Оптика за DLP проектор Методик
Сайтът е посветен на изобретателски проблеми и методи за тяхното решаване.
Пуснато от мениджъра на съдържанието в Нед, 11/11/2012 - 00:26
Оптика за DLP проектор
Асланов Е.Р., Москва 2012
Резюме
В тази работа ние формулирахме и елиминирахме техническо противоречие (TC), което възниква, когато броят на оптичните елементи и цената на DLP проектор са намалени.
1. Описание на работата на цифров проектор
Описанието на работата е изготвено въз основа на материалите на сайта [1].
DLP технология
Технологията DLP (Digital Light Processing, цифрова обработка на светлината) или както още се нарича DMD (Digital Micromirror Device, устройство с цифрови микроогледала) използва принципа на отражението. Цифровият сигнал се преобразува в команди към микроогледалата, които отразяват или не отразяват светлината, излъчвана от лампата на проектора.
Принцип на действие
Всичко започна през 1987 г., когато Texas Instruments разработи огледална система, наречена DMD. Устройството използва матрица с 1,3 милиона микроскопични огледала, разположени на панти, които ги ориентират спрямо източника на светлина. Като цяло можем да кажем, че всяко огледало съответства на един пиксел от проектираното изображение. Тъй като резолюцията на матрицата е 1280x1024, получаваме картина от 1,3 милиона пиксела. Проекторът разполага и със светлинен източник (лампа) и система от лещи. Всичко това заедно прави DLP технологията.
Микроогледалата са разположени на панти, които обръщат равнината на огледалото към източника на светлина (позиция ON) и срещу (позиция OFF). В резултат на това пикселите образуват изображение, състоящо се от светли и тъмни точки. Но ако всичкобеше толкова просто, щяхме да получим монохромно изображение без нива на сивото. Следователно, трябва да добавите нюанси. За да направи това, устройството преобразува цифровия сигнал в бързи вибрации на огледалото, до няколко хиляди пъти в секунда. Колкото повече светлина има време да отрази огледалото, толкова по-ярък ще бъде пикселът. И обратно. Чрез промяна на честотата на трептене на огледалото могат да се изведат 1024 нива на сивото за всеки пиксел.
След като сме създали черно-бяло изображение, трябва да добавим цветове към него. Има два начина: моно-DMD и три-DMD. При моно-DMD прожекторите (най-често срещаните) светлината преминава от лампата към цветен диск, който се състои от три сектора (червен, зелен и син). Дискът се върти много бързо и пропуска съответно червена, зелена или синя светлина. Комбинацията от яркостта на микроогледалата и текущия филтър създава илюзията за цветно изображение (16,7 милиона нюанса).
Tri-DMD проекторите все още се считат за електроника от висок клас и могат да извеждат до 35 милиарда цвята. Първо бялата светлина преминава през призма, която я разделя на три потока: червен, зелен и син, след което всеки поток влиза в собствена матрица. Съответно картината се създава от три отделни DMD матрици – за червен, зелен и син цвят.
2. Изявление за противоречие
Ориз. 5 Оптична система за осветяване на DMD матрицата
За да се получи висококачествено изображение, е необходимо DMD матрицата да се освети равномерно. За целта се използва специална оптична система, която се състои от две решетки микролещи и една леща (фиг. 5).
Ориз. 6 (а) Разпределение на интензитета на светлината пред оформящата оптика
б) разпределение на интензитета на светлината следформираща оптика
Сноп от лъчи след колимация, например от светодиод, има неравномерно разпределение на интензитета (фиг. 6а). Тези. не може да се насочи директно към DMD матрицата. В противен случай ще получите изображение с тъмно петно в средата. След използване на формиращата оптика от фиг. 5, е възможно да се получи лъч от лъчи, който равномерно осветява DMD матрицата (фиг. 6b).
Недостатъкът на решението е необходимостта от използване на няколко оптични елемента, което води до оскъпяване на проектора. увеличава разходите за производство на форми за оптични елементи и разходите за оформление и подравняване на тези елементи. Ако се ограничим до използването на обектив с един масив от микролещи, това ще намали цената на системата, но ще доведе до влошаване на равномерността на осветеност на DMD сензора.
По този начин можем да формулираме техническо противоречие (TC) на фиг. 7: с увеличаването на броя на оптичните елементи, равномерността на осветяване на DMD матрицата се подобрява, но цената на системата се увеличава; и обратно.
3. Решение
За да се премахне ТР, беше предложено следното решение. На фиг. 8а показва плоча с набор от микролещи. Всяка микролеща има сложна повърхност (free-form surface) – фиг. 8б. В зависимост от разстоянието до DMD повърхността със свободна форма за всички лещи може да бъде една и съща.
Ориз. 8 (a) Решетка от микролещи в свободна форма (b) Повърхност от един елемент
Ако DMD е разположен сравнително близо до пластината, тогава всяка микролеща трябва да има уникална повърхностна форма, различна от другите. Във всеки случай този елемент може да бъде изчислен и произведен.
Подробна информация за изчисляването на повърхността на микролещите можете да намерите внамерени в работи [3-5].
Заключение
В тази работа беше предложено да се използва плоча с лещи със свободна форма. Решението позволява да се намали цената на оптиката, осветяваща DMD матрицата, почти 2 пъти поради използването на по-малко елементи.
Източници
[3]Sun, L. Микролещи със свободна форма за осветителни приложения/ Liwei Sun, Shangzhong Jin и Songyuan Cen// Applied Optics, 2009. - Vol. 48, бр. 29.
[4]Wu, R. Решетки от лещи със свободна форма за осветяване извън осите в оптична литографска система / Rengmao Wu, Haifeng Li, Zhenrong Zheng, Xu Liu // Applied Optics, 2011. – Vol. 48, бр. 29, 725-732.
[5]Е. Асланов, Л. Досколович, Изчисляване на компактна оптика за формиране на зададени разпределения на осветеност / Компютърна оптика36, стр. 96-101, 2012.