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光学系统
其实,DLP投影机显示系统可以为单片式和三片式(three chip system),三片式结构较为复杂,在此从结构简单的单片式说起。
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的系统。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。(这里仅考虑单光源的结构)
单片式DLP投影机工作原理
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(备注)将入射光线与反射光线(图像)分离才能完成任务。
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,于是非远心结构出现了。在非远心结构中,由于光源靠近DMD芯片,因此不得不增加镜头与DMD芯片的距离,但是光线同样经历的反射罩、聚光柱、折叠镜才能到达DMD芯片表面,光路更曲折。非远心结构的复杂的光路缩小光学系统的体积,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。
使用TIR prism的单片式DLP投影机之光学系统
TIR(Total Internal Reflection,全内反射)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棱镜镜分离入射光线与反射光线,避免干扰。