基于LED光源的单片式DLP照明系统设计(精)

第38卷第9期2011年9月光电工程Opto-ElectronicEngineeringVol.38,No.9Sept,2011文章编号:1003-501X(201109-0099-05基于LED光源的单片式DLP照明系统设计刘旖,林祖伦,祁康成,王小菊,芮大为,沈匿(电子科技大学光电信息学院,成都610054摘要:在较小体积的照明系统中实现较好的照明效果是近年来微投影仪的主要发展方向。本文在对DLP(DigitalLightProcessing微投影显示系统进行分析的基础上,提出了一种紧凑的基于LED光源的单片式DLP照明光路结构。当照明光斑尺寸满足0.3英寸的DMD(DigitalMicromirrorDevices芯片时,中继系统的长度缩短至原来的50%左右。并利用ZEMAX软件分别对基于理想点光源和扩展面光源的照明系统进行了建模仿真。追迹50万条光线的仿真结果表明,本设计在两种光源模型下都可得到均匀的照明光斑,系统的光能利用率在33%左右。关键词:DLP;微投影显示;照明均匀度;复眼透镜;中继系统中图分类号:TN27文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.1003-501X.2011.09.019TheIlluminationSystemDesignofOneChipDLPOpticalEngineBasedonLEDLightSourceLIUYi,LINZu-lun,QIKang-cheng,WANGXiao-ju,RUIDa-wei,SHENNi(SchoolofOptoelectronicInformation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,ChinaAbstract:Achievinggoodilluminationperformanceinacompactilluminationsystemisthemaindevelopmentdirectionofmicro-projector.AcompactilluminationsystemofonechipDigitalLightProcessor(DLPprojectormakinguseofLEDlightsourceisintroducedbasedontheanalysisoftheDLPmicro-projectiondisplaysystem.Thelengthoftherelaysystemisshortenedtoabout50percentwhilethelightspotisbigenoughforilluminatingthe0.3inchDigitalMicromirrorDevices(DMD.Meanwhile,twomodelsofilluminationsystemrespectivelybasedonanidealpointsourceandanextendedsurfacesourcearesimulatedbyZEMAXsoftware.The500,000threadstracingsimulationresultsshowthat,ourdesigncanachieveuniformlightspotinarelativesmallsystemsize.Theutilityrateofluminousenergyofthisilluminationsystemisabout33percent.Keywords:DLP;micro-projectiondisplay;illuminationuniformity;fly-eyelens;relaysystem0引言LCD(LiquidCrystalDisplay、LCoS(LiguidCrystalonSilicon与DLP是目前三大主流投影显示技术,与前两种投影显示技术相比,DLP具有以下明显的优势:体积小重量轻,便于携带;光能利用率高,功耗低;采用全数字控制,具有精确的彩色再现能力;投影亮度和对比度高;电磁辐射低,可防止信息泄露;对恶劣环境忍耐度高。随着近年来微投影机市场的迅速增长,DLP技术被广泛应用于个人影院、商业演示,甚至军事指挥与航空航天领域[1]。在今年的美国消费电子展(ConsumerElectronicsShow上,各大公司推出的DLP微投影仪大放异彩,而TI公司推出的第四代DMD芯片将使DLP投影质量进一步提高,发展前景十分可观。收稿日期:2011-04-11;收到修改稿日期:2011-05-17基金项目:富通翱翔基金资助项目(FTAX201006作者简介:刘旖(1987-,女(汉族,重庆人。硕士研究生,主要研究工作是光学设计。E-mail:aliceliu61@163.com。100光电工程2011年9月当前DLP微投影仪的发展方向主要有提高照明系统性能和进一步减小系统尺寸两方面。针对这两个问题,本设计采用双排复眼透镜阵列提高光能利用率和光斑均匀度,并采用摄远透镜组作为中继系统缩短系统尺寸,满足DMD芯片的照明需求。1单片式DLP照明光路的设计要求DLP微投影显示系统主要由光源、照明光路、DMD(DigitalMicromirrorDevices芯片和投影透镜组成。根据系统使用的DMD芯片个数,可以将DLP分为单片式、两片式和三片式投影系统。与后两种投影方式相比,单片式成本低,照明光路结构简单,非常适合应用于便携设备中。照明系统是微投影机的关键,决定投影系统的亮度、色饱和度和均匀性等重要指标[2]。单片式DLP照明光路的设计要求主要有以下几点:1能实现光能的均匀分布。一般的光源和透镜符合高斯强度分布,采用普通照明系统将导致投影图像中间明亮而...

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