摘

要：文章研究基于 LED 光源的 DLP 投影显示光学引擎系统，运用非成像光学理论计算

了与所选用的

DMD 芯片相匹配的 LED 光源的发光面的尺寸及方棒的尺寸，利用光的折射

定律和三角法则，设计了光学引擎系统中重要光学元件

TIR 棱镜的各项参数。采用 Tracepro

软件对整个光学引擎系统进行了建模、模拟和设计，并测得系统的照度图，计算了系统的光
能利用率和观测光的均匀度，为建立基于

LED 光源的 DLP 投影显示光学引擎系统的实验

装置奠定了良好的基础。

　　关键词：

投影显示；LED；DLP；TIR 棱镜；Tracepro

　　中图分类号：

TN141.8 文献标识码：B

Study on Optical Engine System for DLP of Projection Display Based on LED

LIN Peng1, YU Jian-hua2, CHEN Ri-guang2, LIU Wei-jie1, KONG Ru-bin2, ZHANG Qi2,

GONG Xiang-dong2, WU Guo-cheng2, LUO Liang-yu1
　　

(1. Lasereffects Co., Ltd., Dongguan Guangdong 523000, China; 2. College of Electronic

Science & Technology, Shenzhen Guangdong 518060, China)
　　

Abstract: We study optical engine system for DLP projection display based on LED. By

Using  non-imaging  optical  theory,  the  size  of  LED  chip  and  light  pipe  were  calculated,  which
match  the  DMD  chip.  We  have  determined  the  parameters  of  TIR  prism  (an  important  optical
element  of  the  optical  engine  system),  based  on  light  refraction  law  and  triangle  rule.  The
simulation and design of the optical engine system were achieved by optical software Tracepro.
The illuminance map, optical efficiency and uniformity of the system have been obtained. A good
foundation for further experimental study on LED projector was built.
　　

Keywords: projection display; LED; DLP; TIR prisma; Tracepro

　　引

言

投影显示是一种对环境要求较低的投影显示技术，适合于家庭、会议与控制指挥系统

的大屏幕显示。与平板显示相比较，投影可以实现超大屏幕显示

[1]，是一种最经济的、性价

比最高的显示技术。传统的投影显示采用弧光灯光源，体积大、功耗大、寿命短、发热量高。近
年来出现的大功率

LED 则具有体积小、功耗低、寿命长、无红外辐射、符合环保要求等优点，

且采用三色

LED 作为光源的投影显示系统可得到鲜艳的投影画面和具有更大的色域。本文

研究以大功率

LED 为光源的 DLP 投影显示光学引擎技术。

1 光学引擎的设计

光学引擎采用了单片 0.7 英寸的 DMD 芯片，系统由三色 LED 光源、方棒照明系统、

DMD 芯片及投影物镜组成，其组成结构如图 1 所示。
　　

三色大功率 LED 发出的光由 TIR 透镜收集并准直后进入合色棱镜合色，再由会聚透

镜将光会聚到积分方棒中，从而对光束进行整形，得到均匀的照明光线。从方棒中出来的光
是发散的，所以用准直透镜组来压缩光束的角度。光线进入

TIR 棱镜后，被反射进入 DMD

芯片中，受到

DMD 芯片的调制后，符合条件的光经 TIR 棱镜投射进入投影物镜中，最后

被投射到屏幕上。

DMD 芯片的光学扩展量是一定的，其光学扩展量的计算如下式[2]：