Digital Light Processing (DLP) — передовая технология, изобретенная компанией Texas Instruments. Благодаря ей оказалось возможным создавать очень небольшие, очень легкие (3 кг — разве это вес?) и, тем не менее, достаточно мощные (более 1000 ANSI Lm) мультимедиапроекторы.
Краткая история создания
В 1987 году Dr. Larry J. Hornbeck изобрел цифровое мультизеркальное устройство (Digital Micromirror Device или DMD). Это изобретение завершило десятилетние исследования Texas Instruments в области микромеханических деформируемых зеркальных устройств (Deformable Mirror Devices или снова DMD). Суть открытия состояла в отказе от гибких зеркал в пользу матрицы жестких зеркал, имеющих всего два устойчивых положения.
В 1989 году Texas Instruments становится одной из четырех компаний, избранных для реализации «проекторной» части программы U.S. High-Definition Display, финансируемой управлением перспективного планирования научно-исследовательских работ (ARPA).
В мае 1992 года TI демонстрирует первую основанную на DMD систему, поддерживающую современный стандарт разрешения для ARPA.
High-Definition TV (HDTV) версия DMD на основе трех DMD высокого разрешения была показана в феврале 1994 года.
Массовые продажи DMD-чипов началиcь в 1995 году.
Технология DLP
Ключевым элементом мультимедиапроекторов, созданных по технологии DLP, является матрица микроскопических зеркал (DMD-элементов) из алюминиевого сплава, обладающего очень высоким коэффициентом отражения. Каждое зеркало крепится к жесткой подложке, которая через подвижные пластины соединяется с основанием матрицы. Под противоположными углами зеркал размещены электроды, соединенные с ячейками памяти CMOS SRAM. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух положений, отличающихся точно на 20° благодаря ограничителям, расположенным на основании матрицы.
Два этих положения соответствуют отражению поступающего светового потока соответственно в объектив и эффективный светопоглотитель, обеспечивающий надежный отвод тепла и минимальное отражение света.
Шина данных и сама матрица сконструированы так, чтобы обеспечивать до 60 и более кадров изображения в секунду с разрешением 16 миллионов цветов.
Матрица зеркал вместе с CMOS SRAM и составляют DMD-кристалл — основу технологии DLP.
Впечатляют небольшие размеры кристалла. Площадь каждого зеркала матрицы составляет 16 микрон и менее, а расстояние между зеркалами около 1 микрона. Кристалл, да и не один, легко помещается на ладони.
Всего, если Texas Instruments нас не обманывает, выпускаются три вида кристаллов (или чипов) c различными разрешениями. Это:
- SVGA: 848×600; 508,800 зеркал
- XGA: 1024×768 с черной апертурой (межщелевым пространством); 786,432 зеркал
- SXGA: 1280×1024; 1,310,720 зеркал
 |  |
Итак, у нас есть матрица, что мы можем с ней сделать? Ну конечно, осветить ее световым потоком помощнее и поместить на пути одного из направлений отражений зеркал оптическую систему, фокусирующую изображение на экран. На пути другого направления разумным будет поместить светопоглотитель, чтобы ненужный свет не причинял неудобств. Вот мы уже и можем проецировать одноцветные картинки. Но где же цвет? Где яркость?
А вот в этом, похоже, и заключалось изобретение товарища Larry, речь о котором шла в первом абзаце раздела истории создания DLP. Если вы так и не поняли, в чем дело, — приготовьтесь, ибо сейчас с вами может случиться шок :), т. к. это само собой напрашивающееся элегантное и вполне очевидное решение является на сегодня самым передовым и технологичным в области проецирования изображения.
Вспомните детский фокус с вращающимся фонариком, свет от которого в некоторый момент сливается и превращается в светящийся круг. Эта шутка нашего зрения и позволяет окончательно отказаться от аналоговых систем построения изображения в пользу полностью цифровых. Ведь даже цифровые мониторы на последнем этапе имеют аналоговую природу.
Но что произойдет, если мы заставим зеркало с большой частотой переключаться из одного положения в другое? Если пренебречь временем переключения зеркала (а благодаря его микроскопическим размерам этим временем вполне можно пренебречь), то видимая яркость упадет не иначе как в два раза. Изменяя отношение времени, в течение которого зеркало находится в одном и другом положении, мы легко можем изменять и видимую яркость изображения. А так как частота циклов очень и очень большая, никакого видимого мерцания не будет и в помине. Эврика. Хотя ничего особенного, это всё давно известно 🙂
Ну, а теперь последний штрих. Если скорость переключения достаточно высока, то на пути светового потока мы можем последовательно помещать светофильтры и тем самым создавать цветное изображение.
Вот, собственно, и вся технология. Дальнейшее ее эволюционное развитие мы проследим на примере устройства мультимедиапроекторов.
Устройство DLP-проекторов
Texas Instruments не занимается производством DLP-проекторов, этим занимается множество других компаний, таких, как 3M, ACER, PROXIMA, PLUS, ASK PROXIMA, OPTOMA CORP., DAVIS, LIESEGANG, INFOCUS, VIEWSONIC, SHARP, COMPAQ, NEC, KODAK, TOSHIBA, LIESEGANG и др. Большинство выпускаемых проекторов относятся к портативным, обладающим массой от 1,3 до 8 кг и мощностью до 2000 ANSI lumens. Проекторы делятся на три типа.
Одноматричный проектор
Самый простой тип, который мы уже описали, это — одноматричный проектор, где между источником света и матрицей помещается вращающийся диск с цветными светофильтрами — синим, зеленым и красным. Частота вращения диска определяет привычную нам частоту кадров.
Изображение формируется поочередно каждым из основных цветов, в результате получается обычное полноцветное изображение.
Все, или почти все портативные проекторы построены по одноматричному типу.
Дальнейшим развитием этого типа проекторов стало введение четвертого, прозрачного светофильтра, позволяющего ощутимо увеличить яркость изображения.
Трехматричный проектор
Самым сложным типом проекторов является трехматричный проектор, где свет расщепляется на три цветовых потока и отражается сразу от трех матриц. Такой проектор имеет самый чистый цвет и частоту кадров, не ограниченную скоростью вращения диска, как у одноматричных проекторов.
Точное соответствие отраженного потока от каждой матрицы (сведение) обеспечивается с помощью призмы, как вы можете видеть на рисунке.
Двухматричный проектор
Промежуточным типом проекторов является двухматричный проектор. В данном случае свет расщепляется на два потока: красный отражается от одной DMD-матрицы, а синий и зеленый — от другой. Светофильтр, соответственно, удаляет из спектра синюю либо зеленую составляющие поочередно.
Двухматричный проектор обеспечивает промежуточное качество изображения по сравнению с одноматричным и трехматричным типом.
Сравнение LCD и DLP-проекторов
По сравнению с LCD-проекторами DLP-проекторы обладают рядом важных преимуществ:
- DLP-проекторы, в отличие от LCD, работают на отражение, а не на просвет. Это позволяет получать более мощный световой поток. Кроме того, элементы DMD-матрицы расположены намного ближе друг к другу, нежели элементы LCD, что еще более увеличивает яркость изображения и делает менее заметной дискретную структуру.
Есть ли недостатки у технологии DLP?
Но теория теорией, а на практике еще есть над чем поработать. Основной недостаток заключается в несовершенстве технологии и как следствие — проблеме залипания зеркал.
Дело в том, что при таких микроскопических размерах мелкие детали норовят «слипнуться», и зеркало с основанием тому не исключение.
Несмотря на приложенные компанией Texas Instruments усилия по изобретению новых материалов, уменьшающих прилипание микрозеркал, такая проблема существует, как мы увидели при тестировании мультимедиапроектора Infocus LP340. Но, должен заметить, жить она особо не мешает.
Другая проблема не так очевидна и заключается в оптимальном подборе режимов переключения зеркал. У каждой компании, производящей DLP-проекторы, на этот счет свое мнение.
Ну и последнее. Несмотря на минимальное время переключения зеркал из одного положения в другое, едва заметный шлейф на экране этот процесс оставляет. Эдакий бесплатный antialiasing.
Развитие технологии
- Помимо введения прозрачного светофильтра постоянно ведутся работы по уменьшению межзеркального пространства и площади столбика, крепящего зеркало к подложке (черная точка посередине элемента изображения).
- Путем разбиения матрицы на отдельные блоки и расширения шины данных увеличивается частота переключения зеркал.
- Ведутся работы по увеличению количества зеркал и уменьшению размера матрицы.
- Постоянно повышается мощность и контрастность светового потока. В настоящее время уже существуют трехматричные проекторы мощностью свыше 10000 ANSI Lm и контрастностью более 1000:1, нашедшие свое применение в ультрасовременных кинотеатрах, использующих цифровые носители.
- Технология DLP полностью готова заменить CRT-технологию показа изображения в домашних кинотеатрах.
Заключение
Это далеко не все, что можно было бы рассказать о технологии DLP, например, мы не затронули тему использования DMD-матриц в печати. Но мы подождем, пока компания Texas Instruments не подтвердит информацию, доступную из других источников, дабы не подсунуть вам «липу». Надеюсь, этого небольшого рассказа вполне достаточно, чтобы получить пусть не самое полное, но достаточное представление о технологии и не мучать продавцов расспросами о преимуществе DLP-проекторов над другими.
DLP (англ. Digital Light Processing , буквально «Цифровая обработка света») — светоклапанная микроэлектромеханическая технология вывода визуальной информации. Широко используется в проекционных системах, таких как видеопроекторы, цифровые кинопроекторы и проекционные телевизоры. Разработана в 1987 году инженером компании Texas Instruments Ларри Хорнбеком (англ. Larry Hornbeck ) [1] . Первый действующий DLP-проектор был представлен публике только десять лет спустя компанией Digital Projection Ltd. В 1998 году обе компании, участвовавшие в создании технологии получили премию Эмми за технические достижения.
Содержание
Принцип действия [ править | править код ]
Основной элемент DLP-проектора — это микроэлектромеханическая система (МЭМС), которая создаёт изображение микроскопическими зеркалами, расположеными в виде матрицы на полупроводниковом чипе, называемом «цифровым микрозеркальным устройством» (англ. Digital Micromirror Device , DMD). Каждое такое зеркало состоит из алюминиевого сплава и соответствует одному пикселю создаваемого изображения. Микрозеркала подвижно закреплены на подложке матрицы и при помощи электродов, подключённых к ячейкам памяти SRAM, могут практически мгновенно отклоняться в одно из двух положений, отличающихся друг от друга на угол в 20° [1] .
Технология DLP позволяет осуществлять эпипроекцию изображения при помощи света, отражённого от матрицы в объектив. При этом отражательная способность различных участков регулируется при помощи поворота микрозеркал в одно из двух положений, соответствующих отражению света лампы по направлению к объективу или на световую ловушку с теплоотводом. В первом случае пиксель выглядит на экране белым, а во втором — чёрным [2] . Полутоновое изображение создаётся за счёт регулировки соотношения между периодами «включения» микрозеркала и его «выключения», то есть пропорции белого и чёрного. Градации серого воспринимаются зрителями из-за инерции зрения, суммирующего периоды света и темноты пропорционально их соотношению [1] .
Размеры микрозеркал очень малы и составляют лишь несколько микрон. Промежутки между ними ещё меньше и обычно не превышают одного микрометра. Благодаря последнему обстоятельству структура изображения на экране не обладает «эффектом решётки», характерным для LCD-проекторов [3] . Общее количество микрозеркал определяет чёткость получаемого изображения. Наиболее распространёнными размерами DMD являются 800×600, 1024×768, 1280×720, и 1920×1080. В цифровых кинопроекторах стандартными разрешениями DMD принято считать 2К и 4К, что соответствует 2048 и 4096 пикселей по длинной стороне кадра, соответственно. В зависимости от типа проектора и предполагаемого размера экрана в качестве источника света для освещения DMD-матрицы может использоваться галогенная лампа накаливания или ксеноновая лампа большой мощности. Второй тип источника, унаследованный от стационарных кинопроекторов, чаще применяется в цифровых кинопроекторах, рассчитанных на большой экран.
Цветные проекторы DLP [ править | править код ]
Существует два наиболее распространённых способа создания цветного изображения. Первый из них подразумевает использование в проекторе одной DMD-матрицы, а второй — трёх. Третий способ основан на освещении единственной матрицы светодиодами переменного цвета, но пока находится в стадии разработки.
Одноматричные проекторы [ править | править код ]
 |  |  |  |
 | |||
| Устройство одноматричного DLP проектора. Красной стрелкой показан путь света от лампы к матрице, через диск светофильтров, зеркало и линзу. Далее луч отражается либо в объектив (жёлтая стрелка), либо на радиатор (синяя стрелка). | |||
В проекторах с одной DMD-матрицей цветное изображение создаётся последовательной проекцией трёх частичных цветоделённых изображений через вращающийся диск со светофильтрами основных цветов. Чаще всего диск помещается между лампой и матрицей DMD. Способ аналогичен ранним аддитивным системам цветного кинематографа, таким как Kinemacolor, и системе цветного телевидения телекомпании CBS с последовательной передачей цветных полей. Цветной диск чаще всего содержит три светофильтра красного, зелёного и синего цветов, и одно неокрашенное стекло той же толщины, предназначенное для увеличения контраста изображения.
Вращение диска синхронизируется таким образом, чтобы каждый светофильтр попадал в световой поток в момент появления на чипе соответствующего цветоделённого изображения. То есть, за красным светофильтром выводится красное частичное изображение, за зелёным — зелёное и за синим — синее. При наличии прозрачного сектора диска за ним демонстрируется монохромное изображение, полученное суммированием всех трёх частичных. Прозрачный сектор позволяет повысить контраст, но уменьшает насыщенность цвета, поэтому в некоторых проекторах отсутствует.
Цветное изображение формируется за счёт инерции зрения и высокой частоты смены частичных изображений. В большинстве случаев она дополнительно увеличивается для снижения заметности мельканий. При стандартной частоте проекции цифровых кинопроекторов, составляющей 24 кадра в секунду, каждый целый цветной кадр демонстрируется дважды, чтобы сместить частоту мельканий выше критической границы заметности. Это достигается удвоенной частотой вращения диска с цветными светофильтрами или их двойным набором на одном диске, вращающемся со стандартной скоростью. Получаемый эффект аналогичен эффекту от «холостой лопасти» обтюратора, используемой во всех плёночных кинопроекторах.
В современных DLP-проекторах наметилась тенденция замены движущегося диска со светофильтрами светодиодами, способными мгновенно изменять цвет излучаемого света. Однако, из-за сравнительно небольшой мощности светодиодов такое решение нашло применение в бытовых проекторах, до этого строившихся на основе галогенной лампы. Низкое тепловыделение светодиодов позволяет облегчить тепловой режим работы матрицы, повысив её долговечность.
«Эффект радуги» [ править | править код ]
Главным недостатком одноматричных DLP-проекторов считается так называемый «эффект радуги», проявляющийся в разноцветных контурах на изображении при быстрых движениях глаз зрителей. Это объясняется временны́м параллаксом из-за последовательной, а не одновременной проекции частичных цветоделённых изображений. Явление наиболее заметно при низкой частоте вращения диска со светофильтрами, и не исчезает полностью даже при очень быстрой смене цветов. Однако, повышение частоты вращения цветоделительного диска снижает эффект, поэтому большинство производителей постоянно совершенствует этот параметр. Наибольшего успеха удаётся достичь в светодиодных проекторах за счёт очень высокой частоты обновления. Эффект радуги также заметен при быстрых движениях зрителей, на которых попадает свет, отражённый от экрана. В этом случае могут быть отчётливо видны отдельные фазы движения, отображающиеся разными цветами.
Трёхматричные проекторы [ править | править код ]
Этот тип DLP-проекторов вместо одной матрицы, отображающей последовательно три цветоделённых изображения, использует три одинаковых, каждая из которых отвечает за свой цвет. При этом проекция всех трёх цветоделённых изображений происходит одновременно. Каждая из матриц непрерывно освещается через светофильтр соответствующего цвета, а готовое изображение суммируется с помощью призменной системы и направляется к объективу. Такая конструкция значительно дороже одноматричной и более характерна для цифровых кинопроекторов большой мощности.
Трёхматричные проекторы способны обеспечить более широкий цветовой охват, чем одноматричные, потому что каждый цвет доступен более длительный период времени и может быть модулирован с каждым видеокадром. К тому же, изображение вообще не подвержено мерцанию и «эффекту радуги».
Dolby Digital Cinema 3D [ править | править код ]
Infitec разработала спектральные фильтры для вращающегося диска и 3D-очков, позволяющие проецировать кадры для разных глаз в разных подмножествах спектра. В результате каждый глаз видит своё полноцветное изображение на обычном белом экране, в отличие от систем с поляризацией проецируемого изображения (типа IMAX), требующих специального «серебряного» экрана для сохранения поляризации при отражении.
Неотьемлемой частью DLP проектора является DMD матрица или DMD процессор. Если на вашем экране появилась светлое пятно(точка) или множество таких точек(звездное небо) — то проблем как раз в DMD матрицы. Она требует замены.
В нашем магазине мы предланаем DMD матрицы для всех известных производетелей DLP проекторов. В наличии и под заказ досутпны любые модели DMD матриц.
