用于近眼显示器的DLP技术

1、用于近眼显示器的dlp技术投影机到智能手机。2014年，一种基于突破性微镜技术的全新dlp pico芯片组问世，这种微镜技术被称为dlp trp（参见图1）。德州仪器dlp trp芯片组的像素间距仅为5.4m，偏转角度增强到了17度，辨别率更高、功耗更低，并增加了图像处理功能，同时依旧保持了dlp技术一流的光学效率(图1)。德州仪器trp芯片组十分适用于任何在紧凑尺寸下要求以低功耗提供高辨别率和高亮度的显示系统。图1：德州仪器dlp trp技术：更小、更亮、功耗更低。什么是近眼？近眼显示器(ned) 也称为头戴式显示器(hmd)或可穿戴显示器，在一只眼睛或两只眼睛的视野范围内创建一个虚拟图像。

2、从人眼角度来看，虚拟图像看起来在一段距离以外，比创建图像所用的相对较小的显示板和光学器件要大。为了更好地了解近眼显示器所提供的体验，先来看另一种媒体：音频（图2）。图2：媒体从大型和分享到便携和个人化的演化。传统音箱体积大，不便于携带，并且打造的是分享的听觉体验。而耳机和耳塞体积小，便于携带，打造的是个人化的听觉体验。同样，电视和显示器体积大，不便于携带，打造的是分享的视觉体验。而近眼显示相当于显示领域的耳机，打造的是小巧、便携式、个人化的观察体验。什么是近眼显示器？近眼显示器(ned) 也称为头戴式显示器(hmd)或可穿戴显示器，在一只眼睛或两只眼睛的视野范围内创建一个虚拟图像。从人眼角度来

3、看，虚拟图像看起来在一段距离以外，比创建图像所用的相对较小的显示板和光学器件要大。与传统显示器相比，近眼显示有多个关键优势： 尺寸小、分量轻、便于携带； 功耗极低； 可透视。大屏幕电视体积很大，然而近眼显示可在小巧、可穿戴尺寸的封装内产生看起来与大屏幕电视类似的虚拟图像。近眼显示器大致可分为两大类：沉醉式和透视式(参见图3)：图3：近眼显示器的两大类别。 沉醉式近眼显示器阻止用户的现实世界视野，打造大视场角图像，通常，影院眼镜为30度60度，虚拟现实显示器为90度以上。这些产品可作为用户的个人影院或嬉戏环境。 透视式近眼显示器用法户的现实世界视场处于开放状态，创建透亮的图像或十分小的不透亮图像

4、，只阻止用户的小部分周边视觉。透视式类别可分为两种应用：增加现实和智能眼镜。增加现实近眼显示的视场角通常为20度60度，在用户的现实世界视场之上笼罩信息和图形。智能眼镜(如谷歌眼镜)的视场角通常更小，用户会定期看几眼而不是延续地扫瞄显示器。近眼显示器可用于工业控制和消费市场的多种应用中(表1)。表1：近眼显示器可用于工业控制和消费电子市场的多种应用中。采纳dlp技术的近眼显示器系统光学要素dlp 技术兼容多种近眼显示光学系统(图4)。通常状况下，采纳dlp技术的光学系统必需包含： 一个照明系统 包含光源( 通常为rgb )和照明光学器件，把光引导到dmd上； dmd能够智能地反射入射光，从而创

5、建图像； 一个光学系统收集从dmd反射的光，并将这些光导入人眼。图4：光学系统概述。有关近眼显示器光学系统的一个常见误区是，认为显示是由一个小型投影模块在一个半透亮的表面(如眼镜镜片)上投放图像来产生的。这样并不行行，由于眼睛无法将焦点放在离它很近的物体上。事实上，近眼显示器光学系统与传统的投影系统存在很大差别近眼显示器不在某个表面创建真切的图像，而是形成光瞳，人眼作为光学链路中的最后一个元件，在视网膜上未来自光瞳的光转换为图像。基于波导的设计(图5)特殊好玩，由于这些设计具有透亮显示器和光瞳扩张功能。波导在输入处采集光，然后把光传送到人眼。它使微显示器、光学系统和照明可以放在人眼范围以外的地

6、方，例如在头部的一侧，在人眼前面只留下相对较小且轻便透亮的波导光学元件。图5：采纳dlp技术的基本波导光学系统(未展示照明光学器件)。光学设计的权衡近眼显示系统的光学设计需要多方面的权衡，四个关键参数分离为视场角、辨别率、对照度和系统尺寸。控制视场角的因素主要有三个：.dmd尺寸；.光学系统的光圈值；.波导输入处的光瞳大小。图6显示了光瞳直径为5mm时，各种dmd尺寸下光圈值与对角线视场角的对照。关键参数包括： dmd尺寸视场角和辨别率要求是dmd对角线尺寸需求的推进因素。视场角越大需要的dmd就越大，进而因为光学系统较大而使系统尺寸增强。尽管d l p光学模块的尺寸因系统要求而不同，但它的尺

7、寸可以缩小至几立方厘米，包括led、dmd、照明光学器件以及光瞳成形光学器件。 光学设计的光圈值光学系统的光圈值表示镜头焦距长度与入射光瞳直径之比。通常状况下，光圈值较低的系统支持更大的视场角和更大的光学扩展量。然而，代价是增强了光学系统的尺寸。此外，光圈值降低会导致对照度降低。另一方面，光圈值较大的系统能够产生更高的对照度，降低光学设计复杂性，并在牺牲视场角和光学扩展量/亮度的状况下，削减光学器件的大小。 波导输入口的光瞳大小通常状况下，假如用波导扩大光瞳及增强窥视窗(eye box)的大小，5mm光瞳直径便足够了。对于相同的dmd对角线来说，光瞳越大视场角就越小(图7)。图6：对于各种dm

8、d尺寸，光圈与视场角之间的关系。图7：对于各种光瞳大小，光圈与视场角之间的关系。照明方向如何影响光学布局和尺寸5.4m像素dmd的dlp trp架构支持两种可能的照明方向：侧面照明或底部照明（图8）。这两种挑选提供了较大的光学布局灵便性，例如采纳侧面照明的较长但较薄的布局，以及采纳底部照明的较短但较厚的布局，9所示。可举行多种光学布局，例如盒形、薄型或l形，详细取决于系统要求。例如，薄而长的光学模块可能适用于基于波导的设计，对此，模块位于头部侧面；而短而厚的光学设计可能适用于削减模块的整体体积。图8：灵便的照明方向侧面或底部图9：侧面照明方向和底部照明方向的光学设计示例采纳dlp技术的近眼显示

9、器在系统和电子方面的注重事项dlp pico芯片组配备了小型、高效的控制器和支持集成式牢靠系统的pmic/led驱动器，具有尺寸小、功耗低的特点。控制器仅为7mm×7mm，pmic仅为3.4mm×3.2mm（参见图10，电路板布局示例）。dmd与控制器组合的典型功耗为150mw300mw，详细取决于阵列大小和辨别率。图11显示了采纳dlp技术解决计划的近眼显示器应用的典型系统框图。图10：小型电路板设计示例图11：系统框图示例dlp控制器通过i2c与前端处理器通信，并通过并行接口接收24位rgb视频数据。前端处理器用法proj_on信号控制dlp系统的上下电。pmic/le

10、d驱动器为控制器和dmd提供全部必须的电源，而集成式led驱动器提供可配置的rgb led。表2中的芯片组十分适合近眼显示器应用。表2，适合近眼显示器的芯片组最大视场角: (1)假定为5mm光瞳直径的抱负光学设计，且trp为f/1.7，vsp dmd为f/2.5为何为近眼显示器挑选dlp技术？近眼显示器用法dlp技术有以下几个关键优势： 光学效率高dlp技术提供十分高的光学效率。微型铝微镜可将入射光的绝大部分反射出来，能以更低的照明功率制造更光明的近眼显示。 与偏振无关dlp 技术能与包括led、激光、激光荧光体和灯泡在内的任何光源一起用法。假如采纳led等非偏振光源，基于dlp的解决计划产生

11、的光学系统效率高，由于它无需举行偏振转换，可以弥补损耗。光学效率的优势使得dlp技术尤其适合更高亮度的近眼显示应用，如透视与更大视场应用。随着亮度的增强，dlp系统的功耗优势也越发显然(图12)。图12：随着亮度的增强，光学效率高的系统功耗也随之降低 高对照度在最佳光学设计中，dlp技术支持的对照度超过2000:1，能够为沉醉式显示器提供深黑色，为增加现实显示器提供高度透亮的背景(参见图13)。图13：低对照度（左）与高对照（右） 高速低延迟：dlp技术是全球最快的显示技术之一，每个微镜每秒可以翻转数千次。因此，颜色刷新率快、延迟低，这对于近眼显示器应用尤为重要。此外，德州仪器的trp芯片组还

12、有一些额外的特性，使其特殊适合近眼显示器应用。 辨别率更高、尺寸更小trp的尺寸比前一代dlp像素技术大约小50%，相同的阵列尺寸可获得2倍的像素。例如，采纳trp的0.3”阵列对角线能支持1280×720像素，而采纳上一代像素技术的0.3”阵列对角线仅支持854×480像素。 灵便的照明方向trp可以支持侧面照明和底部两种照明计划，实现灵便的光学设计。 低功耗trp芯片组在设计时强调了节能。例如，trp 0.2“wvga(854×480)芯片组的功耗比上一代wvga芯片组大约低50%，0.3”720p芯片组的功耗比上一代720p芯片组大约低80%。 先进的图像处理算法dlp intellibright算法套件执行两个重要功能：1.内容自适应照明控制动态地调