- Digital Mirror Device
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Ein Mikrospiegelaktor (engl. Spatial Light Modulators, SLM) ist ein mikromechanischer Baustein, der mit Hilfe von matrixförmig angeordneten, einzeln beweglichen Spiegeln und einer starken Lichtquelle ein Bild projizieren kann. Andere Bezeichnungen unter denen diese Technologie zu finden ist, sind die Bezeichnungen (von Texas Instruments) Digital Micromirror Device (DMD) oder die Marke Digital Light Processing (DLP).
Inhaltsverzeichnis
DMD-Chip
Mikrospiegelaktoren (DLP-Chip) von Texas Instruments
Rückseite des Mikrospiegelaktorens mit Anschlusskontakten
Prinzipielle Funktionsweise eines DMD.
Die Spiegel auf einem DMD-Chip besitzen eine Kantenlänge von etwa 16 µm und sind damit kleiner als ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares. Sie lassen sich in ihrem Winkel einzeln verstellen und besitzen zwei stabile Endzustände, zwischen denen sie innerhalb einer Sekunde 5000 mal wechseln können. Die Bewegung wird durch die Kraftwirkung elektrostatischer Felder hervorgerufen. Durch die Neigung der einzelnen Mikrospiegel auf dem DMD-Chip wird das Licht entweder direkt zur Optik reflektiert oder zu einem Absorber geleitet. DMD-Chips mit einer XGA-Bildauflösung von 1024 × 768 enthalten eine Anordnung von 786.432 winzigen Spiegeln. Mittlerweile sind DMD-Chips mit Auflösungen bis zu 2048 × 1080 erhältlich.
Bilderzeugung beim DMD-Chip
Ein Zyklus eines DMD mit zwei beispielhaften HelligkeitenVerschiedene Helligkeitsstufen der einzelnen Bildpunkte werden über eine binäre pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Spiegel erzeugt. Zur Darstellung von zum Beispiel 32 (= 25) Helligkeitsstufen werden 5 Zustände benötigt. Diese unterscheiden sich dadurch, wie lange der DMD geschaltet ist (siehe auch Binärcode und Dualsystem). Beim ersten Zustand (Bit 0) ist der Spiegel die kürztmöglichste Zeit an oder aus (1 oder 0). Beim nächsten Zustand (Bit 1) verdoppelt sich die Zeit und so weiter. Die Gesamtzeit für einen Zyklus beträgt damit bei 5 Bit insgesamt 496 µs. Das Prinzip ist in nebenstehender Zeichnung illustriert. In der Praxis wird für eine visuell bessere Darstellung eine leicht modifizierte Ansteuerung verwendet. Alle Bits außer Bit 0 und 1 werden dabei in einzelne Abschnitte unterteilt, welche über den Gesamtzyklus verteilt werden (sogenannte Bitaufteilung).
Farbdarstellung
Da die DMD-Chips das weiße Licht der Projektionslampe reflektieren, sind für ein farbiges Bild zusätzliche Schritte erforderlich.
1-Chip-Technologie
Einzelfarben des DLPs an den gespreizten Fingern zu erkennen.Bei einem 1-Chip-Projektor wird in den Lichtweg vor dem DMD-Chip ein Farbrad geschaltet, auf dem Farbfilter der Grundfarben (in der Regel rot, grün und blau, teilweise aber auch noch weitere) rotieren. Um bessere Helligkeitswerte im Weißen zu erreichen, kann dem Farbrad auch noch ein weißer Sektor hinzugefügt werden. Mit der Position des Farbfilters wechselt die Elektronik das Teilbild, das vom DMD reflektiert wird. Aufgrund der Drehgeschwindigkeit des Farbrads und der Trägheit des menschlichen Auges werden die Teilbilder zu einem farbigen Bildeindruck addiert. Da die Erkennungsfrequenz von Mensch zu Mensch verschieden ist, gab es vor allem bei den ersten Modellen (x1) Berichte über einen sogenannten Regenbogeneffekt, der dann eintrat, wenn der Betrachter die einzelnen Farben wahrnimmt. Daher wurde in einem ersten Schritt die Umdrehungszahl des Rades verdoppelt (x2) und bei neueren Modellen die Farbsegmente von 4 (RGB und Weiß) auf 7 (2×RGB und 1×Weiß) erhöht (x4).
3-Chip-Technologie
In einem 3-Chip-Projektor wird das Licht nach der Lampe mit dichroitischen Spiegeln in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt und einzeln auf drei DMD-Chips verteilt. Die jeweilige Teilreflexion der einzelnen DMDs wird in einem sogenannten dichroitischen Prisma, welches zwei gekreuzte dichroitische Spiegel enthält, wieder zum kompletten Farbbild addiert.
Der Regenbogeneffekt kann bei diesen Modellen nicht auftreten. Aufgrund des gegenüber 1-Chip-Modellen wesentlich höheren Preises werden diese Geräte wegen ihrer hohen Farbtreue vor allem in Filmstudios oder anderen farbkritischen Anwendungen eingesetzt.
Vor- und Nachteile
Vorteile
Dank des direkteren Lichtweges im Vergleich zur LCD-Technik und der fehlenden Polarisierung des Lichts werden höhere Ausgangslichtleistungen erreicht als bei einem LCD-Projektor. Vergleicht man das Bild eines DLP-Projektors mit dem eines LCD-Projektors, fällt einem die weichere Rasterung des Bildes auf, was sich positiv auf den Eindruck auswirkt. Dank des großen Neigungswinkels der Mikrospiegel werden hohe Kontrastwerte erzielt. Zudem schaltet die DLP-Technik im Bereich von Mikrosekunden, so dass Nachzieheffekte vermieden werden.
Nachteile
Ältere 1-DMD-Chip-Projektoren zeigen an kontrastreichen Übergängen (meist schwarz-weiß) aber einen Regenbogeneffekt, vor allem wenn sich die Bilder rasch ändern oder die Augen rasch über das Bild schweifen. Dabei werden die Grundfarben des Farbrades an den Konturen des Objekts sichtbar, was auf viele Betrachter sehr störend wirken kann. Diesen Effekt kann man noch deutlicher erkennen, wenn man seine Hand in den Strahlengang streckt, die Finger spreizt und hin- und herbewegt.
Die Hersteller versuchen diesen Effekt dadurch zu reduzieren, dass Farbräder mit mehr als drei Segmenten beziehungsweise mit höherer Drehzahl verwendet werden. Geräte, die anstelle eines Farbrads drei Sätze verschiedenfarbiger LEDs verwenden, beispielsweise der Samsung HL-S5679W, sollten aufgrund der bei LEDs möglichen höheren Schaltgeschwindigkeit zum Farbwechseln keinen Regenbogeneffekt mehr zeigen.
Lebensdauer
Im Gegensatz zu der LCD-Technik sind die DLP-Projektoren weniger bis gar nicht von verblassenden und einbrennenden Farben betroffen. Das Farbrad welches sich ständig während der Projektion dreht hat eine Standzeit von ca. 20.000 Stunden, hingegen ist das LCD-Panel in LCD-Projektoren schon nach 4000–6000 Stunden verblasst und nicht mehr für den Einsatz geeignet. Durch die weniger stark benötigte Lichtstärke sind auch die Leuchtmittel der DLP-Projektoren von der Lebensdauer bis zu 6000 Stunden einsatzfähig bevor sie ausgewechselt werden müssen.
Dauertests haben gezeigt, dass DLP-Projektoren egal von welcher Marke den LCD-Projektoren überlegen sind, da diese ohne jegliche Beeinträchtigungen und Qualitätseinbußen noch projiziert haben, während man bei LCD-Projektoren die Farben nicht mehr auseinander halten konnte oder das Bild jegliche Gestalt verloren hatte. [1]
Herkunft
Die Mikrospiegelfeld-Technologie wurde von dem US-Unternehmen Texas Instruments (TI) entwickelt, patentiert und als Marke Digital Light Processing (kurz DLP) registriert. Die Technik wird an verschiedene Hersteller lizenziert.
Anwendung
Die Technologie wird vorwiegend bei DLP-Projektoren (unter anderem für besonders leistungsfähige Beamer beziehungsweise Video-Projektoren) und Rückprojektionsbildschirmen verwendet. Des Weiteren können sie für 2D-Scanner-Spiegel (Beispielsweise bei Kassenautomaten) oder gar für Maskenbelichter in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden.
Siehe auch
- LCoS: spiegelnder Flüssigkristall-Chip
- Grating Light Valve: Bilderzeugung durch Beugung auf einem Chip
Literatur
- D. Kallweit, W. Mönch, H. Zappe: Kontrolliert kippen: Silizium- Mikrospiegel mit integriertem optischen Feedback. In: Photonik. 2, 2006, S. 62–65 (PDF).
Einzelnachweise
- ↑ Beamer Test - Projektoren Test - Datenbeamer Test. Mediastar GmbH. Abgerufen am 7. Jan. 2009.
Weblinks
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