Создателем принципиально новой микрозеркальной технологии была американская компания Texas Instruments. В 1996 году она представила свой первый цифровой проекционный блок, запатентованный под торговой маркой DLP (Digital Light Processing).
Чтобы сократить время выхода на рынок, компания решила продвигать новую разработку в виде полностью законченного оптико-механического модуля (Optical Engine), содержащего чипы DMD (Digital Micromirror Device), электронику управления и оптическую систему с источником света и вентилятором. В результате на рынке появилось несколько моделей DLP- проекторов, отличающихся дизайном, но внутренне похожих, как близнецы. Они были выпущены разными производителями как OEM-версии. Самые мощные модели содержали 3 чипа DMD и были реализованы по оптической схеме.
В таких системах световой поток, создаваемый проекционной лампой, пройдя конденсорную систему с тепловым ИК — фильтром, зеркалами и призму полного внутреннего отражения, поступает на комбинированную цветоделительную призму. Она выделяет из потока составляющие первичных цветов и направляет их на поверхности микрозеркальных чипов DMD соответствующих каналов. Отраженные чипами промодулированные составляющие цветов объединяются комбинированной призмой в общий световой поток, который затем поступает в проекционный объектив. Чип DMD представляет собой световой модулятор, состоящий из матрицы поворотных алюминиевых зеркал, количество которых соответствует разрешающей способности проектора. Микроскопические зеркала размером 16 * 16 мкм крепятся на подложке, позволяющей им поворачиваться в пределах 10 градусов.
На каждый микрозеркальный пиксель чипа подведены управляющий и пара адресных электродов, соединенных с ячейкой памяти типа SRAM на КМОП подложке. Комбинация управляющего и адресного напряжений отклоняет зеркало к одному из крайних положений, соответствующих состояниям «включено» и «выключено».
В первом случае отраженный микрозеркалом свет попадает в оптическую систему проекционного объектива, а во втором рассеивается и поглощается. Время оптического переключения состояний микрозеркал не превышает 2 мкс (10 мкс для механического переключения с учетом затухания переходных процессов).
Управление положением зеркал осуществляется методом цифровой широтно-импульсной модуляции с частотой полей, а уровень цветовых составляющих светового потока по каждому пикселю определяется относительным временем нахождения его микрозеркала во включенном положении на временном интервале каждого телевизионного поля. Продолжительность последнего (около 17 мс для видимой на экране части растра телевизионных систем 625 строк, 50 полей/с) подвергается 10-разрядной дискретизации, которая обеспечивает 1024 уровня светового потока каждому пикселю в каналах первичных цветов. Целостная картина складывается за счет физиологических особенностей человеческого зрения — оно способно усреднять мгновенные яркости и цветовые оттенки всех пикселей экранного изображения. Для того чтобы у зрителей это получалось лучше, применяется увеличение частоты коммутации пикселей путем преобразования длинных импульсов в совокупность более коротких той же суммарной продолжительности в пределах каждого поля.
Существенным преимуществом DLP — проекторов является заведомо лучшая общая контрастность (Full on / off) и отсутствие на экране контурных шлейфов за быстро двигающимися фрагментами изображений, что нередко наблюдается у LCD-проекторов. Кроме того, у микрозеркал отсутствует эффект засветки «белыми» пикселями соседних «черных», что обеспечивает лучшую контрастность изображения и передачу тонких линий. В результате именно 3-чиповые DLP-устройства доминируют сегодня в секторе самых мощных, профессиональных проекторов, обеспечивающих высочайшее качество цветного изображения.
Здесь на глаза зрителей ложится дополнительная нагрузка — кроме высокочастотного усреднения яркости с пониженной до 8 бит дискретизацией, им приходится выполнять еще и низкочастотное усреднение цветности, так как изображение на всем экране появляется последовательно в трех первичных цветах. С вращающимся светофильтром, содержащим 3 сектора, частота смены цветов составляет 150 Гц (180 Гц для системы NTSC), что может оказаться недостаточным для исключения зрительных артефактов.
Поэтому усталость зрения при длительных просмотрах в данном случае выше, а цветовая палитра изображения оказывается более субъективной, чем для 3-чиповых проекторов DLP или других технологий. Вместе с тем приятное впечатление производит практическая незаметность отдельных «квадратиков» из-за ненулевого расстояния между отдельными пикселями экранного изображения (зазор между микрозеркалами около 1 мкм, т.е. до 7% их линейного размера, что гораздо меньше, чем у пикселей ЖК-панелей). В стесненных условиях домашнего кинотеатра это обеспечивает комфортные условия просмотра большему числу зрителей, чем при использовании ЖК-проекторов. Правда, при соблюдении норм профессионального кинотеатра (зрители должны быть удалены от экранного изображения на расстояние не менее 2-х его высот) достаточно незаметными становятся уже пиксели проекторов с разрешением не хуже VGA.
Лишь небольшое число фирм сумели освоить собственное производство основного блока (Optical Engine) с использованием покупных DMD-чипов фирмы Texas Instruments. Кроме американской компании InFocus, стоящей у истоков создания DLP-технологии, нам известны лишь две фирмы, владеющие секретом создания новых 1-чиповых проекторов. В порядке появления торговых моделей, это норвежская Davis (6 в 1998 — 2000 гг.) и японская Plus. Другие производители покупают готовые Optical Engine или выпускают OEM-версии. В частности, под марками Kodak, Dream Vision и Toshiba выпускаются DLP-проекторы, даже внешне похожие на модели Davis, a Optical Engine фирмы Plus используется в аппаратах NEC, Panasonic, Sharp и др.
Источник: studopedia.org
Микрозеркальные проекторы DLP
Создателем принципиально новой микрозеркальной технологии была американская компания Texas Instruments. В 1996 году она представила свой первый цифровой проекционный блок, запатентованный под торговой маркой DLP (Digital Light Processing).
Чтобы сократить время выхода на рынок, компания решила продвигать новую разработку в виде полностью законченного оптико-механического модуля (Optical Engine), содержащего чипы DMD (Digital Micromirror Device), электронику управления и оптическую систему с источником света и вентилятором. В результате на рынке появилось несколько моделей DLP- проекторов, отличающихся дизайном, но внутренне похожих, как близнецы. Они были выпущены разными производителями как OEM-версии. Самые мощные модели содержали 3 чипа DMD и были реализованы по оптической схеме.
В таких системах световой поток, создаваемый проекционной лампой, пройдя конденсорную систему с тепловым ИК — фильтром, зеркалами и призму полного внутреннего отражения, поступает на комбинированную цветоделительную призму. Она выделяет из потока составляющие первичных цветов и направляет их на поверхности микрозеркальных чипов DMD соответствующих каналов. Отраженные чипами промодулированные составляющие цветов объединяются комбинированной призмой в общий световой поток, который затем поступает в проекционный объектив. Чип DMD представляет собой световой модулятор, состоящий из матрицы поворотных алюминиевых зеркал, количество которых соответствует разрешающей способности проектора. Микроскопические зеркала размером 16 * 16 мкм крепятся на подложке, позволяющей им поворачиваться в пределах 10 градусов.
На каждый микрозеркальный пиксель чипа подведены управляющий и пара адресных электродов, соединенных с ячейкой памяти типа SRAM на КМОП подложке. Комбинация управляющего и адресного напряжений отклоняет зеркало к одному из крайних положений, соответствующих состояниям «включено» и «выключено».
В первом случае отраженный микрозеркалом свет попадает в оптическую систему проекционного объектива, а во втором рассеивается и поглощается. Время оптического переключения состояний микрозеркал не превышает 2 мкс (10 мкс для механического переключения с учетом затухания переходных процессов).
Управление положением зеркал осуществляется методом цифровой широтно-импульсной модуляции с частотой полей, а уровень цветовых составляющих светового потока по каждому пикселю определяется относительным временем нахождения его микрозеркала во включенном положении на временном интервале каждого телевизионного поля. Продолжительность последнего (около 17 мс для видимой на экране части растра телевизионных систем 625 строк, 50 полей/с) подвергается 10-разрядной дискретизации, которая обеспечивает 1024 уровня светового потока каждому пикселю в каналах первичных цветов. Целостная картина складывается за счет физиологических особенностей человеческого зрения — оно способно усреднять мгновенные яркости и цветовые оттенки всех пикселей экранного изображения. Для того чтобы у зрителей это получалось лучше, применяется увеличение частоты коммутации пикселей путем преобразования длинных импульсов в совокупность более коротких той же суммарной продолжительности в пределах каждого поля.
Существенным преимуществом DLP — проекторов является заведомо лучшая общая контрастность (Full on / off) и отсутствие на экране контурных шлейфов за быстро двигающимися фрагментами изображений, что нередко наблюдается у LCD-проекторов. Кроме того, у микрозеркал отсутствует эффект засветки «белыми» пикселями соседних «черных», что обеспечивает лучшую контрастность изображения и передачу тонких линий. В результате именно 3-чиповые DLP-устройства доминируют сегодня в секторе самых мощных, профессиональных проекторов, обеспечивающих высочайшее качество цветного изображения.
Здесь на глаза зрителей ложится дополнительная нагрузка — кроме высокочастотного усреднения яркости с пониженной до 8 бит дискретизацией, им приходится выполнять еще и низкочастотное усреднение цветности, так как изображение на всем экране появляется последовательно в трех первичных цветах. С вращающимся светофильтром, содержащим 3 сектора, частота смены цветов составляет 150 Гц (180 Гц для системы NTSC), что может оказаться недостаточным для исключения зрительных артефактов.
Поэтому усталость зрения при длительных просмотрах в данном случае выше, а цветовая палитра изображения оказывается более субъективной, чем для 3-чиповых проекторов DLP или других технологий. Вместе с тем приятное впечатление производит практическая незаметность отдельных «квадратиков» из-за ненулевого расстояния между отдельными пикселями экранного изображения (зазор между микрозеркалами около 1 мкм, т.е. до 7% их линейного размера, что гораздо меньше, чем у пикселей ЖК-панелей). В стесненных условиях домашнего кинотеатра это обеспечивает комфортные условия просмотра большему числу зрителей, чем при использовании ЖК-проекторов. Правда, при соблюдении норм профессионального кинотеатра (зрители должны быть удалены от экранного изображения на расстояние не менее 2-х его высот) достаточно незаметными становятся уже пиксели проекторов с разрешением не хуже VGA.
Лишь небольшое число фирм сумели освоить собственное производство основного блока (Optical Engine) с использованием покупных DMD-чипов фирмы Texas Instruments. Кроме американской компании InFocus, стоящей у истоков создания DLP-технологии, нам известны лишь две фирмы, владеющие секретом создания новых 1-чиповых проекторов. В порядке появления торговых моделей, это норвежская Davis (6 в 1998 — 2000 гг.) и японская Plus. Другие производители покупают готовые Optical Engine или выпускают OEM-версии. В частности, под марками Kodak, Dream Vision и Toshiba выпускаются DLP-проекторы, даже внешне похожие на модели Davis, a Optical Engine фирмы Plus используется в аппаратах NEC, Panasonic, Sharp и др.
Источник: studopedia.su
DLP и LCD проекторы. Сравнение технологий
В зависимости от выбранного проектора, качество изображения бывает различное. Полученную картинку можно оценить по основным параметрам:
- яркость,
- точность цветопередачи,
- контрастность,
- глубина цвета,
- частота обновления,
- равномерность освещения,
- оптическая эффективность,
- разрешение.
Чтобы мультимедийные изображения выглядели качественными, технологии проекторов должны обеспечивать высокий уровень основных параметров. Однако не все проекционные системы в равной степени могут обеспечить оптимальный технический уровень.
Далее рассмотрим основные отличительные особенности LCD и DLP цифровых технологий.
Особенности DLP технологии
Технология DLP (с английского переводится как «цифровая обработка света») – самое перспективное техническое решение, основу которого составляет изобретение американского ученого Л. Хорнбека, цифровое микрозеркальное устройство.
Матрица устройства состоит из нескольких тысяч зеркал, имеющих размеры не более 16 микрон. Одна деталь соответствует 1 пикселю и изготавливается из сплава алюминия. Благодаря особенности зеркальной поверхности, материал обладает высокой отражающей способностью. Элементы микрозеркал с помощью оси крепятся к скобе.
Она присоединяется к основанию матрицы специальной системой высокоподвижных пластин. Таким образом, зеркала располагаются поверх интегральной схемы.
Под микрозеркалами в 2-х противоположных углах находятся электроды, которые соединяются со статической памятью Sram. За счет действия электрического поля микроскопические зеркала принимают две позиции, при этом отклоняясь четко от центральной оси вправо или влево на 10 градусов. В итоге, отражаясь от lcd-матрицы, свет фокусируется с помощью оптической системы микрозеркал и позиционируется на дисплей.
LCD проекторы
Используют в работе три жидкокристаллические матрицы, каждая из которых обеспечивает формирование изображение одного из базовых цветов. Белый цвет лампы при помощи особых зеркал разделяется на три световых потока с длиной волн, соответствующих красному, зеленому и синему цвету. Оптическая система мультипроектора направляет каждый поток через отдельную ЖК-матрицу.
Это стеклянная пластинка с нанесенным жидкокристаллическим слоем, разделенным на ячейки – пиксели. Между ними размещены элементами управления. Они регулируют прозрачность пикселей, которые пропускают или отсекают падающий на них свет. Три световых потока сводится в призме в один и через объектив проецируются на экран, формируя цветное изображение.
Благодаря этому отсутствует главный недостаток одноматричных DLP проекторов – «эффект радуги». Еще одним преимуществом является яркость цветного изображения, которая не зависит от светового потока проектора.
Принцип действия DLP проектора
ДЛП технология позволяет создавать цифровой DLP проектор с высокой степенью яркости. В таких цифровых приборах применяется сложная конструкция, состоящая из трех микросхем.
Принцип действия технологии:
- белый пучок света расщепляется призмой на 3 составляющие — красного, синего и зеленого цвета;
- световые потоки перенаправляются четко на свою отдельную поверхность чипа;
- отраженные от зеркал, цветные лучи фокусируются на экран при помощи проекционной линзы.
Для трансляции в кинотеатрах широкоформатного изображения чаще всего применяют эти устройства.
DLP проектор использует цифровую технологию, где пиксели – это двоичные элементы, которые находятся в двух положениях: включенном или выключенном. Благодаря этому отсутствует чувствительность серого цвета к различным окружающим факторам и обеспечивается высокая степень повторяемости. За счет этой особенности градация яркости, цветовые оттенки проецируются стабильно и равномерно по всей площади.
DLP проекторы
Основной конструктивный элемент DLP проектора – матрица, состоящая из миниатюрных зеркал, размером около 15 микрон. Расстояние между зеркалами – менее микрона. Зеркала, являющиеся, по сути, пикселями изображения, закреплены на подвижных основаниях, способных под действием электрического поля принимать два фиксированных положения.
Поле генерируют электроды, подключенные к ячейкам памяти SRAM, также размещенным на матрице. В первом положении зеркало отражает падающий на него свет точно в объектив. Пиксель на экране будет белым. Во втором – свет направляется на светопоглотитель, изготовленный из материала, имеющего малый коэффициент отражения. На экране пиксель будет черным.
Этот принцип попеременного отражения падающего света микрозеркалами лежит в основе принципа работы любого DLP проектора.
DLP матрицы миниатюрны. Например, матрица, обеспечивающая Full HD изображение, имеет размеры 6х4 см.
DLP проекторы с одной матрицей
Устройство DLP проектора с одной матрицей основано на использовании вращающегося диска, выполняющего роль светофильтра. Он размещен между лампой и матрицей и поделен на три равных сектора: красного, синего и зеленого цветов.
Проходя через окрашенный сектор, свет попадает на матрицу, отражается от микрозеркал, проходит через объектив и формирует на экране изображение соответствующего цвета. Затем свет проходит через следующий сектор фильтра и т. д. Изображение на экране воспринимается цветным за счет эффекта инерции зрения. Если цвет изображения обновляется менее чем за 30 мс, человеческий глаз воспринимает его как равномерно окрашенное. За это время проектор формирует около 2000 кадров трех основных цветов, благодаря чему получается 24-битное цветное изображение.
Преимуществом проекторов, изготовленных по DLP технологии, является высокий контраст и глубокий черный цвет.
Основной недостаток проекторов с одной DLP матрицей – разноцветные контуры на изображении. Они появляются при динамических сценах либо при быстром перемещении взгляда по экрану. Чем меньше частота смены цвета, тем более проявляется этот эффект. Поэтому производители стараются уменьшить этот параметр, увеличивая скорость вращения диска светофильтра. Однако полностью избавиться от этого недостатка нельзя.
DLP проекторы с тремя матрицами
В такой конструкции используется три DLP матрицы, каждая из которых обеспечивает проекцию одного цвета. Формирование итогового изображения происходит одновременно. За точность сведения световых потоков, отраженных от каждой матрицы, отвечает призменная система, которая направляет изображение на объектив. Так как цвета накладываются друг на друга без задержки по времени, изображение избавлено от мерцания и радужного эффекта.
Трехматричные DLP проекторы в несколько раз дороже одноматричных и используются либо для домашних кинотеатров класса High-End, либо в инсталляционных проекторах для очень больших экранов (до 200 дюймов).
Особенности LCD технологии
При использовании LCD-технологии, мультимедиа-проекторы оснащаются 3-мя полисиликоновыми ЖК-экранами. Каждая из панелей отвечает за свой цвет. Матрицы состоят из совокупности отдельных пикселей. Между ними размещены управляющие компоненты, регулирующие их прозрачность. Далее пучки цвета сквозь призму объединяются, и благодаря соединяющим линзам проецируются на экран монитора.
Новые 3LCD цифровые проекторы имеют улучшенные технические характеристики. Трехматричные продукты используют чипы марки Texas Instruments. Отличительные характеристики изделий 3LCD Group – за счет проецирования на дисплей трех цветов спектра, получается яркое цветовое пространство, отсутствует «эффект радуги», передача серых оттенков максимально приближена к реальности.
Проекторы, использующие цифровую LCD технологию, работают по такому принципу:
- белый свет лампы за счет 2-х дихроичных микрозеркал расщепляется на основные цвета: зеленый, красный и синий;
- далее каждый цвет пропускается сквозь LCD-матрицу;
- формируется полноцветное изображение.
Технические отличия между технологиями LCD и DLP
Как известно, lcd проектор зачастую может содержать три отдельные стеклянные панели, по одной панели для каждого компонента видео, которое будет подвергаться этому устройству. Проходя участок света через LCD панель, определенные пиксели откроются и тогда они смогут пропустить свет, но если они будут закрытыми, тогда они будут блокировать свет, создастся впечатление того, что отдельный маленький пиксель оборудован специальной системой Венецианских штор. Подобные действия могут смоделировать свет и создать картинку, которая в полной мере будет спроектирована на экран.
Если же рассматривать dlp проектор, то он разработан по специальной технологии и огромную роль в этой разработке сыграла фирма Texas Instruments. По принципу своего действия данная установка очень отличается от устройства LCD. Вместо стеклянных панелей, которые пропускают поток света, отражающая поверхность определенного чипа установки DLP покрыта огромных количеством маленьких зеркал.
Каждой из этих зеркал представлено в виде пикселя. В таком устройстве поток света от лампы проектора направляется на поверхность DLP чипа. Зеркала могут колебаться в разных направлениях, при этом свет будет направляться на линзы, в этом случае пиксель включится, или же от линзы, тогда пиксель выключится.
В дорогостоящих установках DLP вмонтировано всего три чипа, по одному для каждого из каналов: красного, зеленого и синего. Но во многих приборах, которые стоят, не так дорого может быть установлен только один чип.
Для определения цветов существуют еще несколько цветовых колес, которые состоят из разноцветных фильтров. Подобное колесо производит свои вращения по световой линии между лампой и DLP чипом, при этом формируется цвет светового потока.
Зеркала могут наклоняться от линзы или к ней, все зависит от количества цвета, которое будет необходимо для каждого отдельного пикселя в разные периоды времени. Подобное передвижение может смоделировать свет, сформировать картинку, которая после этого будет выведена на экран.
Сравнительная характеристика DLP или LCD проекторов
За последнее время обе технологии развивались и улучшались, поэтому различия между ними становятся все менее заметными. В таблице собраны основные плюсы и минусы двух систем.
градация яркости равномерна по всей плоскости поверхности;
возможность осуществлять 3Д-проецирование на широкоформатные экраны;
высокий коэффициент контрастности;
легкий вес оборудования;
подходят для применения в помещениях с пыльными и задымленными условиями
высокая степень яркости
снижение качества изображения после эксплуатации;
оборудование массивнее и тяжелее
Несмотря на существование небольших недостатков, обе технологии постоянно улучшаются, а модельный ряд периодически обновляется. Производители цифровых проекторов видоизменяют устройства для улучшения качества изображений.
LCD проекторы
Используют в работе три жидкокристаллические матрицы, каждая из которых обеспечивает формирование изображение одного из базовых цветов. Белый цвет лампы при помощи особых зеркал разделяется на три световых потока с длиной волн, соответствующих красному, зеленому и синему цвету. Оптическая система мультипроектора направляет каждый поток через отдельную ЖК-матрицу.
Это стеклянная пластинка с нанесенным жидкокристаллическим слоем, разделенным на ячейки – пиксели. Между ними размещены элементами управления. Они регулируют прозрачность пикселей, которые пропускают или отсекают падающий на них свет. Три световых потока сводится в призме в один и через объектив проецируются на экран, формируя цветное изображение.
Благодаря этому отсутствует главный недостаток одноматричных DLP проекторов – «эффект радуги». Еще одним преимуществом является яркость цветного изображения, которая не зависит от светового потока проектора.
Однако у LCD проекторов есть недостатки:
- несведение цвета. Проявляется в виде контуров различных цветов на изображении. Является следствием неточного монтажа матриц либо повреждения конструкции. Встречается редко, поскольку при производстве матрицы устанавливаются с точностью до полупикселя;
- низкая контрастность и низкий уровень черного цвета. В первых моделях разница в контрасте между LCD и DLP проекторами была очень заметна. Черный объект на экране жк аппарата выглядел как серый. Эволюция технологий привела к тому, что передача черного цвета у LCD сейчас приближается к уровню DLP моделей;
- эффект решетки. Для управления прозрачностью пиксельных ячеек на матрице между ними имеются управляющие каналы. На экране они проявляются в виде изображения решетки, разглядеть которую можно с незначительного расстояния. С 2-3 метров решетка практически не видна, хотя некоторые утверждают, что из-за нее просмотр доставляет им дискомфорт;
- выгорание матриц. Со временем поляризатор жк панели, формирующей синюю составляющую изображения, теряет производительность. Как следствие, интенсивность синего цвета уменьшается и изображение желтеет. Однако при режиме работы 2-4 часа в день это может произойти только через 6-7 лет.
Источник: zarabonline.ru