I microspecchi delle meraviglie, o DLP

CRT (ossia i cari, vecchi tubi catodici), LCD, Plasma: i Tre Moschettieri sono in realtà i... Fantastici Quattro! Esiste infatti un'altra tecnologia capace di generare immagini di dimensioni apprezzabili (i display OLED con diagonale maggiore di qualche pollice hanno prezzi improponibili): le matrici DLP (Digital Light Processing) , prodotte da Texas Instruments.

Il cuore di un sistema DLP è un DMD, Digital Micromirror Device: si tratta di dispositivi a microspecchi in grado di modulare la luce punto per punto, anzi: pixel per pixel.

C'è infatti una corrispondenza uno-a-uno fra il singolo microspecchio ed il punto immagine che verrà visualizzato su uno schermo di proiezione (nel caso dei proiettori) o sul display di un televisore a retroproiezione.

Questi dispositivi sono derivati dai circuiti integrati e infatti i singoli specchietti hanno dimensioni microscopiche e sono prodotti con tecnologia CMOS, la stessa usata nei chip digitali.
Una matrice DLP ha questo aspetto

I loro movimenti sono guidati da forze elettrostatiche ed essi possono assumere tre posizioni: una orizzontale, raggiunta in attesa del segnale pilotaggio grazie ad una tensione di bias e all'elasticità dell'asse di rotazione che lavora a torsione, e due angolate, simmetriche rispetto alla verticale e inclinate rispetto a questa di una decina di gradi.

Il controllo è diretto, nel senso che ogni microspecchio riceve un segnale binario (zero o uno) direttamente dalla memoria video (implementata nello stesso chip) e assume di conseguenza una delle due inclinazioni possibili in presenza di tensione.
Schema di funzionamento degli specchi di una matrice DLP
Nella foto al microscopio elettronico si vede l'asse e il supporto di un microspecchio con gli elettrodi di deflessione

Nei primi chip commerciali quest'angolo valeva 10° mentre la produzione più recente ha aumentato questo valore di un altro paio di gradi, conseguendo un miglioramento delle prestazioni ottiche.
Per capire perché ad un aumento di questo angolo corrisponde un improvement occorre spiegare cosa accade quando il microspecchio viene inclinato. Il sistema ottico prevede (stiamo semplificando un po' le cose) una sorgente luminosa, il chip DLP da essa illuminato ed un obiettivo di proiezione.

Il tutto è congegnato in modo che quando il microspecchio è in posizione “1” la luce che arriva dalla lampada venga riflessa in direzione dell'obiettivo e possa raggiungere lo schermo, generando così un pixel luminoso.

Se lo specchio è inclinato nell'altra direzione possibile la luce verrà invece inviata ad una superficie scura che l'assorbirà in modo che essa non arrivi all'obiettivo e quindi allo schermo: quel pixel apparirà così nero.

Aumentare, anche se di pochi gradi, l'inclinazione dello specchio renderà praticamente trascurabile l'intensità della luce parassita che arriverà sullo schermo quando il pixel dovrebbe essere nero, migliorando così il contrasto e la nitidezza dell'immagine.

Lo schema di funzionamento, è facile rendersene conto, è prettamente digitale: 0 oppure 1, acceso o spento, luce o buio... ma le immagini (così come la vita) sono fatte di sfumature e di colori: come aggiungerli ad un insieme di punti bianchi e neri?

Il primo passo è introdurre, fra il bianco ed il nero, le sfumature del grigio e la cosa la si ottiene mediante l'elevata velocità – anche migliaia di volte al secondo - con la quale ogni specchietto può commutare fra le sue posizioni di lavoro.

Se il micromirror passa più tempo nello stato 1 rispetto allo 0 allora si avrà un grigio chiaro; all'aumentare del tempo nel quale esso sarà nello stato 0 corrisponderà un progressivo inscurimento del punto immagine, fino ad arrivare al nero.

Il sistema sfrutta la relativa lentezza con la quale l'occhio riesce a distinguere le variazioni di luminosità: al di sopra di una certa frequenza esso percepirà la media delle variazioni stesse, secondo il principio usato anche nel cinema. Un segnale a 10 bit permetterà di visualizzare ben 1.024 sfumature di grigio.

Un proiettore a singolo DLP necesita della ruota colore per ottenere i sottopixel RGB

Questo meccanismo percettivo permette poi di creare immagini a colori, anche con un solo DLP. Per ottenere il risultato occorrerà illuminarlo alternativamente con i tre colori primari (rosso, verde e blu) e inviare ad esso, in maniera sincronizzata, i dati relativi al corrispondente canale-colore: se il processo è sufficientemente veloce l'occhio fonderà i pixel dei tre colori in un'unica immagine con sfumature naturali.

L'illuminazione alternata viene in genere ottenuta interponendo, fra la lampada e la matrice DLP, un disco, chiamato ruota colore, che porta i filtri dei colori primari (esistono ruote con più di tre filtri, per migliorare la percezione visiva ed eleiminare lo sfarfallio) e ruota in sincronia con il segnale diretto al DLP.

Se le matrici DLP sono tre ognuna di esse sarà illuminata dalla luce di uno dei tre colori primari e la fusione delle varie emissioni verso l'obiettivo avverrà con prismi semiriflettenti.
Fra i più recenti sviluppi di questa tecnologia citiamo il sistema Brilliant Color, che utilizza anche le tinte del sistema CMYK (ciano, magenta e giallo) per migliorare la resa e la brillantezza dei colori, e la sua diffusione nei cinema digitali, dotati di potenti proiettori basati su questi sistema.

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