Digital Light Processing ( DLP ) — набор микросхем, основанный на оптической микро-электромеханической технологии, использующий цифровое микрозеркальное устройство . Первоначально он был разработан в 1987 году Ларри Хорнбеком из Texas Instruments . В то время как устройство обработки изображений DLP было изобретено компанией Texas Instruments, первый проектор на основе DLP был представлен компанией Digital Projection Ltd в 1997 году. Digital Projection и Texas Instruments были удостоены награды «Эмми» в 1998 году за технологию проектора DLP. DLP используется в различных приложениях отображения: от традиционных статических дисплеев до интерактивных дисплеев, а также в нетрадиционных встроенных приложениях, включая медицинские, охранные и промышленные.
Технология DLP используется в фронтальных проекторах DLP (автономные проекционные устройства, в первую очередь для учебных аудиторий и бизнеса), телевизорах обратной проекции DLP и цифровых вывесках. Он также используется примерно в 85% проекций цифрового кино и в аддитивном производстве в качестве источника света в некоторых принтерах для отверждения смол в твердые 3D-объекты. [1]
Чипсеты меньшего размера «pico» используются в мобильных устройствах, включая аксессуары для мобильных телефонов и функции проекционного дисплея, встроенные непосредственно в телефоны.
В DLP-проекторах изображение создается микроскопически маленькими зеркалами, расположенными в матрице на полупроводниковом кристалле, известном как цифровое микрозеркальное устройство (DMD). Эти зеркала настолько малы, что шаг пикселя DMD может составлять 5,4 мкм или меньше. [2] Каждое зеркало представляет один или несколько пикселей проецируемого изображения. Количество зеркал соответствует разрешению проецируемого изображения (часто зеркал вдвое меньше заявленного разрешения из-за вобуляции ). Матрицы 800×600 , 1024×768 , 1280×720 и 1920×1080 ( HDTV ) являются некоторыми распространенными размерами DMD. Эти зеркала можно быстро перемещать, чтобы отражать свет либо через линзу, либо на радиатор ( в терминологии Barco это называется «свалкой света» ).
Быстрое переключение зеркала между этими двумя ориентациями (по существу включенным и выключенным) приводит к появлению оттенков серого , контролируемых соотношением времени включения и времени выключения.
Существует два основных метода, с помощью которых проекционные системы DLP создают цветное изображение: те, которые используются одночиповыми DLP-проекторами, и те, которые используются трехчиповыми проекторами. Третий метод — последовательное освещение тремя цветными светодиодами — разрабатывается и в настоящее время используется в телевизорах производства Samsung .
В проекторе с одним чипом DLP цвета создаются либо путем размещения цветового круга между белой лампой и чипом DLP, либо с использованием отдельных источников света для создания основных цветов, например светодиодов или лазеров . Цветовой круг разделен на несколько секторов: основные аддитивные цвета : красный, зеленый и синий, и во многих случаях белый (прозрачный). В более новых системах основные субтрактивные цвета заменяются голубым, пурпурным и желтым на белый. Использование субтрактивных цветов является частью новой системы цветопередачи под названием BrilliantColor, которая обрабатывает аддитивные цвета вместе с субтрактивными цветами для создания более широкого спектра возможных цветовых комбинаций на экране.
Чип DLP синхронизирован с вращательным движением цветового круга, поэтому зеленый компонент отображается на DMD, когда зеленая часть цветового круга находится перед лампой. То же самое касается красного, синего и других участков. Таким образом, цвета отображаются последовательно с достаточно высокой скоростью, 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 частоту кадров.
Уровень черного одночипового DLP зависит от того, как распределяется неиспользованный свет. Если неиспользованный свет рассеивается, отражается и рассеивается на шероховатых внутренних стенках камеры DMD/линзы, этот рассеянный свет будет виден на проекционном экране как тускло-серый, когда изображение полностью темное. Более глубокий черный цвет и более высокий коэффициент контрастности возможны за счет направления неиспользуемого HID-света от камеры DMD/линзы в отдельную область для рассеивания и экранирования пути света от нежелательных внутренних вторичных отражений.
Одночиповые DLP-проекторы, в которых используется механическое вращающееся цветовое колесо, могут проявлять аномалию, известную как «эффект радуги». Лучше всего это описать как короткие вспышки воспринимаемых красных, синих и зеленых «теней», наблюдаемые чаще всего, когда проецируемый контент содержит высококонтрастные области движущихся ярких или белых объектов на преимущественно темном или черном фоне. Типичными примерами являются прокручивающиеся финальные титры во многих фильмах, а также анимация с движущимися объектами, окруженными толстым черным контуром. Кратковременное видимое разделение цветов также может быть заметным, когда взгляд зрителя быстро перемещается по проецируемому изображению. Некоторые люди часто замечают эти радужные артефакты, а другие могут вообще их никогда не видеть.
Этот эффект вызван тем, как глаз следует за движущимся объектом на проекции. Когда объект на экране движется, глаз следует за объектом с постоянным движением, но проектор отображает каждый чередующийся цвет кадра в одном и том же месте на протяжении всего кадра. Итак, пока глаз движется, он видит рамку определенного цвета (красного, например). Затем, когда отображается следующий цвет (например, зеленый), хотя он отображается в том же месте, перекрывая предыдущий цвет, глаз перемещается в сторону следующего целевого кадра объекта. Таким образом, глаз видит, что конкретный цвет рамки слегка сдвинут. Затем отображается третий цвет (например, синий), и глаз видит, что цвет этого кадра снова слегка смещается. Этот эффект ощущается не только для движущегося объекта, но и для всей картинки. Одночиповые проекторы на основе многоцветных светодиодов и лазеров способны исключить вращающееся колесо и минимизировать эффект радуги, поскольку частота импульсов светодиодов и лазеров не ограничивается физическим движением. Трехчиповые DLP-проекторы работают без цветовых кругов и, следовательно, не проявляют этот радужный артефакт». [3]
Трехчиповый DLP-проектор использует призму для разделения света от лампы , и каждый основной цвет света затем направляется на свой собственный чип DMD, затем рекомбинируется и направляется через объектив . Трехчиповые системы используются в проекторах для домашних кинотеатров более высокого класса, в проекторах для больших помещений и в проекционных системах DLP Cinema, используемых в цифровых кинотеатрах.
По данным DLP.com, трехчиповые проекторы, используемые в кинотеатрах, способны воспроизводить 35 триллионов цветов. [ нужна ссылка ] Предполагается, что человеческий глаз способен обнаруживать около 16 миллионов цветов [ нужна ссылка ] , что теоретически возможно с помощью одночипового решения. Однако такая высокая точность цветопередачи не означает, что трехчиповые DLP-проекторы способны отображать всю различимую нами гамму цветов (это принципиально невозможно при любой системе, составляющей цвета путем добавления трех постоянных базовых цветов). Напротив, одночиповые DLP-проекторы имеют то преимущество, что позволяют воспроизводить любое количество основных цветов в достаточно быстром колесе цветовых фильтров, и поэтому доступна возможность улучшения цветовой гаммы.
Технология DLP не зависит от источника света и поэтому может эффективно использоваться с различными источниками света. Исторически основным источником света, используемым в системах DLP-дисплеев, был сменный блок ксеноновых дуговых ламп высокого давления (содержащий кварцевую дуговую трубку, отражатель, электрические соединения, а иногда и экран из кварца/стекла), тогда как в большинстве пико-категории (ультра-) маленький) В DLP-проекторах в качестве источника освещения используются мощные светодиоды или лазеры . С 2021 года лазерный источник света стал очень распространён во многих профессиональных проекторах, например Panasonic PT-RZ990. [4]
Для ксеноновых дуговых ламп используется источник постоянного тока, который запускается при достаточно высоком напряжении холостого хода (от 5 до 20 кВ, в зависимости от лампы), чтобы вызвать возникновение дуги между электродами, и как только дуга установится Напряжение на лампе падает до заданного значения (обычно от 20 до 50 вольт [5] ), а ток увеличивается до уровня, необходимого для поддержания оптимальной яркости дуги. По мере старения лампы ее эффективность снижается из-за износа электродов, что приводит к уменьшению видимого света и увеличению количества отходящего тепла. Окончание срока службы лампы обычно обозначается светодиодом на устройстве или текстовым предупреждением на экране, требующим замены лампового блока.
Продолжение эксплуатации лампы по истечении номинального срока службы может привести к дальнейшему снижению эффективности, световой поток может стать неравномерным, и в конечном итоге лампа может нагреться настолько, что провода питания могут расплавиться с клемм лампы. Со временем требуемое пусковое напряжение также поднимется до точки, при которой воспламенение больше не произойдет. Вторичные средства защиты, такие как датчик температуры, могут отключить проектор, однако термически перенапряженная кварцевая дуговая трубка также может треснуть или взорваться. Практически все корпуса ламп содержат термостойкие барьеры (помимо тех, что находятся на самом ламповом блоке), предотвращающие выход раскаленных осколков кварца за пределы помещения.
Первым коммерчески доступным DLP HD-телевизором на основе светодиодов стал Samsung HL-S5679W в 2006 году, в котором также было исключено использование цветового круга. Помимо длительного срока службы, исключающего необходимость замены лампы и отсутствия цветового круга, другие преимущества светодиодного освещения включают мгновенное включение и улучшенную цветопередачу с повышенной насыщенностью цвета и улучшенной цветовой гаммой до более чем 140% цветовой гаммы NTSC . В 2007 году компания Samsung расширила линейку светодиодных моделей продуктами, доступными с размерами экрана 50, 56 и 61 дюйм. В 2008 году третье поколение светодиодных DLP-продуктов Samsung было доступно с размерами экрана 61 (HL61A750) и 67 дюймов (HL67A750).
Обычная светодиодная технология не обеспечивает интенсивность и световой поток, необходимые для замены дуговых ламп. Во всех DLP-телевизорах Samsung используются специальные запатентованные светодиоды PhlatLight, разработанные и изготовленные американской компанией Luminus Devices. Эти проекционные телевизоры освещаются одним светодиодным чипсетом RGB PhlatLight. Светодиоды PhlatLight также используются в новом классе ультракомпактных фронтальных DLP-проекторов, обычно называемых «карманными проекторами», и были представлены в новых моделях LG Electronics (HS101), Samsung Electronics (SP-P400) и Casio ( серия XJ-A). Проекторы для домашнего кинотеатра станут следующей категорией DLP-проекторов, в которых будет использоваться светодиодная технология PhlatLight. На выставке InfoComm в июне 2008 г. компании Luminus и TI объявили о своем сотрудничестве по использованию своей технологии в проекторах для домашнего кинотеатра и бизнес-проектах и продемонстрировали прототип фронт-проектора для домашнего кинотеатра PhlatLight на основе светодиодов DLP. Они также объявили, что продукты Optoma и других компаний, названия которых будут названы позже в этом году, появятся на рынке позднее в 2008 году .
Светодиоды PhlatLight от Luminus Devices также использовались компанией Christie Digital в их системе отображения MicroTiles на основе DLP . [6] Это модульная система, состоящая из небольших (диагональю 20 дюймов) кубов обратной проекции, которые можно складывать и складывать вместе, образуя большие полотна с очень маленькими швами. Масштаб и форма дисплея могут иметь любой размер, но ограничены практическими ограничениями.
Первым коммерчески доступным лазерным DLP HD-телевизором стал Mitsubishi L65-A90 LaserVue в 2008 году, в котором также было исключено использование цветового круга. Три отдельных цветных лазера освещают цифровое микрозеркальное устройство (DMD) в этих проекционных телевизорах, создавая более богатую и яркую цветовую палитру, чем другие методы. Дополнительную информацию см. в статье о лазерном видеодисплее .
Системы DLP Cinema используются и коммерчески тестируются в кинотеатрах с 1999 года. В июне 1999 года « Звездные войны: Эпизод I – Скрытая угроза» стал первым фильмом, который был полностью отсканирован и распространен в кинотеатрах. [7] [8] [9] [10] [11] Для показа фильма в четырех кинотеатрах были установлены цифровые проекторы. [12] В том же году то же самое было сделано с анимационным фильмом «Тарзан» . [13] Позже в том же году «История игрушек 2» стала первым фильмом, который был полностью создан, отредактирован и распространен в цифровом формате, и для его выпуска все больше кинотеатров установили цифровые проекторы. DLP Cinema была первой коммерческой технологией цифрового кино и ведущей технологией цифрового кино с долей примерно 85% мирового рынка по состоянию на декабрь 2011 года. Цифровое кино имеет некоторые преимущества перед пленкой, поскольку пленка может подвергаться выцветанию цвета, скачкам, царапинам и накоплению грязи. . Цифровое кино позволяет контенту фильма сохранять стабильное качество с течением времени. Сегодня большая часть киноконтента также снимается в цифровом формате. Первым полностью цифровым полнометражным фильмом, снятым без пленки, стал фильм 2002 года «Звездные войны. Эпизод II: Атака клонов».
DLP Cinema не производит конечные проекторы, а скорее предоставляет проекционные технологии и тесно сотрудничает с Barco, Christie Digital и NEC, которые производят конечные проекционные устройства. DLP Cinema доступен владельцам кинотеатров в нескольких разрешениях в зависимости от потребностей экспонента. К ним относятся 2K – для большинства театральных экранов, 4K – для больших театральных экранов и S2K, специально разработанный для небольших кинотеатров, особенно на развивающихся рынках по всему миру.
2 февраля 2000 года Филипп Бинан, технический менеджер проекта цифрового кино компании Gaumont во Франции , реализовал первую проекцию цифрового кино в Европе [14] с помощью технологии DLP CINEMA, разработанной Texas Instruments. DLP в настоящее время является лидером рынка профессиональной цифровой кинопроекции [15] во многом благодаря своему высокому коэффициенту контрастности и доступному разрешению по сравнению с другими технологиями цифровой фронтальной проекции. По состоянию на декабрь 2008 года по всему миру установлено более 6000 систем цифрового кино на базе DLP. [16]
DLP-проекторы также используются в кинотеатрах RealD Cinema и новых кинотеатрах IMAX для просмотра 3-D фильмов .
С момента своего коммерческого внедрения в 1996 году технология DLP быстро завоевала долю рынка фронтальной проекции и в настоящее время занимает более 50% мировой доли фронтальной проекции, а также 85% рынка цифрового кино во всем мире. Кроме того, в категории пико (маленьких мобильных дисплеев) технология DLP занимает около 70% рынка. Более 30 производителей используют чипсет DLP для своих систем проекционного отображения.
Наиболее похожая на DLP конкурирующая система известна как LCoS ( жидкий кристалл на кремнии ), которая создает изображения с помощью неподвижного зеркала, установленного на поверхности чипа, и использует жидкокристаллическую матрицу (похожую на жидкокристаллический дисплей ) для контроля того, как отражается много света. [22] Телевизионные системы на основе DLP также считаются меньшими по глубине, чем традиционное проекционное телевидение.