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| 數(shù)字光學(xué)處理（DLP）技術(shù)介紹 |
更新時(shí)間：2008-7-4 9:42:47
�。� 編輯：白云 ）
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數(shù)字光學(xué)處理（DLP™）是投影和顯示信息的一個(gè)革命性的新方法�；赥exas儀器公司開發(fā)的數(shù)字微反射鏡器件（DMD™），DLP完成了顯示數(shù)字可視信息的最終環(huán)節(jié)。數(shù)字光學(xué)處理（DLP™）技術(shù)在消費(fèi)者、商業(yè)和投影顯示工業(yè)的專業(yè)領(lǐng)域方面被作為子系統(tǒng)或“發(fā)動(dòng)機(jī)”提供給市場(chǎng)主管。正如CD在音頻領(lǐng)域的革命一樣，DLP將在視頻投影方面帶來革命。
DLP有三個(gè)超過現(xiàn)有投影技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。DLP固有的數(shù)字性質(zhì)能使噪聲消失，獲得具有數(shù)字灰度等級(jí)的精細(xì)的圖像質(zhì)量以及顏色再現(xiàn)。它的數(shù)字性質(zhì)也把DLP置于數(shù)字視頻底層結(jié)構(gòu)的最后環(huán)節(jié)。DLP比與此競(jìng)爭(zhēng)的透射式液晶顯示（LCD）技術(shù)更有效，因?yàn)樗苑瓷涫紻MD為基礎(chǔ)，不需要偏振光。最后，封閉間隔的微反射鏡使視頻圖像投影成具有更高可見分辨率的無縫隙圖像。對(duì)于影視投影顯示、計(jì)算機(jī)幻燈展示或全球范圍內(nèi)多人通過交互技術(shù)進(jìn)行合作方面，DLP是現(xiàn)在和未來在數(shù)字可視通信方面的唯一選擇。
數(shù)字光學(xué)處理：如何工作
正如中央處理單元（CPU）是計(jì)算機(jī)的核心一樣，DMD是DLP的基礎(chǔ)。單片、雙片以及多片DLP系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來以滿足不同市場(chǎng)的需要（附錄A）。一個(gè)DLP為基礎(chǔ)的投影系統(tǒng)包括內(nèi)存及信號(hào)處理功能來支持全數(shù)字方法。DLP投影機(jī)的其它元素包括一個(gè)光源、一個(gè)顏色濾波系統(tǒng)、一個(gè)冷卻系統(tǒng)、照明及投影光學(xué)元件。
一個(gè)DMD可被簡(jiǎn)單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)。成千上萬個(gè)微小的方形16x16um鏡片，被建造在靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（SRAM）上方的鉸鏈結(jié)構(gòu)上而組成DMD（圖1）。每一個(gè)鏡片可以通斷一個(gè)象素的光。鉸鏈結(jié)構(gòu)允許鏡片在兩個(gè)狀態(tài)之間傾斜，+10度為“開”。-10度為“關(guān)”，當(dāng)鏡片不工作時(shí)，它們處于0度“停泊”狀態(tài)（附錄B）。
根據(jù)應(yīng)用的需要，一個(gè)DLP系統(tǒng)可以接收數(shù)字或模擬信號(hào)。模擬信號(hào)可在DLP的或原設(shè)備生產(chǎn)廠家（OEM’s）的前端處理中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，任何隔行視頻信號(hào)通過內(nèi)插處理被轉(zhuǎn)換成一個(gè)全圖形幀視頻信號(hào)。從此，信號(hào)通過DLP視頻處理變成先進(jìn)的紅、綠、藍(lán)（RGB）數(shù)據(jù)，先進(jìn)的RGB數(shù)據(jù)然后格式化為全部二進(jìn)制數(shù)據(jù)的平面。
一旦視頻或圖形信號(hào)在一種數(shù)字格式下，就被送入DMD。信息的每一個(gè)象素按照1：1的比例被直接映射在它自己的鏡片上，提供精確的數(shù)字控制，如果信號(hào)是640x480象素，器件中央的640x480鏡片采取動(dòng)作。這一區(qū)域處的其它鏡片將簡(jiǎn)單的被置于“關(guān)”的位置。
圖1：一個(gè)848x600數(shù)字微鏡器件。器件中部反射部分包括508，800個(gè)細(xì)小的、可傾斜的鏡片。一個(gè)玻璃窗口密封和保護(hù)鏡片。DMD顯示為實(shí)際尺寸。
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)行電子化尋址，DMD陣列上的每個(gè)鏡片被以靜電方式傾斜為開或關(guān)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，這一相當(dāng)快的速度允許數(shù)字灰度等級(jí)和顏色再現(xiàn)。
在這一點(diǎn)上，DLP成為一個(gè)簡(jiǎn)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)字的方型象素投影圖像（圖2）。
圖2：三個(gè)鏡片有效地反射光線來投影一個(gè)數(shù)字形象
入射光射到三個(gè)鏡片象素上，兩個(gè)外面的鏡片設(shè)置為開，反射光線通過投影鏡頭然后投射在屏幕上。這兩個(gè)“開”狀態(tài)的鏡片產(chǎn)生方形白色象素圖形。中央鏡片傾斜到“關(guān)”的位置。這一鏡片將入射光反射偏離開投影鏡頭而射入光吸收器，以致在那個(gè)特別的象素上沒有光反射上去，形成一個(gè)方形、黑色象素圖像。同理，剩下的508797個(gè)鏡片象素將光線反射到屏幕上或反射離開鏡片，通過使用一個(gè)彩色濾光系統(tǒng)以及改變適量的508，800DMD鏡片的每個(gè)鏡片為開態(tài)，一個(gè)全彩色數(shù)字圖像被投影到屏幕上。
數(shù)字優(yōu)勢(shì)：
早在十年前音頻世界已開始數(shù)字技術(shù)的流行趨勢(shì)。目前，大量的新的數(shù)字視頻技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入娛樂及通信市場(chǎng)。數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)（DSS）很快成為所有時(shí)期內(nèi)銷售最快的電子產(chǎn)品，按照于它進(jìn)入市場(chǎng)的第一年銷售記錄。Sony,JVC和Panasonic最近都已引進(jìn)了數(shù)字照相設(shè)備。
EPSON、Kodak和Apple是現(xiàn)在在市場(chǎng)上已經(jīng)擁有數(shù)字照像機(jī)的幾家公司。數(shù)字萬用盤（DVD），被廣泛地認(rèn)為是新的存儲(chǔ)媒介，將以其好于少許光視盤視頻質(zhì)量的在一張盤面上存放17G字節(jié)信息的能力放映全長度電影。
今天，我們已經(jīng)擁撲擁捉、編輯、廣播、接收數(shù)字信息的能力，不過必須先把它轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后才能顯示。DLP具有完成數(shù)字視頻底層結(jié)構(gòu)的最后環(huán)節(jié)的能力，并且為開發(fā)數(shù)字可視通信環(huán)境提供一個(gè)平臺(tái)。信號(hào)每次由數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬（D/A）或從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字（A/D），信號(hào)噪音都會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)通道。轉(zhuǎn)換越少噪聲越降，并且當(dāng)（A/D）、（D/A）轉(zhuǎn)換器減少時(shí)成本隨之降低。DLP提供了一個(gè)可以達(dá)到的顯示數(shù)字信號(hào)的投影方法，這樣就完成了全數(shù)字底層結(jié)構(gòu)（圖3）。
圖3：視頻底層結(jié)構(gòu)。DLP為一個(gè)完全數(shù)字視頻底層結(jié)構(gòu)提供了最后環(huán)節(jié)
DLP的另一個(gè)數(shù)字優(yōu)勢(shì)是它的精確的灰度等級(jí)與顏色水平的再生，并且因?yàn)槊總�(gè)視頻或圖像幀是由數(shù)字產(chǎn)生，每種顏色8位到10位的灰度等級(jí)，精確的數(shù)字圖象可以一次又一次地重新再現(xiàn)。例如：一個(gè)每種顏色為8位的灰度等級(jí)使每個(gè)原色產(chǎn)生256不同的灰度，允許數(shù)字化生成256x3，或16.7百萬個(gè)不同的顏色組合（圖4）。
圖4：DLP可產(chǎn)生數(shù)字灰度等級(jí)和顏色等級(jí)
假設(shè)每種顏色用8位，可以數(shù)字化地產(chǎn)生16.7x10的6次方個(gè)顏色組合。以上是每一種原色不同灰度的幾種組合和產(chǎn)生的數(shù)字象素顏色。
反射優(yōu)勢(shì)：
因?yàn)镈MD是一種反射器件，它有超過60％的光效率，使得DLP系統(tǒng)比LCD投影顯示更有效率。這一效率是反射率、填充因子、衍射效率和實(shí)際鏡片“開”時(shí)間產(chǎn)生的結(jié)果。
LCD依賴于偏振，所以其中一個(gè)偏振光沒有用。這意味著50％的燈光甚至從來不進(jìn)入LCD，因?yàn)檫@些光被偏振片濾掉了。剩下的光被LCD單元中的晶體管、門、以及信號(hào)源的線所阻擋。除了這些光損失外，液晶材料本身吸收了一部分光，結(jié)果是只有一少部分入射光透過LCD面板照到屏幕上。最近，LCD在光學(xué)孔徑和光傳輸上有經(jīng)驗(yàn)上的進(jìn)展，但它的性能仍然有局限，因?yàn)樗鼈円蕾囉谄窆狻?br>
無縫圖像優(yōu)勢(shì)
DMD上的小方鏡面積為16um平方，每個(gè)間隔1um，給出大于90％的填充因子。換言之，90％的象素/鏡片面積可以有效地反射光而形成投影圖像。整個(gè)陣列保持了象素尺寸及間隔的均勻性，并且不依賴于分辨率。LCD最好也只有70％的填充因子。越高的DMD填充因子給予出越高的可見分辨率，這樣，加上逐行掃描，創(chuàng)造出比普通投影機(jī)更加真實(shí)自然的活生生的投影圖像（圖5，6a和6b）。
主導(dǎo)的視頻圖形適配器（VGA）LCD投影機(jī)用來投影圖5的鸚鵡照片。在圖6a中，可以很容易看到LCD投影機(jī)中常見的象素點(diǎn)、屏幕門效應(yīng)。同樣這副鸚鵡的照片用DLP投影機(jī)投影成像，如圖6b所示。由于DLP的高填充因子，屏幕門效應(yīng)不見了，我們所看到的是由信息的方形象素形成的數(shù)字化投影圖像。盡管，如證明過的一樣，兩個(gè)投影機(jī)投影的圖像分辨率是相同的，通過DLP人眼可以看到更多的可視信息、察覺到更高的分辨率。如照片表明的一樣，DLP提供令人喜愛的更加優(yōu)質(zhì)的畫面。圖5：用來證明DLP優(yōu)點(diǎn)的照片。一個(gè)鸚鵡的數(shù)字化照片被用來證明無縫的象膠片一樣效果的DLP圖像的優(yōu)點(diǎn)，其細(xì)節(jié)將在圖6a和6b演示。
圖6：LCD投影圖像（a)和DLP投影圖像（b)中實(shí)際的特寫圖像
一個(gè)三板多晶硅VGA分辨率的LCD投影機(jī)（a)和一個(gè)單片VGA分辨率的DLP投影機(jī)（b)都投影顯示在圖5中的鸚鵡的照片，LCD和DLP照片都在相同條件下攝得，每個(gè)投影機(jī)都把聚焦、亮度和顏色調(diào)到最佳。注意，LCD圖像中象素的高水平對(duì)照于無縫DLP圖像。DLP提供了優(yōu)越的圖像質(zhì)量，因?yàn)镈MD鏡片象素間隔僅為1um，這樣消除了象素。
可靠性
DLP系統(tǒng)成功地完成了一系列規(guī)定的、環(huán)境的及操作的測(cè)試。選擇已證明可靠的標(biāo)準(zhǔn)元件來組成用于驅(qū)動(dòng)DMD的數(shù)字電路。對(duì)于照明和投影透鏡，無明顯的可靠性降低的現(xiàn)象。絕大部分可靠性測(cè)試集中在DMD上，因?yàn)樗蕾囉谝苿?dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)。為測(cè)試鉸鏈?zhǔn)ъ`，大約100個(gè)不同的DMD被用于模擬一年的操作。一些DMD已經(jīng)被測(cè)試了超過1G次循環(huán)，相當(dāng)于20年的操作。在這些測(cè)試以后檢查這些器件 ，發(fā)現(xiàn)在任何器件上均無鉸鏈折斷現(xiàn)象。鉸鏈?zhǔn)ъ`不是DMD可靠性的一個(gè)因素。
DMD已通過所有標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體合格測(cè)試。它還通過了模擬DMD實(shí)際操作環(huán)境條件的障礙測(cè)試，包括熱沖擊、溫度循環(huán)、耐潮濕、機(jī)械沖擊，振動(dòng)及加速實(shí)驗(yàn)�；跀�(shù)千小時(shí)的壽命及環(huán)境測(cè)試，DMD和DLP系統(tǒng)表現(xiàn)出內(nèi)在的可靠性。
結(jié)論
簡(jiǎn)而言之，DLP是由數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)的光學(xué)系統(tǒng)。數(shù)字電路及光學(xué)元件會(huì)聚于DMD。用一個(gè)視頻或圖形輸入信號(hào)，DLP創(chuàng)造出具有史無前例圖像質(zhì)量的數(shù)字投影圖像。
DLP有三個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)超過現(xiàn)在的投影技術(shù)。DLP的數(shù)字本質(zhì)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字灰度等級(jí)和顏色再現(xiàn)，并且把DLP置于數(shù)字視頻底層結(jié)構(gòu)的最后一環(huán)。因?yàn)樗苑瓷銬MD為基礎(chǔ)，所以DLP比與其競(jìng)爭(zhēng)的透過式LCD技術(shù)更有效。最后，DLP有產(chǎn)生無縫、膠片式圖像的能力，DLP使圖像更為好看。你已聽說過數(shù)字革命，那么現(xiàn)在你可以用數(shù)字光學(xué)處理看到它。
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投影機(jī)
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文章來源：中國投影網(wǎng)
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