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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(kāi)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(zhuān)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(lái)革命。
DLP有三個(gè)超過(guò)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(jiàn)分辨率的無(wú)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(guò)交互技術(shù)進(jìn)行合作方面，DLP是現(xiàn)在和未來(lái)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(lái)以滿(mǎn)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(lái)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(kāi)關(guān)。成千上萬(wàn)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(kāi)”。-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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)或關(guān)態(tài)。決定每個(gè)鏡片傾斜在哪個(gè)方向上為多長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)被稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。鏡片可以在一秒內(nèi)開(kāi)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(guò)聚光透鏡以及顏色濾波系統(tǒng)后，來(lái)自投影燈的光線(xiàn)被直接照射在DMD上。當(dāng)鏡片在開(kāi)的位置上時(shí)，它們通過(guò)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(xiàn)來(lái)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(kāi)，反射光線(xiàn)通過(guò)投影鏡頭然后投射在屏幕上。這兩個(gè)“開(kāi)”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(kāi)投影鏡頭而射入光吸收器，以致在那個(gè)特別的象素上沒(méi)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(xiàn)反射到屏幕上或反射離開(kāi)鏡片，通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(lè)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(xiāo)售最快的電子產(chǎn)品，按照于它進(jìn)入市場(chǎng)的第一年銷(xiāo)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(wàn)用盤(pán)（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(pán)視頻質(zhì)量的在一張盤(pán)面上存放17G字節(jié)信息的能力放映全長(zhǎng)度電影。
今天，我們已經(jīng)擁?yè)鋼碜�、編輯、廣播、接收數(shù)字信息的能力，不過(guò)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(kāi)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(wàn)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(guò)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(kāi)”時(shí)間產(chǎn)生的結(jié)果。
LCD依賴(lài)于偏振，所以其中一個(gè)偏振光沒(méi)有用。這意味著50％的燈光甚至從來(lái)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(mén)、以及信號(hào)源的線(xiàn)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(guò)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?lài)于偏振光。
無(wú)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(lài)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(jiàn)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(lái)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(jiàn)的象素點(diǎn)、屏幕門(mén)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(mén)效應(yīng)不見(jiàn)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(guò)的一樣，兩個(gè)投影機(jī)投影的圖像分辨率是相同的，通過(guò)DLP人眼可以看到更多的可視信息、察覺(jué)到更高的分辨率。如照片表明的一樣，DLP提供令人喜愛(ài)的更加優(yōu)質(zhì)的畫(huà)面。圖5：用來(lái)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(lái)證明無(wú)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(xiě)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(wú)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(lái)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(wú)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?lài)于移動(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(guò)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(wú)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(guò)所有標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體合格測(cè)試。它還通過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)式LCD技術(shù)更有效。最后，DLP有產(chǎn)生無(wú)縫、膠片式圖像的能力，DLP使圖像更為好看。你已聽(tīng)說(shuō)過(guò)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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文章來(lái)源：中國(guó)投影網(wǎng)
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