基于CCD的数字光处理光源特性测量

    DLP投影机由于具有图像清晰、色彩丰富、亮度高、寿命长、响应快、功耗低等优势,发展极其迅速,在会议室、数字电视显示和数字影院等方面得到越来越多的应用.DLP投影技术利用数字微镜晶片作为主要关键元件,实现数字光学处理过程.其原理均匀化,通过由三原色滤光片组成的色轮,将光分成红绿蓝(RGB)三色,再依次通过透镜成像在DMD上,由数字电信号控制微镜片旋转时间,将电信号转为光亮灰阶,配合RGB 3种颜色将色彩表现出来,最后再经过放大镜头投影成像.

    评价DLP投影特性的参数主要包括投影屏的亮度、亮度均匀性、对比度、色度坐标等.经验表明,光源的色度和亮度特性对于最终DLP投影画面质量存在非常重要的影响.光源亮度分布的不理想,将导致投影画面出现明显的亮度分布不均,色彩不准确等问题.因此,在光源装机前,有必要进行光源特性测试,以提高光机的合格率,降低成本.

    传统的光度计测量方法[1]只能测量几个特征位置上的光强,而不能测量光源在DLP系统中空间亮度的连续分布.近期研究表明,CCD经过色度校准后可用于显示屏的色度均匀性以及成像质量(像质)的准确、快速测量[2-3].基于这一思路,本文进一步提出利用CCD成像系统,进行DLP光源的色度和亮度分布的测量.

    1 DLP光源结构

    DLP光源是一种弧光放电灯,其核心部件如图1所示.石英管内径为1~1.5 mm,内有二电极,电极之间距离为4.0~6.0 mm,充有一定气压的隋性气体.二电极加以高压后,产生弧光放电.放电中心放置在半个椭球的焦点F1上.根据椭球特性,从F1发出的光经椭球面反射后会聚到F2点.通过F2且垂直于光轴的平面称为第二焦平面.

    设椭球的长轴、短轴半径分别为a、b,则两焦点之间的距离为:

    实际光源不是理想的点光源,并由于石英玻璃管端面的阻挡,平行于椭球长轴方向的光基本上是不存在的;另外,由于只有半个椭球反射面,大于B角外的光也是不存在的.因此,在焦点F2之后光束是一空心锥束,如图2(a)所示.经简单推导,可得

    式中:L为第一焦点到石英管端面距离,r为石英管的外径.

    如果石英管轴与椭球长轴不一致,或椭球反射面受热之后发生变形,加之电极引线之影响,那么情况就更复杂了,这里不作详细分析.但可以想到,F2面上是个光斑,而不是一个光点,光斑的大小与弧光放电区大小、椭球面变形程度有关;同时,光源光轴与椭球长轴不共轴,会导致光束轴倾斜,其光束图形如图2(b)所示.

    2 光源特性测量系统