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1、基 于 DMD 芯 片 的 微 型 投 影 机Mini-projector design based on DMD chip专 业：电气工程及其自动化姓 名：%&%*（%&指 导 教 师：申请学位级别： 学 士论文提交日期：学位授予单位： YHUI%&*（&* ） ）0摘 要微型投影机随着微型投影技术的发展与成熟，其技术应用开始走向市场。微型投影机可以广泛地应用于商务展示、家庭娱乐、教学应用等场合，以其实用性、小体积、投影图像大、亮度强的优势，成为国际各大研发机构争相开辟的新型移动电子类产品。随着市场需求的变更，微型投影机日趋更加小型化，多功能化，甚至穿戴化，被认为是投影机的未来希望。另外，微
2、型投影机具有多媒体播放功能，支持图片、视频、音频等多格式文件的播放；配备外置存储器、WiFi 等无线设备可轻松实现媒体文件的传输。微型投影机可小至如同手机，轻巧便携，随时随地只需要找到一个平面投影就可以使用。本文就以上投影机的各大特点，采用 DLP 投影技术，提出基于 DMD 芯片的微型投影机设计。第一章介绍微型投影技术的发展、DLP 投影技术与 DMD芯片工作原理，通过分析与对比现在主流的微型投影机，得出基于 DMD 芯片的微型投影机的优势所在和设计的必要性。第二章部分就基于 DMD 芯片的微型投影机做出设计。首先是总体的框架设计，然后就投影机的光路部分展开详细设计，包括光源、光学引擎、DM
3、D 模块、镜头四部分的设计分析，这一部分也是本文的关键所在。接下来通过Matlab 软件对投影机的透镜自由曲面进行模拟设计，并通过 Solidworks 得到透镜的实体，将该实体数据导入 TracePro，进行光学模拟与结果分析，最终得出高效率非成像聚光系统。至此微型投影机的光路部分已完成，下一步从微型投影机的总体设计展开，概要地做出微型投影机的必要组成部件设计及各部件的功能联系，最后通过三维设计给出投影机的设计模型。关键词：DMD 芯片；DLP 投影技术；复眼透镜；微型投影机0ABSTRACTWith the development and maturity of micro-project
4、ion technology, mini-projector began to take over its market. Mini projector can be widely used in commercial exhibition, home entertainment, teaching application and other occasions, so based on these advantages, such as practicality, small size, large projected image, high brightness, many interna
5、tional research institutions are competing to open up their products as new mobile electronics. With the changes in market demand, mini-projectors trending smaller size, multi-functional, even wearable, is considered to be the future hope of the projector.In addition, micro-projector has the functio
6、n of mutilmedia playing, supporting images, videos, audios and other format files. Equipped with external memory, WiFi and other wireless devices mini-projector can easily transfer media files. Mini projector can be made as small as a mobile phone, light and portable, you can enjoy it anytime, anywh
7、ere just needing to find a plane for projecting.In this paper, on account of the features above, we get such a mini-projector design by using DLP technology which is baded on DMD chip. Firstly, we will make an introduction of the principles of mini-projector, DLP and DMD at first part. And then by a
8、nalysis and comparison with the current mainstream of mini-projector, we get the advantages and necessityof the latter design.At second part, it is the design of mini-projector based on DMD. To begin with, it is a design structure as the compass of the design. And next it is the concrete design of o
9、ptical design, including analysis and discussion light source, optical engine, DMD module, optical lens, which also are the keys of this paper. By using Matlab, we can simulate the free-form surface of the projector lens. By solidworks we get the real lens simulated before, using TracePro optimizes
10、and analyses this design again and again, and ultimately get a high efficiency and non-imaging concentrator systems.Thus the optical path of mini-projector has been completed and the next step we begin the overall design of micro projector. And here the necessary components and their functions will
11、be summarily given. Finally, by three-dimensional design we can see this kind of projectors design model.Key words： DMD chip； mini-projector； Fly-eye lens arrays； DLP technology不显示页码0目 录第一章 基于 DMD芯片的微型投影机设计需求分析第一节 微型投影技术介绍1第二节 认识 DLP 投影技术2第三节 DMD 芯片工作原理5第四节 DLP 投影技术的优点7第二章 基于 DMD芯片的微型投影机设计第一节 微型投影机的
12、总体设计第二节 微型投影机的光路设计第三节 投影机的其他部件设计22第四节 微型投影机模型设计26结论X参考文献X致谢X1第一章 基于 DMD的微型投影机设计需求分析第一节 微型投影技术介绍 1传统投影机一般用于教学、商务展示及家庭剧院等场合，随着投影技术的不断提升，轻薄、省电以及可靠性强的微型投影机随着时代要求开始占领部分投影市场，成为展示或家庭影院等青睐的新一代数字产品。就目前而言，微型投影机的主要类型与应用有： 手机投影机。将投影单元内置与手机中，这不但扩充了手机的显示功能，而且改善人对手机的视觉习惯，使得图片、视屏播放，网页浏览等功能的实现不仅局限于手机屏幕； 手持投影机。重量轻、体积
13、小巧，而且可以放入口袋，随身携带，由锂电池供电，随时可以将存储的图片、视频信息或者文档通过投影方式和他人实现共享； 笔记本电脑投影机。作为笔记本电脑的便捷式辅助外接显示设备。在商务沟通或项目交流中轻松实现观点的分享，产品的逼真演示；在休闲娱乐时，可以创造属于自己的影院，将视频等投影在墙壁或者房顶等平面上，轻松享受生活的乐趣； 多媒体投影机。内置扬声器，可轻松地与游戏机、 DVD 播放器、iPod 或者其它媒体设备相连接，可实时进行娱乐活动或者展示。 微型投影机工作时，由光源发出光，通过一系列的光学系统，将光源的光均匀的照射在显示芯片上，信号通过电路系统在显示芯片上实现色阶以及汇接，显示出图像，
14、此后通过投影机前端的投影镜头将显示芯片上的图像放大并且投影到屏幕上。微型投影机技术基本上是由传统投影机技术衍生出来的，微型投影显示技术的核心是微显光点集成芯片和包括光源在内的微型投影显示光机系统。按照其微显示芯片的投影光学成像原理可分为扫描式、反射式和透射式三类，按照光源的色彩配置及成像机制可分为红绿蓝三彩色彩分时和白光空间三色合成两种。目前最为常见也相对较为成熟的四种主流技术包括：MEMS （Micro-Electro-Mechanical Systems，微电机系统）光扫描投影技术、LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）透射投影技术、LCoS（Liquid Cry
15、stal on Silicon，硅基液晶）投影技术和 DLP （Digital Light Processing，数字光处理技术）投影技术。这四种技术各具优势和劣势。本文主要讨论基于 DMD 的微型投影机的设计。1第二节 认识 DLP 投影技术一、 DLP 技术由来DLP 是 Digital Crystal Processing 的缩写，即数字光学处理技术。数字光处理是投影显示信息系统的一次创造性的革新。DLP 技术由美国德州仪器的Larry Hornbeck 博士所研发的。Larry Hornbeck 博士从 1977 年开始从事运用反射用以控制光线投射的原理研究，并于 1987 年成功研发出 DMD 芯片。DMD 芯片最早应用在机票印票机中，到了 1993 年这种以 DMD 芯片为核心的光学系统被命名为 DLP。最早的 DMD 芯片通过模拟技术驱动，反射面则是使用一种柔性材料，在当时被称为“变形微镜器件（Deformable Mirror Device） ”。10 年之后，Hornbeck 博士正式以数字控制技术取代模拟技术，开发出新一代 DMD 器件，并将原名改为“数码微镜器件(Digital Micromirror Device)”
