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14 umX 14 um (或16 umX 16 um),为便于调节 其方向与角度，在其下方均设有类似铰链作用的转动装置。微镜片的转动受控于来自CMOS RAM 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、镜片和轭板 (YOKE)以促使较链装置转动。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

2、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。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

3、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 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，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轭上，扭转铰链结 构连接轭和支柱，扭力铰链结构允许镜片旋

4、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。镜片、铰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。堆按至SRAM5EM Micrographs of the OMD s Sur face, 在一个地址电极上加上电压，连带着 I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

5、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16X16pm镜片，建造在一个静态 随机存取内存(SRAM)上方的铰链结构上而组成DMD。每一个镜片可以通断一个像素的光，铰链结构允 许镜片在两个状态之间倾斜，+12度为“开”，-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(MEMS superstructure cell)，它 是利用CMOSSRAM记忆晶胞所制成o 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(hardened photoresist)

6、交替的上层结构，铝金属层 包括地址电极(address electrode)、绞链(hinge)、轭(yoke)和反射镜，硬化光阻层则作为牺牲层(sacrificial layer)，用来形成两个 空气间隙(air gaps)。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(bina

7、ry pulsewidthmodulation),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)是将可供使用的字符时间(field time)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（light bundles），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，D

8、MD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

9、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，。徴镜扭转框纽寻址也槻电檢边板徴彊边板着陆端樞纽边板3步金属寻址扳连接至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。每个微镜都与一个轭板和一个铰链连 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wobulatior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：CMOS DDR SRAM 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

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