DLP的工作原理

Posted on 2021-01-24 Edited on 2023-01-27 In Geek

投影仪在日常生活中非常常见，无论是用来在会议中播放PPT，观看电影或是打游戏，都能获得不错的大屏体验，主流的投影仪使用DLP作为其核心显示部件，相较于LCD，它的工作方式有些特别，今天就来看看DLP是怎样工作的。

首先来看看今天的主角，一台老（报）式（废）的Dell投影仪。

所有投影仪的工作原理都是相同的：光线从光源发出，然后通过一个光线过滤部件，这个部件会根据当前显示的画面，让正确的光线通过透镜，最后在投影幕布上成像。

胶片投影仪的工作方式非常简单：光源发出的光线通过胶片，然后通过透镜在幕布上成像。

而LCD投影仪就是把胶片换成了LCD，通过液晶分子的偏转角度来控制通光量。

LCD投影仪有个问题，为了显示彩色的画面，我们可能需要使用3块LCD来分别控制红、绿、蓝三种颜色的光线。这在一定程度上增加了设计难度，因为最后我们需要把这三条光路精确地拼接在一起。

而DLP投影仪则只需要一条光路即可显示彩色的画面，从而降低了成本，并且在某些特性上也更有优势。

那么DLP是怎么做到只需要一条光路的呢，让我们把它拆开来看看。

在DLP芯片的表面，有无数个可以偏转的“小镜子”，每一个“小镜子”对应一个像素。为了便于大家理解，这里通过一个模型来演示。

这个模型里面有36个可以独立偏转的小镜子，每个小镜子后面有一个小铁环，这样，当磁铁在它们后面移动时，镜子就会随之发生偏转

下面打开光源，调整好透镜，然后在DLP模型后面移动磁铁，此时可以在墙上看到对应的“像素”发生了明暗变化。

当小镜子朝向透镜时，其反射的光线可以正常通过透镜，此时对应的像素发光；而当它转向一边时，光线就不会通过透镜，此时对应的像素不发光。

这时候你可能会想，现在只看到了一种颜色的光，那它要如何显示彩色画面呢？答案就在光源上。

使用DLP成像的投影仪中有一个特殊部件，叫做色轮，它被放置在光源的前方。

投影仪的处理器需要将一幅画面分成红绿蓝三个色彩通道。当绿色区域旋转到光源前方时，此时投射到DLP上的光线就是绿色，而DLP则显示绿色通道的画面，红色和蓝色通道也是相同的道理。当切换速度非常快时，我们的大脑就会自动将不同色彩通道的画面合并，从而拼凑出正常的颜色。

LCD可以通过控制液晶分子的偏转角度来实现灰度控制。然而DLP上的小镜子却只有两个偏转角度，对应了像素的“开”和“关”，那么它是怎样控制像素的明暗呢？

答案还是通过小镜子的快速翻转。这有点类似于现在OLED的PWM调光，当像素在“开”和“关”之间快速切换时，通过控制像素打开时间所占总时间的比例，也就是“占空比”，并利用人眼的暂留效应，来达到控制像素明暗的效果。实际上，DLP上的小镜子可以在5到10毫秒内完成一个翻转。

下面我们来近距离看看DLP芯片的真实模样，这张图是光学显微镜下的画面。

我们清楚地看到这些紧密排列的小镜子，每个小镜子大约10微米长。

为了更加清楚地看到其结构，需要使用扫描电子显微镜。

在电子显微镜下，DLP芯片的细节显露无疑。

可以看到画面中有许多小镜子已经损坏了，这是由于在拆卸过程中撬棍接触到了DLP芯片表面，虽然力度非常小，但还是导致其结构被破坏。不过，这对我们来说是件好事，因为这样就能更清楚地看到小镜子下面的结构了。

可以看到，小镜子实际上是以对角线为轴进行旋转的。与模型不同，DLP是通过电压来控制小镜子旋转，当施加电压时，小镜子会偏转到一侧，电压消失后，它会自动回位。

LCD投影仪的另一个缺点是，光源发出的光线通过LCD面板后会损失近一半，因为LCD中需要电极来控制液晶分子，而电极本身并不是完全透明的。

DLP则不存在这个问题，因为光线并不是穿过DLP，而是直接被反射的，从而光源的利用率大大提升。这样就可以使用功率更小的光源，以及更小的电源，从而降低整机的成本和体积。