Матрица проектора что это
Технология DLP
Digital Light Processing (DLP) — передовая технология, изобретенная компанией Texas Instruments. Благодаря ей оказалось возможным создавать очень небольшие, очень легкие (3 кг — разве это вес?) и, тем не менее, достаточно мощные (более 1000 ANSI Lm) мультимедиапроекторы.
Краткая история создания
В 1987 году Dr. Larry J. Hornbeck изобрел цифровое мультизеркальное устройство (Digital Micromirror Device или DMD). Это изобретение завершило десятилетние исследования Texas Instruments в области микромеханических деформируемых зеркальных устройств (Deformable Mirror Devices или снова DMD). Суть открытия состояла в отказе от гибких зеркал в пользу матрицы жестких зеркал, имеющих всего два устойчивых положения.
В 1989 году Texas Instruments становится одной из четырех компаний, избранных для реализации «проекторной» части программы U.S. High-Definition Display, финансируемой управлением перспективного планирования научно-исследовательских работ (ARPA).
В мае 1992 года TI демонстрирует первую основанную на DMD систему, поддерживающую современный стандарт разрешения для ARPA.
High-Definition TV (HDTV) версия DMD на основе трех DMD высокого разрешения была показана в феврале 1994 года.
Массовые продажи DMD-чипов началиcь в 1995 году.
Технология DLP
Ключевым элементом мультимедиапроекторов, созданных по технологии DLP, является матрица микроскопических зеркал (DMD-элементов) из алюминиевого сплава, обладающего очень высоким коэффициентом отражения. Каждое зеркало крепится к жесткой подложке, которая через подвижные пластины соединяется с основанием матрицы. Под противоположными углами зеркал размещены электроды, соединенные с ячейками памяти CMOS SRAM. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух положений, отличающихся точно на 20° благодаря ограничителям, расположенным на основании матрицы.
Два этих положения соответствуют отражению поступающего светового потока соответственно в объектив и эффективный светопоглотитель, обеспечивающий надежный отвод тепла и минимальное отражение света.
Шина данных и сама матрица сконструированы так, чтобы обеспечивать до 60 и более кадров изображения в секунду с разрешением 16 миллионов цветов.
Матрица зеркал вместе с CMOS SRAM и составляют DMD-кристалл — основу технологии DLP.
Впечатляют небольшие размеры кристалла. Площадь каждого зеркала матрицы составляет 16 микрон и менее, а расстояние между зеркалами около 1 микрона. Кристалл, да и не один, легко помещается на ладони.
Итак, у нас есть матрица, что мы можем с ней сделать? Ну конечно, осветить ее световым потоком помощнее и поместить на пути одного из направлений отражений зеркал оптическую систему, фокусирующую изображение на экран. На пути другого направления разумным будет поместить светопоглотитель, чтобы ненужный свет не причинял неудобств. Вот мы уже и можем проецировать одноцветные картинки. Но где же цвет? Где яркость?
А вот в этом, похоже, и заключалось изобретение товарища Larry, речь о котором шла в первом абзаце раздела истории создания DLP. Если вы так и не поняли, в чем дело, — приготовьтесь, ибо сейчас с вами может случиться шок :), т. к. это само собой напрашивающееся элегантное и вполне очевидное решение является на сегодня самым передовым и технологичным в области проецирования изображения.
Вспомните детский фокус с вращающимся фонариком, свет от которого в некоторый момент сливается и превращается в светящийся круг. Эта шутка нашего зрения и позволяет окончательно отказаться от аналоговых систем построения изображения в пользу полностью цифровых. Ведь даже цифровые мониторы на последнем этапе имеют аналоговую природу.
Но что произойдет, если мы заставим зеркало с большой частотой переключаться из одного положения в другое? Если пренебречь временем переключения зеркала (а благодаря его микроскопическим размерам этим временем вполне можно пренебречь), то видимая яркость упадет не иначе как в два раза. Изменяя отношение времени, в течение которого зеркало находится в одном и другом положении, мы легко можем изменять и видимую яркость изображения. А так как частота циклов очень и очень большая, никакого видимого мерцания не будет и в помине. Эврика. Хотя ничего особенного, это всё давно известно 🙂
Ну, а теперь последний штрих. Если скорость переключения достаточно высока, то на пути светового потока мы можем последовательно помещать светофильтры и тем самым создавать цветное изображение.
Вот, собственно, и вся технология. Дальнейшее ее эволюционное развитие мы проследим на примере устройства мультимедиапроекторов.
Устройство DLP-проекторов
Texas Instruments не занимается производством DLP-проекторов, этим занимается множество других компаний, таких, как 3M, ACER, PROXIMA, PLUS, ASK PROXIMA, OPTOMA CORP., DAVIS, LIESEGANG, INFOCUS, VIEWSONIC, SHARP, COMPAQ, NEC, KODAK, TOSHIBA, LIESEGANG и др. Большинство выпускаемых проекторов относятся к портативным, обладающим массой от 1,3 до 8 кг и мощностью до 2000 ANSI lumens. Проекторы делятся на три типа.
Одноматричный проектор
Самый простой тип, который мы уже описали, это — одноматричный проектор, где между источником света и матрицей помещается вращающийся диск с цветными светофильтрами — синим, зеленым и красным. Частота вращения диска определяет привычную нам частоту кадров.
Изображение формируется поочередно каждым из основных цветов, в результате получается обычное полноцветное изображение.
Все, или почти все портативные проекторы построены по одноматричному типу.
Дальнейшим развитием этого типа проекторов стало введение четвертого, прозрачного светофильтра, позволяющего ощутимо увеличить яркость изображения.
Трехматричный проектор
Самым сложным типом проекторов является трехматричный проектор, где свет расщепляется на три цветовых потока и отражается сразу от трех матриц. Такой проектор имеет самый чистый цвет и частоту кадров, не ограниченную скоростью вращения диска, как у одноматричных проекторов.
Точное соответствие отраженного потока от каждой матрицы (сведение) обеспечивается с помощью призмы, как вы можете видеть на рисунке.
Двухматричный проектор
Промежуточным типом проекторов является двухматричный проектор. В данном случае свет расщепляется на два потока: красный отражается от одной DMD-матрицы, а синий и зеленый — от другой. Светофильтр, соответственно, удаляет из спектра синюю либо зеленую составляющие поочередно.
Двухматричный проектор обеспечивает промежуточное качество изображения по сравнению с одноматричным и трехматричным типом.
Сравнение LCD и DLP-проекторов
Есть ли недостатки у технологии DLP?
Но теория теорией, а на практике еще есть над чем поработать. Основной недостаток заключается в несовершенстве технологии и как следствие — проблеме залипания зеркал.
Дело в том, что при таких микроскопических размерах мелкие детали норовят «слипнуться», и зеркало с основанием тому не исключение.
Несмотря на приложенные компанией Texas Instruments усилия по изобретению новых материалов, уменьшающих прилипание микрозеркал, такая проблема существует, как мы увидели при тестировании мультимедиапроектора Infocus LP340. Но, должен заметить, жить она особо не мешает.
Другая проблема не так очевидна и заключается в оптимальном подборе режимов переключения зеркал. У каждой компании, производящей DLP-проекторы, на этот счет свое мнение.
Ну и последнее. Несмотря на минимальное время переключения зеркал из одного положения в другое, едва заметный шлейф на экране этот процесс оставляет. Эдакий бесплатный antialiasing.
Развитие технологии
Заключение
Это далеко не все, что можно было бы рассказать о технологии DLP, например, мы не затронули тему использования DMD-матриц в печати. Но мы подождем, пока компания Texas Instruments не подтвердит информацию, доступную из других источников, дабы не подсунуть вам «липу». Надеюсь, этого небольшого рассказа вполне достаточно, чтобы получить пусть не самое полное, но достаточное представление о технологии и не мучать продавцов расспросами о преимуществе DLP-проекторов над другими.
Как выбрать проектор
Долгое время проекторы оставались специфической офисной техникой для презентаций и для демонстрации слайдов во время лекций. Высокая цена, низкая контрастность и плохое качество изображения отпугивали массового покупателя.
Но времена изменились – по цене и качеству изображения проекторы вплотную приблизились к телевизорам, а вот диагонали в десятки метров для последних недостижимы
Домашний 3D кинотеатр с экраном на всю стену?
Яркая и привлекательная реклама на любой поверхности?
Быстрое оформление любого зала под любое выступление – от рок-концерта до научной лекции?
Проекторы позволяют сделать все это и многое другое, надо только разобраться в их параметрах и понять, какие из них важны в каждом конкретном случае.
Характеристики проекторов
Проекционная технология.
LCD. Проекторы на основе одной просветной LCD-матрицы – самые доступные из всех, представленных на рынке. К сожалению, никакими другими преимуществами, кроме низкой цены, такие проекторы похвастаться не могут.
Качество изображения позволяет смотреть на экран только издалека (вблизи картинка будет «рассыпаться» на разноцветные точки).
Контрастность изображения невысока, потому что между пикселями остается большое «пустое пространство».
А поскольку производитель одноматричного проектора изначально ориентируется на низкую цену, то обычно и разрешение матрицы далеко от HD, и лампа в проекторе стоит недорогая и неяркая. В результате яркость изображения позволяет полноценно использовать проектор только в полной темноте, а низкое разрешение «размыливает» картинку до полной потери мелких деталей.
Для офисных презентаций, для использования в аудиториях такие проекторы малопригодны. А вот в качестве основы домашнего кинотеатра они вполне подойдут для не самого притязательного зрителя – диагональ экрана в два с лишним метра по цене бюджетного телевизора заставляет закрывать глаза на недостатки изображения.
3LCD. В проекторах, использующих три просветные LCD-матрицы, изображение на разноцветные пиксели не «рассыпается», даже если подойти вплотную к экрану. Благодаря этой технологии, пиксели на экране способны отображать любые оттенки, да и полезная их площадь намного больше.
В 3LCD проекторах за каждую цветовую составляющую отвечает отдельная монохромная LCD-матрица. Лучи света проходят через каждую из них по отдельности, затем с помощью призмы соединяются в цельное многоцветное изображение.
3LCD проекторы отличаются хорошей цветопередачей и качественной «картинкой». В то же время, контрастность их не так высока, как у DLP проекторов – даже самая качественная LCD-матрица не может обеспечить полного непропускания света и «настоящего» черного цвета на 3LCD-проекторе добиться не просто. Кроме того, жидкокристаллические матрицы «не любят» высоких температур и требуют постоянного обдува воздухом для отвода тепла. Это приводит к тому, что на матрицах постепенно скапливается слой пыли, несмотря даже на наличие фильтров и их своевременную чистку/замену.
3LCD проекторы хорошо подходят как для офисов и образовательных учреждений, так и для домашних кинотеатров. Но выбирая проектор для домашнего кинотеатра, имейте в виду, что 3LCD-проекторы с высокой контрастностью стоят намного дороже DLP-проекторов с аналогичными характеристиками.
DLP. В DLP-проекторе изображение формируется с помощью специального DMD-чипа, на котором расположено множество микроскопических поворотных зеркал, образующих матрицу определенного размера и разрешения.
DMD-чипы с высоким разрешением содержат миллионы зеркал, размеры которых не превышают толщину человеческого волоса. На матрицу падает свет от лампы, проходящий через цветовое колесо – вращающийся прозрачный диск с секторами разных цветов. При работе проектора цветовые компоненты изображения формируются по очереди – по мере прохождения луча света через соответствующие сектора.
Управляющие элементы в DMD-чипе расположены за зеркалами, а не вокруг пикселей, как в LCD-матрицах, поэтому у DLP-проекторов практически отсутствуют зазоры между пикселями.
Проекторы, использующие эту технологию, способны обеспечить «чистый» черный цвет – микрозеркала, отвечающие за пиксели черного цвета, отражают падающий на них свет в сторону, полностью исключая его. Сформированное DLP-проектором изображение отличается четкостью и контрастностью.
DMD-чип менее подвержен воздействию высоких температур, кроме того, у него реализован эффективный теплоотвод с тыльной стороны чипа. Оптическая система DLP-проекторов находится в герметичном корпусе и не требует чистки.
В последнее время все большее распространение получают LED-DLP-проекторы.
В них цветные лучи формируются не при прохождении через цветовое колесо, а с помощью трех мощных светодиодов разного цвета, включающихся по очереди. К сожалению, их яркость не дотягивает до яркости газоразрядных ламп, поэтому световой поток у таких проекторов невелик. Зато LED-лампы малогабаритны и имеют продолжительный срок службы.
Основной недостаток DLP-проекторов – «радужный эффект». Поскольку цветовые компоненты изображения проецируются по очереди, при высокой частоте кадров они могут относиться к разным кадрам. Это особенно заметно на динамичных сценах. Также эффект проявляется, если просто резко изменить направление взгляда – в разные момент глаз улавливает различные цветовые компоненты, что приводит к появлению радужных размытий на границах цветовых переходов.
Производители по-разному борются с этим эффектом – увеличивают количество секторов в цветовом круге, увеличивают скорость его вращения, устанавливают 3 DMD-чипа – но все это приводит к удорожанию проектора.
Еще из недостатков DLP-проекторов можно отметить сложности с отображением оттенков серого цвета – чтобы глаз воспринял последовательно сменившиеся пиксели разных цветов как одну серую точку, микрозеркало должно повернуться особенно точно. На некоторых DLP-проекторах даже на статичном сером градиенте можно заметить цветные полосы.
DLP-проекторы также хорошо подходят как для домашних кинотеатров, так и для презентаций, хотя сильные их стороны больше востребованы при просмотре именно фильмов, а не графиков и схем.
Но выбирая модель для домашнего кинотеатра, сначала проверьте, насколько сильно вам мешает «радужный эффект» DLP-проекторов. Потому что влияние его во многом субъективно – некоторые его практически не замечают, а некоторых он сильно раздражает.
LCoS (SRXD, D-ILA, R3LCD) технология призвана объединить достоинства обеих вышеперечисленных технологий и избавиться от их недостатков.
В этой технологии изображение формируется тремя монохромными LCD-матрицами (как у 3LCD), но не на просвет, а с отражением от их зеркальной подложки (как у DLP). Управляющие элементы пикселей расположены на подложке, за пикселями, и полезную площадь матрицы не снижают – пиксели расположены вплотную друг к другу. «Радужный эффект» отсутствует, изображение четкое.
Недостаток один – пока это самая дорогостоящая технология – LСoS-проектор будет стоить заметно дороже как 3LCD, так и DLP проекторов с аналогичными характеристиками.
LCoS-проекторы, из-за их высокой цены, представлены пока только в профессиональном сегменте и используются для создания высококачественных презентаций, художественных инсталляций и т.д.
Карманный проектор. Развитие технологий привело к тому, что самые маленькие проекторы действительно можно уместить в кармане – по размерам и по весу они вполне сравнимы с крупными смартфонами.
Разумеется, возможности у них скромнее, чем у полноразмерных проекторов – малая яркость LED-ламп и слабая контрастность не позволяют использовать их в освещенной комнате. Но в полной темноте карманные проекторы способны создать довольно качественное изображение диагональю до 40-60 дюймов.
Наличие встроенного аккумулятора и возможность соединения со смартфоном позволяют владельцам таких проекторов в буквальном смысле носить кинотеатр в кармане и организовывать просмотр фильмов (или презентаций) в любых условиях.
К этому типу относится основная масса проекторов. Они достаточно мобильны и просты в установке и подключении, часто в комплекте к ним идет сумка для переноски.
Проекторы весом от 4 кг и больше предназначены, в основном, для стационарной установки.
К этому классу относится большинство профессиональных инсталляционных проекторов с высокой яркостью ламп, возможностью использования в больших залах и на открытом воздухе и т.д.
Минимальный и максимальный размер проекции по диагонали определяют возможные размеры проецируемого изображения.
Размер проекции соответствует проекционному расстоянию – к примеру, на минимальном проекционном расстоянии диагональ изображения будет равна минимальному размеру проекции по диагонали.
А проекционное расстояние, в свою очередь, соответствуют фокусному расстоянию объектива, которое может изменяться в ограниченном диапазоне. Поэтому получить четкое изображение размером больше максимального (или меньше минимального) будет невозможно.
Учитывайте также проекционное соотношение (отношение проекционного расстояния к ширине проекции).
Так, если максимальный размер проекции у модели составляет 100″(220х120 см), а максимальное проекционное расстояние – 5 м (проекционное соотношение = 2,27), то для получения изображения диагональю 80″(180х100 см) проектор понадобится расположить в 180*2,27 = 4 метрах от экрана. То есть, в 3-метровой комнате изображение максимального размера не получить.
Чтобы получить крупное изображение на небольшом расстоянии, существуют ультракороткофокусные проекторы – у них проекционное соотношение минимально.
Разрешение – это количество пикселей, из которых состоит изображение в ширину и в высоту. Чем больше разрешение, тем четче изображение и тем на больший экран можно его проецировать без заметной потери качества. Высокое разрешение важно, если изображение должно сохранять мелкие детали или читабельный текст.
Разрешение до 800х600 годится только для просмотра видео среднего (до DVD) качества. HD видео на таком экране тоже можно смотреть, но детали будут теряться.
Для презентаций, содержащих графики, схемы и некрупный текст рекомендуется разрешение от 1024х768.
Чтобы смотреть фильмы в формате HD без потери качества, разрешение должно быть соответствующим – 1920х1080. Для просмотра видео на больших (7-10 метров по диагонали и более) экранах и максимального качества при проигрывании контента 4К рекомендуется разрешение 3840х2160.
Соотношение сторон. Для офисных проекторов и в учебных заведениях лучше выбирать проекторы с соотношением 4:3 – презентации, документы и слайды на таких демонстрировать удобнее. А для домашнего кинотеатра оптимальным вариантом будет соотношение 16:9 или 16:10..
Световой поток влияет на яркость изображения. Чем больше световой поток, тем при более сильном освещении можно будет использовать проектор.
Световой поток до 400 лм подойдет только для демонстрации изображений относительно небольшого (60-80″) размера в полной темноте. Световой поток такого уровня характерен для карманных проекторов.
Световой поток 400-1000 лм годится для организации домашних кинотеатров начального уровня. С такими значениями можно создать достаточно яркое изображение размером до 100″ в неосвещенной комнате в вечернее время.
Световой поток в 1000-1800 лм позволит различать информацию на экране в условиях частичной освещенности.
Для работы в помещениях при освещении, достаточном для чтения, можно воспользоваться следующей таблицей:
Проекторы со световым потоком более 3000 лм пригодны для работы в больших хорошо освещенных залах или на открытом воздухе.
Контрастность проектора определяется отношением яркости черного цвета к яркости белого. Контрастность отвечает за глубину черного цвета (т.н. «чистый черный»), за насыщенность «картинки», за отображение слабоконтрастных элементов.
Для офисных проекторов этот параметр не очень важен – в презентациях и демонстрационных слайдах изображения сами по себе контрастные; полутона и переходы цвета встречаются нечасто. Да и о «чистом» черном цвете в освещенном офисе или аудитории говорить не приходится – самый «черный» цвет на экране все равно будет определяться не характеристиками проектора, а освещенностью комнаты.
А вот для домашнего кинотеатра показатель контрастности важен – изображение со слабой контрастностью будет выглядеть блеклым и невыразительным.
Среди недорогих проекторов технология DLP обеспечивает лучшую контрастность. У проекторов подороже показатели контрастности у DLP и 3LCD примерно сравниваются.
Какую конкретно контрастность выбрать? Вопрос сложный, поскольку существует несколько методов измерения контрастности и какой из них конкретно применил производитель – понять не всегда возможно. Наличие диафрагмы на проекторе позволяет производителю указывать динамическую контрастность, превышающую нативную (при неизменной диафрагме) в сотни раз. Поэтому дорогой проектор с паспортной контрастностью 2000:1 может давать куда более глубокую и насыщенную «картинку», чем дешевый с заявленной контрастностью 10000:1.
При выборе проектора обязательно обратите внимание на срок службы лампы – её цена порой близка к цене самого проектора. Лампы с ресурсом в 2000 часов при ежедневном просмотре фильмов хватит на год-другой работы, после чего потребуется дорогостоящий ремонт.
Если вы хотите, чтобы проектор можно было использовать автономно, без ТВ-приставки и компьютера, обратите внимание на наличие TV-тюнера и на воспроизведение с USB-накопителей.
Только имейте в виду, эти опции порой (особенно на недорогих моделях) реализуются производителем по остаточному принципу. Качество приема TV-тюнера может оказаться довольно плохим, встроенный медиапроигрыватель может игнорировать некоторые форматы аудио и видео, да и разъем USB может «забастовать» и отказаться читать какой-нибудь жесткий диск.
Поддержка 3D. Эта опция заявлена чуть не у половины проекторов, и многие покупатели (по аналогии с 3D-телевизорами) ждут от таких проекторов возможности показа поляризованной стереопары. Увы, сделать дома IMAX 3D на основе проектора c «поддержкой 3D» не получится.
У большинства проекторов под «поддержкой 3D» понимается всего лишь возможность вывода анаглифической картинки. При просмотре такого изображения через анаглифические (красно-голубые) очки действительно присутствует некоторый стереоэффект, но отвратительная цветопередача портит все впечатление.
Проекторы, отображающие поляризованные стереопары, существуют, но стоят весьма недешево и для них нужны специальные экраны, не нарушающие поляризацию.
Варианты выбора проекторов.
Если вам нужно мобильное устройство, с помощью которого можно организовать просмотр фильма «на большом экране» за минимальное время в любом затемненном помещении, выбирайте среди карманных проекторов. Но имейте в виду, что при дневном свете «пристойную» картинку они обеспечить не смогут.
Одноматричные LCD-проекторы дают не самое лучшее изображение, но их низкая цена позволяет обустроить настоящий домашний кинотеатр с экраном «на всю стену» практически каждому.
Если вы хотите получить качественный домашний кинотеатр по небольшой цене, выбирайте среди недорогих DLP-проекторов.
Для презентаций, лекций и тренингов в освещенных помещениях вам потребуется проектор с большим световым потоком, создающий яркое изображение, хорошо различимое даже при дневном свете.
Если проектор должен быть расположен близко к экрану, выбирайте среди ультракороткофокусных проекторов.