DLP的DMD工作原理最终总结

1、DLP的工作过程DMD器件是DLP的基础，一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关，50130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上。一片微镜片表示一个象素，变换速率为1000次/秒，或更快。每一镜片的尺寸为14mx14dm(或16dmX16m),为便于调节其方向与角度，在其下方均设有类似较链作用的转动装置。微镜片的转动受控于来自CMOSRAM的数字驱动信号。当数字信号被写入SRAM时，静电会激活地址电极、镜片和轲板(YOKE)以促使钱链装置转动。一旦接收到相应信号，镜片倾斜10°,从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态的微镜片被示为“开”，并随来自SRAM的数字信号而倾斜+12。；如

2、显微镜片处于非投影状态，则被示为“关”，并倾斜-12。与此同时，“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上；而“关”状态下反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。简而言之，DMD的工作原理就是借助微镜装置反射需要的光，同时通过光吸收器吸收不需要的光来实现影像的投影，而其光照方向则是借助静电作用，通过控制微镜片角度来实现的。寻址电机通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行寻址，DMD阵列上的每个镜片以静电方式倾斜为开或关状态。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，在这一点上，DLP成为一个简单的光学系统

3、。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形像素投影图像。当DMD座板、投影灯、色轮和投影镜头协同工作时，这些翻动的镜面就能够一同将图像反射到演示墙面、电影屏幕或电视机屏幕上。DMD微镜器件非凡的快速开关速度与双脉冲宽度调制的一种精确的图像颜色和灰度复制技术相结合，使图像可以随着窗口的刷新而更加清晰，通过增强对比度，描绘边界线DLP不仅仅是简单地投影图像，它还对它们进行了复制。在它的处理过程中，首先将源图像数字化为8到10位灰度图像。然后，这些二进制图像输入进DMD,在那里它们与来自光源并经过仔

4、细过滤的彩色光相结合。这些图彳t离开DMD后就成像到屏幕上，保持了源图像所有的光亮和微妙之处。DLP独一无二的色彩过滤过程控制了投影图像的色彩纯度，此技术的数字化控制支持无限次的色彩复制，并确保了原始图像栩栩如生地再现。一个单DMD投影系统中，需要用一个色轮来产生全彩色投影图像。色轮由红、绿、蓝滤波系统组成，它以60Hz的频率转动。在这种结构中，DLP工作在顺序颜色模式。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DM

5、D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。DMD芯片DLP是一个简单的光学系统，当镜片在开的位置上时，透过聚光透镜和颜色滤波系统后，投影灯的光线直接照射在DMD上，将光反射到屏幕上形成一个数字的方型像素像图。每个DMD是由成千上万个倾斜的显微的、铝合金镜片组合，这些镜片被固定在隐藏的轲上，扭转较链结构连接轲和支柱，扭力较链结构允许镜片旋转12度。支柱连接下的偏置/复位总线，偏置/复位总线连接起来使得偏置和复位电压能够提供给每个镜片

6、。镜片、较链结构及支柱都在互补金属氧化半导体上（CMOS）地址电路及一对地址电极上形成寻址电极SEMMicrographsofthe.DMDsSurface在一个地址电极上加上电压，连带着把偏置/复位电压加到镜片结构上，将在镜片与地址电极一侧产生一个静电吸引，镜片倾斜直到具有同样电压的着路点电极接触为止。在这点，镜片以急电方式锁定在位置上。在存储单元中存入一个二进制数使镜片倾斜+12度，同时存储单元中存入零使镜片倾斜-12度。DMD以2048X1152的阵列构成，每个器件共有约2.3X10镜面，这些器件具有显示真的高分辨率电视的能力。目前得主流生产的DMD为1024x768,这种DMD将能投影

7、NTSC、PAL、VGA以及高级视频图形适配器（XGA）图形，并且它将可以显示4:3和16:9的图像。正如中央处理单元(CPU)是计算机的核心一样，DMD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。以DLP为核心的投影系统通过内存和信号处理功能来支持全数字方式。DLP投影机的还需要其他元素支持，包括光源、颜色滤波系统、冷却系统、照明及投影光学元件。简单的描述DMD就是一个半导体光开关。成千上万个微小的方形16X16镜片，建造在一个静态随机存取内存(SRAM)上方的较链结构上而组成DMD。每一个镜片可以通断一个像素的光，较链结构允许镜片在两个状态之间倾斜，+12度

8、为升”，-12度为关”，当镜片不工作时，它们处于0度的停泊”状态。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和颜色再现。(三)DMD芯片显示原理的介绍DMD精微反射镜面是一种整合的微机电上层结构电路单元(MEMSsuperstructurecell),它是禾I用CMOSSRAM记忆晶胞所制成。DMD上层结构的制造是从完整CMOS内存电路开始，再透过光罩层的使用，制造出铝金属层和硬化光阻层(hard

9、enedphotoresist)交替的上层结构，铝金属层包括地址电极(addresselectrode卜绞链(hinge)、轲(yoke)和反射镜，硬化光阻层则作为牺牲层(sacrificiallayer),用来形成两个空气间隙(airgaps)。铝金属会经过溅镀沉积(sputter-deposited)以及电浆蚀刻(plasma-etched)处理，牺牲层则会经过电浆去灰(plasma-ashed)处理，以便制造出层间的空气间隙每个微反射镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于ON状态时，反射镜会旋转至+12度，若记忆晶胞处于OFF状态，反射镜会

10、旋转至-12度。只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得ON状态的反射镜看起来非常明亮，OFF状态的反射镜看起来就很黑暗。利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD芯片，即可得到彩色显示效果。DMD的输入是由电流代表的电子字符，输出则是光学字符，这种光调变或开关技术又称为二位脉冲宽度调变(binarypulsewidthmodulation),它会把8位字符送至DMD的每个数字光开关输入端，产生28或256个灰阶。最简单的地址序列(addresssequence)是将可供使用白字符时间(

11、fieldtime)分成八个部份，再从最高有效位(MSB)到最低有效位（LSB）,依序在每个位时间使用一个地址序列。当整个光开关数组都被最高位寻址后，再将各个像素致能（重设），使他们同时对最高有效位的状态（1或0）做出反应。在每个位时间，下个位会被加载内存数组，等到这个位时间结束时，这些像素会被重设，使它们同时对下个地址位做出反应。此过程会不断重复，直到所有的地址位都加载内存。入射光进入光开关后，会被光开关切换或调变成为一群光包（lightbundles）,然后再反射出来，光包时间则是由电子字符的个别位所决定。对于观察者来说，由于光包时间远小于眼睛的整合响应（integration）时间，因此

12、他们将会看到固定亮度的光线。（四）DMD的工作过程描述DLP技术基础是光学半导体、数字微镜芯片（DMD）由德州仪器公司的LarryHornbeck在1987年发明，DMD芯片可以对光进行数字化调制、数字微镜器件包含了一个由微镜镜面组成的长方形阵列组成、这个阵列对应与投影图象中的光线、这些镜面和数字信号、光源和投影镜头协同工作时，能够把象、最忠实地再现出来、数字信号会激活各镜片下放的微型电极、这个电极就推动镜片迎向或避开光源、当镜片迎向光源（开启）时，会将一个白色像素通过镜头反射、到荧幕上、当镜面避开光源（关闭）时，镜面像素在荧幕上的所在位置便呈现深色。精薇镜面的旋转速度是每秒钟是5000次（这

13、些DMD镜面可以、每秒开关数千次）、交换各镜面的开关时间，就能够产生不同的等级灰度、开启的时间长与关闭时间，产生的灰度象素就浅、关闭的时间长与开启时间，产生的灰度象素就深、DMD镜面可以反射1024个灰度等级，来产生灰度图象、把灰度图象加上彩色大多数DLP系统中，光源与镜面座板之间加个色轮的光过滤器、随着色轮的旋转，红、绿、蓝三种光线依次便落在、DMD镜面上、各个镜面的开、关状态会随着彩色光线的闪烁而调整、通过此方法、一个典型的DLP投影系统，能够产生1600万种色彩例如，当红色或兰色光线落在镜面上时才将镜面打开，通过我们的眼睛就可以产生紫色像素，紫色图象。采用了DLP技术的投影机、电视机、家

14、庭影院系统使用单一DMD结构、单DMD芯片系统，包含了一个DMD芯片、一个投灯一个色轮和一组投影镜头，产生的图象比任何其他显示技术都要更加清晰。更加色彩丰富、电影和大屏幕投影机都使用3片DMD芯片系统，白光穿过一个棱镜，被分解成红、绿、蓝三种颜色，每个DMD芯片专用于一种颜色，经过反射的红、绿、蓝光线被混合起来，穿过镜片投影到屏幕上，DLPCinema投影系统能够产生35万亿种颜色，。微镜招转枢纽岩址电极枢纽边板辆板电极边板3个金属寻址板着随点偏降重置氤线连接至SRAMDMD包含多达二百万个微镜，每个微镜对应最终画面中的一个像素。铝质微镜的受光面积大小为十六平方微米，重量仅为几个几百万分之一克

15、。每个微镜都与一个轲板和一个校链连接，使得微镜可以移动到打开和关闭位置。DMD最大可支持1280x720像素，而某些高清晰度图像需要1920x1080像素。惠普已经开发出一种称为wobulation的技术，可以使每个微镜形成两个图像像素，从而提高了分辨率。这项技术会在2006年晚些时候面世。MEMSDMD芯片是一种微机电系统（MEMS）。同样由硅制成的MEMS器件将微型机械与计算机中使用的同样的硅结合起来。有关更多信息，请参见半导体工作原理。除了微镜外，DMD器件还包括：CMOSDDRSRAM芯片，这是一个内存单元，它根据逻辑值（0或1）通过静电使微镜倾斜到打开或关闭位置。散热片光学窗，它在允

16、许光线通过的同时，为微镜提供了防尘和防碎屑保护德州仪器供图DMD结构形成画面在任何微镜切换到打开和关闭位置前，芯片都会快速执行下列操作：对传入的信号进行解码将隔行数据转换为逐行数据根据屏幕调整画面大小对画面进行任何必要的调整，包括亮度、清晰度和色彩品质将色彩信息转换为红色、绿色和蓝色(RGB)格式去除多数电视信号中的伽玛校正并根据阴极射线管(CRT)的信噪比进行调整然后，芯片以数字信号的形式将所有信息传递到微镜。如果图像尺寸包含的像素数少于DMD支持的像素数，芯片就直接忽略掉不需要的微镜。当电视关闭时，所有微镜都处于水平位置。当电视开启并且芯片开始传输信号时，微镜会每秒钟反复地翻转数千次。在旧

17、式DMD中，微镜的移动范围是±10°,在新式DMD中，该范围为±2°。角度从10°增加至120后DMD使更多光线投射到屏幕上，从而产生更明亮的画面。新式DMD还在铝质微镜上采用了暗金属”，用来吸收偏光以及产生更清晰的画面。位于打开位置的微镜将光线通过投影镜头反射到屏幕上。微镜位于打开位置的时间越长，它产生的像素就越亮。位于关闭位置越长的微镜所产生的像素就越暗，始终位于关闭位置的微镜则产生黑色像素。通过改变微镜朝向投影镜头的时间长度，DMD最多可以产生1024种灰阶。灰色像素在屏幕上合成一个逐行全数字黑白图像。在下一节，我们将了解DLP电视如何向

18、黑白图像中增添颜色。(七)DMD投影机色轮的工作原理由于单片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。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

19、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，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一品红和黄色。；品红

20、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。DMM作原理每个微反射镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于ON状态时，反射镜会旋转至+12度，若记忆晶胞处于OFF状态，反射镜会旋转至-12度。只要结合DMDZ及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得ON状态的反射镜看起来非常明亮，OFF状态的反射镜看起来就很黑暗(图三)。利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD5片，即可得到彩色显示效果。DMD勺输入是由电流代表的电子字符，输出则