一、什么是ＤＬＰ數字投影

    ＤＬＰ是“ＤｉｇｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｏｎｇ”的縮寫。它的意思為數字光處理，也就是說這種技術要先把影像訊號經過數字處理，然后再把光投影出來。它是基于德儀公司開發的數字微反射鏡器件—ＤＭＤ來完成顯示數字可視信息的最終環節，而ＤＭＤ則是ＤｉｇｔａｌＭｉｃｒｏｍｕｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ的縮寫，字面意思為數字微鏡元件，這是指在ＤＬＰ技術系統中的核心——光學引擎心臟采用的數字微鏡晶片，它是在CMOS的標準半導體制程上，加上一個可以調變反射面的旋轉機構形成的器件。

    說得更具體些，就是ＤＬＰ投影技術是應用了數字微鏡晶片（ＤＭＤ）來做主要關鍵元件以實現數字光學處理過程。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（Color Wheel），將光分成R、G、B三色，再將色彩由透鏡成像在ＤＮＤ上。以同步訊號的方法，把數字旋轉鏡片的電訊號，將連續光轉為灰階，配合R、G、B三種顏色而將色彩表現出來，最后在經過鏡頭投影成像。

二、數字光學處理過程

    如上所述，ＤＭＤ器件是ＤＬＰ的基礎。單片、雙片以及多片ＤＬＰ系統被設計出來以滿足不同市場的需要。一個ＤＬＰ為基礎的投影系統包括內存及信號處理功能來支持全數字方法。ＤＬＰ投影機的其它元素包括一個光源、一個顏色濾波系統、一個冷卻系統、照明及投影光學元件。

    一個ＤＭＤ可被簡單描述成為一個半導體光開關。成千上萬個微小的方形16x16um鏡片，被建造在靜態隨機存取內存（SRAM）上方的鉸鏈結構上而組成ＤＭＤ。

    每一個鏡片可以通斷一個象素的光。鉸鏈結構允許鏡片在兩個狀態之間傾斜，+１０度為“開”。-１０度為“關”，當鏡片不工作時，它們處于０度“停泊”狀態。

    根據應用的需要，一個ＤＬＰ系統可以接收數字或模擬信號。模擬信號可在ＤＬＰ的或原設備生產廠家（OEM's）的前端處理中轉換為數字信號，任何隔行視頻信號通過內插處理被轉換成一個全圖形幀視頻信號。從此，信號通過ＤＬＰ視頻處理變成先進的紅、綠、藍（RGB）數據，先進的RGB數據然后格式化為全部二進制數據的平面。

    一旦視頻或圖形信號在一種數字格式下，就被送入ＤＭＤ。信息的每一個象素按照1：1的比例被直接映射在它自己的鏡片上，提供精確的數字控制，如果信號是640x480象素，器件中央的640x480鏡片采取動作。這一區域處的其它鏡片將簡單的被置于“關”的位置。

    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。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制（PWM）。鏡片可以在一秒內開關1000多次，這一相當快的速度允許數字灰度等級和顏色再現。

    在這一點上，ＤＬＰ成為一個簡單的光學系統。通過聚光透鏡以及顏色濾波系統后，來自投影燈的光線被直接照射在ＤＭＤ上。當鏡片在開的位置上時，它們通過投影透鏡將光反射到屏幕上形成一個數字的方型象素投影圖像。 如下圖

圖片介紹：三個鏡片有效地反射光線來投影一個數字形象。入射光射到三個鏡片象素上，兩個外面的鏡片設置為開，反射光線通過投影鏡頭然后投射在屏幕上。這兩個“開”狀態的鏡片產生方形白色象素圖形。中央鏡片傾斜到“關”的位置。這一鏡片將入射光反射偏離開投影鏡頭而射入光吸收器，以致在那個特別的象素上沒有光反射上去，形成一個方形、黑色象素圖像。同理，剩下的508797個鏡片象素將光線反射到屏幕上或反射離開鏡片，通過使用一個彩色濾光系統以及改變適量的508，800ＤＭＤ鏡片的每個鏡片為開態，一個全彩色數字圖像被投影到屏幕上。

三、ＤＬＰ技術的優勢

1.　噪音優勢

    技術發展至今天，我們已經擁有了數字撲捉、編輯、廣播、接收數字信息的能力，不過必須先把它轉換成模擬信號后才能顯示。信號每次由數字轉換為模擬（D/A）或從模擬轉換為數字（A/D），信號噪音都會進入數據通道，轉換越少噪聲越降，并且當（A/D）、（D/A）轉換器減少時成本隨之降低。由于ＤＬＰ固有的數字性質能使噪聲消失，因為ＤＬＰ具有完成數字視頻底層結構的最后環節的能力，并且為開發數字可視通信環境提供了一個平臺，ＤＬＰ技術提供了一個可以達到的顯示數字信號的投影方法，這樣就完成了全數字底層結構，具有最少的信號噪音。

圖片為視頻底層結構。ＤＬＰ為一個完全數字視頻底層結構提供了最后環節

2　精確的灰度等級

    它的數字性質可以獲得具有精確數字灰度等級的精細的圖像質量以及顏色再現。ＤＬＰ比之要競爭的透射式液晶顯示（的ＬＣＤ）技術更有效，因為它以反射式ＤＭＤ為基礎，不需要偏振光；并且因為每個視頻或圖像幀是由數字產生，每種顏色8位到10位的灰度等級，精確的數字圖象可以一次又一次地重新再現。例如：一個每種顏色為8位的灰度等級使每個原色產生256不同的灰度，允許數字化生成256x3，或16.7百萬個不同的顏色組合。

ＤＬＰ可產生數字灰度等級和顏色等級。假設每種顏色用8位，可以數字化地產生16.7x10的6次方個顏色組合。以上是每一種原色不同灰度的幾種組合和產生的數字象素顏色。

3.　反射優勢

    因為ＤＭＤ是一種反射器件，它有超過60%的光效率，使得ＤＬＰ系統比ＬＣＤ投影顯示更有效率。這一效率是反射率、填充因子、衍射效率和實際鏡片“開”時間產生的結果。

    而ＬＣＤ依賴于偏振，所以其中一個偏振光沒有用。這意味著50%的燈光甚至從來不進入ＬＣＤ，因為這些光被偏振片濾掉了。剩下的光被ＬＣＤ單元中的晶體管、門、以及信號源的線所阻擋。除了這些光損失外，液晶材料本身吸收了一部分光，結果是只有一少部分入射光透過ＬＣＤ面板照到屏幕上。最近，ＬＣＤ在光學孔徑和光傳輸上有經驗上的進展，但它的性能仍然有局限，因為它們依賴于偏振光。

4　無縫圖像優勢

    ＤＭＤ上的小方鏡面積為16um平方，每個間隔1um，給出大于90%的填充因子。換言之，90%的象素/鏡片面積可以有效地反射光而形成投影圖像。整個陣列保持了象素尺寸及間隔的均勻性，并且不依賴于分辨率。越高的ＤＭＤ填充因子給予出越高的可見分辨率，這樣，加上逐行掃描，創造出比普通投影機更加真實自然的活生生的投影圖像。

5.　可靠性

    ＤＬＰ系統成功地完成了一系列規定的、環境的及操作的測試。選擇已證明可靠的標準元件來組成用于驅動ＤＭＤ的數字電路。對于照明和投影透鏡，無明顯的可靠性降低的現象。絕大部分可靠性測試集中在ＤＭＤ上，因為它依賴于移動鉸鏈結構。為測試鉸鏈失靈，大約100個不同的ＤＭＤ被用于模擬一年的操作。一些ＤＭＤ已經被測試了超過1G次循環，相當于20年的操作。在這些測試以后檢查這些器件 ，發現在任何器件上均無鉸鏈折斷現象。鉸鏈失靈不是ＤＭＤ可靠性的一個因素。

    ＤＭＤ已通過所有標準半導體合格測試。它還通過了模擬ＤＭＤ實際操作環境條件的障礙測試，包括熱沖擊、溫度循環、耐潮濕、機械沖擊，振動及加速實驗�；�于數千小時的壽命及環境測試，ＤＭＤ和ＤＬＰ系統表現出內在的可靠性。

四、ＤＬＰ系統簡介

    通過多種配置，ＤＬＰ可以滿足一個廣泛的不同種類的市場和需要。每一種ＤＬＰ系統都可實現優秀的投影質量，單片ＤＬＰ系統年可提供誘人的性能價格比，三片ＤＬＰ系統可提供最高亮度的性能，能顯示高達幾千流明的亮度。雙片ＤＬＰ系統依靠單片的顏色濾波系統和三片的分光秀鏡概念可提供ＤＬＰ的另一種性能水平。這三種ＤＬＰ系統為ＤＬＰ提供了滿足從臺式監視器到未來的數字電影的廣泛的投影機市場的能力。下面解釋單片、雙片和三片ＤＬＰ系統如何用來投影數字彩色影像。

1.　單片ＤＬＰ系統

    在一個單ＤＭＤ投影系統中，用一個色輪來產生全彩色投影圖像。色輪是由一個紅、綠、藍濾波系統組成，它以60Hz的頻率轉動，每秒提供180色場。在這種結構中，ＤＬＰ工作在順序顏色模式。

    輸入信號被轉化RGB數據，數據按順序寫入ＤＭＤ的SRAM，白光光源通過聚焦透鏡聚集焦在色輪上，通過色輪的光線然后成象在ＤＭＤ的表面。當色輪旋轉時，紅、綠、藍光順序地射在ＤＭＤ上。色輪和視頻圖像是順序進行的，所以當紅光射到ＤＭＤ上時，鏡片按照紅色信息應該顯示的位置和強度傾斜到“開”，綠色和藍色光及視頻信號亦是如此工作。人體視覺系統集中紅、綠、藍信息并看到一個全彩色圖像。通過投影透鏡，在ＤＭＤ表面形成的圖像可以被投影到一個大屏幕上。

單片ＤＬＰ投影系統。白光聚焦在以60Hz旋轉的色輪濾光系統上，這個輪子以紅、綠、藍的順序旋轉，將視頻信號送到ＤＭＤ。依照每個電視場中每個彩色的位置及亮度，鏡片打開。人體視覺系統將順序的顏色疊加在一起，看到一幅全彩色圖像

    因為電視系統委員會（NTSC）制定的電視場為16.7毫秒（1/60秒），每一原色必須被顯示在5.6毫秒。因為ＤＭＤ有一個小于20微秒的開關速度，一個8比特/顏色的灰度等級（256灰度）可以用單ＤＭＤ系統實現。這給出每一原色256灰度，或者說能夠產生256的3次方（16.7x 10的6次方）種顏色組合。

    當使用一個色輪時，在任一給定的時間內有2/3的光線被阻擋。當白光射到紅色濾光片時，紅光透過，而藍光和綠光被吸收。藍光和綠光擁有同樣的道理，藍色濾光片通過藍光而吸收紅、綠光；綠包濾光片通過綠色而吸收紅、藍光。

2.　三片ＤＬＰ系統

    另外一種添加顏色的方法是將白光通過棱鏡系統分成三原色。這種方法使用三個ＤＭＤ，一個ＤＭＤ對應于一種原色。應用三片ＤＬＰ投影系統的主要原因為了增加亮度。通過三片ＤＭＤ，對整個16.7毫秒的電視場，來自每一原色的光可直接連續地投射到它自己的ＤＭＤ上。結果是更多的光線到達屏幕，給出一個更亮的投影圖像，除了已增加的亮度，可使用更高字節的顏色。因為光線在整個電視場直接投到每個ＤＭＤ上，使每種顏色10比特灰度等級成為可能。這種高效的三片投影系統將被用在大屏幕和高亮度應用領域。 

３.　雙片ＤＬＰ系統

    此外還有州一種獨特的雙ＤＭＤ結構，為某些投影顯示應用提供了理想的工具。這一系統利用了一般金屬鹵化物投影燈光譜平衡輸出的優點。

    單片和三片ＤＬＰ系統為了光譜平衡輸出依靠來自投影燈的相等數量的紅、綠、藍光。為了在單片ＤＬＰ系統中得到均勻顏色的光，設計了順序濾色片系統來通過一個來自三原色的均衡數量的光。為了低成本和高效率，在單片系統中使用了金屬鹵化物燈。三原色中任意一種多余的光線可用來提高整體的光輸出，或者多余的光被顏色濾光片的密度濾掉來保持光譜的均勻性。典型地，在投影工業中要在光輸出和精確的顏色水平之間進行權衡。

    應用來自單片ＤＬＰ系統的順序色輪的方法以及來自三片ＤＬＰ系統的雙色分光棱鏡的概念，雙片ＤＬＰ系統利用了金屬鹵化物燈紅光缺乏的優點。這一系統中的色輪不用紅、綠、藍濾光片，取而代之，系統使用兩個輔助顏色，品紅和黃色。色輪的品紅片段允許紅光和藍光通過，同時黃色片段可通過紅色和綠色。結果是紅光一直通過濾色系統，紅光在所有時間內都通過，藍色和綠色在品紅-黃色色輪交替旋轉中每種光實質上占用一半時間。

    一旦通過色輪，光線直接射到雙色分光棱鏡系統上。在這點，連續的紅光被分離出來而射到專門用來處理紅光和紅色視頻信號的ＤＭＤ上，順序的藍色與綠色光投射到另一個ＤＭＤ上，專門處理交替顏色，這一ＤＭＤ由綠色和藍色視頻信號驅動。

雙片ＤＬＰ投影系統。紅光通過棱鏡系統直接照射在它自己的ＤＭＤ上，同時藍光和綠光順序照射到另外的ＤＭＤ上，這兩種顏色組合成青色。不同的紅色與青色混合形成非常協調的全彩色圖像

    單片ＤＬＰ系統中，紅光只能通過1/3的時間，與此相比，雙片系統紅光輸出是原來的大約三倍。并且因為色輪現在只由兩個而不是三個濾光片組成，在一給定的視頻畫面中藍光和綠光輸出增加了大約50%（16.7ms/2=8.35ms,8.35ms/5.6ms-1=49.1%)。

    盡管一般金屬鹵化物燈紅光缺乏，三倍的紅光輸出以及藍光和綠光輸出50%的增大，使雙片ＤＬＰ系統有能力產生優秀逼真的顏色。由于更多的光在更長的時間內被收集，光學效率也很高了。二片ＤＬＰ系統的結構能夠對每瓦輸入得到大于3流明的光譜平衡光輸出。

五、ＤＬＰ技術的發展

    ＤＬＰ投影技術的關鍵是ＤＭＤ器件，為了提高集光效率和ＤＭＤ的良率，德儀公司首先將每一個微小鏡片（Micro mirror）的尺寸從２年前的１７μm減小到１４μm，ＤＭＤ的晶片縮小后，良率也隨之增加。同時制程中鏡片的旋轉軸的尺寸也減小，以提高收光效能。目前最大的突破是鏡片的旋轉角度從10度增加到12度，若以系統的集光效率觀之，此增加角度的動作F/#會從３.５提高到３.０，此整體的ＤＬＰ光機引擎的效率已經可與ＬＣＤD投影機相媲美了。

    在ＤＬＰ技術應用市場方面，與ＬＣＤ投影技術相比，ＤＬＰ投影的最大優勢在于有高解析度與高亮度等優點，圖像更加清晰銳利，黑色和白色更純正，灰度層次更加豐富，更具有體積小和重量輕的優勢。其應用正逐漸朝向大型投影機及電影放映機（Digital Cinema）用等高階機種以及２kg（或低于２kg）以下超小型等兩極化方向發展。特別是在大型會場投影放映中，目前仍是以ＤＬＰ投影機一枝獨秀。

    如今，投影技術最大的應用市場其實是在家用電視中，隨著經濟生活水平的提高以及數字技術的發展，未來數字電視的開播將為此市場大門的打開起到決定性的作用，因此無論做為前投影還是做為背投影，ＤＬＰ技術的投影機都將在這一市場中得到新的應用。

    放眼未來，ＤＬＰ技術具有微機電高速成長的產業相助，同時也有巨大的應用市場正在開發之中，應用前景非常看好。目前廠商應及時掌握ＤＬＰ技術及ＤＭＤ器件的開發動態，同時掌握投影顯示器中的其他關鍵技術，在最佳的時間點將產品推出，獲取最大的利潤。