Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое цифровое микрозеркальное устройство, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое цифровое микрозеркальное устройство, dlp , настоятельно рекомендую прочитать все из категории электромеханические устройства электронных аппаратов.
цифровое микрозеркальное устройство , или DMD , — это микрооптоэлектромеханическая система (MOEMS), являющаяся основой запатентованной технологии проекции Digital Light Processing (DLP) от компании Texas Instruments (TI). Это устройство используется в цифровых проекторах и представляет собой массив из миллионов микроскопических зеркал, которые могут индивидуально наклоняться много тысяч раз в секунду, создавая таким образом пиксели проецируемых изображений.
Технология восходит к 1973 году, когда Харви К. Натансон (изобретатель MEMS , около 1965 г.) использовал миллионы микроскопически малых движущихся зеркал для создания видеоизображения, подобного тому, что сейчас используется в цифровых проекторах.
Проект в Texas Instruments начался с устройства деформируемого зеркала в 1977 году, использующего микромеханические аналоговые модуляторы света. DMD был изобретен физиком-твердотелем и почетным членом TI доктором Ларри Хорнбеком в 1987 году. Первым аналоговым продуктом на основе DMD стал принтер авиабилетов TI DMD2000, который вышел на рынок в 1990 году и использовал DMD вместо лазерного сканера.
В DLP-проекторах изображение создается микроскопически малыми зеркалами, расположенными в матрице на полупроводниковом чипе, известном как цифровое микрозеркальное устройство (DMD). Эти зеркала настолько малы, что шаг пикселя DMD может составлять 5,4 мкм или меньше. Каждое зеркало представляет собой один или несколько пикселей в проецируемом изображении. Количество зеркал соответствует разрешению проецируемого изображения (часто вдвое меньше зеркал, чем заявленное разрешение, из-за колебаний ). Матрицы 800×600 , 1024×768 , 1280×720 и 1920×1080 ( HDTV ) — это некоторые распространенные размеры DMD. Эти зеркала могут быстро перепозиционироваться для отражения света либо через линзу, либо на теплоотвод ( в терминологии Barco называемый световым поглотителем ).
Быстрое переключение зеркала между этими двумя положениями (по сути, включено и выключено) позволяет получать оттенки серого , регулируемые соотношением времени включения и выключения.
На поверхности DMD-чипа расположены несколько сотен тысяч микроскопических зеркал, объединенных в прямоугольную матрицу , которые соответствуют пикселям отображаемого изображения. Зеркала и поддерживающие механические конструкции изготавливаются с использованием поверхностной микрообработки . Зеркала могут поворачиваться по отдельности на ±10-12°, переходя во включенное или выключенное состояние. Во включенном состоянии свет от лампы проектора отражается в линзу, благодаря чему пиксель выглядит ярким на экране. В выключенном состоянии свет направляется в другое место (обычно на радиатор ), из-за чего пиксель выглядит темным. Для получения оттенков серого зеркало очень быстро включается и выключается, а соотношение времени включения и выключения определяет получаемый оттенок (бинарная широтно-импульсная модуляция ). Современные DMD-чипы могут воспроизводить до 1024 оттенков серого (10 бит). См. раздел «Цифровая обработка света» для обсуждения того, как создаются цветные изображения в системах на основе DMD.

Схема цифрового микрозеркала, показывающая зеркало, установленное на подвешенном кронштейне с торсионной пружиной, идущей снизу слева вверх справа (светло-серый цвет), а также электростатические площадки ячеек памяти, расположенные ниже (слева сверху и справа снизу).
Сами зеркала изготовлены из алюминия и имеют диаметр около 16 микрометров. Каждое зеркало установлено на ярме, который, в свою очередь, соединен с двумя опорными стойками с помощью гибких торсионных шарниров . В этом типе шарнира ось закреплена с обоих концов и скручивается посередине. Из-за малого масштаба усталость шарнира не является проблемой, и испытания показали, что даже 1 триллион ( 10¹² ) операций не вызывают заметных повреждений. Испытания также показали, что шарниры не могут быть повреждены обычными ударами и вибрацией, поскольку они поглощаются надстройкой DMD.
Две пары электродов управляют положением зеркала посредством электростатического притяжения. Каждая пара имеет по одному электроду с каждой стороны шарнира, при этом одна пара расположена таким образом, чтобы воздействовать на ярмо, а другая — непосредственно на зеркало. В большинстве случаев одинаковые заряды смещения прикладываются к обеим сторонам одновременно. Вместо того чтобы перевернуться в центральное положение, как можно было бы ожидать, это фактически удерживает зеркало в его текущем положении. Это происходит потому, что сила притяжения на стороне, в которую зеркало уже наклонено, больше, поскольку эта сторона находится ближе к электродам.
Для перемещения зеркал необходимо сначала загрузить соответствующее состояние в ячейку SRAM , расположенную под каждым пикселем и также соединенную с электродами. После загрузки данных во все ячейки SRAM напряжение смещения снимается, позволяя зарядам из ячеек SRAM возобладать и перемещать зеркало. После восстановления напряжения смещения зеркало снова фиксируется в нужном положении, и в ячейку памяти можно загрузить следующее необходимое перемещение.
Система смещения используется потому, что она снижает уровни напряжения, необходимые для адресации пикселей, так что ими можно управлять непосредственно из ячейки SRAM, а также потому, что напряжение смещения может быть снято одновременно для всего чипа, поэтому каждое зеркало перемещается в один и тот же момент. Преимущества последнего заключаются в более точной синхронизации и более кинематографичном движущемся изображении .

Поврежденный DMD-чип, на экране которого «белые точки» отображаются как «белые пиксели».
Описанный режим отказа этих устройств вызван внутренним загрязнением, обычно из-за нарушения герметичности, вызывающего коррозию опор зеркал. Аналогичный отказ был связан с клеем, использовавшимся в период с 2007 по 2013 год, под воздействием тепла и света, который разрушается и выделяет газы: это обычно приводит к запотеванию стекла и, в конечном итоге, к появлению белых/черных пикселей. Как правило, это невозможно исправить, но дефектные DMD-чипы иногда можно использовать для менее критичных проектов, не требующих быстрой смены шаблонов, если существующие дефектные пиксели можно включить в проецируемое изображение или иным образом отобразить, включая 3D-сканирование.

Проектор Christie Mirage 5000, модель DLP 2001 года.
Технология цифровой обработки света ( DLP ) — это набор микросхем, основанных на оптической микроэлектромеханической технологии, использующих цифровое микрозеркальное устройство . Она была первоначально разработана в 1987 году Ларри Хорнбеком из компании Texas Instruments . Хотя само устройство DLP было изобретено компанией Texas Instruments, первый проектор на основе DLP был представлен компанией Digital Projection Ltd в 1997 году. Компании Digital Projection и Texas Instruments были удостоены премии Emmy в 1998 году за технологию DLP-проекторов.
Технология DLP используется в проекционных устройствах DLP (автономных проекционных блоках, в основном для учебных классов и предприятий), телевизорах с задней проекцией DLP и цифровых экранах. Она также использовалась примерно в 85% цифровых кинопроекционных систем примерно в 2011 году, а также в аддитивном производстве в качестве источника света в некоторых принтерах для отверждения смол в твердые 3D-объекты.
Технология DLP использовалась в самых разных областях применения дисплеев, от традиционных статических до интерактивных, а также в нетрадиционных встроенных системах, включая медицинские, охранные и промышленные приложения. Более компактные микросхемы типа «пико» использовались в мобильных устройствах, включая аксессуары для сотовых телефонов и проекционные дисплеи, встроенные непосредственно в телефоны.
Существует два основных метода создания цветного изображения в проекционных системах DLP: методы, используемые в одночиповых DLP-проекторах, и методы, используемые в трехчиповых проекторах. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Третий метод, последовательное освещение тремя цветными светодиодами, находится в стадии разработки и в настоящее время используется в телевизорах производства Samsung .
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
|||
| Внутренний вид одночипового DLP-проектора, показывающий путь света. Свет от лампы попадает в обратный «рыбий глаз», проходит через вращающееся цветовое колесо, пересекает пространство под основной линзой, отражается от зеркала с передней поверхностью и рассеивается на DMD-матрице (красные стрелки). Оттуда свет либо попадает в линзу (желтый цвет), либо отражается от верхней крышки вниз в светоотражатель (синие стрелки), поглощая ненужный свет. В верхнем ряду показаны общие компоненты, крупные планы 4-сегментного цветового колеса RGBW и рассеивателя/отражающей пластины на верхней крышке. | |||
В проекторе с одним DLP-чипом цвета создаются либо путем размещения цветового круга между белой лампой и DLP-чипом, либо с помощью отдельных источников света для получения основных цветов, например, светодиодов или лазеров . Цветовой круг разделен на несколько секторов: основные аддитивные цвета : красный, зеленый и синий, а во многих случаях и белый (прозрачный). В более новых системах белый цвет заменяется основными субтрактивными цветами: голубым, пурпурным и желтым. Использование субтрактивных цветов является частью новой системы цветопередачи BrilliantColor, которая обрабатывает аддитивные цвета вместе с субтрактивными цветами для создания более широкого спектра возможных цветовых комбинаций на экране.
DLP-чип синхронизирован с вращательным движением цветового колеса, так что зеленая составляющая отображается на DMD-дисплее, когда зеленая секция цветового колеса находится перед лампой. То же самое относится к красной, синей и другим секциям. Таким образом, цвета отображаются последовательно с достаточно высокой частотой, чтобы наблюдатель видел составное «полноцветное» изображение. В ранних моделях это был один оборот за кадр. Сейчас большинство систем работают с частотой кадров, в 10 раз превышающей эту.
Уровень черного в одночиповом DLP-проекторе зависит от способа отвода неиспользуемого света. Если неиспользуемый свет рассеивается, отражаясь и рассеиваясь на шероховатых внутренних стенках DMD-матрицы и линзового отсека, то этот рассеянный свет будет виден на проекционном экране как тусклый серый цвет, когда изображение полностью темное. Более глубокий черный цвет и более высокие коэффициенты контрастности достигаются путем направления неиспользуемого света от HID-матрицы и линзового отсека в отдельную область для рассеивания и экранирования светового тракта от нежелательных внутренних вторичных отражений.

Радужный эффект, наблюдаемый в 1DLP-проекторах, использующих только механическое вращающееся колесо.
Одночиповые DLP-проекторы, использующие механическое вращающееся цветовое колесо, могут демонстрировать аномалию, известную как «радужный эффект». Лучше всего это описать как короткие вспышки воспринимаемых красных, синих и зеленых «теней», которые чаще всего наблюдаются, когда проецируемый контент содержит высококонтрастные области движущихся ярких или белых объектов на преимущественно темном или черном фоне. Распространенные примеры — это бегущие строки в конце многих фильмов, а также анимация с движущимися объектами, окруженными толстым черным контуром. Кратковременное видимое разделение цветов также может быть заметно, когда взгляд зрителя быстро перемещается по проецируемому изображению. Некоторые люди часто замечают эти радужные артефакты, в то время как другие могут никогда их не видеть.
Этот эффект обусловлен тем, как глаз следит за движущимся объектом на проекции. Когда объект на экране движется, глаз следит за ним с постоянной скоростью, но проектор отображает каждый чередующийся цвет кадра в одном и том же месте на протяжении всего кадра. Таким образом, пока глаз движется, он видит кадр определенного цвета (например, красный). Затем, когда отображается следующий цвет (например, зеленый), хотя он отображается в том же месте, перекрывая предыдущий цвет, глаз перемещается к следующей целевой точке кадра объекта. Таким образом, глаз видит этот конкретный цвет кадра слегка смещенным. Затем отображается третий цвет (например, синий), и глаз снова видит цвет этого кадра слегка смещенным. Этот эффект воспринимается не только для движущегося объекта, но и для всего изображения. Многоцветные светодиодные и лазерные проекторы на основе одночиповых систем способны устранить эффект вращающегося колеса и минимизировать эффект радуги, поскольку частота импульсов светодиодов и лазеров не ограничена физическим движением. Трехчиповые DLP-проекторы работают без цветовых колес и, следовательно, не проявляют этого радужного артефакта.
В трехчиповом DLP-проекторе для разделения света от лампы используется призма , и каждый основной цвет света затем направляется на свой собственный DMD-чип, после чего снова объединяется и выводится через линзу . Трехчиповые системы используются в высококачественных проекторах для домашних кинотеатров, проекторах для больших залов и проекционных системах DLP Cinema, применяемых в цифровых кинотеатрах.
Согласно DLP.com, трехчиповые проекторы, используемые в кинотеатрах, могут воспроизводить 35 триллионов цветов. Предполагается, что человеческий глаз способен различать около 16 миллионов цветов , что теоретически возможно при использовании одночипового решения. Однако такая высокая точность цветопередачи не означает, что трехчиповые DLP-проекторы способны отображать весь спектр цветов, которые мы можем различать (это принципиально невозможно для любой системы, создающей цвета путем сложения трех постоянных базовых цветов). В сравнении с ними, одночиповые DLP-проекторы имеют преимущество, позволяя использовать любое количество основных цветов в достаточно быстром цветовом фильтре, что открывает возможность расширения цветового охвата.

Проектор InFocus IN34, работающий по технологии DLP.
Технология DLP не зависит от источника света и поэтому может эффективно использоваться с различными источниками света. Исторически основным источником света, используемым в системах отображения DLP, был сменный блок ксеноновой дуговой лампы высокого давления (содержащий кварцевую дуговую трубку, отражатель, электрические соединения и иногда кварцевый/стеклянный экран), тогда как большинство DLP-проекторов пико-категории (ультрамалых) используют мощные светодиоды или лазеры в качестве источника освещения. С 2021 года лазерный источник света стал очень распространенным во многих профессиональных проекторах, например, в Panasonic PT-RZ990.
Для ксеноновых дуговых ламп используется источник постоянного тока, который начинается с достаточно высокого напряжения холостого хода (от 5 до 20 кВ, в зависимости от лампы), чтобы вызвать дугу между электродами, и как только дуга устанавливается, напряжение на лампе падает до заданного значения (обычно от 20 до 50 вольт ), в то время как ток увеличивается до уровня, необходимого для поддержания дуги при оптимальной яркости. По мере старения лампы ее эффективность снижается из-за износа электродов, что приводит к уменьшению видимого света и увеличению количества выделяемого тепла. Окончание срока службы лампы обычно обозначается светодиодом на устройстве или текстовым предупреждением на экране, что требует замены лампового блока.
Продолжительная эксплуатация лампы после истечения номинального срока службы может привести к дальнейшему снижению эффективности, неравномерному световому потоку , а также к тому, что лампа в конечном итоге нагреется до такой степени, что силовые провода могут расплавиться на клеммах. В конечном итоге требуемое пусковое напряжение также повысится до такой степени, что зажигание станет невозможным. Дополнительные средства защиты, такие как датчик температуры, могут отключить проектор, но перегретая кварцевая дуговая трубка также может треснуть или взорваться. Практически все корпуса ламп содержат термостойкие барьеры (в дополнение к тем, что находятся на самом блоке лампы), чтобы предотвратить выход раскаленных фрагментов кварца за пределы рабочей зоны.
Первым коммерчески доступным DLP-телевизором на основе светодиодов стал Samsung HL-S5679W, выпущенный в 2006 году, в котором также отказались от использования цветового колеса. Помимо длительного срока службы, исключающего необходимость замены ламп и отсутствие цветового колеса, к другим преимуществам светодиодного освещения относятся мгновенное включение и улучшенная цветопередача, с повышенной насыщенностью цвета и улучшенным цветовым охватом до более чем 140% от цветового охвата NTSC . В 2007 году Samsung расширила линейку моделей LED, выпустив продукты с диагональю экрана 50, 56 и 61 дюйм. В 2008 году третье поколение продуктов Samsung LED DLP стало доступно с диагональю экрана 61 (HL61A750) и 67 (HL67A750).
Обычная светодиодная технология не обеспечивает интенсивность и высокую светоотдачу, необходимые для замены дуговых ламп. Специальные светодиоды, используемые во всех DLP-телевизорах Samsung, — это светодиоды PhlatLight , разработанные и произведенные американской компанией Luminus Devices . Эти проекционные телевизоры освещаются одним RGB-чипом PhlatLight. Светодиоды PhlatLight также используются в новом классе ультракомпактных DLP-проекторов, обычно называемых «карманными проекторами», и были представлены в новых моделях от LG Electronics (HS101), Samsung (SP-P400) и Casio (серия XJ-A). Следующей категорией DLP-проекторов, использующих технологию PhlatLight, станут проекторы для домашнего кинотеатра. На выставке InfoComm в июне 2008 года Luminus и TI объявили о своем сотрудничестве в использовании их технологии в проекторах для домашнего кинотеатра и бизнеса и продемонстрировали прототип DLP-проектора для домашнего кинотеатра на базе светодиодов PhlatLight. Они также объявили, что продукция компании Optoma и других компаний, названия которых будут объявлены позже в этом году, появится на рынке в конце 2008 года.
Светодиоды PhlatLight от Luminus Devices также использовались компанией Christie Digital в их системе отображения MicroTiles на основе DLP . Это модульная система, состоящая из небольших (диагональ 20 дюймов) кубов для задней проекции, которые можно складывать и объединять в плитки, образуя большие экраны с очень мелкими швами. Масштаб и форма экрана могут быть любого размера, ограниченного лишь практическими возможностями.
Первым коммерчески доступным DLP-телевизором высокой четкости, созданным на основе лазерных технологий, стал Mitsubishi L65-A90 LaserVue в 2008 году, в котором также отказались от использования цветового колеса. Три отдельных цветных лазера подсвечивают цифровое микрозеркальное устройство (DMD) в этих проекционных телевизорах, создавая более насыщенную и яркую цветовую палитру, чем при использовании других методов. Более подробную информацию можно найти в статье о лазерных видеодисплеях .

DLP-чип для кинотеатральной печати, произведенный компанией Texas Instruments.

Прототип проектора DLP Cinema от компании Texas Instruments, модель Mark V, 2000 год.

Проектор NEC Cinema DLP в 2006 году.
Системы DLP Cinema используются и тестируются в кинотеатрах с 1999 года. В июне 1999 года « Звездные войны: Эпизод I — Призрачная угроза» стали первым фильмом, полностью отсканированным и показанным в кинотеатрах. Четыре кинотеатра установили цифровые проекторы для показа фильма. То же самое было сделано для анимационного фильма «Тарзан» в том же году . Позже в том же году «История игрушек 2» стала первым фильмом, полностью созданным, отредактированным и распространенным в цифровом формате, и все больше кинотеатров устанавливали цифровые проекторы для его показа. DLP Cinema стала первой коммерческой технологией цифрового кино и является ведущей технологией цифрового кино с приблизительно 85% долей рынка во всем мире по состоянию на декабрь 2011 года. Цифровое кино имеет некоторые преимущества перед пленочным, поскольку пленка может быть подвержена выцветанию цвета, скачкам, царапинам и загрязнению. Цифровое кино позволяет сохранять стабильное качество киноконтента с течением времени. Сегодня большая часть киноконтента также снимается в цифровом формате. Первым полностью цифровым полнометражным художественным фильмом, снятым без использования пленки, стал фильм «Звездные войны: Эпизод II — Атака клонов » , вышедший в 2002 году .
Компания DLP Cinema не производит проекторы, а предоставляет проекционную технологию и тесно сотрудничает с компаниями Barco, Christie Digital и NEC, которые производят проекционные устройства. Продукция DLP Cinema доступна владельцам кинотеатров в нескольких разрешениях в зависимости от потребностей кинотеатра. К ним относятся 2K – для большинства киноэкранов, 4K – для больших киноэкранов, и S2K, специально разработанное для небольших кинотеатров, особенно на развивающихся рынках по всему миру.
2 февраля 2000 года Филипп Бинан, технический менеджер проекта цифрового кино в компании Gaumont во Франции, осуществил первую в Европе цифровую кинопроекцию с использованием технологии DLP Cinema, разработанной компанией Texas Instruments. DLP в настоящее время является лидером рынка профессиональной цифровой кинопроекции во многом благодаря высокому коэффициенту контрастности и доступному разрешению по сравнению с другими технологиями цифровой фронтальной проекции. По состоянию на декабрь 2008 года в мире было установлено более 6000 цифровых киносистем на основе DLP .
Проекторы DLP также используются в кинотеатрах RealD 3D и более новых IMAX для показа 3D-фильмов .

56-дюймовый DLP-телевизор с задней проекцией
С момента своего коммерческого появления в 1996 году технология DLP завоевала долю рынка фронтальной проекции и в настоящее время занимает более 50% мирового рынка фронтальной проекции, а также 85% мирового рынка цифрового кино. Кроме того, в категории пико-дисплеев (небольшие мобильные дисплеи) технология DLP занимала примерно 70% рынка. Более 30 производителей использовали чипсет DLP для питания своих проекционных систем.

На задней панели Mitsubishi XD300U показаны доступные выходные и входные разъемы.
Наиболее похожей на DLP конкурирующей системой является LCoS ( жидкий кристалл на кремнии ), которая создает изображения с помощью неподвижного зеркала, установленного на поверхности чипа, и использует жидкокристаллическую матрицу (подобную жидкокристаллическому дисплею ) для управления количеством отражаемого света. Телевизионные системы на основе DLP также считаются, пожалуй, менее глубокими, чем традиционные проекционные телевизоры.
Исследование, описанное в статье про цифровое микрозеркальное устройство, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое цифровое микрозеркальное устройство, dlp и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории электромеханические устройства электронных аппаратов
Комментарии
Оставить комментарий
электромеханические устройства электронных аппаратов
Термины: электромеханические устройства электронных аппаратов