23"数字微镜器件（DMD）的光学参考设计

本次演示将介绍 一个 0.23 英寸

数字微镜器件 DMD 的 光学参考设计，

并将重点介绍照明。

我们将从 DMD 光学规格和

设计目标入手。

随后会展示 照明设计布局，

该布局针对 1 毫米 x 1 毫米的

LED 光源 进行了优化。

您将能够看到 光学组件、光线

如何穿过 系统以及

整个光学器件的大小。

我们会评估 两种常见 LED 尺寸的

几何效率。

1 毫米 x 1 毫米的 LED 可实现高效率，

而 1.2 毫米 x 1.5 毫米的 LED

则可实现高亮度。

此参考设计中使用的 DMD 是一个 960 x 540 的阵列，

像素间距为 5.4 微米。

微镜倾斜 角度为 17 度。

有源阵列总尺寸为 5.184 毫米 x 2.916 毫米，

对角线尺寸为 0.23 英寸。

在传动器的帮助下， 同样的阵列尺寸

可实现更高的分辨率。

例如，使用四向传动器 可以将分辨率放大四倍，

达到 1080p。

不同的客户需要的 投影透镜大不相同，

因此本参考设计中 将不会探讨投影透镜。

不过，我们需要指定 一个光圈为 f/1.7 的

远心投影透镜， 以匹配照明设计。

这一参考设计的 目标是

实现紧凑、 高效的照明。

另外，参考设计 为客户的引擎设计

提供了一个起点。

客户可以根据 此参考设计

在性能、成本、 外形等方面

进行权衡。

在深入了解 设计之前，

我们来看看 DMD 的展度功能，

并了解什么尺寸的 LED 比较合适。

DMD 展度由 有源阵列大小

以及投影透镜 可收集的锥角决定。

我们假设投影 透镜的光圈为 f/1.7，

对应于正负 17 度锥角。

通过将尺寸与 锥角正弦值相乘，

沿宽度和高度方向 单独执行计算，

可以完美匹配 发光锥角为正负 90 度的

朗伯发光 LED 的大小。

请注意，这是一个 侧面照明的 DMD，

照明方向与 DMD 宽度方向

大约呈 34 度夹角。

因此，在宽度方向， 我们需要为它

添加一个余弦系数。

这样，我们计算出的 DMD 就能够

匹配 1.257 毫米 x 0.853 毫米的

朗伯发光 LED。

我们选择了两个 大小接近这一尺寸的

常用 LED，如 LED 尺寸为 1 毫米 x 1 毫米，

可实现高效率，如 LED 尺寸为 1.2 毫米 x 1.5 毫米，

则可实现高亮度， 但效率

有所下降。

这张图片显示了 照明设计的

光学布局。

光源是几个具有相同 发光尺寸的 RGB LED。

使用两个透镜收集每个 LED 发出的光并进行准直。

完成准直后，通过双色 X 板将 RGB 颜色组合到

一个共同光路中。

X 板的后面是 一个蝇眼透镜阵列，

此阵列会使光 均质化，以便在 DMD 上

实现均匀照明。

X 板既能够实现 高效率，也可以节省空间。

透镜阵列的后面 是一个塑料盖棱镜，

棱镜的两侧 具有曲面造型。

一个曲面是 传输面，

另一个曲面是反射面。

再加上平坦表面、 后方的楔形体

以及直角棱镜，它们的 共同作用会在 DMD 上产生

均匀、清晰图像，用于照明。

直角棱镜会 将 DMD 光

反射到 投影透镜上，

以实现全内反射， 即 TIR。

彩色反射 棱镜、楔形体

与直角棱镜的 组合构成了

一个内联配置。

此配置不但 能够减小尺寸，

还可以将照明 装置折叠到

投影透镜的另一侧， 从而为超短焦透镜

这样的大尺寸投影透镜 留出足够的空间。

当考虑提高 分辨率时，

宽大的空间有助于更轻松地 插入一个传动器。

这一页上的 两个视图

显示照明的光学尺寸为 39 毫米 x 24 毫米，

高为 9 毫米。

为了估计 最终的引擎尺寸，

我们需要添加 其他的必要机械组件

和电气组件。

同样，这一尺寸 也经过了优化，

能够让 1 毫米 x 1 毫米的 LED 实现高效率。

您可以使用 性能有所下降的

1.2 毫米 x 1.5 毫米 LED。

这一页显示了使用 1 毫米 x 1 毫米

LED 设计 的估计结果。

几何效率是 一个用来描述

穿过光学系统的光线 在光线总量中

所占百分比的 主要性能指标。

它并未考虑 衍射损耗、

表面反射损耗、 材料吸收损耗

等因素。

不过，对于 几何效率，

客户可以将自己的 传输数据与

DMD 效率相结合 来估计引擎效率。

通过添加 LED 光学输出，

我们可以估计 引擎输出的总流明。

我们还需要允许 在 DMD 上合理溢出，

以容纳由于 各种误差而

产生的对齐错误。

在溢出损耗之后， 我们可以看到

此设计在所有 LED 中都实现了

大约 71% 的 高几何效率。

我们是在 所采用的理想 f/1.7

远心投影透镜的屏幕上 得到这一效率的。

如果在同一个 光学器件上使用

1.2 毫米 x 1.5 毫米的 LED， 我们会发现效率

下降到大约 52%。

不过，由于 LED 发光 面积几乎扩大了一倍，

亮度也几乎提高了 一倍，因此

总亮度要比宽度为 1 毫米 x 1 毫米的 LED

高很多。

综上所述， 我们为

0.23 英寸、17 度倾斜的 DMD 提供了一个光学

参考设计，目的是让 1 毫米 x 1 毫米 LED

实现小尺寸和高效率。

假设使用光圈为 f/1.7 的 远心投影透镜，

可实现高达 71% 的几何效率。

我们还估计了 1.2 毫米 x 1.5 毫米

LED 的效率， 结果表明，

这个更大的 LED 可实现更高的亮度。

同样，此参考设计 将为客户的

引擎设计提供一个 起点，设计人员可以

基于这个设计在 性能、尺寸、

成本等方面进行权衡。

感谢您的关注。

本次演示将介绍 一个 0.23 英寸

数字微镜器件 DMD 的 光学参考设计，

并将重点介绍照明。

我们将从 DMD 光学规格和

设计目标入手。

随后会展示 照明设计布局，

该布局针对 1 毫米 x 1 毫米的

LED 光源 进行了优化。

您将能够看到 光学组件、光线

如何穿过 系统以及

整个光学器件的大小。

我们会评估 两种常见 LED 尺寸的

几何效率。

1 毫米 x 1 毫米的 LED 可实现高效率，

而 1.2 毫米 x 1.5 毫米的 LED

则可实现高亮度。

此参考设计中使用的 DMD 是一个 960 x 540 的阵列，

像素间距为 5.4 微米。

微镜倾斜 角度为 17 度。

有源阵列总尺寸为 5.184 毫米 x 2.916 毫米，

对角线尺寸为 0.23 英寸。

在传动器的帮助下， 同样的阵列尺寸

可实现更高的分辨率。

例如，使用四向传动器 可以将分辨率放大四倍，

达到 1080p。

不同的客户需要的 投影透镜大不相同，

因此本参考设计中 将不会探讨投影透镜。

不过，我们需要指定 一个光圈为 f/1.7 的

远心投影透镜， 以匹配照明设计。

这一参考设计的 目标是

实现紧凑、 高效的照明。

另外，参考设计 为客户的引擎设计

提供了一个起点。

客户可以根据 此参考设计

在性能、成本、 外形等方面

进行权衡。

在深入了解 设计之前，

我们来看看 DMD 的展度功能，

并了解什么尺寸的 LED 比较合适。

DMD 展度由 有源阵列大小

以及投影透镜 可收集的锥角决定。

我们假设投影 透镜的光圈为 f/1.7，

对应于正负 17 度锥角。

通过将尺寸与 锥角正弦值相乘，

沿宽度和高度方向 单独执行计算，

可以完美匹配 发光锥角为正负 90 度的

朗伯发光 LED 的大小。

请注意，这是一个 侧面照明的 DMD，

照明方向与 DMD 宽度方向

大约呈 34 度夹角。

因此，在宽度方向， 我们需要为它

添加一个余弦系数。

这样，我们计算出的 DMD 就能够

匹配 1.257 毫米 x 0.853 毫米的

朗伯发光 LED。

我们选择了两个 大小接近这一尺寸的

常用 LED，如 LED 尺寸为 1 毫米 x 1 毫米，

可实现高效率，如 LED 尺寸为 1.2 毫米 x 1.5 毫米，

则可实现高亮度， 但效率

有所下降。

这张图片显示了 照明设计的

光学布局。

光源是几个具有相同 发光尺寸的 RGB LED。

使用两个透镜收集每个 LED 发出的光并进行准直。

完成准直后，通过双色 X 板将 RGB 颜色组合到

一个共同光路中。

X 板的后面是 一个蝇眼透镜阵列，

此阵列会使光 均质化，以便在 DMD 上

实现均匀照明。

X 板既能够实现 高效率，也可以节省空间。

透镜阵列的后面 是一个塑料盖棱镜，

棱镜的两侧 具有曲面造型。

一个曲面是 传输面，

另一个曲面是反射面。

再加上平坦表面、 后方的楔形体

以及直角棱镜，它们的 共同作用会在 DMD 上产生

均匀、清晰图像，用于照明。

直角棱镜会 将 DMD 光

反射到 投影透镜上，

以实现全内反射， 即 TIR。

彩色反射 棱镜、楔形体

与直角棱镜的 组合构成了

一个内联配置。

此配置不但 能够减小尺寸，

还可以将照明 装置折叠到

投影透镜的另一侧， 从而为超短焦透镜

这样的大尺寸投影透镜 留出足够的空间。

当考虑提高 分辨率时，

宽大的空间有助于更轻松地 插入一个传动器。

这一页上的 两个视图

显示照明的光学尺寸为 39 毫米 x 24 毫米，

高为 9 毫米。

为了估计 最终的引擎尺寸，

我们需要添加 其他的必要机械组件

和电气组件。

同样，这一尺寸 也经过了优化，

能够让 1 毫米 x 1 毫米的 LED 实现高效率。

您可以使用 性能有所下降的

1.2 毫米 x 1.5 毫米 LED。

这一页显示了使用 1 毫米 x 1 毫米

LED 设计 的估计结果。

几何效率是 一个用来描述

穿过光学系统的光线 在光线总量中

所占百分比的 主要性能指标。

它并未考虑 衍射损耗、

表面反射损耗、 材料吸收损耗

等因素。

不过，对于 几何效率，

客户可以将自己的 传输数据与

DMD 效率相结合 来估计引擎效率。

通过添加 LED 光学输出，

我们可以估计 引擎输出的总流明。

我们还需要允许 在 DMD 上合理溢出，

以容纳由于 各种误差而

产生的对齐错误。

在溢出损耗之后， 我们可以看到

此设计在所有 LED 中都实现了

大约 71% 的 高几何效率。

我们是在 所采用的理想 f/1.7

远心投影透镜的屏幕上 得到这一效率的。

如果在同一个 光学器件上使用

1.2 毫米 x 1.5 毫米的 LED， 我们会发现效率

下降到大约 52%。

不过，由于 LED 发光 面积几乎扩大了一倍，

亮度也几乎提高了 一倍，因此

总亮度要比宽度为 1 毫米 x 1 毫米的 LED

高很多。

综上所述， 我们为

0.23 英寸、17 度倾斜的 DMD 提供了一个光学

参考设计，目的是让 1 毫米 x 1 毫米 LED

实现小尺寸和高效率。

假设使用光圈为 f/1.7 的 远心投影透镜，

可实现高达 71% 的几何效率。

我们还估计了 1.2 毫米 x 1.5 毫米

LED 的效率， 结果表明，

这个更大的 LED 可实现更高的亮度。

同样，此参考设计 将为客户的

引擎设计提供一个 起点，设计人员可以

基于这个设计在 性能、尺寸、

成本等方面进行权衡。

感谢您的关注。