基于LED光源的DLP投影系統(tǒng)的研究.pdf

1、DLP數(shù)字光處理技術(shù)是顯示技術(shù)領(lǐng)域的一朵奇葩，相對(duì)LCD，LCOS，PDP等其它顯示技術(shù)，它具有高亮度、高對(duì)比度、高清晰度、高可靠性、精確的灰度和彩色再現(xiàn)能力等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)際上主流的微顯示投影技術(shù)：固態(tài)光源LED具有壽命長(zhǎng)、色域廣、成本低、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)有害光線及綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，隨著單管功率和輸出光效率的不斷提高，LED光源必將替代高壓汞燈和色輪的組合，成為極具發(fā)展前景的微顯示投影系統(tǒng)新光源。然而DLP的核心技術(shù)和專(zhuān)利幾乎由美國(guó)TI公

2、司獨(dú)家擁有，因此，著力研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DLP信號(hào)處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于LED光源的DLP投影系統(tǒng)，對(duì)于我國(guó)微顯示技術(shù)的發(fā)展和推廣具有極其重要的意義和價(jià)值。 論文主要涉及基于LED光源的DLP投影系統(tǒng)光電一體化的研究、建模、設(shè)計(jì)。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1，系統(tǒng)透析了DMD的機(jī)電控制系統(tǒng)模型，解析了DLP技術(shù)的二進(jìn)制PWM顯示法。設(shè)計(jì)了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA)技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DLP視頻處理控制IP

3、核。 分析了DMD的發(fā)展過(guò)程、基本結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)闡述了DMD數(shù)字微鏡裝置的尋址和復(fù)位過(guò)程以及控制驅(qū)動(dòng)方法和原理，透析了DMD的機(jī)電控制系統(tǒng)模型；深入研究了DLP數(shù)字光處理技術(shù)的工作原理，引入子場(chǎng)概念對(duì)二進(jìn)制PWM顯示法加以詮釋?zhuān)?duì)DLP的顯示格式轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析與建模，從而為電路設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。設(shè)計(jì)了基于FPGA的DLP視頻處理控制IP核以及DMD驅(qū)動(dòng)電路，包括PWM子場(chǎng)信號(hào)格式轉(zhuǎn)換，中間級(jí)信號(hào)存儲(chǔ)與處理，DMD

4、尋址電路，DMD掃描控制電路的設(shè)計(jì)；利用Verilog HDL語(yǔ)言對(duì)IP核進(jìn)行了RTL級(jí)描述和設(shè)計(jì)，并在FPGA器件上實(shí)現(xiàn)了IP核的功能驗(yàn)證，完成了有較強(qiáng)可移植性和可復(fù)用性的DLP視頻處理控制IP核，為實(shí)現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DLP投影系統(tǒng)打下了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。 2，基于DVI接口的動(dòng)態(tài)無(wú)損高清信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)理，設(shè)計(jì)了微顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)接口電路。 深入解析了DVI高速數(shù)字信號(hào)接口技術(shù)和TMDS傳輸協(xié)議，并對(duì)數(shù)字顯示器的EDI

5、D協(xié)議做了相應(yīng)的研究。剖析了信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的頻率特性、阻抗特性和設(shè)計(jì)難點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了基于Sill169的HDTV動(dòng)態(tài)無(wú)損信號(hào)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)，為微顯示系統(tǒng)提供了顯示所需的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，使顯示畫(huà)面得到優(yōu)化。 3，率先將超大功率LED作為光源應(yīng)用于DLP背投電視光學(xué)引擎中，開(kāi)發(fā)了基于FPGA的LED光源控制系統(tǒng)。充分論證了LED光源與DLP技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，分析了微顯示投影系統(tǒng)光源的設(shè)計(jì)要求，闡述了光子晶體超大功率LED技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。比較

6、了兩種PWM控制技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)，應(yīng)用了平均電流控制模式開(kāi)關(guān)電源的原理，完成了電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)的分析、計(jì)算，設(shè)計(jì)了基于MAX16818的大電流PWM型LED驅(qū)動(dòng)控制電路。采用了多種傳感器技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)了基于FPGA的大功率LED光源管理系統(tǒng)，解決了超大功率LED光源的電流、電壓、溫度控制等主要問(wèn)題。 4，提出了LED動(dòng)態(tài)色域校準(zhǔn)方法，解決了時(shí)序工作方式的廣色域LED顯示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)色域校準(zhǔn)問(wèn)題。 對(duì)

7、大功率LED的光電性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)測(cè)量，獲得了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了廣色域LED顯示系統(tǒng)的色域校準(zhǔn)算法，針對(duì)時(shí)序顯示方式工作的LED廣色域顯示器，創(chuàng)新性地提出利用一組色度傳感器實(shí)時(shí)反饋色坐標(biāo)，在一個(gè)基色工作時(shí)，同時(shí)加入一定比例的其他基色輔助光進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)色域的方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的動(dòng)態(tài)色域校準(zhǔn)方案，避免了環(huán)境溫度差異對(duì)顯示系統(tǒng)色坐標(biāo)的影響。 5，設(shè)計(jì)了一組針對(duì)LED光源的蠅眼透鏡照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)蠅眼透

8、鏡將光束加以細(xì)分，提高光場(chǎng)均勻度，有利光能量的高效會(huì)聚，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵元件的國(guó)產(chǎn)化。 6，提出一套完整的基于大功率LED光源的DLP投影系統(tǒng)模型。應(yīng)用了光學(xué)擴(kuò)展量(étendue)理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而確立合適的系統(tǒng)參數(shù)條件，最終實(shí)現(xiàn)了基于LED光源DLP投影系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、建模、仿真，研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、低成本、基于LED光源的DLP光學(xué)引擎樣機(jī)，大大降低了背投電視的光源使用成本，同時(shí)提高了其色度、穩(wěn)定性等主要性能