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张新房的博客 - 新型智慧城市

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了解DLP数字微镜芯片之27年发展历程  

2008-12-08 22:28:38|  分类: 大屏幕显示系统 |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://hardware.cfan.com.cn/projector/uses/2007-08-08/1186582610d93028.shtml

谁也无法想象,1977年由3位不知名的研究人员在TI(德州仪器公司)研究中心的一间陋室所开发的一块芯片,竟然造就了21世纪第一代数字化显示技术。这块芯片就是数字微镜器件设备(DMD,Digital Micromirror Device)。在过去的几年里,DLP(数字光处理,Digital Light Processing)这种数字技术已未越来越多的人所熟知,而且,它是目前唯一一个已商品化走向市场的全数字显示技术。

当时TI的工程师发布今天我们所熟知的数字微镜器件设备时,他们展示的是一块提供16×16分辨率的芯片,而这块芯片正是DLP技术的雏形。在此后的22年中,这项数字显示技术经过了无数次的革新。今天,DLP技术已经将显示分辨率提升到了1280×1024。在基于DLP技术的产品领域中,此项技术标定了图像质量的标准。基于DLP技术的投影机能带给我们所想要的图像质量。但这并不是唯一的原因,看看下面的文章你就会明白为什么一定要选择DLP技术了。

DLP技术在革新了我们看世界的方法。第一款基于DLP技术的投影机面世于1996年,而且从那时起,DLP技术就开始向产业化迈出了步伐。DLP技术以为投影机提供了更高的亮度、更高的分辨率、更轻的质量以及更低的成本为目标,在不断发展着。

让我们来看看这个例子,三年前,基于单片数字微镜器件设备(DMD)的投影机的亮度为300流明,300流明的亮度意味着只有在较为黑暗的环境里才能使用它,也就是说你的会议必须开在黑乎乎的房间里。而现在,单片DMD的投影机的亮度几乎是以前的5倍。

一台早期基于DLP技术的投影机的标准重量是23磅(10.5公斤),在当时这也算“便携式”的了。但是,DLP对“便携式”重新做了定义,现在康柏和InFocus公司推出的投影机的重量低于5磅(2.3公斤),而且仍然可以在明亮的房间中放映演示。最新一代投影机使用3片DMD设备,以为大型会场提供高亮度的应用,其表现效果简直令人难以置信,这种投影机的分辨率不仅是第一代产品的3倍,而且12000流明的亮度要比第一代投影机亮10倍。

在过去的18个月中,基于DLP技术的投影机一直在北美最畅销产品排行榜上占据着一席之地。让我们再来看看另外一组数据,目前,DLP投影机在整个高亮度(5500流明)投影机系统市场中占据着超过70%的市场分额。事实上,无论从什么角度看,DLP的故事一直都是一个绝对成功的故事。在1996年初,全世界仅有3台基于DLP技术的投影机。而现在,超过30家的世界知名投影机厂商以DLP技术作为他们产品的特色,市场上更有超过50多种产品采用的DLP技术。TI已经售出了近200万套DLP子系统。

基于DLP技术的投影机一直都享有良好的声誉,而且已经被业界广泛认可了。1998年,DLP技术被授予了电影界的大奖——Emmy奖,并被Lucas公司选中,在电影《星球大战》第一幕——“幻影危机”的全数字化放映中发挥其特色。同时,DLP技术还在迪斯尼公司的动画片“泰山”的放映中担当重任。

尽显数字本色

我们称数字光处理(DLP)是一种出色的显示技术的原因共有6条,但真正重要的问题在于用户是如何看待的,就让我们来看看结果吧。

更清晰

DLP技术使图像随着窗口的刷新而更加清晰,它通过增强黑白对比度、描绘边界线和分离单个颜色而将图像中的缺陷抹去。你的眼睛是不会欺骗你的,你可以尽情享受这种视觉结果。

DMD是由超过五十万块的微小镜而组成,而一个镜面则代表一个像素,一个镜面之下有一个合叶装置。这种结构可以对输入进来的数字信号做出每秒开关超过5000次的响应,以产生像素。DMD镜器件这一非凡的快速开关速度与被称为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,产生的是透明似水晶的令人叹为观止的图像。

更细致

如果你坐在会议室的最后一排,你依然可以清晰的看到荧幕上的图像。而且无论从中央还是边上,你都看不到声名狼藉的“纱们”效果——在模拟放映技术中存在于像素之间的恼人缝隙。无论你的座位在哪里,图像总是非常清晰,而且最大化地填充屏幕。

DMD镜片体积微小,每一侧边的长度为16微米,相邻镜头之间的缝隙小于1微米。镜头是方形的,所以每一个镜片显示的内容要比实际图像更多。我们将一台LCD投影机与一台DLP投影机做一个比较,图像将在相同条件下进行放映,每一台投影机的焦距、亮度和颜色都调到最佳。与LCD投影机图像上的“纱们”效果相对比的是DLP投影机的无缝效果,当一个图像的尺寸增加时,LCD投影机图像中的缝隙将变得更大。

DMD镜面的大小和形状决定了这一切,每个镜面90%的面积动态地反射光线以生成一个投影图像,由于一个镜头与另一个镜头之间是如此地接近,所以图像看起来没有缝隙,再加上当分辨率在增加时大小及间距仍保持一致,因此无论分辨率如何变化,图像始终能够保持很高的清晰度。

更明亮

你愿意在观看投影的时候同时拥有光明吗?观众在做笔记的时候希望保持亮度或打开窗帘,与传统的模拟投影机相比,DLP投影机将更多的光线打到屏幕上,这样,图像的演示效果在光亮中同在黑暗中一样好。

DLP的技术有效地解决了这个问题。DMD的强反射表面通过消除光路上的障碍及将更多的光线反射到屏幕上,而最大化地利用了投影机的光源。DLP技术依据图像的内容对图像进行反射,DLP的光源有两种工作方式,或者通过一个透镜打到屏幕上,或者直接进入一个吸光器。相计较的是,LCD技术则是偏振光在图像到达屏幕之前必须通过大量的附加光学元件。

更为有利的是,基于DLP技术的投影机的亮度是随着分辨率的增加而增加的。在如XGA和SXGA等更高分辨率的情况下,DMD提供更多的反射面积,如此一来就可以更为有效地利用灯光的亮度。

更逼真

随着其它显示技术及摄影技术的出现,DLP使得那些无生命的图像拥有了逼真的色彩。数字彩色的再现保证了图像与真实物质的还原性,而且没有发亮的斑点或其它投影机典型的冲失现象。

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位每色的灰度图像。然后,这些而进制输入进DMD,在那里它们与来自光源并经过仔细过滤的彩色光相结合。这些图像离开DMD后就成像到屏幕上,保持了原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。

更可靠

恶劣条件下的测试强有力地保证了DLP技术的可靠性,TI的工程师在每一种可以想象的情况下对DMD进行了测试。他们曾经将它放在热、冷、振动、爆炸、潮湿以及许许多多其它苛刻的条件下进行检测,从而用户可以确信DMD以及其它组成DLP技术的所有元件在相当长的时间内可以保持高可靠性。

DMD不仅通过了所有的标准半导体资格测试,而且还证明了在模拟操作环境下,它的生命期超过10万个小时,测试证明,DMD可以进行超过1.7千万亿次循环无故障运行,这相当于投影机的实际使用时间超过1995年。其它测试结果显示,DMD在超过11万个电力周期和1万1千个温度周期下无故障,以确保在需求较大的应用领域中提供30年以上的可靠运行期。TI为其它DLP组件提供了类似的保证。

更便携

重量不足10磅并能在屏幕上投影1000流明亮度的基于DLP的超便携投影机为“减重量,但不是肌肉”这一说法赋予了全新的含义。与包含大型、笨重光学器件的传统模拟投影系统不同,DLP的数字化设计使一个小型的、结构更为紧凑的光学系统就可以产生重大的视觉冲击效果。

TI的开发人员和合作伙伴帮助超重的投影机进行了“减肥”,他们将DLP的电子元件压缩了一半,而同时,其表现比第一代系统亮度更高、对比度更强。使用一个单片DMD就可以实现大小、重量和亮度的统一,这将使用户可以得到一个更小、更亮、更易于携带而且足以提供出色图像质量的系统。

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