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| 數字光學處理（DLP）技術介紹 |
更新時間：2008-7-4 9:42:47
（ 編輯：白云 ）
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數字光學處理（DLP™）是投影和顯示信息的一個革命性的新方法。基于Texas儀器公司開發的數字微反射鏡器件（DMD™），DLP完成了顯示數字可視信息的最終環節。數字光學處理（DLP™）技術在消費者、商業和投影顯示工業的專業領域方面被作為子系統或“發動機”提供給市場主管。正如CD在音頻領域的革命一樣，DLP將在視頻投影方面帶來革命。
DLP有三個超過現有投影技術的關鍵優勢。DLP固有的數字性質能使噪聲消失，獲得具有數字灰度等級的精細的圖像質量以及顏色再現。它的數字性質也把DLP置于數字視頻底層結構的最后環節。DLP比與此競爭的透射式液晶顯示（LCD）技術更有效，因為它以反射式DMD為基礎，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。對于影視投影顯示、計算機幻燈展示或全球范圍內多人通過交互技術進行合作方面，DLP是現在和未來在數字可視通信方面的唯一選擇。
數字光學處理：如何工作
正如中央處理單元（CPU）是計算機的核心一樣，DMD是DLP的基礎。單片、雙片以及多片DLP系統被設計出來以滿足不同市場的需要（附錄A）。一個DLP為基礎的投影系統包括內存及信號處理功能來支持全數字方法。DLP投影機的其它元素包括一個光源、一個顏色濾波系統、一個冷卻系統、照明及投影光學元件。
一個DMD可被簡單描述成為一個半導體光開關。成千上萬個微小的方形16x16um鏡片，被建造在靜態隨機存取內存（SRAM）上方的鉸鏈結構上而組成DMD（圖1）。每一個鏡片可以通斷一個象素的光。鉸鏈結構允許鏡片在兩個狀態之間傾斜，+10度為“開”。-10度為“關”，當鏡片不工作時，它們處于0度“停泊”狀態（附錄B）。
根據應用的需要，一個DLP系統可以接收數字或模擬信號。模擬信號可在DLP的或原設備生產廠家（OEM’s）的前端處理中轉換為數字信號，任何隔行視頻信號通過內插處理被轉換成一個全圖形幀視頻信號。從此，信號通過DLP視頻處理變成先進的紅、綠、藍（RGB）數據，先進的RGB數據然后格式化為全部二進制數據的平面。
一旦視頻或圖形信號在一種數字格式下，就被送入DMD。信息的每一個象素按照1：1的比例被直接映射在它自己的鏡片上，提供精確的數字控制，如果信號是640x480象素，器件中央的640x480鏡片采取動作。這一區域處的其它鏡片將簡單的被置于“關”的位置。
圖1：一個848x600數字微鏡器件。器件中部反射部分包括508，800個細小的、可傾斜的鏡片。一個玻璃窗口密封和保護鏡片。DMD顯示為實際尺寸。
通過對每一個鏡片下的存儲單元以二進制平面信號進行電子化尋址，DMD陣列上的每個鏡片被以靜電方式傾斜為開或關態。決定每個鏡片傾斜在哪個方向上為多長時間的技術被稱為脈沖寬度調制（PWM）。鏡片可以在一秒內開關1000多次，這一相當快的速度允許數字灰度等級和顏色再現。
在這一點上，DLP成為一個簡單的光學系統。通過聚光透鏡以及顏色濾波系統后，來自投影燈的光線被直接照射在DMD上。當鏡片在開的位置上時，它們通過投影透鏡將光反射到屏幕上形成一個數字的方型象素投影圖像（圖2）。
圖2：三個鏡片有效地反射光線來投影一個數字形象
入射光射到三個鏡片象素上，兩個外面的鏡片設置為開，反射光線通過投影鏡頭然后投射在屏幕上。這兩個“開”狀態的鏡片產生方形白色象素圖形。中央鏡片傾斜到“關”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，以致在那個特別的象素上沒有光反射上去，形成一個方形、黑色象素圖像。同理，剩下的508797個鏡片象素將光線反射到屏幕上或反射離開鏡片，通過使用一個彩色濾光系統以及改變適量的508，800DMD鏡片的每個鏡片為開態，一個全彩色數字圖像被投影到屏幕上。
數字優勢：
早在十年前音頻世界已開始數字技術的流行趨勢。目前，大量的新的數字視頻技術已經進入娛樂及通信市場。數字衛星系統（DSS）很快成為所有時期內銷售最快的電子產品，按照于它進入市場的第一年銷售記錄。Sony,JVC和Panasonic最近都已引進了數字照相設備。
EPSON、Kodak和Apple是現在在市場上已經擁有數字照像機的幾家公司。數字萬用盤（DVD），被廣泛地認為是新的存儲媒介，將以其好于少許光視盤視頻質量的在一張盤面上存放17G字節信息的能力放映全長度電影。
今天，我們已經擁撲擁捉、編輯、廣播、接收數字信息的能力，不過必須先把它轉換成模擬信號后才能顯示。DLP具有完成數字視頻底層結構的最后環節的能力，并且為開發數字可視通信環境提供一個平臺。信號每次由數字轉換為模擬（D/A）或從模擬轉換為數字（A/D），信號噪音都會進入數據通道。轉換越少噪聲越降，并且當（A/D）、（D/A）轉換器減少時成本隨之降低。DLP提供了一個可以達到的顯示數字信號的投影方法，這樣就完成了全數字底層結構（圖3）。
圖3：視頻底層結構。DLP為一個完全數字視頻底層結構提供了最后環節
DLP的另一個數字優勢是它的精確的灰度等級與顏色水平的再生，并且因為每個視頻或圖像幀是由數字產生，每種顏色8位到10位的灰度等級，精確的數字圖象可以一次又一次地重新再現。例如：一個每種顏色為8位的灰度等級使每個原色產生256不同的灰度，允許數字化生成256x3，或16.7百萬個不同的顏色組合（圖4）。
圖4：DLP可產生數字灰度等級和顏色等級
假設每種顏色用8位，可以數字化地產生16.7x10的6次方個顏色組合。以上是每一種原色不同灰度的幾種組合和產生的數字象素顏色。
反射優勢：
因為DMD是一種反射器件，它有超過60％的光效率，使得DLP系統比LCD投影顯示更有效率。這一效率是反射率、填充因子、衍射效率和實際鏡片“開”時間產生的結果。
LCD依賴于偏振，所以其中一個偏振光沒有用。這意味著50％的燈光甚至從來不進入LCD，因為這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在光學孔徑和光傳輸上有經驗上的進展，但它的性能仍然有局限，因為它們依賴于偏振光。
無縫圖像優勢
DMD上的小方鏡面積為16um平方，每個間隔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，創造出比普通投影機更加真實自然的活生生的投影圖像（圖5，6a和6b）。
主導的視頻圖形適配器（VGA）LCD投影機用來投影圖5的鸚鵡照片。在圖6a中，可以很容易看到LCD投影機中常見的象素點、屏幕門效應。同樣這副鸚鵡的照片用DLP投影機投影成像，如圖6b所示。由于DLP的高填充因子，屏幕門效應不見了，我們所看到的是由信息的方形象素形成的數字化投影圖像。盡管，如證明過的一樣，兩個投影機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質的畫面。圖5：用來證明DLP優點的照片。一個鸚鵡的數字化照片被用來證明無縫的象膠片一樣效果的DLP圖像的優點，其細節將在圖6a和6b演示。
圖6：LCD投影圖像（a)和DLP投影圖像（b)中實際的特寫圖像
一個三板多晶硅VGA分辨率的LCD投影機（a)和一個單片VGA分辨率的DLP投影機（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，每個投影機都把聚焦、亮度和顏色調到最佳。注意，LCD圖像中象素的高水平對照于無縫DLP圖像。DLP提供了優越的圖像質量，因為DMD鏡片象素間隔僅為1um，這樣消除了象素。
可靠性
DLP系統成功地完成了一系列規定的、環境的及操作的測試。選擇已證明可靠的標準元件來組成用于驅動DMD的數字電路。對于照明和投影透鏡，無明顯的可靠性降低的現象。絕大部分可靠性測試集中在DMD上，因為它依賴于移動鉸鏈結構。為測試鉸鏈失靈，大約100個不同的DMD被用于模擬一年的操作。一些DMD已經被測試了超過1G次循環，相當于20年的操作。在這些測試以后檢查這些器件 ，發現在任何器件上均無鉸鏈折斷現象。鉸鏈失靈不是DMD可靠性的一個因素。
DMD已通過所有標準半導體合格測試。它還通過了模擬DMD實際操作環境條件的障礙測試，包括熱沖擊、溫度循環、耐潮濕、機械沖擊，振動及加速實驗。基于數千小時的壽命及環境測試，DMD和DLP系統表現出內在的可靠性。
結論
簡而言之，DLP是由數字電路驅動的光學系統。數字電路及光學元件會聚于DMD。用一個視頻或圖形輸入信號，DLP創造出具有史無前例圖像質量的數字投影圖像。
DLP有三個關鍵的優勢超過現在的投影技術。DLP的數字本質能實現數字灰度等級和顏色再現，并且把DLP置于數字視頻底層結構的最后一環。因為它以反射DMD為基礎，所以DLP比與其競爭的透過式LCD技術更有效。最后，DLP有產生無縫、膠片式圖像的能力，DLP使圖像更為好看。你已聽說過數字革命，那么現在你可以用數字光學處理看到它。
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文章來源：中國投影網
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