投影机DLP技术及性能说明书

1、当前文档修改密码：8362839 HYPERLINK 当前文档修修改密码码：833628839 HYPERLINK 投影机DLLP技术术及性能能指标投影显示领领域的现现代工艺艺规范数字光光学处理理（DLLP）技术术介绍 数数字光学学处理（DLP）是投影和显示信息的一个革命性的新方法。基于Texas仪器公司开发的数字微反射镜器件（DMD），DLP完成了显示数字可视信息的最终环节。数字光学处理（DLP）技术在消费者、商业和投影显示工业的专业领域方面被作为子系统或“发动机”提供给市场主管。正如CD在音频领域的革命一样，DLP将在视频投影方面带来革命。 DDLP有有三个超超过现有有投影技技术的关关键优

2、势势。DLLP固有有的数字字性质能能使噪声声消失，获获得具有有数字灰灰度等级级的精细细的图像像质量以以及颜色色再现。它它的数字字性质也也把DLLP置于于数字视视频底层层结构的的最后环环节。DDLP比比与此竞竞争的透透射式液液晶显示示（LCCD）技技术更有有效，因因为它以以反射式式DMDD为基础础，不需需要偏振振光。最最后，封封闭间隔隔的微反反射镜使使视频图图像投影影成具有有更高可可见分辨辨率的无无缝隙图图像。对对于影视视投影显显示、计计算机幻幻灯展示示或全球球范围内内多人通通过交互互技术进进行合作作方面，DLLP是现现在和未未来在数数字可视视通信方方面的唯唯一选择择。数字光学处处理：如如何工作

3、作 正如如中央处处理单元元（CPPU）是是计算机机的核心心一样，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（附录A）。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、照明及投影光学组件。 一个个DMDD可被简简单描述述成为一一个半导导体光开开关。成成千上万万个微小小的方形形16xx16uum镜片片，被建建造在静静态随机机存取内内存（SSRAMM）上方方的铰链链结构上上而组成成DMDD（图1）。每每一个镜镜片可以以通断一一个象素素的光。铰铰链结构构允许镜镜片在两两个状态态之

4、间倾倾斜，+10度度为“开”。-100度为“关”，当镜镜片不工工作时，它它们处于于0度“停泊”状态（附附录B）。 根根据应用用的需要要，一个个DLPP系统可可以接收收数字或或模拟信信号。模模拟信号号可在DDLP的的或原设设备生产产厂家（OEMs）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。 一一旦视频频或图形形信号在在一种数数字格式式下，就就被送入入DMDD。信息息的每一一个象素素按照11：1的比例例被直接接映像在在它自己己的镜片片上，提提

5、供精确确的数字字控制，如如果信号号是6440 x4480象象素，器器件中央央的6440 x4480镜镜片采取取动作。这这一区域域处的其其它镜片片将简单单的被置置于“关”的位置置。 图1：一个个8488x6000数字字微镜器器件。器器件中部部反射部部分包括括5088，8000个细小小的、可可倾斜的的镜片。一一个玻璃璃窗口密密封和保保护镜片片。DMMD显示示为实际际尺寸。 通通过对每每一个镜镜片下的的存储单单元以二二进制平平面信号号进行电电子化寻寻址，DDMD阵阵列上的的每个镜镜片被以以静电方方式倾斜斜为开或或关态。决决定每个个镜片倾倾斜在哪哪个方向向上为多多长时间间的技术术被称为为脉冲宽宽度调制

6、制（PWWM）。镜镜片可以以在一秒秒内开关关10000多次次，这一一相当快快的速度度允许数数字灰度度等级和和颜色再再现。 在在这一点点上，DDLP成成为一个个简单的的光学系系统。通通过聚光光透镜以以及颜色色滤波系系统后，来来自投影影灯的光光线被直直接照射射在DMMD上。当当镜片在在开的位位置上时时，它们们通过投投影透镜镜将光反反射到屏屏幕上形形成一个个数字的的方型象象素投影影图像（图图2）。图2：三个个镜片有有效地反反射光线线来投影影一个数数字形象象。入射光射到到三个镜镜片象素素上，两两个外面面的镜片片设置为为开，反反射光线线通过投投影镜头头然后投投射在屏屏幕上。这这两个“开”状态的的镜片产产

7、生方形形白色象象素图形形。中央央镜片倾倾斜到“关”的位置置。这一一镜片将将入射光光反射偏偏离开投投影镜头头而射入入光吸收收器，以以致在那那个特别别的象素素上没有有光反射射上去，形形成一个个方形、黑黑色象素素图像。同同理，剩剩下的55087797个个镜片象象素将光光线反射射到屏幕幕上或反反射离开开镜片，通通过使用用一个彩彩色滤光光系统以以及改变变适量的的5088，8000DMDD镜片的的每个镜镜片为开开态，一一个全彩彩色数字字图像被被投影到到屏幕上上。数字优势： 早在在十年前前音频世世界已开开始数字字技术的的流行趋趋势。目目前，大大量的新新的数字字视频技技术已经经进入娱娱乐及通通信市场场。数字字

8、卫星系系统（DDSS）很很快成为为所有时时期内销销售最快快的电子子产品，按按照于它它进入市市场的第第一年销销售记录录。Soony,JVCC和Pannasoonicc最近都都已引进进了数字字照相设设备。 EEPSOON、Koddak和和Appple是是现在在在市场上上已经拥拥有数字字照像机机的几家家公司。数数字万用用盘（DDVD），被被广泛地地认为是是新的存存储媒介介，将以以其好于于少许光光视盘视视频质量量的在一一张盘面面上存放放17GG字节信信息的能能力放映映全长度度电影。 今今天，我我们已经经拥扑拥拥捉、编编辑、广广播、接接收数字字信息的的能力，不不过必须须先把它它转换成成模拟信信号后才才能

9、显示示。DLLP具有有完成数数字视频频底层结结构的最最后环节节的能力力，并且且为开发发数字可可视通信信环境提提供一个个平台。信信号每次次由数字字转换为为模拟（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。DLP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）。图3：视频频底层结结构。DDLP为为一个完完全数字字视频底底层结构构提供了了最后环环节。 DDLP的的另一个个数字优优势是它它的精确确的灰度度等级与与颜色水水平的再再生，并并且因为为每个视视频或图图像帧是是由数字字产生，

10、每每种颜色色8位到100位的灰灰度等级级，精确确的数字字图象可可以一次次又一次次地重新新再现。例例如：一一个每种种颜色为为8位的灰灰度等级级使每个个原色产产生2556不同同的灰度度，允许许数字化化生成2256xx3，或或16.7百万万个不同同的颜色色组合（图图4）。图4：DLLP可产产生数字字灰度等等级和颜颜色等级级。假设设每种颜颜色用88位，可可以数字字化地产产生166.7xx10的的6次方个个颜色组组合。以以上是每每一种原原色不同同灰度的的几种组组合和产产生的数数字象素素颜色。反射优势： 因因为DMMD是一一种反射射器件，它它有超过过60%的光效效率，使使得DLLP系统统比LCCD投影影显

11、示更更有效率率。这一一效率是是反射率率、填充充因子、衍衍射效率率和实际际镜片“开”时间产产生的结结果。 LLCD依依赖于偏偏振，所所以其中中一个偏偏振光没没有用。这这意味着着50%的灯光光甚至从从来不进进入LCCD，因因为这些些光被偏偏振片滤滤掉了。剩剩下的光光被LCCD单元元中的晶晶体管、门门、以及及信号源源的线所所阻挡。除除了这些些光损失失外，液液晶材料料本身吸吸收了一一部分光光，结果果是只有有一少部部分入射射光透过过LCDD面板照照到屏幕幕上。最最近，LLCD在在光学孔孔径和光光传输上上有经验验上的进进展，但但它的性性能仍然然有局限限，因为为它们依依赖于偏偏振光。无缝图像优优势 DDMD

12、上上的小方方镜面积积为166um平平方，每每个间隔隔1umm，给出出大于990%的的填充因因子。换换言之，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。LCD最好也只有70%的填充因子。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5，6a和6b）。 主主导的视视频图形形适配器器（VGGA）LCDD投影机机用来投投影图55的鹦鹉鹉照片。在在图6aa中，可可以很容容易看到到LCDD投影机机中常见见的象素素点、屏屏幕门效效应。同同样这副副鹦鹉的的照片用用DLPP投

13、影机机投影成成像，如如图6bb所示。由由于DLLP的高高填充因因子，屏屏幕门效效应不见见了，我我们所看看到的是是由信息息的方形形象素形形成的数数字化投投影图像像。尽管管，如证证明过的的一样，两两个投影影机投影影的图像像分辨率率是相同同的，通通过DLLP人眼眼可以看看到更多多的可视视信息、察察觉到更更高的分分辨率。如如照片表表明的一一样，DDLP提提供令人人喜爱的的更加优优质的画画面。图5：用来来证明DDLP优优点的照照片。一一个鹦鹉鹉的数字字化照片片被用来来证明无无缝的象象胶片一一样效果果的DLLP图像像的优点点，其细细节将在在图6aa和6b演示示。 图6：LCCD投影影图像(a)和和DLPP

14、投影图图像(bb)中实际际的特写写图像。一一个三板板多晶硅硅VGAA分辨率率的LCCD投影机机(a)和一个个单片VVGA分分辨率的的DLPP投影机机(b)都投影影显示在在图5中的鹦鹦鹉的照照片，LLCD和和DLPP照片都都在相同同条件下下摄得，每每个投影影机都把把聚焦、亮亮度和颜颜色调到到最佳。注注意，LLCD图图像中象象素的高高水平对对照于无无缝DLLP图像像。DLLP提供供了优越越的图像像质量，因因为DMMD镜片片象素间间隔仅为为1umm，这样样消除了了象素。可靠性 DDLP系系统成功功地完成成了一系系列规定定的、环环境的及及操作的的测试。选选择已证证明可靠靠的标准准组件来来组成用用于驱动

15、动DMDD的数字字电路。对对于照明明和投影影透镜，无无明显的的可靠性性降低的的现象。绝绝大部分分可靠性性测试集集中在DDMD上上，因为为它依赖赖于移动动铰链结结构。为为测试铰铰链失灵灵，大约约1000个不同同的DMMD被用用于模拟拟一年的的操作。一一些DMMD已经经被测试试了超过过1G次循循环，相相当于220年的的操作。在在这些测测试以后后检查这这些器件件 ，发现现在任何何器件上上均无铰铰链折断断现象。铰铰链失灵灵不是DDMD可可靠性的的一个因因素。 DDMD已已通过所所有标准准半导体体合格测测试。它它还通过过了模拟拟DMDD实际操操作环境境条件的的障碍测测试，包包括热冲冲击、温温度循环环、耐

16、潮潮湿、机机械冲击击，振动动及加速速实验。基基于数千千小时的的寿命及及环境测测试，DDMD和和DLPP系统表表现出内内在的可可靠性。结论 简简而言之之，DLLP是由由数字电电路驱动动的光学学系统。数数字电路路及光学学组件会会聚于DDMD。用用一个视视频或图图形输入入信号，DLP创造出具有史无前例图像质量的数字投影图像。 DDLP有有三个关关键的优优势超过过现在的的投影技技术。DDLP的的数字本本质能实实现数字字灰度等等级和颜颜色再现现，并且且把DLLP置于于数字视视频底层层结构的的最后一一环。因因为它以以反射DDMD为为基础，所所以DLLP比与与其竞争争的透过过式LCCD技术术更有效效。最后后

17、，DLLP有产产生无缝缝、胶片片式图像像的能力力，DLLP使图图像更为为好看。你你已听说说过数字字革命，那那么现在在你可以以用数字字光学处处理看到到它。00附录A：DDLP系统统介绍 通过过多种配配置，DDLP可可以满足足一个广广泛的不不同种类类的市场场和需要要。每一一种DLLP系统统都可实实现优秀秀的投影影质量，单单片DLLP系统统年可提提供诱人人的性能能价格比比，三片片DLPP系统可可提供最最高亮度度的性能能，能显显示高达达几千流流明的亮亮度。双双片DLLP系统统依靠单单片的颜颜色滤波波系统和和三片的的分光秀秀镜概念念可提供供DLPP的另一一种性能能水平。这这三种DDLP系系统为DDLP提

18、提供了满满足从台台式监视视器到未未来的数数字电影影的广泛泛的投影影机市场场的能力力。下面面解释单单片、双双片和三三片DLLP系统统如何用用来投影影数字彩彩色影像像。单片DLPP系统 在一一个单DDMD投投影系统统中，用用一个色色轮来产产生全彩彩色投影影图像。色色轮是由由一个红红、绿、蓝蓝滤波系系统组成成，它以以60HHz的频频率转动动，每秒秒提供1180色色场。在在这种结结构中，DLP工作在顺序颜色模式。 输输入信号号被转化化RGBB数据，数数据按顺顺序写入入DMDD的SRAAM，白白光光源源通过聚聚焦透镜镜聚集焦焦在色轮轮上，通通过色轮轮的光线线然后成成象在DDMD的的表面。当当色轮旋旋转时

19、，红红、绿、蓝蓝光顺序序地射在在DMDD上。色色轮和视视频图像像是顺序序进行的的，所以以当红光光射到DDMD上上时，镜镜片按照照红色信信息应该该显示的的位置和和强度倾倾斜到“开”，绿色色和蓝色色光及视视频信号号亦是如如此工作作。人体体视觉系系统集中中红、绿绿、蓝信信息并看看到一个个全彩色色图像。通通过投影影透镜，在在DMDD表面形形成的图图像可以以被投影影到一个个大屏幕幕上（图图A-11）。图A-1：单片DDLP投投影系统统。白光光聚焦在在以600Hz旋旋转的色色轮滤光光系统上上，这个个轮子以以红、绿绿、蓝的的顺序旋旋转，将将视频信信号送到到DMDD。依照照每个电电视场中中每个彩彩色的位位置及

20、亮亮度，镜镜片打开开。人体体视觉系系统将顺顺序的颜颜色叠加加在一起起，看到到一幅全全彩色图图像。 因因为国家家电视系系统委员员会（NNTSCC）制定定的电视视场为116.77毫秒（11/600秒），每每一原色色必须被被显示在在5.66毫秒。因因为DMMD有一一个小于于20微秒秒的开关关速度，一一个8比特/颜色的的灰度等等级（2256灰灰度）可可以用单单DMDD系统实实现。这这给予出出每一原原色2556灰度度，或者者说能够够产生2256的的3次方（116.77x 110的6次方）种种颜色组组合。 当当使用一一个色轮轮时，在在任一给给定的时时间内有有2/33的光线线被阻挡挡。当白白光射到到红色滤滤

21、光片时时，红光光透过，而而蓝光和和绿光被被吸收。蓝蓝光和绿绿光拥有有同样的的道理，蓝蓝色滤光光片通过过蓝光而而吸收红红、绿光光；绿包包滤光片片通过绿绿色而吸吸收红、蓝蓝光。三片DLPP系统 另另外一种种添加颜颜色的方方法是将将白光通通过棱镜镜系统分分成三原原色。这这种方法法使用三三个DMMD，一一个DMMD对应应于一种种原色。应应用三片片DLPP投影系系统的主主要原因因为了增增加亮度度。通过过三片DDMD，对对整个116.77毫秒的的电视场场，来自自每一原原色的光光可直接接连续地地投射到到它自己己的DMMD上。结结果是更更多的光光线到达达屏幕，给给出一个个更亮的的投影图图像，除除了已增增加的亮

22、亮度，可可使用更更高字节节的颜色色。因为为光线在在整个电电视场直直接投到到每个DDMD上上，使每每种颜色色10比特特灰度等等级成为为可能。这这种高效效的三片片投影系系统将被被用在大大屏幕和和高亮度度应用领领域。 双片DLPP系统 德州州仪器还还开发了了一种独独特的双双DMDD结构，为为某些投投影显示示应用提提供了理理想的工工具。这这一系统统利用了了一般金金属卤化化物投影影灯光谱谱平衡输输出的优优点。 前前面讨论论的单片片和三片片DLPP系统为为了光谱谱平衡输输出依靠靠来自投投影灯的的相等数数量的红红、绿、蓝蓝光。为为了在单单片DLLP系统统中得到到均匀颜颜色的光光，设计计了顺序序滤色片片系统来

23、来通过一一个来自自三原色色的均衡衡数量的的光。为为了低成成本和高高效率，在在单片系系统中使使用了金金属卤化化物灯。三三原色中中任意一一种多余余的光线线可用来来提高整整体的光光输出，或或者多余余的光被被颜色滤滤光片的的密度滤滤掉来保保持光谱谱的均匀匀性。典典型地，在在投影工工业中要要在光输输出和精精确的颜颜色水平平之间进进行权衡衡。 应应用来自自单片DDLP系系统的顺顺序色轮轮的方法法以及来来自三片片DLPP系统的的双色分分光棱镜镜的概念念，双片片DLPP系统利利用了金金属卤化化物灯红红光缺乏乏的优点点。这一一系统中中的色轮轮不用红红、绿、蓝蓝滤光片片，取而而代之，系系统使用用两个辅辅助颜色色，

24、品红红和黄色色。色轮轮的品红红片段允允许红光光和蓝光光通过，同同时黄色色片段可可通过红红色和绿绿色。结结果是红红光一直直通过滤滤色系统统，红光光在所有有时间内内都通过过，蓝色色和绿色色在品红红-黄色色色轮交替替旋转中中每种光光实质上上占用一一半时间间。 一一旦通过过色轮，光光线直接接射到双双色分光光棱镜系系统上。在在这点，连连续的红红光被分分离出来来而射到到专门用用来处理理红光和和红色视视频信号号的DMMD上，顺顺序的蓝蓝色与绿绿色光投投射到另另一个DDMD上上，专门门处理交交替颜色色，这一一DMDD由绿色色和蓝色色视频信信号驱动动（图AA-3）。 单单片DLLP系统统中，红红光只能能通过11

25、/3的的时间，与与此相比比，双片片系统红红光输出出是原来来的大约约三倍。并并且因为为色轮现现在只由由两个而而不是三三个滤光光片组成成，在一一给定的的视频画画面中蓝蓝光和绿绿光输出出增加了了大约550%（16.7mss/2=8.335mss,8.35mms/55.6mms-11=499.1%). 尽尽管一般般金属卤卤化物灯灯红光缺缺乏，三三倍的红红光输出出以及蓝蓝光和绿绿光输出出50%的增大大，使双双片DLLP系统统有能力力产生优优秀逼真真的颜色色。由于于更多的的光在更更长的时时间内被被收集，光光学效率率也很高高了。二二片DLLP系统统的结构构能够对对每瓦输输入得到到大于33流明的的光谱平平衡光输输出。图A-2：三片DDLP投投影机系系统。白白光分解解成原色色，每一一原色在在整个帧帧时间内内直接投投射到它它自己的的DMDD上，比比颜色一一顺序系系统中产产生更大大的亮度度。图A-3：双片DDLP投投影系统统。红光光通过棱棱镜系统统直接照照射在它它自己的的DMDD上，同同时蓝光光和绿光光顺序照照射到另另外的DDMD上上，这两两种颜色色组合成成青色。不不同的红红色与青青色混合合形成非非常协调调的全彩彩色图像像。附录B：DDMD结结构 每