最精密“光开关” DLP投影技术深度解析

最精密“光开关” DLP投影技术深度解析

出处：pconline 2010年01月03日 作者：指不定 责任编辑：zhangkaijun

 

　　为了方便用户了解DLP技术，德州仪器也制作了一段DEMO视频展示DLP投影机的成像原理（视频点此）。通过视频我们可以看到，当灯泡发出的光线经过聚透镜和色轮后，被分解为R、G、B三原色投射到DMD芯片上，光线再经过DMD镜片的反射后由投影镜头投影成像。当然，读者也可以通过我们的拆解对DLP投影机做大致了解（点此进入明基MP724拆解）。

DLP投影机结构示意图

　　如果想探索DLP投影机的原理，必须要搞清色轮和DMD芯片两部分，下面我们便对这两部分进行详细的介绍。

　　色轮（COLOR WHEEL）在DLP投影机中的作用是色彩的分离和处理，只有单片式DLP和双片式DLP投影机需要安装色轮，三片式DLP投影机则不需要色轮。那么色轮又是如何实现色彩的分离和处理的呢?

　　这需要从光的原理谈起，太阳光、白炽灯光、荧光灯光都是复合光，投影机灯泡发出的光线当然也在复合光的范畴之内。复合光总包含了不同演示、不同频率的光线（单频率光线为激光）。色轮通过高速旋转将复合光过滤成红、绿、蓝三原色光。

　　色轮的表面是非常薄的金属层，这层金属层采用的是真空镀膜技术，镀膜的厚度根据红绿蓝三色的光谱波长相对应。白色光通过金属镀膜层时，所对应的光谱波长的色彩将透过色轮，其它色彩则被阻挡和吸收，从而完成对白色光的分离和过滤。

　　目前单片DLP投影机，色彩与亮度是成倒数关系的，亮度提高，则色彩一定会损失，而色彩提高，亮度一定会降低，这是因为DLP投影机的颜色是通过色轮的RGB三色组合而成的，其光效率只能达到60%。当然，要提高光效率，可以用在色轮上增加一片无色的滤光片来实现。增加无色滤光片后，光效率可以提高20%左右，但由于无色滤光片透过的是白光，叠加在三原色光上，使画面比其原始的表现要明亮些，以至降低了色彩饱和度，使DLP的画面表现的色彩单薄，并且产生抖动或者说是闪烁感。

明基MP724投影机的色轮

　　当然，色轮实现色彩的分离和过滤需要通过色轮的高速工作运转来实现的。据了解，最早的色轮每秒60转，也叫做叫1倍速转速。1倍速色轮RGB每个颜色每秒钟旋转60次，意味着颜色出现的频率是60Hz。有关试验表明，色轮转速为150-250Hz时，很少有人能看到“彩虹效应”，而超过300Hz时，基本上就没有人能够看到了。

　　由于转速有限，同时DMD中的微镜的工作原理（DMD工作原理我们会在下一页中进行详细秒速），早期的DLP投影机极易出现彩虹现象。彩虹现象是指观众会看到DLP投影机的画面中物体的边缘有红绿蓝色的拖影。当然，能否看到彩虹现象不仅取决于投影机的性能，还和不同的人眼有关，据调查大部分观众看不到到DLP投影机的彩虹现象，不过对于能看到彩虹现象的观众来说，如此之差的画面表现效果显然是难以接受的。

　　为了解决彩虹现象，各大投影机厂商便在色轮上做足了功夫，最简洁有效的方法便是提升色轮的转速。从早期的1倍速提升至目前的6倍速，目前的色轮最高转速已经能达到360转每秒，即360Hz。6倍速的色轮基本上消灭了彩虹现象，但是由于成本和技术的限制，目前大多数投影机采用的还是4倍速色轮。

　　除了提升色轮的转速，DLP投影机制造商们还在增加色轮的段数。早期的色轮由红绿蓝三段式组成，不仅容易产生彩虹现象，光的利用率也只有60%左右，这也是为什么早期的DLP投影机亮度始终在几百流明以下徘徊的原因。后来德州仪器和DLP投影机制造商又先后推出了四段式、五段式、六段式、七段式、八段式色轮……那么，增加的段数都是哪些颜色呢？增加色轮的段数又有什么好处呢？

　　其中四段式色轮是在传统的三段式色轮增加了一段无色的滤光片，光效率可以提升了20%左右。但是由于无色滤光片透过的是白光，叠加在三原色光上，使画面比其原始的表现要明亮些。这种通过增加无色滤片（通常说法为白色段）的方法虽然增加了投影机的亮度，但是投影机的色彩饱和度却有了明显下降。因为透明滤片经过时，会冲淡前面的色彩，并且会造成有白点闪过的错觉，因此会让人感觉到画面抖动。这也是DLP投影机所被诟病的另外一个问题了——“色彩亮度”偏低。关于色彩亮度的问题也可以点此查阅。

　　五段式色轮是在四段式色轮上增加了黄色滤片，有效的利用了灯泡在580nm波长中的能量，明基将这种色轮称为“黄金色轮”，东芝将这种色轮称为“旋彩轮”……不同的厂商有不同的称呼。五段式色轮提升了DLP投影机的色彩表现，但是画质提升有限，画面抖动的现象也依然存在。

　　六段式色轮分为好几种，不同的DLP投影机制造商生产的六段式色轮可能都不相同。在各种六段式色轮中，其中应用最多的便是双重三段式色轮，这种色轮采用的是红绿蓝红绿蓝（RGBRGB）双重色段的排列方式，在RGB三段色轮的基础上，又增加了RGB滤片各一段。这样设计最大的好处便是提升了RGB颜色出现的频率，比如在1倍速色轮中RGB颜色出现的频率由三段式的60Hz提升到了120Hz。当然，由于取消了白色滤光片，采用6段式色轮的投影机亮度也大大下降。

　　而七段式色轮和八段式色轮由于应用较少，我们便不作讨论。下面我们来了解另外两种色轮，SCR增益色轮和极致色彩所采用的色轮。

　　SCR（Sequential Color Recapture）也称连续色彩补偿技术，其基本原理与以上色轮技术相似，不同之处在于色轮表面采用阿基米德原理螺旋状光学镀膜，集光柱（光通道）采用特殊的增益技术，可以补偿部分反射光，使系统亮度有较大提高（约40%）。但该色轮的处理技术相对较复杂，目前只有少数投影机厂家在产品中采用。

　　极致色彩技术(BrilliantColor)是德州仪器在2005年宣布问世的新型色彩处理增强技术。简单来说，极致色彩技术便是采用三原色和三补色结合的色轮，以及适当的色彩调配算法电路，以达到提升单片式DLP投影机色彩显示能力的目的。不过需要注意的是，德州仪器仅仅提出了这一技术理念，各家DLP投影机制造商根据实际情况的不同设计的极致色彩技术色轮也各不相同，所以成像质量也有很大的差别。但是极致色彩技术引领DLP投影机从传统的三色处理全面进入到多色处理的新时代，注定将会在DLP投影机的发展史中留下浓厚的一笔。