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1、MD投影机中的光学元器件(四)微博字号电邮收藏打印·大·中·小 摘要:MD投影机光学引擎中照明系统的作用有两个:一是实现均匀照明;二是将圆形截面光束调制成矩形截面光束。均匀化照明可以提高投影图像亮度的一致性,调制光束截面形状可以提高光的利用率,微透镜阵列或光积分棒则可以很好地解决这两个问题。 关键词:MD投影机;微透镜阵列;光积分棒 中图分类号:TN141.9文献标识码:B OpticalPartsintheMDProjector(Ⅳ) ——MicroLensArrayandRodIntegra
2、tor HANJing-fu (ChinaIndustrialAssociationofElectronicAudioVisualProducts, LargeScreenProjectionDisplayAssociationBranch,Beijing100026,China) Abstract:TheMDProjector'sopticalenginegenerallyhasaMicroLensArray(MLA)oraRodIntegratorIlluminationSystemwhich
3、hastwofunctions,oneistocarryoutuniformityillumination,theotheristomodulatecircularbeamtotherectangularbeam.Thisilluminationsystsmcanimprovetheimagebrightnessandincreasetheilluminationefficiency. Keywords:MDprojector;microlensarray;rodIntegrator 引言 本文是“
4、光学元器件”系列文章的第四篇,第一篇文章介绍了偏振片与波片,第二篇文章介绍了PBS与PCS,第三篇文章介绍了二向色分光镜与合色棱镜。本篇文章主要介绍照明系统中的微透镜阵列与光积分棒,结合照明系统的结构阐述其照明光均匀化原理与光束截面调制原理。 1微透镜阵列照明系统 3LCD投影光学引擎已基本成熟,且其结构已定型,由一个光源来照明三个显示芯片,如图1所示。为了提供均匀照明,采用微透镜阵列照相系统,它包括UHP灯、微透镜阵列1、微透镜阵列2、聚光镜、场镜、被照明显示芯片等,如图2所示。 1.1UHP
5、灯及反光罩 超高压汞灯(UHP)常被作为投影机的光源,它具有很高的亮度,较长的寿命,特别是灯弧较小,近似点光源,光谱分布恰好能满足R、G、B三基色分光要求。使用抛物线形反光罩时,令灯弧处于其焦点位置,可发出平行光束,光束截面呈圆形,但光的分布不够均匀,光分布曲线如图3所示。靠近光轴区域,受灯管影响,有一低凹区,向外扩展光强逐渐增大,靠近反光罩边缘处,光强再次减弱。 1.2微透镜阵列 微透镜阵列(microlensarray,MLA)是由多个微型透镜按行按列组合而成,外观颇似昆虫的复眼,故又称为复眼透
6、镜(flyeyelens)。光源发出的光束,由抛物线反光罩反射后发出平行光,经过微透镜阵列1,将光源进行“分割”,在每个微透镜的焦点处聚焦成一个小亮点,如图4所示。 在此焦点附近设置微透镜阵列2,将微透镜阵列1的每个微透镜视为被分割的新光源,它由微透镜阵列2及后续的聚光镜、场透镜成像在显示器件上,如图2所示。这样一来,每个分割的新光源在显示器件上进行叠加,使显示器件获得了均匀照明,这个过程称为“光积分”,所以这个系统也称为“光积分器”(opticallntegrator)。因此微透镜阵列照明系统的原
7、理可总结为:先“分割”后“积分”。 光束截面形状由显示器的形状来决定,显示器件的形状多为长方形,长宽比(幅型比)一般为4:3或16:9。同时微透镜也应是长方形,其长宽比应与显示器件一致。设显示器件的长、宽分别为L、W,每个微透镜的长、宽分别为l、w,即L:W=l:w=4:3或16:9;设照明系统的放大率为M,则l=L/M,w=W/M;设透镜阵列的总长、宽分别为A、B,排列成n行和m列,则n=B/w,m=A/l;微透镜总个数为N,则N=n×m。由微透镜的形状调制了照明光束截面的形状,从而避免了用圆形光束照
8、亮矩形目标物而产生光通量的浪费,并提高了照明光通量的利用率。 投影机中用的微透镜阵列,其微透镜个数约为5,080个,微透镜个数越多,均匀化程度越高。显示芯片上的照明,四角与中心相比仅低2~3%,均匀度达到97~98%,如图5所示。微透镜阵列实物如图6所示,微透镜阵列的尺寸不宜太小,常见一例为50×52×5mm。 微透镜阵列是成对应用的,两者的尺寸和微透镜个数往往相同,两者的间距约为微透镜的焦距值。也有不相同的两片微
