将Pico投影集成到紧凑型工业应用的设计考量

　　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2D MEMS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

　　2D MEMS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）。

　　1976 CIE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 – CIE u’v’ 色度图

　　（图字）CIE 1976 色度图；

　　波长（单位：nm）

　　现已规定了各种标准色域，如 Rec. 601 （NTSC）和Rec. 709 （sRGB）色域（图1）。 这些色域是传达显示系统色域相对"大小"有用的参考点。 一种常见方式是计算显示器色域三角形（在u’v’空间）的面积，以及与特定标准色域三角形的比。 例如，"70% NTSC"的色域足够做出质量合理的显示器，而100% NTSC的色域能够提供感知性更好的颜色。