色溫等重要參數(shù)。具

7、體如下：1、白點(diǎn)色坐標(biāo)2、基色色坐標(biāo)3、亮度4、對比度5、色溫6、噪音四、光棒：光棒可將光源輸出的分布不均勻的圓形光斑轉(zhuǎn)化為DMD所需要的均勻矩形光斑。光棒可以是實心的玻璃棱鏡，也可以是鍍有高反射膜的平面反射鏡粘接而成的空心器件。實心光棒利用光的全反射原理，其特點(diǎn)是反射率高，加工方便，成本低。而空心光棒則利用反射鏡實現(xiàn)光能在光棒內(nèi)的傳輸，反射效率較低，但也避免了玻璃材料的吸收和實心光棒前后表面的能量損失。同時由于沒有玻璃的折射，光線在光棒內(nèi)有更大的角度，因而空心光棒可以在更短的長度內(nèi)實現(xiàn)同樣次數(shù)的內(nèi)部反射，達(dá)到相同

8、的照明均勻性，而且也避免了實心光棒中由于前后表面的瑕疵對均勻性的影響。五、中繼鏡片：中繼鏡片組可反射光、折射光，或是二者的組合。使用光棒勻光的系統(tǒng)中，中繼鏡片一般為阿貝結(jié)構(gòu)。中繼鏡片組的作用是傳送盡可能多的光到DMD，同時保證光入射面的大小以及均勻性?！×?、鏡頭　　對于鏡頭，最關(guān)鍵的參數(shù)就是光圈F值的大小，對于投影機(jī)，投影鏡頭是投影機(jī)光路中的最后一個環(huán)節(jié)，（