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.
Типы ламп.
В современных проекторах для получения интенсивного потока света используют эффективные галогенные, метало - галоидные или ксеноновые дуговые лампы. Галогенные лампы используются в проекторах небольшой мощности и имеют срок службы 50 - 100 часов (по спаду яркости на 50% за счет запыления внутренней поверхности стекла лампы). Метало - галоидные лампы используются в проекторах средней и высокой мощности. Характерный срок службы ламп составляет 1000 - 2000 часов. За 200 часов яркость падает на 5%, за 1000 - на 20%.
В наиболее мощных проекторах используются ксеноновые дуговые лампы, имеющие ресурс более 1000 часов и дающие наиболее естественный цвет. Лампы UHP производят голубоватый поток света, похожий на излучаемый лампами дневного света. Они обладают компактными размерами, и потребляют мало энергии. UHP лампы, как и обычные лампочки, перегорают мгновенно, по истечению срока службы, без потери яркости со временем. Метало - галогенные лампы производят красноватый свет, похожий на свет обыкновенных лампочек, размеры их больше чем у ламп UHP, и они потребляют больше энергии. Выгорание метало - галогенных ламп происходит постепенно. Со временем производимый ими свет тускнеет, до тех пор, пока лампа окончательно не перегорает.
Важным достоинством ламп UHP является возможность их самостоятельной замены (т.е. без обращения в сервисный центр), поскольку они конструктивно защищены от неосторожного нанесения жировых пятен, смертельно опасных для проекционных ламп всех типов.
Разрешение.
Разрешение проектора - способность отображать мелкие детали изображения. Матрица проектора состоит из дискретных элементов, каждый из которых отвечает за отображения одной точки на экране. Обычно разрешение включает в себя две составляющие, первая - количество точек (минимальных элементов) по горизонтали, вторая - по вертикали. Точки (элементы) изображения часто называют пикселями. Чем выше разрешение проектора, тем более детальное изображение он может проецировать. В настоящее время максимально возможное разрешение достигает значения 1800 * 1440 точек.
Многие проекторы позволяют подавать на свой вход сигнал с разрешением, не совпадающим с физическим, для чего применяются различные алгоритмы сжатия или расширения. При этом неизбежны искажения. Оптимальным считается настройка компьютера на разрешение, совпадающее с физическим разрешением ЖК - матрицы или DMD - кристалла проектора.
Вертикальная частота кадровой разверстки (vertical frequency) - количество кадров, во время которых луч формирует изображение от верхней строки до нижней. Чем выше вертикальная частота, тем ниже уровень мерцания картинки.
Горизонтальная частота строчной разверстки (horizontal frequency) - количество горизонтальных линий отображаемого изображения, сканируемых за одну секунду. Чем выше горизонтальная частота, тем более высокое разрешение можно проецировать.
Компрессия - способность проектора проецировать изображение с разрешением, отличном от его реального разрешения. При компрессии в большую сторону, например в 1024 * 786 при реальном разрешении проектора 800 * 600, происходит выбрасывание из изображения некоторых «строк» и «столбцов», и последующее сглаживание получившегося изображения, с помощью специальных алгоритмов. После компрессии изображение деформируется, степень деформации зависит от разницы между реальным и компрессируемым разрешениями).
При компрессии в меньшую сторону, происходит удваивание некоторых «столбцов» и «строк» изображения с дальнейшей обработкой получившегося изображения.
Угол просмотра - максимальный угол, с которого отчётливо распознаётся проецируемое изображение, в случае, когда зритель смотрит на экран сбоку. Угол просмотра может быть как вертикальным, так и горизонтальным.
Контрастность. Уровень контрастности это соотношение между самым ярким и самым тёмным участками проецируемого изображения. Чем выше уровень контрастности, тем чётче картинка. Проекторы с высоким уровнем контрастности способны передавать мельчайшие детали изображения, например, практически незаметную шероховатость поверхностей.
В DLP проекторах на уровень контрастности влияет угол отклонения микрозеркал DMD чипа. Чем больше угол отклонения, тем выше контрастность проектора.
В LCD проекторах на уровень контрастности влияет апертура (способность пропускать свет) жидкокристаллической матрицы проектора.