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什么是DLP?

DLP——Digital Light Processor 数字光学处理器


DLP 技术是一种独创的、采用光学半导体产生数字式多光源显示的解决方案。 它是可靠性极高的全数字显示技术,能在各类产品(如大屏幕数字电视、公司/家庭/专业会议投影机和数码相机(DLP Cinema))中提供最佳图像效果。同时,这一解决方案也是被全球众多电子企业所采用的完全成熟的独立技术。自1996年以来,已向超过 75 家的制造商供货500多万套系统。
DLP技术已被广泛用于满足各种追求视觉图像优异质量的需求。它还是市场上的多功能显示技术。
它是唯一能够同时支持世界上最小的投影机(低于2-lbs)和最大的电影屏幕(高达75英尺)的显示技术。 这一技术能够使图像达到极高的保真度,给出清晰、明亮、色彩逼真的画面。
DLP技术如何工作 
这一技术的发展贯穿微电子工程学到最终实现最佳画质商品化的整个过程。

1.半导体技术改变了世界



每一种DLP投影系统的核心是光学半导体,即数字显微镜装置或称为DLP芯片,这是德州仪器公司Larry Hornbeck博士于1987年发明的。DLP芯片可能是岂今为止是世界上最先进的光开关器件,含有200万个规则排列相互铰接的微型显微镜。每个显微镜的大小仅相当于头发丝的五分之一。当DLP芯片与数字视频或图像信号、光源和投影透镜彼此协调之后,显微镜可将全数字图像投射到屏幕或其他表面上。我们将DLP及其外设的先进电子器件称之为Digital Light Processin 技术 (数据光学处理).

2.数字光学处理I:

灰度图像 DLP芯片的显微镜以微型链链固定,可沿DLP投影系统光源向前(ON)或向后(OFF)倾斜,在投影面上形成或亮或暗的像素.输入半导体器件的图像比特流代码控制显微镜的接通或关闭,开关次数每秒可达几千次。当显微镜频繁接通关闭时,镜片反射浅灰色像素;呈常闭状态的显微镜反射深灰像素。通过这种方法,DLP投影系统中的显微镜可反射1,024像素的灰色阴影,将输入DLP芯片的视频或图像信号转换成层次丰富的灰度图像。

3.数字光学处理II:

添加色彩DLT投影系统照明灯产生的白光穿过色轮打到DLP?芯片平面上。色轮将光滤为红、绿、蓝。单片DLP投影系统利用经色轮过滤后的光至少可以生成1670万种颜色。采用3片的DLP Cinema投影系统可生成的颜色不少于3500万种。每个显微镜的开关状态与三个基本色块相协调。例如,投身紫像素的显微镜只负责在投影面上反射红蓝光;人的肉眼可将这两种快速闪动的光混在一起,在投影的图像上看到混合后的颜色。


★单片DLP投影系统

★三片式DLP投影系统

4.应用与配置

采用DLP技术电视、家庭影院和商用投影仪主要为单个芯片配置,DLP芯片已在前面介绍过了。
白光通过色轮过滤器产生红、绿、蓝光,顺序打到DMD的表面上。显微镜开关及"开"或"关"的投影时间,依照色彩亮度来调谐。人的视觉器官将连续投射的色彩混在一起,于是便可以看到全色图像.
采用DLP技术的放映机适用于画面质量或亮度要求极高的场合,如电影院,或采用3-DMD-芯片配置系统显示动、静优质画面的大型会议厅。在3片式系统中,照明灯产生的白光通过棱镜分成红、绿、蓝三种光。每个DLP芯片负责其中一种颜色,显微镜反射的彩色光经过结合,穿过投影透镜形成图像。



LightCrafter4500和Pro4500的触发输入和触发输出对比?

 

Pro4500

LightCrafter4500

触发输入数量

2

2

触发输出数量

2

2

触发信号电压

5V3.3V1.8V

3.3V1.8V


DLC9500P24相较于w4100的新特性?

DLC9500P24开发套件是闻亭在W4100开发套件的基础上进行研发的,基于Virtex-6芯片提供了功能更强大的硬件平台和传输通道,新平台包括以下功能:

1) 采用Xilinx公司Virtex-6系列的FPGA产品,功能更强大;

2) 支持PCIE 2.0或者Rapid IO两种高速数据传输模式:

PCIE传输模式:PCIE 2.0 x 4 = 5.0 Gbps x 4 = 20 Gbps

Rapid IO 传输模式:Rapid IO x 4 = 3.125 Gbps x 4 = 12.5 Gbps

3) 支持2800Mhz速率2GByte缓存的DDR3内存条,内存条容量可根据客户的需求定制

4) 支持1920 x 1080分辨率0.95" DMD的图象和视频功能

5) USB接口可支持GPIFFIFO两种工作模式,默认工作模式为GPIF工作模式

6) 具有4通道16bitAD外部输入接口

7) 具有125KhzPWM信号外部接口以及LED的控制信号输出接口

8) 修改了控制板与DMD的通信接口,通过一个连接器和一条高速线缆与0.95" DMD连接

W4100 V5的trigger in和trigger out接口?

Pin1: 2.5V power

Pin2 : trigger signal output. High: 2.1V-2.5V; low: 0V-0.4V.

Pin3: trigger signal input, low to high edge is one trigger. High: 1.7-2.5V; Low: 0-0.7V

Pin4: 信号发生器

Pin10: GND

LightCrafter4500和PRO4500参数对比?

产品/特性

LightCrafter 4500

PRO4500UV92

PRO4500UV184

PRO4500UV119

PRO4500VIS700

光源

LED (RGB)

LED (UV)

LED (UV)

LED (UV)

LED (RGB)

光源波长

623nm/525nm/460nm

405±10nm

405±10nm

405±40nm

623nm/525nm/460nm

投射比

1.4

1.4

1.4

2.3

1.82

投射距离

500mm~2000mm

92mm 

184mm 

119mm 

700mm

景深

1.5mm

1.2mm

7mm

1mm

60mm

调焦范围

 

10mm

50mm 

8mm

1000mm

对比度

1000:1

1000:1

1000:1

1000:1

1000:1

投影幅面

可调节,具体算法见下标注

65.6mm×41mm

131.2mm×82mm

51.6mmx32.2mm

384mm×240mm

 

33.3英寸@1m

(WD: 92mm)

(WD: 184mm)

(WD: 119mm

(WD: 700mm)

畸变

<1.0%

<0.8%

<0.8%

<0.1%

<0.1%

应用领域

3D打印、三维测量

3D打印

3D打印

3D打印

三维测量

画面比率

16:101280*800

16:101280*800

16:101280*800

16:101280*800

16:101280*800

画面均匀性

90%

0.95

0.95

0.95

0.95

DMD物理分辨率

912*1140

912*1140

912*1140

912*1140

912*1140

图像显示

1280*800

1280*800

1280*800

1280*800

1280*800

DMD像素尺寸

7.6um

7.6um

7.6um

7.6um

7.6um

1bit 下最高显示帧率

4225

4225

4225

4225

4225

8bit 下最高显示帧率

120

120

120

120

120

光通量Brightness

150lm

 

 

 

 

最亮时RGB的流明

 

基本不可见
无所谓流明

基本不可见
无所谓流明

基本不可见
无所谓流明

R80-110LM
G200-300LM
B10-20LM

光功率

 

900mW

900mW

900mW


DLP的应用?


a. 光学测量/结构照明

利用采用 DLP 技术的高速、非接触式 3D 扫描


光学测量系统可用于许多不同的应用,其中包括:三维表面形状、轮廓、粗糙度和间断面。DLP 技术帮助您快速、精确设计借助光源(紫外线至近红外线)工作的非接触式 3D 扫描系统。

3D 光学测量设计简单并且使用 DLP 技术能得到高质量结果:

结构光投射在目标物体上

摄像机或传感器捕获目标物体表面畸变后的结构光

得到数据经处理器分析

得到精确结果,3D定位点可提供目标位置信息 (x, y, z)


DLP特性

行业优势

快速镜片交换速度

可以告诉模式显示和捕获

高位度深

高准确度和分辨率

近红外线

允许与不可见或可见模式及次表面生物识别数据配合使用

LED、白织灯和激光器兼容

可支持管道内检测、工业自动化和生物辨识安全性应用中的各种封装和电源要求


应用示例:

管道内检测,牙科扫描,自动指纹识别系统,面部识别,机器视觉,校准设备,美容 皮肤健康,工业自动化,产品制造,鉴识,CAD/CAM建模。 


b. 医疗与生命科学

DLP 为下一代医疗和生命科学解决方案提供了指导

DLP 提供各种创新、非侵入式医疗仪器,可提高患者预后能力并降低成本。无论是照明静脉还是用于牙科工作的 3D 扫描,DLP 可编程灯光控制或转向正在进入操作和检查室应用。临床医生与医疗设计公司合作,为医疗社区带来这项多用途 MEMS 技术。

在实验室中,DLP 为生命科学研究提供了强大的光子控制,现在和未来都提供了科学突破。作为一种高速、多用途空间光线调节器,DLP 提供改进的共焦距显微技术、选择性样片照明等等。大学和研究实验室通过与 DLP 开发套件进行试验,继续寻找用于数字微镜器件 (DMD) 的新用途。


DLP特性

设计优势

光学MEMS设备

内部非侵入式医疗诊断的方法

高速模式速率

实时光源处理和/或显示,用于即时信息

可靠的MEMS控制

15多年来销售数百万个DMD,使DLP成为一种成熟、可靠的技术

小型

TI嵌入式处理器结合,组成便携式、低成本解决方案

365-2000nm波长

可用于需要UV、可见光或NIR光源或检测(与许多其它空间光线调节器不同)的应用


应用示例:

牙科扫描,自适应外科手术照明,信息覆盖,眼科学,DNA 合成,血管成像,光线疗法,皮肤测量,手势控制,光学镊子,高光谱成像,显微镜,整形外科,智能照明。


c. 光纤网络


切换至 DLP,用于电信解决方案


DLP 是可重新配置的多通道光学片上系统,用于布线、衰减和测量。


通过因特网下载视频的快速增加以及 3G 移动电话与光线到户服务的成功结合,快速推动了新视频网络市场的发展。为支持此扩展,光线网络模块制造商需要灵活、可靠且具有成本优势的组件。那就是 DLP 技术所能提供的。DLP 可启用需要动态波长选择、光学衰减和性能监控的可重新配置电信系统。


DLP特性

设计优势

微秒交换

可进行同步、多通道处理

软件可编程阵列

提供灵活、高密度通道映射

偏振独立

支持高效的光学设计


应用示例:

ROADM - 可重新配置的光分插多路复用器

WSS - 波长选择性开关

OCM - 光通道监视器

VOA - 可变光衰减器

光学开关



d. 光谱分析

DLP 技术可提供设计灵活的光谱仪和分析器



作为 DLP 技术的核心,数字微镜器件 (DMD) 是一种反射式 MEMS 器件。想象一下在衍射光栅上发出宽带光并在微镜阵列长度间扩展波长光谱。这个简单的概念可实现强大的功能,它可对多个列和像素密度进行数字控制,在单一系统中启用多个波长选择,而无需机械盘或滤波器。

光谱分析适用于跨多领域的各种气体和材料分析设备。DLP 通过使用选择性微镜控制启用波长的动态选择,可提供灵活的光谱系统设计。


DLP特性

行业优势

数百万个独立控制的镜片

借助相同的系统,实现动态选择和/或不同波长的衰减

小型

结合TI嵌入式处理器,可提供易于设计和较低成本的解决方案

365-2000nm波长

适用于需要UV、可视或用于检测NIR光源的应用

可靠的MEMS制造

15多年来销售数百万个DMD,使DLP成为一种成熟、可靠的技术


应用示例:

比色法,食品安全/质量控制,环境分析和监控,主成分分析,制药开发和检查,有害物质检测,鉴识,矿物学,分子高光谱影像,农业高光谱影像,地质高光谱影像,医疗高光谱影像。


e. 数码曝光

让您的应用达到 DLP 的速度


DLP 是一种可编程的光控技术,作为高效曝光解决方案应用于固化感光材料的设备中。


DLP特性

行业优势

数字微镜空间阵列

实现光域而非扫描点数据的高效光学曝光,从而实现功能精准

数字数据输入

无需屏蔽或印板

² 消除屏蔽/印板管理,降低拥有成本

² 实现即时更新,缩短开发周期

高速模式速率

经常达到或者超过行业吞吐量要求



DLP特性

行业优势

微镜大小

实现性能尺寸微米化

波长365-2000nm

实现了使用365nm405nm1064nm及其它波长曝光各种树脂、聚合物和其它感光胶片的解决方案

LED、白织灯和激光器兼容

可支持工业、医疗和商务应用中的各种封装和电源要求



应用示例:

直接成像光刻技术,数码曝光,激光修复,3D打印,快速原型,立体光刻,计算机直接制版,计算机丝网印刷,直写印刷。 


f. 其它应用


在过去几年内,开发者已利用 DLP® 技术的强大功能创建范围广泛的创新应用,满足各种新兴和高价值市场的需要。一些新兴市场已建立,包括医疗成像、光纤网络、生命科学、光谱分析、光学测量和直接成像无掩模光刻技术。

这些解决方案空间中的每一个都从 DLP® 技术提供的灵活性中受益,动态切换数百万个独立控制双级镜片借助高性能和高分辨率对光进行利用。

此外,有多种基于 DLP 的应用迅速推广,例如:

扩增实境,共焦距显微技术,导航显示屏,全息数据存贮器,全息,舞台照明,NIR投影系统,神经科学成像,望远镜,立体显示。

PRO4500 UV/VIS投影仪

DMD 是电输入、光输出内存器件。 每个 DMD 微镜可以单独偏转 +/- 12 度,约一个铰链轴的角度。 每个微镜的偏转角(正或负)通过更改基础 CMOS 存储元件(后跟镜片复位脉冲应用)的二元状态进行控制。 DMD 数字控制器是将用户电子产品连接到 DMD 的方便途径。 DMD 微镜驱动器紧密地集成到模拟控制为 DMD 微镜计时所需的单个芯片中。 TI 既提供了用于存储数字控制器的程序数据的控制器配置 PROM,又提供了数字控制器程序数据的可下载固件代码。

DLP 芯片组包含这些优化的组件,以为用户提供快速、独立的微镜控制。 为实现可靠操作,建议您将这些 DLP 芯片组组件结合使用。 DLP 芯片组提供了将 DLP 技术集成到光处理应用的简便方法,并有助于加快产品的开发速度。

数字投影技术DLP简介

一、什么是DLP数字投影

DLP是“Digtal Light Processing”的缩写,即数字光处理,这种技术要先把影像讯号经过数字处理,然后再把光投影出来。它是基于德州仪器公司(TEXAS INSTRUMENT)开发的数字微反射镜器件—DMD来完成显示数字可视信息的最终环节。而DMD则是Digtal Micro Mirror Device的缩写,字面意思为数字微镜元件,它是DLP技术系统中的核心——光学引擎心脏采用的数字微镜晶片,它是在CMOS的标准半导体制程上,加上一个可以调变反射面的旋转机构形成的器件。说得更具体些,DLP投影技术是应用了数字微镜晶片(DMD)来做主要关键元件以实现数字光学处理过程。其原理是将光源藉由一个积分器(Integrator)将光均匀化,通过一个有色彩三原色的色环(Color Wheel),将光分成R、G、B三色,再将色彩由透镜成像在DND上。以同步讯号的方法,把数字旋转镜片的电讯号,将连续光转为灰阶,配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来,最后再经过镜头投影成像。参见下图: 


二、数字光学处理过程

    如上所述,DMD器件是DLP的基础。单片、双片以及多片DLP系统被设计出来以满足不同市场的需要。一个DLP为基础的投影系统包括内存及信号处理功能来支持全数字方法。DLP投影机的其它元素包括一个光源、一个颜色滤波系统、一个冷却系统、照明及投影光学元件。

    一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关。成千上万个微小的方形16x16um镜片,被建造在静态随机存取内存(SRAM)上方的铰链结构上而组成DMD,如图1所示。每一个镜片可以通断一个象素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜,+10度为“开”。-10度为“关”,当镜片不工作时,它们处于0度“停泊”状态。

    根据应用的需要,一个DLP系统可以接收数字或模拟信号。模拟信号可在DLP的或原设备生产厂家(OEM’s)的前端处理中转换为数字信号,任何隔行视频信号通过内插处理被转换成一个全图形帧视频信号。从此,信号通过DLP视频处理变成先进的红、绿、蓝(RGB)数据,先进的RGB数据然后格式化为全部二进制数据的平面。 一旦视频或图形信号在一种数字格式下,就被送入DMD。信息的每一个象素按照1:1的比例被直接映射在它自己的镜片上,提供精确的数字控制,如果信号是640x480象素,器件中央的640x480镜片采取动作。这一区域处的其它镜片将简单的被置于“关”的位置。 

    图1:一个848x600数字微镜器件。器件中部反射部分包括508,800个细小的、可倾斜的镜片。一个玻璃窗口密封和保护镜片。DMD显示为实际尺寸。 

    通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行电子化寻址,DMD阵列上的每个镜片被以静电方式倾斜为开或关态。决定每个镜片倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制(PWM)。镜片可以在一秒内开关1000多次,这一相当快的速度允许数字灰度等级和颜色再现。在这一点上,DLP成为一个简单的光学系统。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后,来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时,它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方型象素投影图像,如图2所示。


    图2:三个镜片有效地反射光线来投影一个数字形象。入射光射到三个镜片象素上,两个外面的镜片设置为开,反射光线通过投影镜头然后投射在屏幕上。这两个“开”状态的镜片产生方形白色象素图形。中央镜片倾斜到“关”的位置。这一镜片将入射光反射偏离开投影镜头而射入光吸收器,以致在那个特别的象素上没有光反射上去,形成一个方形、黑色象素图像。同理,剩下的508797个镜片象素将光线反射到屏幕上或反射离开镜片,通过使用一个彩色滤光系统以及改变适量的508,800 DMD镜片的每个镜片为开态,一个全彩色数字图像被投影到屏幕上。


三、DLP技术的优势

1. 噪音优势 

    技术发展至今天,我们已经拥有了数字扑捉、编辑、广播、接收数字信息的能力,不过必须先把它转换成模拟信号后才能显示。信号每次由数字转换为模拟(D/A)或从模拟转换为数字(A/D),信号噪音都会进入数据通道,转换越少噪声越降,并且当(A/D)、(D/A)转换器减少时成本随之降低。由于DLP固有的数字性质能使噪声消失,因为DLP具有完成数字视频底层结构的最后环节的能力,并且为开发数字可视通信环境提供了一个平台,DLP技术提供了一个可以达到的显示数字信号的投影方法,这样就完成了全数字底层结构(图3),具有最少的信号噪音。

图3:视频底层结构。DLP为一个完全数字视频底层结构提供了最后环节。  

2.    精确的灰度等级 

    它的数字性质可以获得具有精确数字灰度等级的精细的图像质量以及颜色再现。DLP比之要竞争的透射式液晶显示(的LCD)技术更有效,因为它以反射式DMD为基础,不需要偏振光;并且因为每个视频或图像帧是由数字产生,每种颜色8位到10位的灰度等级,精确的数字图象可以一次又一次地重新再现。例如:一个每种颜色为8位的灰度等级使每个原色产生256不同的灰度,允许数字化生成256x3,或16.7百万个不同的颜色组合(图4)。 

    图4:DLP可产生数字灰度等级和颜色等级。假设每种颜色用8位,可以数字化地产生16.7x10的6次方个颜色组合。以上是每一种原色不同灰度的几种组合和产生的数字象素颜色。
 

3. 反射优势 

    因为DMD是一种反射器件,它有超过60%的光效率,使得DLP系统比LCD投影显示更有效率。这一效率是反射率、填充因子、衍射效率和实际镜片“开”时间产生的结果。而LCD依赖于偏振,所以其中一个偏振光没有用。这意味着50%的灯光甚至从来不进入LCD,因为这些光被偏振片滤掉了。剩下的光被LCD单元中的晶体管、门、以及信号源的线所阻挡。除了这些光损失外,液晶材料本身吸收了一部分光,结果是只有一少部分入射光透过LCD面板照到屏幕上。最近,LCD在光学孔径和光传输上有经验上的进展,但它的性能仍然有局限,因为它们依赖于偏振光。

4. 无缝图像优势 

    DMD上的小方镜面积为16um平方,每个间隔1um,给出大于90%的填充因子。换言之,90%的象素/镜片面积可以有效地反射光而形成投影图像。整个阵列保持了象素尺寸及间隔的均匀性,并且不依赖于分辨率。越高的DMD填充因子给予出越高的可见分辨率,这样,加上逐行扫描,创造出比普通投影机更加真实自然的活生生的投影图像(图5)。 

图5:用来证明DLP优点的照片。一个鹦鹉的数字化照片被用来证明无缝的象胶片一样效果的DLP图像的优点,其细节将在图6a和6b演示。
 

    在图5a中,是主导的视频图形适配器(VGA)LCD投影机用来投影图5的鹦鹉照片。可以很容易看到LCD投影机中常见的象素点、屏幕门效应,如图5a;同样这副鹦鹉的照片用DLP投影机投影成像,如图5b所示。由于DLP的高填充因子,屏幕门效应不见了,我们所看到的是由信息的方形象素形成的数字化投影图像。注意,LCD图像中象素的高水平对照于无缝DLP图像。DLP提供了优越的图像质量,因为DMD镜片象素间隔仅为1um,这样消除了象素。如证明过的一样,两个投影机投影的图像分辨率是相同的,通过DLP人眼可以看到更多的可视信息、察觉到更高的分辨率。如照片表明的一样,DLP提供令人喜爱的更加优质的画面。 

LCD投影图像5(a)和DLP投影图像5(b)中实际的特写图像。LCD和DLP照片都在相同条件下摄得,每个投影机都把聚焦、亮度和颜色调到最佳。
 

5. 可靠性 

    DLP系统成功地完成了一系列规定的、环境的及操作的测试。选择已证明可靠的标准元件来组成用于驱动DMD的数字电路。对于照明和投影透镜,无明显的可靠性降低的现象。绝大部分可靠性测试集中在DMD上,因为它依赖于移动铰链结构。为测试铰链失灵,大约100个不同的DMD被用于模拟一年的操作。一些DMD已经被测试了超过1G次循环,相当于20年的操作。在这些测试以后检查这些器件 ,发现在任何器件上均无铰链折断现象。铰链失灵不是DMD可靠性的一个因素。

    DMD已通过所有标准半导体合格测试。它还通过了模拟DMD实际操作环境条件的障碍测试,包括热冲击、温度循环、耐潮湿、机械冲击,振动及加速实验。基于数千小时的寿命及环境测试,DMD和DLP系统表现出内在的可靠性。


四、DLP系统简介 

通过多种配置,DLP可以满足一个广泛的不同种类的市场和需要。每一种DLP系统都可实现优秀的投影质量,单片DLP系统年可提供诱人的性能价格比,三片DLP系统可提供最高亮度的性能,能显示高达几千流明的亮度。双片DLP系统依靠单片的颜色滤波系统和三片的分光秀镜概念可提供DLP的另一种性能水平。这三种DLP系统为DLP提供了满足从台式监视器到未来的数字电影的广泛的投影机市场的能力。下面解释单片、双片和三片DLP系统如何用来投影数字彩色影像。

1. 单片DLP系统 

    在一个单DMD投影系统中,用一个色轮来产生全彩色投影图像。色轮是由一个红、绿、蓝滤波系统组成,它以60Hz的频率转动,每秒提供180色场。在这种结构中,DLP工作在顺序颜色模式。

    输入信号被转化RGB数据,数据按顺序写入DMD的SRAM,白光光源通过聚焦透镜聚集焦在色轮上,通过色轮的光线然后成象在DMD的表面。当色轮旋转时,红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的,所以当红光射到DMD上时,镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”,绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过投影透镜,在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上(图6-1)。 

图6-1:单片DLP投影系统。白光聚焦在以60Hz旋转的色轮滤光系统上,这个轮子以红、绿、蓝的顺序旋转,将视频信号送到DMD。依照每个电视场中每个彩色的位置及亮度,镜片打开。人体视觉系统将顺序的颜色叠加在一起,看到一幅全彩色图像。
 

    因为电视系统委员会(NTSC)制定的电视场为16.7毫秒(1/60秒),每一原色必须被显示在5.6毫秒。因为DMD有一个小于20微秒的开关速度,一个8比特/颜色的灰度等级(256灰度)可以用单DMD系统实现。这给出每一原色256灰度,或者说能够产生256的3次方(16.7x 10的6次方)种颜色组合。

当使用一个色轮时,在任一给定的时间内有2/3的光线被阻挡。当白光射到红色滤光片时,红光透过,而蓝光和绿光被吸收。蓝光和绿光拥有同样的道理,蓝色滤光片通过蓝光而吸收红、绿光;绿包滤光片通过绿色而吸收红、蓝光。

2. 三片DLP系统 

    另外一种添加颜色的方法是将白光通过棱镜系统分成三原色。这种方法使用三个DMD,一个DMD对应于一种原色。应用三片DLP投影系统的主要原因为了增加亮度。通过三片DMD,对整个16.7毫秒的电视场,来自每一原色的光可直接连续地投射到它自己的DMD上。结果是更多的光线到达屏幕,给出一个更亮的投影图像,除了已增加的亮度,可使用更高字节的颜色。因为光线在整个电视场直接投到每个DMD上,使每种颜色10比特灰度等级成为可能。这种高效的三片投影系统将被用在大屏幕和高亮度应用领域。

图6-2:三片DLP投影机系统。白光分解成原色,每一原色在整个帧时间内直接投射到它自己的DMD上,比颜色一顺序系统中产生更大的亮度。 

3. 双片DLP系统 

    此外还有州一种独特的双DMD结构,为某些投影显示应用提供了理想的工具。这一系统利用了一般金属卤化物投影灯光谱平衡输出的优点。

    单片和三片DLP系统为了光谱平衡输出依靠来自投影灯的相等数量的红、绿、蓝光。为了在单片DLP系统中得到均匀颜色的光,设计了顺序滤色片系统来通过一个来自三原色的均衡数量的光。为了低成本和高效率,在单片系统中使用了金属卤化物灯。三原色中任意一种多余的光线可用来提高整体的光输出,或者多余的光被颜色滤光片的密度滤掉来保持光谱的均匀性。典型地,在投影工业中要在光输出和精确的颜色水平之间进行权衡。

    应用来自单片DLP系统的顺序色轮的方法以及来自三片DLP系统的双色分光棱镜的概念,双片DLP系统利用了金属卤化物灯红光缺乏的优点。这一系统中的色轮不用红、绿、蓝滤光片,取而代之,系统使用两个辅助颜色,品红和黄色。色轮的品红片段允许红光和蓝光通过,同时黄色片段可通过红色和绿色。结果是红光一直通过滤色系统,红光在所有时间内都通过,蓝色和绿色在品红-黄色色轮交替旋转中每种光实质上占用一半时间。一旦通过色轮,光线直接射到双色分光棱镜系统上。在这点,连续的红光被分离出来而射到专门用来处理红光和红色视频信号的DMD上,顺序的蓝色与绿色光投射到另一个DMD上,专门处理交替颜色,这一DMD由绿色和蓝色视频信号驱动(图6-3)。 


图6-3:双片DLP投影系统。红光通过棱镜系统直接照射在它自己的DMD上,同时蓝光和绿光顺序照射到另外的DMD上,这两种颜色组合成青色。不同的红色与青色混合形成非常协调的全彩色图像。 

    单片DLP系统中,红光只能通过1/3的时间,与此相比,双片系统红光输出是原来的大约三倍。并且因为色轮现在只由两个而不是三个滤光片组成,在一给定的视频画面中蓝光和绿光输出增加了大约50%(16.7ms/2=8.35ms,8.35ms/5.6ms-1=49.1%)。尽管一般金属卤化物灯红光缺乏,三倍的红光输出以及蓝光和绿光输出50%的增大,使双片DLP系统有能力产生优秀逼真的颜色。由于更多的光在更长的时间内被收集,光学效率也很高了。二片DLP系统的结构能够对每瓦输入得到大于3流明的光谱平衡光输出。

五、DLP技术的发展

    DLP投影技术的关键是DMD器件,为了提高集光效率和DMD的良率,德仪公司首先将每一个微小镜片(Micro mirror)的尺寸从2年前的17μm减小到14μm,DMD的晶片缩小后,良率也随之增加。同时制程中镜片的旋转轴的尺寸也减小,以提高收光效能。目前最大的突破是镜片的旋转角度从10度增加到12度,若以系统的集光效率观之,此增加角度的动作F/#会从3.5提高到3.0,此整体的DLP光机引擎的效率已经可与LCDD投影机相媲美了。

    在DLP技术应用市场方面,与LCD投影技术相比,DLP投影的最大优势在于有高解析度与高亮度等优点,图像更加清晰锐利,黑色和白色更纯正,灰度层次更加丰富,更具有体积小和重量轻的优势。其应用正逐渐朝向大型投影机及电影放映机(Digital Cinema)用等高阶机种以及2kg(或低于2kg)以下超小型等两极化方向发展。特别是在大型会场投影放映中,目前仍是以DLP投影机一枝独秀。

中所周知,投影技术最大的应用市场其实是在家用电视中,随着经济生活水平的提高以及数字技术的发展,未来数字电视的开播将为此市场大门的打开起到决定性的作用,因此无论做为前投影还是做为背投影,DLP技术的投影机都将在这一市场中得到新的应用。


展望未来,DLP技术具有微机电高速成长的产业相助,同时也有巨大的应用市场正在开发之中,应用前景非常看好。目前厂商应及时掌握DLP技术及DMD器件的开发动态,同时掌握投影显示器中的其他关键技术,在最佳的时间点将产品推出,获取最大的利润。 



DLP背投影机的色轮和色彩处理技术

一、DLP色轮技术的基本原理
众所周知,由于DLP采用DMD微镜片反射技术,在色彩处理中,单片和两片DMD方式均采用色轮来完成对色彩的分离和处理。

一般来说,色轮(COLOR WHEEL)是由红、绿、蓝、白等分色滤光片的组合,可将透过的白光进行分色,并通过高速马达使其转动,然后顺序分出不同单色光于指定的光路上,最后经由其它光机元件合成并投射出全彩影像。


从物理结构来看,色轮的表面为很薄的金属层,金属层采用真空膜镀技术,镀膜厚度根据红、绿、蓝三色的光谱波长相对应,白色光通过金属镀膜层时,所对应的光谱波长的色彩将透过色轮,其它色彩则被阻挡和吸收,从而完成对白色光的分离和过滤。

在单片DMD投影系统中,输入信号被转化为RGB数据,数据按顺序写入DMD的SRAM,白光光源通过聚焦透镜聚集焦在色轮上,通过色轮的光线然后成像在DMD的表面。当色轮旋转时,红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的,所以当红光射到DMD上时,镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”,绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过投影透镜,在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上。

在两片DMD投影系统中,为了提高亮度并弥补金属卤化物的红色不足,色轮采用两个辅助颜色—品红和黄色。品红片段允许红光和蓝光通过,同时黄色片段可通过红色和绿色。而三片DMD则采用分色棱镜,无需分色轮。以下我们主要讨论目前在DLP背投单元中主要采用的单片DMD的几种色轮技术。

二、目前常用的几种色轮处理技术及特点
由于单片DMD投影机色轮在同一时间内一次只能处理一种颜色,因此会带来部分的亮度的损失,同时,由于不同颜色光的光谱波长的固有特性存在着差别,从而会产生色彩还原的不同,画面色彩往往表现出红色不够鲜艳。因此,如何使投影机既具有足够的显示亮度,同时又能充分的保证色彩的真实还原,是每个投影机厂家在产品设计中的一个关键的问题,而其中一个最重要的因素,就是色轮技术的设计解决方案。

以下是目前常用的几种DLP色轮技术:

三段色轮RGB由红R、绿G、蓝B三段色组成,不同厂家的产品,其红、绿、蓝的开口角度的设计各不相同,一般来说,红色开口角度较大,这样可以弥补图像红色的不足。采用该色轮技术的前提条件是投影机光机部分具有比较足够的光亮度,否则可能会带来图像的亮度问题,同时,使用三段色轮技术的色彩还原性相对来说比较好。 
四段色轮RGBW由红R、绿G、蓝B、白W四段色组成,加白段色的目的主要是为了进一步提高投影机亮度,一般可比三段色轮提高20%左右。但同时,这种色轮技术也会带来投影机的色彩还原不够的问题,使图像色彩失真,降低了画质。另外,在设计中,可以将脉冲信号同步锁定在W段中,脉冲宽度与W段宽度对应,可以一定程度上减少画面的闪烁现象。该技术主要应用在会议室、教学用投影机。 
六段色轮RGBRGB由于DLP技术越来越广泛的应用在具有巨大市场潜力的家庭影院投影和背投电视,因此,人们对DLP的色彩体现和播放连续动态视频画面效果提出了更高的要求。六段色轮是由RGBRGB共6段颜色组成的色轮,随着色轮转速相应提高(180HZ)和单位时间内处理画面更多,因此,这种设计有效地减少了运动图象和边缘的彩虹效应,视频动态效果更好,图象的色彩更丰富、更艳丽。但由于六色分段分隔较多,集光柱通过各色段之间时光损耗也较多,因此,投影机的光亮度往往比较低,因此,也有少数投影机厂家开始设计采用7段色轮RGBRGBW技术,以提高投影机亮度和减少画面的闪烁。该技术主要用于针对家用消费和视频要求较高的应用。 
增益型色轮SCRSCR(Sequential Color Recapture)也称连续色彩补偿技术,其基本原理与以上色轮技术相似,不同之处在于色轮表面采用阿基米德原理螺旋状光学镀膜,集光柱(光通道)采用特殊的增益技术,可以补偿部分反射光,使系统亮度有较大提高(约40%)。但该色轮的处理技术相对较复杂,目前只有少数投影机厂家在产品中采用,从技术发展方向来说,该技术非常具有市场潜力 

为什么使用DLP?DLP的优势是什么?

TI DLP® 技术的优势

DLP 技术是全球领先的投影技术,应用于全世界大大小小的显示器中

采用 DLP 技术,可制造出全世界最小巧的投影仪(重量不到 8 盎司),并在最大达到 100 英尺的电影屏幕上放映画面。工程师已开始进行医学研究,以将 DLP 技术植入人眼以代替视网膜;DLP 技术的发展永无止境!

为何选择 DLP 技术?

  • DLP 技术是大大小小显示器的首选
  • 所有数字显示均来源于 DLP 芯片
  • 不受光源约束
  • 屡获殊荣的持久色彩精确度
  • 对分辨率没有限制
  • 无可比拟的开关速度,支持内置智能功能
  • 低功耗
  • 所有 DLP 芯片均采用与屡获殊荣的 DLP Cinema® 相同的构造
  • 传统型和非传统型显示器中均采用灵活的 DLP 芯片
了解 TI DLP 技术的优势
DLP 技术的灵活性较高,传统型和非传统型显示器均可采用该技术

所有数字显示均来源于 DLP 芯片

DLP 技术是革命性的显示器解决方案,采用光学半导体以数字方式对光进行处理。DLP 芯片在与数字视频、图形信号、光源以及投影镜头配合使用时,其镜片可将全数字图像反射到任何表面上。

不受光源约束

通过加强 DLP 芯片的灵活性,制造商可以选择任何光源与 DLP 技术进行配对。DLP 芯片是不受灯、激光和 LED 灯等约束的光源。

屡获殊荣的持久色彩精确度

DLP 产品是所有后期制作电影色彩校准工作的行业标准,因为这些产品使用了 DLP 技术生成的色谱。2010 年 2 月,DLP 产品凭借 DLP Cinema 投影仪的色彩精度而荣获了 2009 年奥斯卡® 科学与工程奖 (Academy Plaque)。

大多数 DLP 投影仪采用 BrilliantColor™ 技术,这让色彩表现力和画质得到进一步提高。BrilliantColor 提供多达 6 种颜色处理来促成混合色,即使在长时间使用后仍能提供可靠精准的颜色。* BrilliantColor 技术为 DLP 投影仪制造商提供宽广的色域,从而可以产生超过 10 亿种颜色。

对分辨率没有限制

对通过 DLP 芯片达到所需分辨率没有任何技术限制。该技术上至可在最大最亮的显示屏上实现 4K 分辨率,而下至可在内嵌于移动设备中的小型显示屏上实现高清分辨率。DLP 技术将按照内容需求扩大到任何数字分辨率。

无可比拟的开关速度,支持内置智能功能

DLP 芯片具有空前的 16 微秒响应时间,为用户带来精准锐利的图像。想象一下,数百万微镜以高于光速的速度进行开关,通过这种高速开关,DLP 技术能够提供精准、锐利、帧间无滞后的画面。无论动作速度如何,电影、游戏和快节奏教学内容均能以清晰生动的细节呈现。

低功耗

德州仪器 (TI) 是研发领域的领导者。DLP Products 一直在坚持不懈地创新,在增加显示亮度的同时大幅减小封装尺寸和需用功率。DLP® Pico™ 的每瓦流明值创历史新高,这与消费者现在能够使用内嵌于手机的投影设备直接成正比。

传统型和非传统型显示器中均采用灵活的 DLP 芯片

DLP 技术以屡获殊荣的 DLP Cinema 和在教室投影显示(例如 SmartSource™ 3D 和交互投影)领域的创新而闻名,但这项灵活无比的技术也正逐渐渗入到各种非传统显示应用中。开发人员正使用 DLP 芯片解决工业、安全、医疗甚至是汽车应用(这些应用需要内置智能功能)在实践中遇到的问题。

*单芯片 DLP 投影仪采用可支持以下色块的色轮:红色、蓝色、绿色、青色、洋红色和黄色。