Petite synthèse sur les DLP TI en tant que "composants" clé de plusieurs VP par a_romeo_fr

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Questions ou commentaires: cf. le forum SATDREAM.TECH  

 

DLP Texas Instruments 4K Gamme TI à micro-miroirs pour la Videoprojection

 

Remarques: il existe des DLPs de plus grandes tailles dans la gamme TI DLP Cinema® à destination des projecteurs pour salle de cinéma, et désormais souvent utilisés e 3xDLPs (absence de roue/AEC) eg. :

2K

0.98" (2048x 1920),10000-15000 lumens (eg. Panasonic RZ970)

1.2" (2048x 1080), 20000-30000 lumens (eg. CHRISTIE Roadie HD+30K)

4K émulé

0.69'" (2048x 1080), 70000 lumens TI DLP micro Cinema® (eg. NEC NC1000C)

0.9" (2560x1600), 20000-30000 lumens, utilisés par Panasonic (eg. PT-RQ32K) en vobulation 3xDLPs synchronisés amenant une résolution projetée de 5120x3200 pixels appelée la 4K+

4K natif

0.98" (4096x2160), 20000-50000 lumens (eg. Christie Boxer 4K30, Barco SP4K-25 etc.)

1.38'' (4096x2160), 60000-70000 lumens (eg. Christie CP4230, NEC NC-3541L/2041L etc.) Etc.

 

Principe du dlp

Le principe exploité par TI, depuis des années, repose sur la réflexion de la lumière par une matrice composée de micro-miroirs (DMD), éclairés alternativement par chacune des couleurs primaires, et dont la réflexion individuelle de la lumière affiche par projection des pixels sur l'écran, le tout fonctionnant à une fréquence permettant par persistance rétinienne de voir une image couleur stable.

 

Chaque micro miroir, d'une taille similaire à 1/20eme d'un cheveux, peut être commandé par effet électrostatique ou piézo-électrique (TMA - Thin film actuated Mirror Array) suivant les technologies/générations, et adopte 3 états/positions: réflexion de la lumière (ON)/absence de réflexion (OFF) et position au repos (IDLE).

Le signal fait basculer pratiquement "instantanément" chaque micro-miroir dans l'une des deux positions utiles ON/OFF, assurant la réflexion de la lumière soit à travers la lentille, soit sur un dissipateur thermique.

 

Ainsi, chaque miroir réfléchit la lumière de la lampe soit sur l'écran, soit sur un dissipateur thermique du projecteur, formant respectivement un point blanc ou noir sur l'écran. Le passage multiple du noir au blanc donne des nuances de gris sur l'écran.

 

En pratique c'est un véritable condensé sur quelques microns … car chaque micro-miroir intègre 2 électrodes, un bus de contrôle etc.

Remarque: sur ce schéma il s'agit de la précédente génération Dark Chip de TI qui permettait une bascule de ±12°. La génération actuelle offre une possibilité de bascule de ±17° amenant un plus grand contraste (avec une réduction des éclairages indirects inter-miroirs).

 

PUCES, Format et principe en homecinéma

Deux formats de puces sont principalement exploités dans le domaine grand public actuellement: un format de 0.47'' de diagonale, et un format de 0.66'' de diagonale

0.47'' :

Famille 470:

 

Famille 471:

Modèles équipés (non-exhaustif): - Acer : V6810 - BenQ: W1700, W1720, TK800, W2700, W5700 - JVC: LX-UH1 - Viewsonic: PX-727, PX-447-4K

 

0.66'' :

Modèles équipés (non-exhaustif): - Acer : M550, VL7850, VL7860 (Coretronic) - Christie: 4K7-HS, 4K10-HS - Nec: NP-PX1005QL - Optoma (Coretronic): UHD60/65, UHZ65, UHZ65LV - Sim: Sim2 Nero 4S - Vivitek: HK2288

 

Remarque:

 

Technologie XPR

Ces puces s'appuient sur le "XPR", une technologie de pixel-shift mise au point par Texas Instruments, qui permet de produire une véritable résolution UHD, cad que se sont bien 8,3 millions de pixels distincts qui sont émis à l'écran.

  

Remarque: la terminologie 4K est à l'inverse usurpée car il il ne s'agit pas de 4K strictement évoquée sur ce schéma, mais d'UHD (3840x2160) … par ailleurs le 0.47'' n'est systématiquement compatible 4K (4096x2160), alors que le 0.66'' l'est via son contrôleur en entrée.

La gestion XPR n'est pas la même suivant la taille du chip DLP:

 

DLP470TP/TE et DLP471TP/TE

DLP470 et DLP471, ils disposent de deux versions d'encapsulation:

Remarque: BenQ "force" ainsi le 470TP sur le W1700 en le faisant fonctionner en mode non adapté (ou bien les 2200Lumens annoncés ne sont PAS réels ... !)

Les DLP470/471 ont une résolution native de 1920x1080 (le FHD est donc natif sans activation XPR), le DLP470 ne couvre par contre que jusqu'à l'UHD (3840x2160), alors que le DLP471 est pas compatible avec la 4K (4096x2160), simplement à cause de son contrôleur.

Datasheet

  1. DLP470TP: https://www.ti.com/lit/gpn/DLP470TP
  2. DLP470TE: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp470te.pdf
  3. DLP471TP: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp471tp.pdf
  4. DLP471TE: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp471te.pdf

 

DLP660TE

Le DLP660 a une résolution native de 2716x1528 et doit de ce fait toujours être mis à l'échelle jusqu'à 4K que ce soit en FHD(1920x1080), UHD(3840x2160) ou 4K (4096x2160) via une gestion contrôleur spécifique

Remarque: la 4K n'est qu'un mode de compatibilité au niveau de la gestion du contrôleur qui permet de traiter une image 4096 qui sera interpolée en 3840 ... ce mode n'est (d'après les doc TI) pas disponible sur les DLP470TP/TE ... l'usage en étant de toutes manières réduit.

Datasheet DLP660TE: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp660te.pdf

BOITIER, POM et gestion des fuites de lumière

La gestion des fuites de lumière n'est pas uniquement une histoire de cache physique, en effet, la structure de la bordure autour du réseau actif des DLP660TE et DLP470TE/DLP470TP comprend une bande de miroirs partiellement fonctionnels appelée "Pond Of Mirrors" (POM).

Ces miroirs sont structurellement et/ou électriquement empêchés de basculer vers l'état lumineux/"allumé", mais nécessitent toujours une polarisation électrique pour basculer vers l'état "éteint". Ils servent à filtrer les fuites de lumières …

Les POM ne sont pas les mêmes suivant les versions de DLP:

En terme de fuites/réflexions parasites on a donc : DLP660TE < DLP470TE < DLP471TE < DLP471TP & DLP470TP ...

Remarque sur les POM: On ne fait jamais la remarque mais en fait les POM sont des micro-miroirs de sorte que la structure du DLP est plus grande, et s'établit à :

  

+/- des versions

Les versions DLP470TP/471TP verront des fuites de lumières … ceci explique les grosses différences de rendus (au delà des traitements etc.) entre le BenQ W1700 (DLP470TP) et le JVC LX-UH1 (DLP470TE) ... car ils ont tous deux une puce TI 0.47'', mais ce n'est pas la même ...

Le DLP471TE verra des fuites moindres que le DLP470TP/DLP471TP mais plus que le DLP470TE car il dispose de moins de "POM" pour éviter les réflexions parasites, de fait les DLP470TE/DLP660TE seront les moins sujets aux réflexions parasites.

La puce DLP660TE offre une plus grande capacité lumineuse et un meilleur contraste mais elle sera systématiquement en mode XPR (yc pour le FHD), alors que les DLP470TE/DLP471TE adresseront le FHD sans XPR, cependant avec un contraste moindre. En pratique on pourra considérer (tests menés sur AVSForum) qu'en FHD le rendu de la puce DLP470 ou DLP471 sera plus précis/piqué (de par l'absence de vobulation XPR ?) que le DLP660, du moins donc sur le papier !

Remarque: Christie fait état d'une puissance lumineuse de 10,000Lm sur le 4K10-HS ce qui est hors spécification … la question est donc de savoir s'il s'agit d'une valeur "marketing" (qui pourrait être l'extrapolation d'une valeur de la luminance chromatique, cf. plus loin l’effet Helmholtz-Kohlrausch) ou bien d'une valeur réelle qui implique alors que le DLP660TE est exploité hors spécification …

  

Autres éléments nécessaires au fonctionnement des chips dlp

TI commercialise individuellement chaque éléments, mais pour faire fonctionner un DLP470TP/TE ou 660TE il faut nécessairement:

Cad que l'on soit chez Coretronic (Acer, Optoma), Christie, JVC ou BenQ, on retrouvera toujours ces 3 composants à la base: DLP, Contrôleur, Alimentation/Moteur ... Ces dispositifs peuvent être combinés avec de nombreux composants optiques et mécaniques pour obtenir des niveau de performances très hétérogènes.

  

En terme de capacité de gestion image sur les entrées, ce devrait être les mêmes caractéristiques ... mais les firmwares et la partie amont interviennent sur chaque VP (eg. la gestion HDMI n'est pas au niveau du contrôleur). En théorie ces DLPs sont compatibles des modes suivants (yc des modes 3D très rarement implantés par les fabricants de VP) s'agissant des version 470 et 660:

Carte developpement des 470TE/660TE: https://www.ti.com/lit/ug/dlpu077a/dlpu077a.pdf

DLPA100: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlpa100.pdf

DataSheet

  1. DLPC4422 : https://www.ti.com/lit/ds/dlps074/dlps074.pdf
  2. DLPC6421 : https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlpc6421.pdf
  3. DLPC6540 (pour DLP471TP): https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlpc6540.pdf
  4. DLPC7540 (pour DLP471TE): https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlpc7540.pdf

  

traitements vidéos: le dlpc4422 au coeur des solutions dlp470te & dlp660te

L'ensemble de la gestion XPR, des mises à l'échelle, et des différentes fonctions que proposent les fabricants sous différentes dénominations commerciales, reposent en fait sur les traitements réalisés par le processeur DLPC4422.

En effet c'est ce dernier qui réalise (que l'on soit chez Acer, Optoma, JVC, Christie, NEC etc. avec un DLP470TE ou un DLP660TE) les fonctions de :

Chaque fabricant a accès à un certain nombre de paramètres qu'il peut modifier dans le contrôle du DLPC4422, ainsi que de fonctions qu'il peut activer ou ne pas proposer.

Doc développeur du contrôleur avec la gestion des modes de fonctionnement https://www.ti.com/lit/ug/dlpu060/dlpu060.pdf

Ainsi les fabricants disposent d'un "tout-en-un" qu'il suffit d'installer dans un chassis avec ensuite le bloc optique, source lumineuse etc. : Remarque: les autres cartes contrôleurs offrent des caractéristiques fonctionnelles similaires, avec une gestion différentes des POM (470TP/471TP) et/ou des fréquences d'entrées (471TP/471TE)

  

AEC

Ils se produisent avec les DLPs sur les montages optiques avec une ou plusieurs roues produisant alternativement les composantes primaires (cependant qu'il existe des cas d'utilisation de DLP sans AEC, cf. plus loin).

Les AEC seraient un peu plus prononcés d'après les retours comparatifs sur le DLP470 en mode UHD (de par le shift plus important ?), mais ce n'est pas franchement marqué, la perception des AECs étant avant tout un sensibilité physiologique.

On rappellera qu'un calibrage optimisé visant à atteindre le deltaE le plus petit possible aura un certain impact sur la perception d'AEC, avec un mélange colorimétrique plus juste, mais c'est surtout la source lumineuse qui va jouer un rôle important dans la réduction de perception des AECs plus marqués avec une lampe classique que lors de l'emploi d'une source "laser" (cependant que les utilisateurs sensibles en verront toujours mais moindre)

Les sources lumineuses laser, de part le principe technique ... émettent dans des largeurs spectrale plus réduite/précise sur chaque composante de base vs. une lampe UHP Source Lumineuse Laser.

La plupart des DLP "Laser" grand-public (voir sur les versions semi-pro chez Christie/NEC) sont équipés d'un bloc émetteur laser émettant une lumière bleu, et un des plus diffusé est le bloc OSRAM à 11 Leds laser bleu, dont les 11 Leds sont modulées (allumées/éteintes) pour faire varier l'intensité lumineuse (d'où l'absence d'Iris sur ce type de source).

Le bloc en lui-même est scellé, et l'ensemble optique produit une lumière cohérente unique en sortie, il permet d'atteindre une puissance lumineuse allant jusqu' à 11,000 Lumens suivant les configurations, et une durée de vie de 20,000 heures à mi-puissance.

 

Bloc laser Osram

 

Cheminement optique

 

Le chemin lumineux exploite 2 roues:

 

Principe

La lumière bleue est native, donc directement envoyée vers le DLP au travers de la roue 4 segments, le reste part sur une roue phosphore qui va produire la lumière Verte et Jaune, puis sur la roue 4 segments qui va finalement servir à produire le Rouge et filtre le Vert et Bleu.

Ce type de montage produit des "pixels" constitués de 4 couleurs : Rouge, Vert, Bleu et ... Jaune, le Jaune est activé suivant les cas pour provoquer une amélioration de la saturation des couleurs suivant l'effet optique/physiologique Helmholtz–Kohlrausch ainsi que la luminosité globale en blanc pour atteindre les pics (RVB au max + Jaune au max).

Effet Helmholtz-Kohlrausch

L’effet Helmholtz-Kohlrausch (d’après Hermann von Helmholtz et Rudolf Kohlrausch) est un phénomène entoptique (cad dont la source de l'effet est l'œil lui-même !) dans lequel la saturation intense de la teinte spectrale est perçue comme faisant partie de la luminance de la couleur. Cette augmentation de luminosité par saturation, qui se renforce à mesure que la saturation augmente, pourrait être appelée luminance chromatique, car la luminance “blanche” ou achromatique est la norme de comparaison. Il apparaît à la fois dans les couleurs auto-lumineuses et de surface, bien qu’il soit plus prononcé dans les lumières spectrales.

Cf. https://www.hisour.com/fr/helmholtz-kohlrausch-effect-27141/

 

Remarque sur le calibrage d'un VP à source Laser

L’utilisation d’une sonde photométrique n'est pas possible dans le cadre des calibrages de DLP faisant appel à une source laser. En effet la largeur de la bande spectrale de chaque couleur émise est bien moins large que la résolution optique d'une sonde photométrique ... de fait seule une sonde spectrométrique permettra de faire un calibrage exact.

Pour comprendre, on distingue généralement dans ce contexte:

 

Lorsqu'on analyse la FWHM sur les VP "Laser" les plus courants (EPSON EH-LS10500, Acer VL7860, Optoma UHZ65, Sony VPL-VW760ES etc.), cette dernière est de 4 à 5nm, alors que les valeurs typiques de résolution utile d'une sonde photométrique sont de 10 à 20nm, elles sont de 1 et 5 Nm sur une sonde spectrométrique …

Les figures ci-après (provenant d'un ancien forum HC désormais fermé, et déjà utilisée sur le Tuto de Calibrage HDR) illustrent pour chaque axe X/Y la valeur de résolution calculée avec un résolution optique variant de 1 à 20 nm par pas de 1 nm. On peut voir que les deux valeurs chromatiques sont à peu près constante et changent très peu entre une résolution optique de 1 à 5 nm. De sorte qu'une mesure avec une résolution de 4 ou 5 nm suffit pour la calibrage des projecteurs laser.

A l'inverse on peut alors vérifier que la résolution est hors de portée/résolution d'une sonde photométrique.

Rappel: tutoriel sur le calibrage HDR

 

DLP et absence d'AEC ? c'est tout à fait possible, mais ce sont alors des solutions "riches":