物联网

MEMS技术的尖端,德州仪器TI DLP家族再扩大

ainet.cn   2017年12月27日

  微投影(无屏电视)这几年快速在市场上崛起,很大程度上要归功于DLP技术的普及,DLP技术本身最早是为美国军方设计,为了能够实现大规模的商用,德州仪器TI在优化的过程中,进行了两次比较大的调价,也因此成就了其在投影市场的辉煌成就,目前无论是家庭使用的无屏电视还是商用影院IMAX电影放映机,均能够看到TI DLP技术的身影,也让其成为了应用跨度最大的影像设备。当然DLP技术并不仅仅是一个消费领域的影像技术,在工业领域越来越多的看到更多DLP技术的身影。

  TI在最近发布了更多支持4K分辨率的DMD芯片,TI DLP®产品中国区业务拓展经理郑海兵向笔者分享了TI在DLP技术领域最新的进展。

  DLP技术的核心技术在于DMD芯片,DMD属于MEMS技术,已经发展非常成熟,在DMD当中集成了无数的小型镜片形成矩阵式排列,随着分辨率的提升,从最早的80万到后来的800万片,每个小镜片都能够实现10度左右的反转,并且每秒钟可反转65000次,当光线传到DMD芯片上时,镜片会根据光线传导到不同的角度发生偏转,DMD可以用数字信号控制每一片单独的小镜片做出偏转的动作,控制光线的开合。

  德州仪器TI DLP®产品中国区业务拓展经理郑海兵

 

DLP技术的发展历史及应用技术方向

  DLP技术在1987年由Larry Hornbeck博士发明,96年拥有了第一套商用产品,在当时以模拟投影为主的时代,DLP产品作为首款数字投影仪显得相当超前。90年代末,TI与好莱坞合作,推出了数字化影院放映机,拉开了影像行业由胶片到数字的逐步过渡的序幕,到今天,TI在全球的院线市场份额已经达到了85%,在中国甚至超过90%。

  从整机结构上看,过去20年DLP技术一直在引领整个显示行业,投影机灯泡亮度由于寿命衰减会严重影响观感体验,但DLP技术的出现推动了固态光源的发展,固态光源即时开关的寿命很长,色彩亮度不会受影响,目前DLP产品在所有固态光源投影市场占比第一 ,出货量达到了1300万套。

  影像显示领域最重要的指标之一是刷新率,DMD的高速响应能力带来了更多创新的应用,处理视频信号的时候更加流畅。比如单机3D投影,不需要用两台投影仪进行叠加,对于高帧率的市场,借助DLP技术的快速响应优势,让用户能够对于高帧率应用做出尝试,这方面包括AR游戏和球赛等高运动场景。

  高分辨率和高亮度方面,DLP产品也都拥有足够的优势,目前已经有超过10000流明的户外投影,在这些苛刻的显示条件下,目前使用的绝大多数都是DLP技术。另外对于光谱支持,目前成像技术均在可见光下生成,但是DLP产品由于自身不发光,使得它可以支持UV和红外。这样就让DMD在未来很多工业领域包括人脸识别方面能够做出很多应用。

DLP技术在工业领域的应用

  在消费领域取得成功后,TI将目光投向工业领域,成立了工业事业部,随之而来的是DMD底层权限的不断开放,造就了DLP技术在新领域的用途,如光谱分析,数字曝光,3D扫描与打印等大幅度降低了这些行业入门的成本。

  1,近红外光谱分析涵盖包括食品和药品安全等领域,能快速识别食品与药品有效成分的含量,甚至可以实现药品制造中的自动成本控制,通过特定光谱的谱线来识别如敏感成分含量等,目前DLP技术已经在近红外光方面拥有了成熟的产品,用于粮食成分的检测,药品监管等。便携式DLP设备目前可以支持到1900到1700纳米的红外,如需更高的精度,可提升至2500纳米。在目前中国市场的食品与药品安监日益严苛的条件下,拥有广阔的的前景。

 

  2,3D扫描与3D打印,目前很多工业场景的应用都会用到3D建模,无论是逆向工程还是珠宝设计,都需要3D扫描的参与,DLP技术的3D建模通过的是结构光技术。后期支持3D打印和3D扫描。当DLP技术用结构光投射向物体的时候会发生几何的形变,通过摄像头把形变进行抓取,再用三坐标法就可以生成点云,进行逆向重构,然后可以选择进行下一步的3D打印,完成三维逆向工程。由于DLP技术的结构可以做到很小,所以更适合做很多手持式的三维扫描。可以实现更快速的三维的重构。

  另外TI一部分的重要市场就是3D打印,3D打印目前有很多技术流派,TI的DLP技术被算作SLA(光固化)技术,DLP技术可以实现高精度,高速度的打印,3D打印的目前主要的问题是成型速度慢,制约了3D打印的普及,DLP技术所实现的打印精度高,速度很快,在医疗领域,人工耳膜和一些其他器官的打印,都能保证非常好的精度,收获良好的效果。

  3,数字曝光是对精度有一定要求的场景,用来做PCB线路板,DLP技术可以用通过400纳米UV的DMD实现最终的蚀刻,高速自动化线路板制作。在这之前很多用了DLP技术的线路板生产设备都是进口的,但这几年TI与很多国产厂商合作实现了产线的国产化。

 

  4,HUD,head up display技术是TI对汽车市场的重要尝试,初装于林肯的continental。TI一直在尝试突破新的领域,进行一些新的极限的应用。随着ADAS的流行和主动安全的要求,采用DLP技术的HUD可以拥有一个很好的视觉宽度,第二可以实现更远的显示,在实际驾驶中很有帮助。DLP技术可以达到一个很宽的FOV(视场角),可显示很多信息,当接入ADAS之后,与VID(虚拟影像距离)结合后可实现更多内容的显示。

 

  早在上世纪80年代已经有类似HUD的技术出现,但是一直很难有实质性的应用突破,目前的TI将FOV推进到了12度,未来会到20度,如果做到这样就可以通过HUD看到旁边车辆信息的显示,实现真正的万物互联,非常有助于驾驶行程中的安全,结合传感器对回传的信息可以做到一个预判显示。

  DLP产品的亮度目前已经做到了15000尼特,这样即使车辆开到阳光充足的环境HUD一样能够有出色的显示。在车辆进入隧道等暗场环境当中的时候DMD可以快速调节光亮让驾驶者获得最好的体验。

 

  5,高分辨率的智能汽车大灯,用DLP技术做出的汽车智能灯由于分辨率可以做的很高,所以在防眩光安全性方面有了显著的提高,光线不再像普通氙气灯那么刺眼,结合传感器也可以解决一些在ADAS实现后面临的安全的问题。

扩充产品家族实力

  随着4K的普及,无论从工业还是民用,1080p分辨率都开始显得有些落伍,TI也因此加速了4K技术的建设,此次发布的两款4K新品,分别是470TP,470TE,分别对应1500流明和4000流明。加上早先发布的支持5000流明的DLP660TE,目前TI总共有三款芯片在产,可以兼顾便携与高亮度。

  TI的DMD芯片完全符合4K行业规定的830万像素点规格,在实际显示中,DMD这种单芯片也不会存在像素溢出之类的像素对齐问题。

 

  针对AR和HUD,TI发布了DLP3010-Q1芯片组,专门对以上两种场景进行了特别的优化。提供了更好的软件开发环境和工具的支持,另外封装尺寸也大幅减小,占用空间减小到了65%在颜色对比度,和亮度都做了提升达到了15000cd/㎡(流明),这样可以给客户在车内设计上有更多的灵活性。

  TI表示今后也会进一步在芯片小型化方面努力,继续提高显示质量,让产品开发工作变得更加简单,仅0.2英寸的DLP2000芯片组和DLP® LightCrafter™ Display 2000评估模块(EVM)让产品设计者拥有更加灵活的设计空间,BeagleBoneBlack开发板代码实例有效降低开发者编程压力,EVM中双链接器的设置可为任何灵活GPIO驱动视频接口提供支持。此外为客户提供了全方位的技术支持与帮助,将基础的芯片和技术转化成为可用的产品,通过基础的文档资料以及工程师现场支持实现快速有效的技术转化,目前TI已经建立了自己的生态链,并且已经实现了50多家生态合作伙伴的对接,提供多领域的服务,包括光学设计,系统方案设计,让新进客户能够快速对DLP技术进行评估,产品设计的可行性,可以能够更快的与客户交流,来实现更快的产品的搭建。

  DLP技术借助其优势,发展很迅猛,势头很强劲,但另一方面DMD芯片由于TI独家供应,产能和价格都受到了一些限制,所以工业端发力远比消费端稍弱,而随着消费市场的增量的减少,我们也将看到TI在工业端更多的发力。

(转载)

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