Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие, страница 48

DLP-DMD проекторы. Компания Texas Instruments более 20 лет назад начала исследования по со­зданию DMD-модуляторов света для при­менения в том числе в проекционных си­стемах отображения дисплейной инфор­мации. Эти работы привели к созданию в 1996 г. первых проекционных систем на основе таких модуляторов.

DMD-матрица представляет собой кремниевую пластину с прямоугольным массивом отражающих элементов, разме­щенных на ее поверхности. Каждый та­кой элемент содержит микрозеркало, же­стко прикрепленное к подвижной под­ложке, которая, в свою очередь, соедине­на с неподвижным основанием посредст­вом упругих пластин. Под действием эле­ктростатических сил, формируемых инте­грированной в пластину MOS-микросхемой, подложка с зеркалом поворачивается вокруг оси, параллельной одной из диаго­налей зеркала; направления осей враще­ния всех зеркал совпадают. Поворот зер­кал осуществляется в одну или в другую сторону на 10° от горизонтального поло­жения до упора. В одном положении от­раженный свет проходит через проекци­онный объектив, а в другом - попадает в световую ловушку. Выпускаются модуляторы света с адресуе­мым пространством SVGA и XGA.

При разработке DMD-матриц иссле­дователи столкнулись со сложнейшей проблемой прилипания углов подложек к неподвижному основанию. Решить ее по­могли открытые еще в прошлом веке свойства китового жира. В результате бы­ло создано покрытие с прилипанием, вчет­веро меньшим, чем у тефлона.

DLP-DMD проекторы в своей основе имеют ЧИП, в окне которого собрана матрица 800х600 микрозеркал, механически колеблющихся под воздействием управляющего электрического сигнала, сформированного из входного видеосигнала. ЧИП освещается мощным источником света. Оптическая система построена таким образом, что изображение фокусируется в увеличенном виде на экране. Каждое микрозеркало образует один элемент отображения – пиксел. Такие проекторы строятся на 1, 2 и 3 чипах.

В наиболее распространенных одноматричных проекторах используется один DMD-модулятор света. Цветоделение осуществляется с помощью вращающего­ся цветного фильтра. При этом за счет высокой световой эффективности DMD-модулятора (свыше 60 %) достигаются световые потоки 500 - 1000 лм при ис­пользовании ламп мощностью 120 -250 Вт. Простота устройства такого про­ектора обусловливает его низкую цену (4500 - 7000 долл. США в 2000 г.). По­этому в настоящее время многие компа­нии, включая японские, производят про­екционные дисплеи с одним DMD-модулятором как фронт-проекционные, так и РИР-проекционные, включая составные экраны. В последнем случае удается до­стигнуть малых проекционных расстоя­ний и обеспечить глубину РИР-проекционного составного экрана около 70 см.

Недостатком проекционного дисплея с одним DMD является существенное сни­жение светового потока (в три раза) из-за последовательного формирования цветно­го изображения. Поэтому были разрабо­таны схемы проекторов с использованием двух или трех DMD-модуляторов. Трехматричные DMD-проекторы, хотя и уст­роены проще,  по размеру, массе и це­не все они на порядок или два превосхо­дят одноматричные (до 100 тыс. долл. США за проектор на основе трех DMD со световым потоком около 5000 лм). Они снабжены более совершенной оптикой, электроникой и мощной лампой. Цветовой фильтр в таких проекторах отсутствует. Прошедший через призму полного внут­реннего отражения световой поток попа­дает на систему дихроичных призм, раз­деляющих его на потоки базовых цветов, каждый из которых направляется на от­дельную DMD-матрицу.

Для трехматричной схемы разра­ботан процессор Andromeda, преобразующий видеосигнал в последовательность из нескольких сот за­грузок матриц DMD. На одну загрузку матриц затрачивается около 200 мкс, что соответствует скорости передачи данных 400 Мбит/с. С учетом особенностей вос­приятия человеком частой смены цветов разработаны алгоритмы груп­пировки блоков каждого из трех основных цветов и правильного их расположения в последовательности загрузки матриц. Про­цессор Andromeda реализует также функ­цию цветокоррекции, причем производитель может сам менять ее параметры.

Одно из основных преимуществ DMD-матриц перед AM ЖК - большая световая эффективность. Это обусловле­но, во-первых, тем, что формирующие из­ображение элементы (микрозеркала) по­глощают меньше света, а во-вторых, более эффективным использованием площади кристалла. Как следствие, существенно улучшается качество проецируемой на эк­ран картинки, более четкими оказывают­ся границы окрашенных в разные цвета участков изображения.

Также в DMD-проекторах легче ре­шается задача теплоотвода: неиспользуе­мая часть светового потока направляется на специальный поглотитель, преобразую­щий свет в тепло. При этом конструкция проектора упрощается, по сравнению с ап­паратами на просветных ЖК-матрицах, в которых тепло приходится отводить от са­мой матрицы.

DLP-проекторы не имеют потерь на поляризацию, зеркала имеют коэффициент отражения около 1, поэтому в принципе  эти проекторы более эффективны по сравнению с LCD. Однако до настоящего времени технологические трудности не позволили реализовать этот выигрыш и эффективность DLP-проекторов находится на уровне или лишь немного превышает эффективность LCD-проекторов.