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DLP是“Digital Light Processing”的縮寫，即為數(shù)字光處理，也就是說這種技術(shù)要先把影像信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。它是基于TI(美國德州儀器)公司開發(fā)的數(shù)字微鏡元件——DMD(Digital Micromirror Device)來完成可視數(shù)字信息顯示的技術(shù)。說得具體點(diǎn)，就是DLP投影技術(shù)應(yīng)用了數(shù)字微鏡晶片(DMD)來作為主要關(guān)鍵處理元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過程。

  數(shù)字光處理(Digital Light Processing，縮寫：DLP)是一項(xiàng)使用在投影儀和背投電視中的顯像技術(shù)。DLP技術(shù)最早是由德州儀器開發(fā)的。它至今仍然是此項(xiàng)技術(shù)的主要供應(yīng)商。德國德累斯頓Fraunhofer學(xué)院(The Fraunhofer Institute of Dresden)也生產(chǎn)有著特殊用途的數(shù)字光處理器，并把它稱作空間光調(diào)節(jié)器(Spatial Light Modulators，SLM)。例如，瑞典Micronic激光系統(tǒng)公司(Micronic Laser Systems of Sweden)就在其開發(fā)的Sigma印版硅模板刻印機(jī)中，利用Fraunhofer生產(chǎn)的空間光調(diào)節(jié)器來生成遠(yuǎn)紫外線圖像。在DLP投影儀中，圖像是由DMD(Digital Micromirror Device，數(shù)字微鏡器件)產(chǎn)生的。DMD是在半導(dǎo)體芯片上布置一個(gè)由微鏡片(精密、微型的反射鏡)所組成的矩陣，每一個(gè)微鏡片控制投影畫面中的一個(gè)像素。微鏡片的數(shù)量與投影畫面的分辨率相符，800×600、1024×768、1280×720和1920 x 1080(HDTV)是一些常見的DMD的尺寸。這些微鏡片在數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下能夠迅速改變角度，一旦接收到相應(yīng)信號(hào)，微鏡片就會(huì)傾斜10°，從而使入射光的反射方向改變。處于投影狀態(tài)的微鏡片被示為“開”，并隨數(shù)字信號(hào)而傾斜+10°;如果微鏡片處于非投影狀態(tài)，則被示為“關(guān)”，并傾斜-10°。與此同時(shí)，“開”狀態(tài)下被反射出去的入射光通過投影透鏡將影像投影到屏幕上;而“關(guān)”狀態(tài)下反射在微鏡片上的入射光被光吸收器吸收。本質(zhì)上來說，微鏡片的角度只有兩種狀態(tài)：“開”和“關(guān)”。微鏡片在兩種狀態(tài)間切換的頻率是可以變化的，這使得DMD反射出的光線呈現(xiàn)出黑(微鏡片處于“關(guān)”狀態(tài))與白(微鏡片處于“開”狀態(tài))之間的各種灰度。DLP投影儀主要通過兩種方法來產(chǎn)生彩色圖像，這兩種方法分別被用在單片DLP投影儀和三片DLP投影儀中。

DLP技術(shù)成像原理圖

1991年，30萬像素的液晶投影機(jī)已經(jīng)被推出了，1996年液晶投影已經(jīng)迅速發(fā)展到VGA甚至SVGA數(shù)據(jù)投影和家庭影院投影的階段了，但是因?yàn)榧夹g(shù)瓶頸，亮度與對(duì)比度都很難突破。在這樣的背景下，DLP投影技術(shù)走上歷史的舞臺(tái)順理成章。DLP的技術(shù)核心是DMD芯片，是由美國Larry Hornback博士于1977年發(fā)明的。最開始，主要是為了開發(fā)印刷技術(shù)的成像機(jī)制，先以模擬技術(shù)開發(fā)微型機(jī)械控制，1981年才改用數(shù)字式的控制技術(shù)，正式命名為Digital Micro-mirror Devices，并開始分成印刷技術(shù)與數(shù)字成像兩個(gè)方向來研發(fā)。到了1991年德州儀器決定將數(shù)字成像的開發(fā)獨(dú)立成一個(gè)事業(yè)部，并于1996年開發(fā)出第一個(gè)數(shù)字圖像產(chǎn)品，1997年正式終止印刷技術(shù)的研發(fā)，全力進(jìn)行數(shù)字圖像的研發(fā)。

  工作過程

  DMD器件是DLP的基礎(chǔ)，一個(gè)DMD可被簡單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)，50~130萬個(gè)微鏡片聚集在CMOS硅基片上。一片微鏡片表示一個(gè)像素，變換速率為1000次/秒，或更快。每一鏡片的尺寸為14μm×14μm(或16μm×16μm)，為便于調(diào)節(jié)其方向與角度，在其下方均設(shè)有類似鉸鏈作用的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。微鏡片的轉(zhuǎn)動(dòng)受控于來自CMOS RAM的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)數(shù)字信號(hào)被寫入SRAM時(shí)，靜電會(huì)激活地址電極、鏡片和軛板(YOKE)以促使鉸鏈裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦接收到相應(yīng)信號(hào)，鏡片傾斜10°，并隨來自SRAM的數(shù)字信號(hào)而傾斜+12°;如顯微鏡片處于非投影狀態(tài)，則被示為“關(guān)”，并傾斜-12°。簡而言之，DMD的工作原理就是借助微鏡裝置反射需要的光，同時(shí)通過光吸收器吸收不需要的光來實(shí)現(xiàn)影像的投影，而其光照方向則是借助靜電作用，通過控制微鏡片角度來實(shí)現(xiàn)的。

通過對(duì)每一個(gè)鏡片下的存儲(chǔ)單元以二進(jìn)制平面信號(hào)進(jìn)行尋址，DMD陣列上的每個(gè)鏡片以靜電方式傾斜為開或關(guān)狀態(tài)。決定每個(gè)鏡片傾斜在哪個(gè)方向上為多長時(shí)間的技術(shù)被稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。鏡片可以在一秒內(nèi)開關(guān)1000多次，在這一點(diǎn)上，DLP成為一個(gè)簡單的光學(xué)系統(tǒng)。通過聚光透鏡以及顏色濾波系統(tǒng)后，來自投影燈的光線被直接照射在DMD上。當(dāng)鏡片在開的位置上時(shí)，它們通過投影透鏡將光反射到屏幕上形成一個(gè)數(shù)字的方形像素投影圖像。當(dāng) DMD 座板、投影燈、色輪和投影鏡頭協(xié)同工作時(shí)，這些翻動(dòng)的鏡面就能夠一同將圖像反射到演示墻面、電影屏幕或電視機(jī)屏幕上。

  系統(tǒng)分類

  單片

在一個(gè)單DMD投影系統(tǒng)中，需要用一個(gè)色輪來產(chǎn)生全彩色投影圖像。色輪由紅、綠、藍(lán)濾波系統(tǒng)組成，它以60Hz的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中，DLP工作在順序顏色模式。輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)化為RGB數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按順序?qū)懭隓MD的SRAM，白光光源通過聚焦透鏡聚集焦在色輪上，通過色輪的光線然后成像在DMD的表面。當(dāng)色輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅、綠、藍(lán)光順序地射在DMD上。色輪和視頻圖像是順序進(jìn)行的，所以當(dāng)紅光射到DMD上時(shí)，鏡片按照紅色信息應(yīng)該顯示的位置和強(qiáng)度傾斜到“開”，綠色和藍(lán)色光及視頻信號(hào)亦是如此工作。人體視覺系統(tǒng)集中紅、綠、藍(lán)信息并看到一個(gè)全彩色圖像。通過投影透鏡，在DMD表面形成的圖像可以被投影到一個(gè)大屏幕上。

  兩片

這種系統(tǒng)利用了金屬鹵化物燈紅光缺乏的特點(diǎn)。色輪不用紅、綠、藍(lán)濾光片，取而代之使用兩個(gè)輔助顏色，品紅和黃色。色輪的品紅片段允許紅光和藍(lán)光通過，同時(shí)黃色片段可通過紅色和綠色。結(jié)果是紅光在所有時(shí)間內(nèi)都通過，藍(lán)色和綠色在品紅-黃色色輪交替旋轉(zhuǎn)中每種光實(shí)質(zhì)上占用一半時(shí)間。一旦通過色輪，光線直接射到雙色分光棱鏡系統(tǒng)上。連續(xù)的紅光被分離出來而射到專門用來處理紅光和紅色視頻信號(hào)的DMD上，順序的藍(lán)色與綠色光投射到另一個(gè)DMD上，專門處理交替顏色，這一DMD由綠色和藍(lán)色視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

  三片

另外一種方法是將白光通過棱鏡系統(tǒng)分成三原色。這種方法使用三個(gè)DMD，一個(gè)DMD對(duì)應(yīng)于一種原色。應(yīng)用三片DLP投影系統(tǒng)的主要原因是為了增加亮度。通過三片DMD，來自每一原色的光可直接連續(xù)地投射到它自己的DMD上。結(jié)果更多的光線到達(dá)屏幕，給出一個(gè)更亮的投影圖像。這種高效的三片投影系統(tǒng)被用在超大屏幕和高亮度應(yīng)用領(lǐng)域。

  技術(shù)特點(diǎn)

  技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

DMD可以提供1670萬種顏色和256段灰度層次，從而確保DLP投影機(jī)可投影的活動(dòng)影像畫面色彩艷麗的細(xì)膩、自然逼真。DMD最多可內(nèi)置2048×1152陣列，每個(gè)元件約可產(chǎn)生230萬個(gè)鏡面，這種DMD已有能力制成真正的高清晰度電視。抹去圖象中的缺陷DMD微鏡器件非凡的快速開關(guān)速度與雙脈沖寬度調(diào)制的一種精確的圖像顏色和灰度復(fù)制技術(shù)相結(jié)合，使圖像可以隨著窗口的刷新而更加清晰，通過增強(qiáng)對(duì)比度，描繪邊界線以及分離單個(gè)顏色而將圖像中的缺陷抹去?！凹嗛T”效應(yīng)在許多LCD投影圖像中，我們會(huì)看到當(dāng)一個(gè)圖像尺寸增加時(shí)，LCD圖像中的縫隙將變得更大，而在DLP投影機(jī)中則不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，DMD鏡面的大小和形狀決定了這一切。每個(gè)鏡片90%的面積動(dòng)態(tài)地反射光線以生成一個(gè)投影圖像，由于一個(gè)鏡頭與另一個(gè)鏡頭之間是如此的接近，所以圖像看起來沒有縫隙。DMD鏡片體積微小，每一側(cè)邊的長度為16微米，相鄰鏡頭之間的縫隙小于1微米。鏡頭是方形的，所以每一個(gè)鏡片顯示的內(nèi)容要比實(shí)際圖像更多。再加上當(dāng)分辨率增加時(shí)大小及間距仍保持一致，因此無論分辨率如何變化，圖像始終能夠保持很高的清晰度。與光亮并存許多觀眾經(jīng)常會(huì)希望在觀看投影時(shí)保持亮度或打開窗簾，與傳統(tǒng)投影機(jī)相比，DLP投影機(jī)將更多的光線打到屏幕上，這也有賴于DLP本身的技術(shù)特點(diǎn)。DMD的強(qiáng)反射表面通過消除光路上的障礙以及將更多的光線反射到屏幕上，而最大化地利用了投影機(jī)的光源。DLP技術(shù)依據(jù)圖像的內(nèi)容對(duì)圖像進(jìn)行反射，DLP的光源有兩種工作方式，或者通過一個(gè)透鏡打到屏幕上，或者直接進(jìn)入一個(gè)吸光器。更為有利的是，基于DLP技術(shù)的投影機(jī)的亮度是隨著分辨率的增加而增加的。在如XGA和SXGA等更高分辨率的情況下，DMD提供更多的反射面積，如此一來就可以更為有效地利用燈光的亮度。圖象逼真自然DLP不僅僅是簡單地投影圖像，它還對(duì)它們進(jìn)行了復(fù)制。在它的處理過程中，首先將源圖像數(shù)字化為8到10位每色的灰度圖像。然后，這些二進(jìn)制圖像輸入進(jìn)DMD，在那里它們與來自光源并經(jīng)過仔細(xì)過濾的彩色光相結(jié)合。這些圖像離開DMD后就成像到屏幕上，保持了源圖像所有的光亮和微妙之處。DLP的色彩過濾過程控制了投影圖像的色彩純度，此技術(shù)的數(shù)字化控制支持無限次的色彩復(fù)制，并確保了原始圖像栩栩如生地再現(xiàn)。隨著其它顯示技術(shù)及攝影技術(shù)的出現(xiàn)，DLP使得那些無生命的圖像擁有了逼真的色彩。數(shù)字色彩的再現(xiàn)保證了圖像與真實(shí)物質(zhì)的還原性，而且沒有發(fā)亮的斑點(diǎn)或其它投影機(jī)典型的沖失現(xiàn)象?？煽啃愿逥MD不僅通過了所有的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體資格測試，系統(tǒng)制造非常嚴(yán)格，需要經(jīng)過一連串的測試，所有元件均經(jīng)過挑選證實(shí)可靠才能用作制造數(shù)碼電子部分驅(qū)動(dòng)DMD，而且還證明了在模擬操作環(huán)境中，它的生命期超過10萬個(gè)小時(shí)。測試證明，DMD可以進(jìn)行超過1700萬億次循環(huán)無故障運(yùn)行，這相當(dāng)于投影機(jī)的實(shí)際使用時(shí)間超過1995年。其它測試結(jié)果顯示，DMD在超過11萬個(gè)電力周期和11000個(gè)溫度周期下無故障，以確保在需求較大的應(yīng)用領(lǐng)域中提供30年以上的可靠運(yùn)行期。可移動(dòng)性根據(jù)一般應(yīng)用需求來看，一個(gè)單片DMD就可以實(shí)現(xiàn)大小、重量和亮度的統(tǒng)一，大部分的家用或商用DLP投影機(jī)都采用了單片結(jié)構(gòu)，而更高級(jí)的三片結(jié)構(gòu)一般只應(yīng)用在數(shù)字影院或高端領(lǐng)域，因此，用戶可以得到一個(gè)更小、更亮、更易于攜帶而且足以提供出色圖像質(zhì)量的系統(tǒng)DLP技術(shù)是全數(shù)字底層結(jié)構(gòu)，具有最少的信號(hào)噪音。

  技術(shù)缺點(diǎn)

DLP本身幾乎沒有什么問題，但是它們比多晶硅面板更貴。當(dāng)你仔細(xì)觀察屏幕上移動(dòng)的點(diǎn)的時(shí)候，(尤其是在黑色背景上的白點(diǎn))，你會(huì)發(fā)現(xiàn)采用逐場過濾方式的圖像將會(huì)分解為不同的顏色。使用投影機(jī)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)色輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)出一定的噪音。單片式DLP投影機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)“彩虹效應(yīng)”，具體表現(xiàn)是色彩被簡單地分離出明顯的紅、綠和藍(lán)三種單色，看起來像雨后彩虹一樣。這是由于用一個(gè)旋轉(zhuǎn)色輪來調(diào)制圖像色彩而產(chǎn)生的，同時(shí)因?yàn)橛行┤说囊曈X系統(tǒng)特別靈敏，能察覺出一種彩色轉(zhuǎn)換到另一種彩色的過程，而不是像大多數(shù)人那樣靠視覺暫留現(xiàn)象把幾種單色混合成新的色彩。除了某些用戶能把色彩分離出來，還有些用戶可能因?yàn)樯实难杆僮兓?，而產(chǎn)生眼睛脹痛和頭痛的情況。而LCD投影機(jī)和三片式DLP投影機(jī)都不會(huì)有這種現(xiàn)象，它們在物理結(jié)構(gòu)上就是把三個(gè)固定的紅、綠、藍(lán)圖像疊加而成。這一問題對(duì)不同的人，作用是不一樣的。某些人能看出彩虹效應(yīng)，甚至嚴(yán)重到畫面幾乎不能看。有些人只是偶爾會(huì)看到彩虹痕跡，遠(yuǎn)沒到無法欣賞畫面的程度。對(duì)于后者來說，DLP的這一缺點(diǎn)就沒有實(shí)用上的影響。更幸運(yùn)的是大多數(shù)人既看不出彩虹痕跡，也不會(huì)被眼脹、頭痛所困惑。請想想如果人人都能在DLP投影機(jī)上看到彩虹效應(yīng)，DLP投影機(jī)也就失去了存在的機(jī)會(huì)。但不管怎樣彩虹效應(yīng)總是一個(gè)問題。德州儀器公司和用DLP技術(shù)制造投影機(jī)的廠商還是在盡力解決這一問題。第一代DLP投影機(jī)色輪每秒旋轉(zhuǎn)60次，相當(dāng)于幀頻60Hz，或每分鐘3600轉(zhuǎn)。在色輪中，紅、綠、藍(lán)像素各一段，所以，每種顏色每秒刷新也是60次。這種第一代產(chǎn)品稱為“1X”轉(zhuǎn)速。第一代產(chǎn)品還有少數(shù)人能看到彩虹效應(yīng)，改進(jìn)的第二代產(chǎn)品的色輪轉(zhuǎn)速上升到2X，即120Hz和7200RPM，能看到彩虹效應(yīng)的人就更少了。很多專為家庭影院市場設(shè)計(jì)的DLP投影機(jī)用六段色輪、色輪轉(zhuǎn)一圈出現(xiàn)兩次紅、綠、藍(lán)，且色輪又以120Hz或7200RPM旋轉(zhuǎn)，這樣在商業(yè)上就稱之為4X轉(zhuǎn)速。不斷提高色彩刷新速度，看得出彩虹效應(yīng)的人數(shù)也就愈來愈少。

  應(yīng)用

  DLP技術(shù)是一種獨(dú)創(chuàng)的、采用光學(xué)半導(dǎo)體產(chǎn)生數(shù)字式多光源顯示的解決方案。它是可靠性極高的全數(shù)字顯示技術(shù)，能在各類產(chǎn)品(如大屏幕數(shù)字電視、公司/家庭/專業(yè)會(huì)議投影機(jī)和數(shù)碼相機(jī)(DLP Cinema))中提供最佳圖像效果。同時(shí)，這一解決方案也是被全球眾多電子企業(yè)所采用的完全成熟的獨(dú)立技術(shù)。自1996年以來，已向超過 75 家的制造商供貨500多萬套系統(tǒng)。DLP技術(shù)已被廣泛用于滿足各種追求視覺圖像優(yōu)異質(zhì)量的需求。它還是市場上的多功能顯示技術(shù)。它是唯一能夠同時(shí)支持世界上最小的投影機(jī)(低于2-lbs)和最大的電影屏幕(高達(dá)75英尺)的顯示技術(shù)。這一技術(shù)能夠使圖像達(dá)到極高的保真度，給出清晰、明亮、色彩逼真的畫面