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将Pico投影集成到紧凑型工业应用的设计考量

2015-10-27 14:42
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   投影显示器的优势在于其灵活的物理规格。这种灵活性的早期示例发生在1942年,当时英国皇家空军制造出首个"平视显示器"(HUD),让飞行员能够直接在视线范围内看到雷达信息。该设计里程碑利用了投影显示器的一个基本特点,即将几乎任何表面转换成显示器的能力。此外,它还能利用小体积打造大图像,预示着投影显示器能够产生重大影响。这些特点相结合,将"显示器"这一概念从独立的组件转变为可随处按需进行整合的集成式功能,预示着投影显示器将带来许多可能。

  尽管这个军用显示器示例早在几十年前便已推出,但直到最近,随着微型显示器和固态照明源的商用,制造商们才得以完全发挥出投影显示器在广泛工业应用领域的潜力。家居自动化、数字标牌、人机界面(HMI)/浸入式技术等应用都受益于一种现实技术,该技术在不使用时会被隐藏,可将任何尺寸或形状的表面转变为显示器,如果需要的话,甚至能够转变为交互式显示器。与此类似,近眼显示器需要能够适用于紧凑型工业设计的高品质显示技术

  对于今天的开发人员、品牌和系统集成商来说,将投影技术融入到新兴和现有工业产品中需要经过3个基本步骤:确定关键投影要求、选择合适的投影技术,以及选择供应链。

  要求-平衡练习

  平衡优势(特性和功能)与限制(成本、尺寸、重量、能耗等)是成功开发产品的关键所在。实现这种平衡的第一步是了解基本要求。对于投影显示器来说,这意味着了解所需的分辨率、色域、亮度及对比度。因此,本文的重点是介绍一些设计考量,将其作为把pico投影集成到工业显示应用时确定必要要求的一个步骤。

  技术-选择的盛宴

  当今的设计人员可从3种投影显示技术中进行选择:即2DMEMS阵列(德州仪器DLP 技术)、扫描镜(包括单轴和双轴)和LCD/LCoS。最适合特定应用的技术取决于具体的产品要求。本文将对每种技术进行评论,并探讨分辨率、色域、亮度和对比度等方面。

  供应链-至关重要的最后一步

  如果无法投入生产,那么最优雅的设计也毫无价值。因此,处理选择合适的投影技术外,设计人员还必须考虑可用供应链。本文未提供详细的供应链分析,但应该考虑的要素包括成品解决方案的供货情况、定制设计机会、交货时间以及技术支持等。

  所需分辨率-细看

  人类视觉系统(HVS)的分辨敏锐度是非常有用的路标,可用于确定给定显示系统所需的分辨率。

  普通的观察者可分辨每弧度50线对,而一个线对包含与白线相邻的黑线,从而构成高对比度特性。由此得出以下关系:

  (1)

  (2)

  借助这些公式确定投影机分辨率要求取决于如何使用显示器。例如,这些公式直接确定某个交互式显示器的目标分辨率,一次观看整个显示器。但是对于按需显示器来说,信息一次只覆盖投影显示区域的一部分,则需要更高的投影分辨率。

  分辨率与技术

  2DMEMS和LCoS/LCD已广泛用于常见的视频和图形分辨率(VGA、XGA、WXGA、720p、1080p等)中。

  从理论上来说,扫描镜技术能够打造出任何想要的分辨率。在实践中,分辨率受到激光光斑尺寸(光斑尺寸越小,分辨率极限就越高)的限制,假定镜扫描速率和激光脉冲速率都足够高。此外,激光光斑尺寸是光束质量的函数(M2),光束质量越高通常成本也越高。

  所需颜色-广泛的选择

  对于第一阶,显示系统以类似于HVS感知色彩的方式产生颜色。人眼包含3个颜色受体(锥),其中每个受体响应不同的波长范围。这些波长范围大致相当于红色、绿色和蓝色。投影显示器以类似的方式使用红色、绿色和蓝色原色的混合产生广泛的颜色选择。

  影响屏幕上再现的颜色质量的因素有很多。光引擎的因素包括它能够产生的色域,这取决于原色的饱和度。事实上,激光产生的饱和度最高,其次是LED,然后是过滤后的白色光源(如灯或白色LED)。

  1976CIE色度图(图1)帮助实现了色域范围的可视化。在该图中,外曲线边界(光谱轨迹)表示可见单色光的全部范围,图内的点表示HVS能够感知的所有颜色。

  图1-CIEu'v'色度图

  (图字)CIE1976色度图;

  波长(单位:nm)

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