什么是DLP投影系统

In: 行业资讯 On: Tuesday, December 31, 2019 Hit: 1129

导读:自从1987年第一枚DMD芯片出现,随后不久DMD成了DLP投影机的核心部件,那么DLP投影系统是怎样构成的?DMD芯片又扮演了什么角色?读完本文您可能会有一个清晰的答案!

1987年,第一枚DMD(Digital Micromirror device)芯片出现,随后不久DMD成了DLP(Digital Light Processing)投影机的核心部件,经过多年的发展,DLP投影机更是成为了投影机主流产品,获得了丽讯、三菱、Acer众多投影机厂商的支持,TI更是凭借着垄断DMD芯片的生产获得丰厚的利润与引导投影机的发展。

在外观上,DMD芯片与CPU、GPU等的半导体芯片非常相似。DMD芯片是MEMS(Micro Electro Mechanical systems)技术下的产物,在其芯片表面集成了数十万乃至百万个微反射镜(Micromirror Pitch),微反射镜是其DMD芯片的物理像素,微反射镜越多,DMD芯片所能的显示的分辨率越高。

DMD不依靠改变入射光线的偏振态或是自身发光实现显示,而是依靠众多的微反射镜控制光线的反射方向实现的。因此,除了微反射镜的数量外,微反射镜性能对着DLP投影机亦有着决定性的影响——微反射镜的偏转角度越大,图像的对比度越高,偏转速度越快,图像的延迟越低。经过多年的发展,微反射镜已经从早期只能实现正负10°的偏转发展为正负12°偏转,刷新频率也能达到200MHz。值得一提的是,微反射镜并不是依靠机械臂或是液压装置调节偏转角度的,而是通过电极电压控制实现,因此在理论上,若无外力破坏以及自身无老化的话,DMD的寿命是无限的。此外,由于DMD芯片间距非常小,每个像素的中间的间距非常小,图像通过镜头放大后依然显得非常细腻,非常适合投影机使用。

由于DMD芯片很小,人眼无法直接观看到DMD反射出来的图像,因此引入一个镜头把DMD的图像进行放大(跟相机的镜头起着相反的作用),为了保证光学效果,镜头必须尽可能的靠近DMD芯片,因此在DMD芯片放置镜头后方成了DLP投影机常见布局方式,厂商往往只能改变光源位置构成不同的光学系统。DLP投影机光学系统主要分为远心与非远心两种结构,从命名上可以大致了解到,“心”是指DMD芯片,“远”与“飞远”是指光源到DMD芯片的距离,它们的具体结构如下。

远心式DLP投影机光学系统

在远心结构中,光源往往是UHP、金属卤化物等的点光源,DMD芯片并不能直接使用其光线,因此会利用一个半椭圆形的反射罩汇聚光线并投射到聚光柱(Integrator Rod)中,聚光柱会把原来方向杂乱的光线变为平行光线,但是平行光线距离DMD较远而且角度不合适,仍需借助折叠镜(Fold Mirror)等一系列光学镜片的帮助才能到达DMD芯片表面。在漫长的马拉松过去后,光线依然是不会直接投射到DMD芯片,必须经过TIR棱镜将入射光线与反射光线(图像)分离才能完成任务。

 

非远心式DLP投影机光学系统

远心结构结构简单,光路不需要经过多少折返即可达到DMD芯片表面,光学结构相对简单,但是系统没法做小,不适合小型化的DLP投影机。非远心结构的复杂光路缩小了光学系统的体积,但是造成了入射光线的入射角过大的问题,而且缺少TIR棱镜,无法把入射角降低到远心结构的水平,最终造成了微反射镜上的光线互相汇聚,破坏了亮度均匀度。

TIR(Total Internal Reflection)棱镜是一种利用光全内反射现象制成的镜片,当光线经过两个不同折射率的介质时,部份的光线会于介质的界面被折射,其余的则被反射。但是,当入射角比临界角大时(光线远离法线),光线会停止进入另一接口,反之会全部向内面反射。投影机光学系统正是借助TIR棱镜分离入射光线与反射光线,避免干扰。

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