DLP投影机光学概述.pdfVIP

DLP投影机光学概述

非远心光路（图2）的出瞳位于DMD平面附近，同样要求投影

物镜的入瞳和其相匹配。非远心结构中，照明光束在DMD芯片上的

入射角较远心结构中更大，增加了成像光路和照明光路的分离程度，

提高了系统的对比度。同时，入射角的增大增加了TIR棱镜的设计

难度，因此非远心系统不采用TIR棱镜，而是综合考虑机构、照明

光路和投影物镜的设计，实现空间上的光路分离。对于非远心光路，

照射到各个反射镜上的主光线相互会聚，不同位置上的照明光的入射

角不同，导致暗场均匀性变差。经由DMD芯片反射的出射光的主光

线同样存在会聚和倾斜，要求投影物镜采用偏心结构。非远心系统的

结构比较简单，所需光学元件少，投影物镜的后组尺寸较小，易于照

明光路和出射光路的分离。

下面就分别介绍一下投影机光路系统中所包含的光学部件的设

计考虑因素及主要功用。

一、光源（灯泡）

灯的选择主要考虑以下因素：

1、投影机大小、噪音、重量的目标值

2、寿命

3、光谱分布

4、光谱及弧长的稳定性

5、光效率

6、对安装位置的要求（不恰当的安装位置影响寿命）。

二、反光杯：

反光杯的作用是收集光源发出的光，并把它传送到照明系统中。

同时，还需考虑如下特性：

1、镀冷反光膜，减小进入系统中的UV/IR

2、抛物面面型，使得进入后续系统光的最大化。

三、色轮

色轮的光学特性决定了前投图像的色域、亮度和色温等重要参数。

具体如下：1、白点色坐标2、基色色坐标3、亮度4、对比度5、

色温6、噪音

四、光棒：光棒可将光源输出的分布不均匀的圆形光斑转化为

DMD所需要的均匀矩形光斑。光棒可以是实心的玻璃棱镜，也可以

是镀有高反射膜的平面反射镜粘接而成的空心器件。实心光棒利用光

的全反射原理，其特点是反射率高，加工方便，成本低。而空心光棒

则利用反射镜实现光能在光棒内的传输，反射效率较低，但也避免了

玻璃材料的吸收和实心光棒前后表面的能量损失。同时由于没有玻璃

的折射，光线在光棒内有更大的角度，因而空心光棒可以在更短的长

度内实现同样次数的内部反射，达到相同的照明均匀性，而且也避免

了实心光棒中由于前后表面的瑕疵对均匀性的影响。

五、中继镜片：中继镜片组可反射光、折射光，或是二者的组合。使

用光棒匀光的系统中，中继镜片一般为阿贝结构。中继镜片组的作用

是传送尽可能多的光到DMD，同时保证光入射面的大小以及均匀性。

六、镜头

对于镜头，最关键的参数就是光圈F值的大小，对于投影机，

投影镜头是投影机光路中的最后一个环节，（当然，影像从镜头出来，

光路还要在空气介质中传播，然后经过幕反射（正投安装方式）或幕

透射（背投安装方式）进入观看者的眼中。在这里我们不讨论这些，

光路讨论只到投影镜头为止。）光圈大（光圈的大小和F值成反比，

F值越小，光圈越大，理想状态下，F值为1，但只要有光学元件存

在，就不可能达到1。焦距与光学镜片直径的比值就是F值。）投影

影像的亮度就高，对于定焦镜头来说，光圈值是一个恒定值，对于变

焦镜头来说，通过F值的定义我们可以看出，由于焦距的改变，它

的数值是是在一个范围内。比如F2.8——F3.4。投影机的光圈值是

个非常重要的参数，举个例子，同样的机器，使用F值不同的镜头，

其亮度的区别是非常大的！比如F2.8的投影机，就是F4的投影机

亮度的二倍，是F5.6投影机亮度的四倍，是F8投影机亮度的八

倍……

任何两只镜头，只要它们的f值相同，那么它们所传送的光量就

是完全一样的。例如，两只不同的镜头均为f/2.8，那么就会有相同

的光量通过镜头到达银幕。不一定投影机镜头大，它的F值就大，

它是和镜头的焦距有密切关系的！有可能一支口径小的投影机镜头F

值比大镜头的F值还要小，（通光量更大）。

焦距也是用数值来表示的，通常从15-90，分为短焦、标准和长

焦，还有超短和超长焦的。数值越小焦距越短，数值越大焦距越长，

投影机对镜头焦距的要求正投一般在50-140，焦距决定了打满预定

尺寸时投影机与影幕的