簡介

DLP是"Digital Light Procession"的縮寫 。它的意思為數(shù)字光處理，也就是說這種技術要先把影像訊號經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。它是基于德儀公司開發(fā)的數(shù)字微反射鏡器件-DMD來完成顯示數(shù)字可視信息的最終環(huán)節(jié)，而DMD則是Digtal Micromirror Device的縮寫，字面意思為數(shù)字微鏡元件，這是指在DLP技術系統(tǒng)中的核心–光學引擎心臟采用的數(shù)字微鏡晶片，它是在CMOS的標準半導體制程上，加上一個可以調(diào)變反射面的旋轉(zhuǎn)機構形成的器件。
說得更具體些，就是DLP投影技術是應用了數(shù)字微鏡晶片(DMD)來做主要關鍵元件以實現(xiàn)數(shù)字光學處理過程。其原理是將光源藉由一個積分器(Integrator)，將光均勻化，通過一個有色彩三原色的色環(huán)(ColorWheel)，將光分成R、G、B三色，再將色彩由透鏡成像在DMD上。以同步訊號的方法，把數(shù)字旋轉(zhuǎn)鏡片的電訊號，將連續(xù)光轉(zhuǎn)為灰階，配合R、G、B三種顏色而將色彩表現(xiàn)出來，最后在經(jīng)過鏡頭投影成像。
DLP是美國德州儀器公司以數(shù)字微鏡裝置DMD芯片作為成像器件，通過調(diào)節(jié)反射光實現(xiàn)投射圖像的一種投影技術。它與液晶投影機有很大的不同，它的成像是通過成千上萬個微小的鏡片反射光線來實現(xiàn)的。DLP芯片的核心技術一直控制 在美國的德州儀器，DLP技術似乎在追逐著IntelInside的道路，因為它要求所有采用DLP技術的投影機產(chǎn)品都必須打上DLP的標志。不管其是否會取得Intel在PC領域那樣的成就，至少顯示了其領導投影機底層技術的決心。DLP的生產(chǎn)廠家主要為歐美廠商，如ASK、惠普、麗訊等。

DLP投影技術優(yōu)點
DLP投影機的技術是反射式投影技術。反射式DMD器件的應用，DLP投影機擁有反射優(yōu)勢，在對比度和均勻性都非常出色，圖像清晰度高、畫面均勻、色彩銳利，并且圖像噪聲消失，畫面質(zhì)量穩(wěn)定，精確的數(shù)字圖像可不斷再現(xiàn)，而且歷久彌新。

由于普通DLP投影機用一片DMD芯片，最明顯的優(yōu)點就是外型小巧，投影機可以做得很緊湊。現(xiàn)市場上所有的1.5公斤以下的迷你型投影機都是DLP式，大多數(shù)LCD投影機要超過2.5公斤。

DLP投影機的另一個優(yōu)點是圖像流暢,反差大。這些視頻優(yōu)點使其成為家庭影院世界中之首選品種。有較高的對比度，現(xiàn)在，大多數(shù)DLP投影機的對比度可做到600:1到800:1的之間，低價位的也可達450:1。LCD投影機對比度只在400:1附近，而低價位的才250:1。畫面的視感沖擊強烈，沒有像素結構感，形象自然。

DLP投影機還有一個優(yōu)點是顆粒感弱。在SVGA(800×600)格式分辨率上，DLP投影機的像素結構比LCD弱，只要相對可視距離和投影圖像畫面大小調(diào)得合適，已經(jīng)看不出像素結構

DLP投影技術缺點
DLP投影機還有一個優(yōu)點是顆粒感弱。在SVGA(800×600)格式分辨率上，DLP投影機的像素結構比LCD弱，只要相對可視距離和投影圖像畫面大小調(diào)得合適，已經(jīng)看不出像素結構DLP投影機的色彩效果依靠色輪和DMD芯片運動息息相關，單芯片DLP投影系統(tǒng)采用的反射式結構，特別是在中低端產(chǎn)品中，單芯片DLP投影系統(tǒng)在圖像顏色的還原上比采用三原色混合LCD投影機稍遜一籌，色彩不夠鮮艷生動。

作為DLP技術的擁有者，德州儀器并不生產(chǎn)投影機等終端產(chǎn)品，而僅僅為廠商提供DMD芯片和視頻處理芯片，這在一定程度上保證了DLP投影機市場的競爭的公平性。目前世界上非日系投影機品牌大多采用DLP技術，在日系品牌中包括三菱電機、日立、夏普等品牌中DLP投影機也占據(jù)了較為重要的位置，據(jù)不完全統(tǒng)計目前采用DLP技術的投影機品牌已經(jīng)多達80個左右。

色輪
為了方便用戶了解DLP技術，德州儀器也制作了一段DEMO視頻展示DLP投影機的成像原理（視頻點此）。通過視頻我們可以看到，當燈泡發(fā)出的光線經(jīng)過聚透鏡和色輪后，被分解為R、G、B三原色投射到DMD芯片上，光線再經(jīng)過DMD鏡片的反射后由投影鏡頭投影成像。

色輪（COLOR WHEEL）在DLP投影機中的作用是色彩的分離和處理，只有單片式DLP和雙片式DLP投影機需要安裝色輪，三片式DLP投影機則不需要色輪。那么色輪又是如何實現(xiàn)色彩的分離和處理的呢?

這需要從光的原理談起，太陽光、白熾燈光、熒光燈光都是復合光，投影機燈泡發(fā)出的光線當然也在復合光的范疇之內(nèi)。復合光總包含了不同演示、不同頻率的光線（單頻率光線為激光）。色輪通過高速旋轉(zhuǎn)將復合光過濾成紅、綠、藍三原色光。

色輪的表面是非常薄的金屬層，這層金屬層采用的是真空鍍膜技術，鍍膜的厚度根據(jù)紅綠藍三色的光譜波長相對應。白色光通過金屬鍍膜層時，所對應的光譜波長的色彩將透過色輪，其它色彩則被阻擋和吸收，從而完成對白色光的分離和過濾。

目前單片DLP投影機，色彩與亮度是成倒數(shù)關系的，亮度提高，則色彩一定會損失，而色彩提高，亮度一定會降低，這是因為DLP投影機的顏色是通過色輪的RGB三色組合而成的，其光效率只能達到60%。當然，要提高光效率，可以用在色輪上增加一片無色的濾光片來實現(xiàn)。增加無色濾光片后，光效率可以提高20%左右，但由于無色濾光片透過的是白光，疊加在三原色光上，使畫面比其原始的表現(xiàn)要明亮些，以至降低了色彩飽和度，使DLP的畫面表現(xiàn)的色彩單薄，并且產(chǎn)生抖動或者說是閃爍感。

當然，色輪實現(xiàn)色彩的分離和過濾需要通過色輪的高速工作運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。據(jù)了解，最早的色輪每秒60轉(zhuǎn)，也叫做叫1倍速轉(zhuǎn)速。1倍速色輪RGB每個顏色每秒鐘旋轉(zhuǎn)60次，意味著顏色出現(xiàn)的頻率是60Hz。有關試驗表明，色輪轉(zhuǎn)速為150-250Hz時，很少有人能看到“彩虹效應”，而超過300Hz時，基本上就沒有人能夠看到了。

由于轉(zhuǎn)速有限，同時DMD中的微鏡的工作原理（DMD工作原理我們會在下一頁中進行詳細秒速），早期的DLP投影機極易出現(xiàn)彩虹現(xiàn)象。彩虹現(xiàn)象是指觀眾會看到DLP投影機的畫面中物體的邊緣有紅綠藍色的拖影。當然，能否看到彩虹現(xiàn)象不僅取決于投影機的性能，還和不同的人眼有關，據(jù)調(diào)查大部分觀眾看不到到DLP投影機的彩虹現(xiàn)象，不過對于能看到彩虹現(xiàn)象的觀眾來說，如此之差的畫面表現(xiàn)效果顯然是難以接受的。

為了解決彩虹現(xiàn)象，各大投影機廠商便在色輪上做足了功夫，最簡潔有效的方法便是提升色輪的轉(zhuǎn)速。從早期的1倍速提升至目前的6倍速，目前的色輪最高轉(zhuǎn)速已經(jīng)能達到360轉(zhuǎn)每秒，即360Hz。6倍速的色輪基本上消滅了彩虹現(xiàn)象，但是由于成本和技術的限制，目前大多數(shù)投影機采用的還是4倍速色輪。

除了提升色輪的轉(zhuǎn)速，DLP投影機制造商們還在增加色輪的段數(shù)。早期的色輪由紅綠藍三段式組成，不僅容易產(chǎn)生彩虹現(xiàn)象，光的利用率也只有60%左右，這也是為什么早期的DLP投影機亮度始終在幾百流明以下徘徊的原因。后來德州儀器和DLP投影機制造商又先后推出了四段式、五段式、六段式、七段式、八段式色輪……那么，增加的段數(shù)都是哪些顏色呢？增加色輪的段數(shù)又有什么好處呢？

其中四段式色輪是在傳統(tǒng)的三段式色輪增加了一段無色的濾光片，光效率可以提升了20%左右。但是由于無色濾光片透過的是白光，疊加在三原色光上，使畫面比其原始的表現(xiàn)要明亮些。這種通過增加無色濾片（通常說法為白色段）的方法雖然增加了投影機的亮度，但是投影機的色彩飽和度卻有了明顯下降。因為透明濾片經(jīng)過時，會沖淡前面的色彩，并且會造成有白點閃過的錯覺，因此會讓人感覺到畫面抖動。這也是DLP投影機所被詬病的另外一個問題了——“色彩亮度”偏低。關于色彩亮度的問題也可以點此查閱。

五段式色輪是在四段式色輪上增加了黃色濾片，有效的利用了燈泡在580nm波長中的能量，明基將這種色輪稱為“黃金色輪”，東芝將這種色輪稱為“旋彩輪”……不同的廠商有不同的稱呼。五段式色輪提升了DLP投影機的色彩表現(xiàn)，但是畫質(zhì)提升有限，畫面抖動的現(xiàn)象也依然存在。

六段式色輪分為好幾種，不同的DLP投影機制造商生產(chǎn)的六段式色輪可能都不相同。在各種六段式色輪中，其中應用最多的便是雙重三段式色輪，這種色輪采用的是紅綠藍紅綠藍（RGBRGB）雙重色段的排列方式，在RGB三段色輪的基礎上，又增加了RGB濾片各一段。這樣設計最大的好處便是提升了RGB顏色出現(xiàn)的頻率，比如在1倍速色輪中RGB顏色出現(xiàn)的頻率由三段式的60Hz提升到了120Hz。當然，由于取消了白色濾光片，采用6段式色輪的投影機亮度也大大下降。

而七段式色輪和八段式色輪由于應用較少，我們便不作討論。下面我們來了解另外兩種色輪，SCR增益色輪和極致色彩所采用的色輪。

SCR（Sequential Color Recapture）也稱連續(xù)色彩補償技術，其基本原理與以上色輪技術相似，不同之處在于色輪表面采用阿基米德原理螺旋狀光學鍍膜，集光柱（光通道）采用特殊的增益技術，可以補償部分反射光，使系統(tǒng)亮度有較大提高（約40%）。但該色輪的處理技術相對較復雜，目前只有少數(shù)投影機廠家在產(chǎn)品中采用。

極致色彩技術(BrilliantColor)是德州儀器在2005年宣布問世的新型色彩處理增強技術。簡單來說，極致色彩技術便是采用三原色和三補色結合的色輪，以及適當?shù)纳收{(diào)配算法電路，以達到提升單片式DLP投影機色彩顯示能力的目的。不過需要注意的是，德州儀器僅僅提出了這一技術理念，各家DLP投影機制造商根據(jù)實際情況的不同設計的極致色彩技術色輪也各不相同，所以成像質(zhì)量也有很大的差別。但是極致色彩技術引領DLP投影機從傳統(tǒng)的三色處理全面進入到多色處理的新時代，注定將會在DLP投影機的發(fā)展史中留下濃厚的一筆。

DMD芯片

DMD的作用就是將色輪透過來的三原色光混合在一起，并且通過數(shù)據(jù)控制轉(zhuǎn)換為彩色圖像。雖然看似簡單，但是技術含量極高，那么DMD又是如何實現(xiàn)這一功能的呢？

DMD是一種整合的微機電上層結構電路單元，利用COMS SRAM記憶晶胞所制成。DMD上層結構的制造是從完整CMOS內(nèi)存電路開始，再透過光罩層的使用，制造出鋁金屬層和硬化光阻層交替的上層結構，鋁金屬層包括地址電極、絞鏈(hinge)、軛(yoke)和反射鏡，硬化光阻層做為犧牲層(sacrificiallayer)，用來形成兩個空氣間隙。鋁金屬經(jīng)過濺鍍沉積及等離子蝕刻處理，犧牲層則經(jīng)過等離子去灰(plasma—ashed)處理，制造出層間的空氣間隙。

如果從技術角度來看，DMD芯片的構造包括了電子電路、機械和光學三個方面。其中電子電路部分為控制電路，機械部分為控制鏡片轉(zhuǎn)動的結構部分，光學器件部分便是指鏡片部分。當DMD正常工作的時候，光線經(jīng)過DMD芯片，DMD表面布滿了體積微小的可轉(zhuǎn)動鏡片便會通過轉(zhuǎn)動來反射光線，每個鏡片的旋轉(zhuǎn)都是由電路來控制的。每個鏡子一次旋轉(zhuǎn)只反射一種顏色（例如，投射紫顏色像素的微鏡只負責在投影面上反射紅藍光，而投射桔紅色像素的微鏡只負責在投影面上按比例反射紅和綠光（紅色的比例高、綠色比例低），鏡子的旋轉(zhuǎn)速度可達到上千轉(zhuǎn)，如此之多的鏡子以如此之快的速度進行變化，光線通過鏡頭投射到屏幕上以后，給人的視覺器官造成錯覺，人的肉眼錯將快速閃動的三原色光混在一起，于是在投影的圖像上看到混合后的顏色。

如果你只想簡單的了解DMD的工作原理，上一段文字已經(jīng)夠用了。如果你想窮根究底，下面我們就來一起來全面而詳細的了解DMD芯片的構造和工作方式。

在DMD芯片的最上面由數(shù)十萬片面積為14×14微米、比頭發(fā)斷面還小的微鏡片組成，增加DMD內(nèi)微鏡片的數(shù)量，即可提高產(chǎn)品的分辨率，而不須改變微鏡片的大小 (例如分辨率為1024×768的投影機DMD芯片上有786432個小鏡片)，這些鏡面經(jīng)由下面被稱為“軛”的裝置鏈接，并被“扭力鉸鏈”控制，可以左右翻轉(zhuǎn)。前期的鏡片的翻轉(zhuǎn)角度僅為10°，后來德州儀器對鏡片下方的鏈接部分進行了改善和簡化，鏡片的翻轉(zhuǎn)角度提升到了12°。雖然僅僅提升了2度，但是成像過程中的雜散光線的影響被大大降低，對比度指標進一步提高。當記憶晶胞處于“ON”狀態(tài)時，反射鏡會旋轉(zhuǎn)至+12度，若記憶晶胞處于“OFF”狀態(tài)，反射鏡會旋轉(zhuǎn)至-12度。只要結合DMD以及適當光源和投影光學系統(tǒng)，反射鏡就會把入射光反射進入或是離開投影鏡頭的透光孔，使得“0N”狀態(tài)的反射鏡看起來非常明亮，“0FF”狀態(tài)的反射鏡看起來很黑暗。利用二位脈沖寬度調(diào)變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉(zhuǎn)式彩色濾鏡，再搭配一顆或三顆DMD芯片，即可得到彩色顯示效果。配有一顆DMD芯片的DLP投影系統(tǒng)稱為“單片DLP投影系統(tǒng)”，經(jīng)色輪過濾后的光，至少可生成1670萬種顏色。DMD的輸入是由電流代表的電子字符，輸出則是光學字符，這種光調(diào)變或開關技術又稱為二位脈沖寬度調(diào)變，它會把8位字符送至DMD的每個數(shù)字光開關輸入端，產(chǎn)生28或256個灰階。

目前DMD本身的光學有效面積也大大增強，已經(jīng)能占到整個芯片表面積的90%以上，有效提升了光學利用率。另外還有一點需要進行了解：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(tài)。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(diào)制（PWM）。

鏡片下方的“軛”和“扭力鉸鏈”采用被稱為“面微加工(surface micromachining)多晶矽”方法制作，具有機構穩(wěn)固性、靈活性強，成本低廉的特點。具體實現(xiàn)步驟是為機械單元選用鋁合金材料，并以傳統(tǒng)光阻作為犧牲空間。所有工作都在200℃以下完成，因此在晶片上增加MEMS時不會影響金屬化制程或電晶體，也不會影響已經(jīng)完成的CMOS電路。這種方法是MEMS微型反射鏡的標準基礎。同時又很好的解決了半導體制程、為機械制程和光學制程間肯能的相互破壞的問題。這種方法與其他MEMS制造方法全然不同， TI是目前仍采用這種方法的唯一一家公司。

DMD芯片主要的工作方式是依據(jù)后端電路傳遞給CMOS芯片的不同信號，調(diào)控片上每個微鏡的旋轉(zhuǎn)位置，進而使得照射在微鏡上的光線有選擇的反射道不同方向。作為微型數(shù)字光學處理器件，DMD不僅是DLP投影機的核心組建，而且也被廣泛應用到了印刷、可研等諸多需要數(shù)字光開關的領域，成為了微電子機械學MEMS最成功的產(chǎn)品之一。

DarkChip——很多投影業(yè)內(nèi)人士對這個詞也比較熟悉，我們經(jīng)常可以看到某些高端的1080p DLP投影機采用的是DarkChip4芯片組，那么其又是怎么回事呢？還有某些投影機特意標稱產(chǎn)品是“數(shù)據(jù)投影機”或者“視頻投影機”，他們之間采用的都是DLP技術，為什么會稱呼不同呢？

采用第一代DMD的DLP投影機僅僅是針對商務應用，分辨率是848X600，可以兼顧800X600的SVGA電腦標準和848x480的480p(16：9)視頻標準。這一代的DMD微鏡偏轉(zhuǎn)角度為10度，對比度400：1至800：1不等。之后DLP投影機推出的第二代DMD芯片便開始進入家庭影院市場（之前的家庭影院投影機大多采用CRT技術），第二代芯片鏡片的偏轉(zhuǎn)角度提升到了12度，分辨率也提升到了720p。

也就是從第二代DMD芯片開始，DLP投影機開始分為數(shù)據(jù)投影（商用）和視頻投影（家用）兩種按照應用方向發(fā)展的路線。德州儀器也對DMD芯片進行了最大的技術變革——將微鏡非光學面的金屬統(tǒng)統(tǒng)處理成黑色，此舉大大降低來自金屬反射出的雜散光，空前提升了DLP投影機的對比度，這一技術被稱為“Darkchip 1”。當然，Darkchip也在不斷的發(fā)展中，2007年9月德州儀器發(fā)布了最新一代“超黑”技術DarkChip 4，可將原始對比度提升高達30%。

責任編輯：PSY

原文標題：一文了解DLP投影技術

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