投影芯片的新工作

“通過使用很多德州儀器DLP開發(fā)工具，我們的團隊完成了大量基于光刻的3D打印工作及其他項目。DLP技術的高質量和高性能使得我們可以從簡單的研究3D打印到開始我們自己的3D打印機業(yè)務。”

——Jürgen Stampfl

維也納科技大學教授

“中國市場一直以來都是DLP的一個重要的戰(zhàn)略性市場，我們希望能加強同更多中國開發(fā)者和合作伙伴的溝通和交流，幫助他們開發(fā)更多基于DLP領先技術的未來智能顯示應用。”

——Kent Novak

德州儀器高級副總裁兼DLP產品事業(yè)部總經理

德州儀器的DLP技術相信很多用戶都有所了解，使用該技術的DMD成像芯片被廣泛應用于各種投影成像領域，從最常見的商用及家用投影機，到電影院中的數(shù)字放映機（3DLP），以及集成在手機或平板電腦中的微投影模塊都能夠看到它的身影。然而獨特的光學技術特性使它還擁有更加廣闊的發(fā)展空間，例如它可以應用在車載顯示系統(tǒng)、3D打印系統(tǒng)、3D掃描系統(tǒng)、醫(yī)療診斷系統(tǒng)中，給我們的生活帶來與眾不同的改變。

從技術原理上看，我們可以把DMD芯片理解成一個擁有數(shù)量龐大小鏡面的矩陣，例如DLP Pico高清芯片的分辨率為1280×800，就意味著在這個DMD芯片上的鏡面矩陣有1 280列、800行，總共1 024 000個小鏡子。在投影機中每個小鏡子事實上都對應一個獨立的像素點。精彩的地方在于，在控制芯片的驅動下，每個小鏡子都可以發(fā)生偏轉，將照在其上的光線反射到需要的地方，例如我們投影機中某個像素點此時需要亮起時，對應像素點的小鏡子只需偏轉一下，即可將來自燈泡的光線投射到該點。更重要的是這個電力驅動的偏轉鏡面組結構擁有極高的響應速度，可以輕松超過120Hz，滿足快門3D投影等技術的需求。

正是這個快速偏轉光線的能力給了DMD芯片光明的“就業(yè)前景”，使它不僅僅可在投影機中找到工作，還能夠幫助我們創(chuàng)造出很多新奇的玩意。

3D打印系統(tǒng)

3D打印無疑是近些年來十分熱門的話題，目前3D打印機的基本實現(xiàn)原理十分類似。我們可以把3D物體想象成是由一層層切片堆疊而成，3D打印機可以打印這一層層切片的邊緣形狀，由于每層切片都有一定厚度，因此將它們堆疊在一起即可形成一個完整的3D模型。目前主流的3D打印機都采用類似傳統(tǒng)噴墨打印機的結構，打印頭中集成加熱單元，并將經過加熱的塑料絲等打印材料從噴頭口擠出，隨著擠出動作和打印頭的來回移動，3D物體的一層即可被打印出來，此時承載被打印物體的打印臺會向下移動一層的厚度，打印頭會在這一層上繼續(xù)打印物體的下一層。采用這種技術的3D打印機結構簡單，但是精度略差，更關鍵的問題在于由于需要等待打印材料凝固，因此其整體打印速度并不會太快。

而EnvisionTEC公司推出的3D打印機則采用了光固化技術，這種方式讓DLP技術有了用武之地。簡單來說，這種3D打印機采用的打印耗材通常情況下為液態(tài)，在經過特殊光譜的光線照射后，被照射的部分會迅速凝固。EnvisionTEC的3D打印機擁有一個液態(tài)原料池，放置打印物體的打印臺浸沒于液態(tài)原料中，液態(tài)原料僅在打印臺平面上覆蓋極薄的一層。LED光源將光線照射到DMD芯片上，DMD芯片根據(jù)該層需要的形狀將需要的光線反射到液態(tài)原料上，被照射的部分將迅速固化，之后打印平臺將垂直移動，仍舊讓液態(tài)原料薄薄地覆蓋在打印出的第一層上，再次照射固化出第二層，如此往復，最終可以獲得一個完整的3D模型。這種技術可以有效地減少材料在固化過程中產生的收縮形變，并能夠明顯提高打印效率，目前其主流產品能實現(xiàn)10mm/h的打印速度，是當前同類產品的近兩倍。

車載顯示系統(tǒng)

采用DLP技術的車載顯示系統(tǒng)可以被理解成微型投影機更加靈活的一種應用案例。DLP的HUD（擋風玻璃顯示，Head Up Displays）系統(tǒng)可以直接將導航信息、安全警告、來電信息等投射到我們面前的擋風玻璃上，與傳統(tǒng)的HUD系統(tǒng)相比，DLP的系統(tǒng)可以投射全彩色的畫面，并且能夠提供更好的自適應特性，隨著用戶座椅位置等狀態(tài)發(fā)生變化，這個投影系統(tǒng)也能夠改變投影畫面的位置。

微型投影機還能夠應用于車用儀表臺，本質上采用DLP技術的儀表臺實際上就是車中一個背投影顯示系統(tǒng)，用戶所接觸的儀表臺表面就是一個背投幕布，而DMD芯片、鏡頭和光源均位于這個幕布之后。它擁有傳統(tǒng)背投或前投系統(tǒng)同樣的優(yōu)勢，能夠通過軟件或光學進行畫面校準，可以在曲面上投影出比例正常的畫面，甚至能夠投影出異形的畫面。這兩個優(yōu)勢能讓我們將畫面顯示區(qū)域與物理按鍵結合使用，并且能夠根據(jù)顯示內容的變化改變物理按鍵周邊的顯示內容。例如當前在收音機界面下旋轉中控臺中的旋鈕，旋鈕的功能就會是音量調整，圍繞旋鈕還會顯示音量變化的信息。當切換到空調界面時，旋轉按鈕就可以調整溫度，而旋鈕的周邊也會顯示溫度變化的信息。另外，這一系統(tǒng)還可以附加攝像頭和其他傳感器，實現(xiàn)很多特殊的交互特性，如判斷用戶的手是否接近儀表臺，并根據(jù)接近的動作調整畫面的內容以及實現(xiàn)多點觸摸等。根據(jù)德州儀器的預計，它們最早會在2016年將DLP的顯示技術應用到銷售的汽車產品中。

3D掃描系統(tǒng)

隨著Kinect的興起，圍繞3D掃描的應用開始越來越多，然而面向家用市場的3D掃描設備如Kinect的掃描精度暫時還差強人意，在對精度有較高要求的應用領域往往派不上用場。而傳統(tǒng)的高精度3D掃描儀造價較高，而且掃描速度通常比較慢。而能夠輕松控制光線的DLP芯片在與攝像頭和相關軟件配合后，卻可以實現(xiàn)相對低成本、高精度、高速度的3D掃描。

這種3D掃描儀由DLP成像系統(tǒng)與攝像頭相互結合而成，DLP成像系統(tǒng)按照一定的頻率周期投射一條條直線，而與之配合的攝像頭也會周期地拍下這些畫面，通過設定固定的鏡頭和特定的角度，在拍攝來自一個平面反射回來的直線時，拍攝到的線條也將是直的。此時，在拍攝一個3D物體時，線條會從物體的邊緣一條條“掃”過整個物體，此時由于物體存在凹凸，導致攝像頭拍攝下的線條發(fā)生彎曲，通過計算該線條的變化即可知道線條所投射到的物體位置距離鏡頭的遠近。將每條線條的數(shù)據(jù)拼合在一起，即可得到整個物體表面的凹凸信息，即深度（z軸）信息，借助這些深度信息就能夠生成整個物體的3D模型。由于DLP芯片具有極高的刷新率，且每個小鏡子可偏轉的角度能夠精確控制，因此該系統(tǒng)可以在很短的時間內投射出密度極高的線條，線條密度越高意味著掃描的精度越高，獲得的3D模型與真實的物體就越接近。目前根據(jù)德州儀器的說法，這種3D掃描設備的掃描精度誤差可降至1μm。

醫(yī)療診斷系統(tǒng)

除了工程監(jiān)控和制造行業(yè)外，DLP開發(fā)套件還在醫(yī)學領域有很大的發(fā)展，例如Christie公司推出的產品利用DLP技術可以將皮下血管結構和血流圖像的實時數(shù)碼影像直接投射到皮膚表面，幫助醫(yī)院提升診療效率。

該產品對皮膚發(fā)送紅外光并收集反射回來的數(shù)據(jù)，由于有血液流動的血管會吸收一定的紅外光，因此收集到的紅外光即可生成血管的圖像。借助DLP技術Christie的設備可以將這些圖像實時投影在皮膚的對應位置上，這樣醫(yī)生就能夠很清楚地看到皮下血管的位置，了解整個血液流動的狀況，進而進行病情診斷或注射。