Главная > Юриспруденция > Проекционные работы. Оптическая схема

Проекционные работы. Оптическая схема

Проектор становится все более популярной составляющей частью домашнего кинотеатра. По габаритам он не превышает небольшого чемоданчика, а по размерам создаваемого изображения превосходит любую плазменную или ЖК-панель. Стоимость проекторов неуклонно снижается, и подходящую модель для использования дома можно купить меньше чем за $2000, что ниже цен на ЖК или «плазму». Как устроен проектор внутри, чего от него ждать и какая технология создания изображений лучше — вопросы, которые задают себе многие потенциальные покупатели проектора. Мы постараемся рассказать об этом.

5 технологий проекторов: выбираем лучшую

Проекторы на ЭЛТ и лазерах 3 ЖК-матрицы лучше, чем одна

В проекторе нет самой главной части. Все его составляющие оказывают серьезное влияние на качество картинки, и все они так или иначе совершенствуются с течением времени. Наибольшее внимание уделяется собственно технологии, формирующей изображение, однако качество оптики и электронная «начинка» могут оказать на картинку не меньшее влияние.

Оптические системы в проекторах не менее, а, зачастую и более сложны, чем в цифровых или пленочных фотокамерах. Качественную же оптику в мире делает не так много компаний, и иногда изображение даже в проекторах одного производителя может создаваться объективами с разными логотипами — от Fuji до Carl Zeiss. Электронная «начинка» также основывается на микросхемах именитых производителей, и там можно увидеть такие логотипы как Faroudja, Philips или Zoran. Электроника приобретает тем более важное значение, чем большее распространение получают источники сигналов высокой четкости (HDTV). Видеовход HDMI, который является аналогом компьютерного интерфейса DVI, также получает все большее распространение в бытовых DVD-плеерах (об одном из них мы недавно писали). Сегодня все более доступны и записи с высоким разрешением картинки, до 720 р.

Важной частью проектора является и лампа, создающая световой поток, равномерный по световым свойствам. При покупке проектора обязательно следует учитывать срок службы лампы — ее стоимость обычно доходит до $500, а срок службы не так велик, как того бы хотелось.

В соответствии со сложившимися стереотипами мы все-таки расскажем больше именно о том, что «на слуху», то есть о технологиях формирования изображения — с использованием электронно-лучевых трубок, жидкокристаллических матриц или микромеханических устройств.

Большинство проекторов способно выдавать великолепную «картинку», но вынуждено работать с не самым идеальным источником в виде аналогового сигнала. Часто проектор получает черезстрочную развертку, аналогичную применяемой при телевизионном вещании, когда изображение формируется за два прохода, с пропуском строк «через одну». Для этого электроника проектора должна иметь возможность адаптировать сигнал перед его выводом на проецирующую систему. В других случаях необходимо создать из 24 кадров, получаемых в секунду, 30 кадров. За это отвечает система цифровой обработки сигнала, которая повышает четкость изображения и избавляет его от «лесенок». В недорогих системах производители применяют чипы собственной разработки или предыдущих поколений специализированных процессоров, в более дорогих решениях используются чипы сторонних производителей. Одним из самых известных и качественных решений является чип с поддержкой технологии DCDi компании Faroudja — он (или его аналог) обязательно должен быть интегрирован в любой кинотеатральный проектор. У него существует конкурент, который сегодня «отъедает» все более заметную долю и имеет практически идентичные характеристики — чип от компании Zoran.

Электронно-лучевые трубки

Эта технология формирования изображения — пожалуй, самая старая и, казалось бы, знакомая всем. Ведь в ней картинка создается привычными всем кинескопами, то есть ЭЛТ. Но принципы работы ее заметно отличаются от домашних телевизоров. Во-первых, в таком проекторе сразу три электронно-лучевых трубки. Каждая из них отвечает за свой цвет — красный, синий или зеленый, из которых и формируется изображение. Нужный цвет обычно формируется цветофильтром, стоящим позади трубки. Выбор цветов основан на том, что именно из этих трех основных можно сформировать все остальные цвета спектра, и в системе цветности RGB (Red Green Blue) работает великое множество устройств, формирующих видеосигнал.

Предназначение ЭЛТ-проекторов — кинозалы и дорогие домашние кинотеатры

Световой поток из трех основных цветов проходит через относительно несложную систему линз и фокусируется на экране, создавая полноцветную картинку. Такие проекторы имеют отличную цветопередачу — технологии производства трубок отточены за десятилетия, а также отсутствие видимого зерна на картинке в связи с синтетическим характером каждого участка изображения. Также ЭЛТ-проекторы отлично передают и черный цвет, с чем у многих других систем явные проблемы.


ЭЛТ-проекторы могут быть симпатичными

Главными трудностями и недостатками системы являются большой размер и вес — каждая трубка имеет диаметр более 10 см и требует мощного охлаждения. Кроме того, качественное изображение формируется путем тщательного сведения трех картинок на одном экране, исключительно сложно в настройке и не позволяет быстро переместить проектор ни на сантиметр после настройки. Цена таких проекторов запредельна по сегодняшним меркам — много выше $10 тыс. Некоторым недостатком является не самая высокая яркость таких систем, что вынуждает использовать затемненные помещения. Однако для качественного домашнего кинотеатра такие проекторы до сих пор остаются одним из лучших решений. Хороши они так же и при установке «на века», то есть когда они устанавливаются на несколько лет и не планируются к перемещению.

Лазерные проекторы

В некоторой степени наследниками электронно-лучевых трубок являются лазерные проекторы, в которых изображение формируется за счет излучения трех (иногда больше) лазеров. Наследниками — потому, что матрица лазеров формирует три луча тех же цветов, которые потом смешиваются. Изображение создается очень сложной системой фокусировки и развертки, в которой находится специальная система зеркал. По своей сути формирование изображения таким проектором подобно картинке на экране ЭЛТ телевизора — лазерный луч «обегает» проекционный экран сверху вниз до 50 раз в секунду, и глаз человека воспринимает получившуюся картину как единое целое.

Реалистичное изображение формируется при этом практически на любой, в том числе и неровной, поверхности, а его характеристики достаточно высоки. С 2000 года, когда началось серийное производство таких проекторов, они стали выдавать более качественную картинку, но все еще остаются проблемы с цветопередачей, хотя изображение и обладает впечатляющими показателями контраста и яркости.

Такие проекторы пока остаются в большей степени дорогими профессиональными инструментами — они излишне велики и потребляют много энергии. Однако их конструкция позволяет разделить излучающую батарею лазеров с большим тепловыделением и проецирующую часть. Кроме того, время жизни лазера заметно превосходит срок службы лампы традиционных проекторов, а энергии при сопоставимых параметрах яркости расходуется меньше. Ну, и самым главным достоинством лазерных проекторов является их способность создавать изображения на огромных экранах -диагональ может быть до нескольких десятков метров.

Существуют еще и такие малоизвестные устройства как лазерные ЭЛТ, в которых лазерный луч выбивает световой поток из люминофора, но они мало распространены и находятся на стадии разработки коммерческих прототипов (такие разработки ведутся и в России).

ЖК-матрицы

Традиционная и одна из самых старых технологий, применяющихся в проекторах — использование ЖК-матрицы «на просвет». Самая заслуженная и самая дешевая технология до сих пор остается самой распространенной — проекторы, созданные на основе одной LCD-матрицы неплохо подходят для образовательных целей, работы в презентационных комнатах при показе статичных слайдов и так далее. Однако в домашнем использовании они практически бесполезны, так как картинка, создаваемая ими, часто получается недостаточно четкой, к тому же движущиеся объекты выглядят не лучшим образом.

Дело здесь в том, что свет лампы, проходя сквозь LCD-матрицу как через диафильм или кинопленку, а затем через объектив, проходит через множество слоев матрицы и цветового фильтра. Готовое изображение, проецирующееся на экран, в итоге часто имеет эффект «мозаичности». Кроме того, проблема черного цвета проявляется здесь в полной красе. Так как ЖК-матрицы работают на просвет, то создать абсолютно непрозрачный участок в условиях яркого и мощного освещения они попросту не способны. Поэтому и часто черный цвет получается больше похожим на серый. По этой же причине ЖК-матрицы с трудом справляются с полутонами — количество градаций серого цвета не так велико, как это необходимо.

Более качественных результатов позволяет добиться технология, в которой вместо одной ЖК-матрицы используются сразу три.

Технология трех ЖК-матриц была призвана стать ответом на появление DLP-проекторов, явно превосходящих по качеству изображения большинство устройств, основанных на жидкокристаллической матрице. Основным «двигателем» ассоциации компаний, активно работающих над популяризацией этой технологии, является один из самых крупных производителей ЖК-матриц в мире — компания Seiko Epson.

Три ЖК-матрицы позволяют создать изображение гораздо лучшего качества, чем при использовании одной матрицы, за счет разделения светового потока и прохождения его только через одну ЖК-панель, а не через три цветофильтра последовательно. Это гарантирует большую яркость и дополнительное качество картинки, особенно в плане четкости.

Система дихроичных зеркал разделяет свет на три составляющих цвета, пропуская каждый через свою ЖК-матрицу, а потом призма собирает все три изображения в одну картинку. Однако и в них сохраняется проблема черного цвета — он опять оказывается скорее серым, чем черным.

Такая технология обладает даже некоторым преимуществом перед однокристальными DLP-проекторами, в которых цвет создается путем последовательного наложения цветов. В 3LCD-проекторах цвет создается одновременно и без использования движущихся частей.

Технология ЖК-панелей отработана немногим хуже ЭЛТ, и новые матрицы со сверхвысоким разрешением уже демонстрируются на выставках, чем не могут похвастаться другие альтернативные технологии.

Микрозеркальная технология DLP

Самой бурно развивающейся технологией, на которой строятся проекторы, можно считать микрозеркальную или DLP-технологию. При ее использовании свет мощной лампы отражается от специального чипа (Digital Mirror Device), содержащего тысячи микрозеркал, каждое из которых отвечает за свой пиксель изображения. Матрица с зеркалами очень миниатюрна, обычно около одного дюйма, и именно на нее и на систему управления приходится большая часть стоимости таких проекторов и телевизоров. Каждое из миллионов микрозеркал управляется индивидуально, и в итоге создается очень четкая и ясная картинка, лишенная мерцания и артефактов, присущих жидким кристаллам. Разработчиком этой технологии и поставщиком всех DMD-матриц и схем управления ими является американская компания Texas Instruments.

Свет на микрозеркала DMD-матрицы попадает через специальный вращающийся светофильтр, имеющий три или четыре грани. На трехцветном светофильтре они окрашены в красный, зеленый и синий цвета, а на четырехгранном добавлена прозрачная грань, оказывающаяся полезной тогда, когда имеются большие неокрашенные участки изображения. Скорость смены всех сочетаний настолько высока, что человеческим взглядом отмечается только цельная картинка, очень яркая и четкая. В последнее время приобретают популярность системы, в которых применяется цветовое колесо с шестью или семью сегментами — качество картинки от этого заметно улучшается и пропадает эффект «радуги», возникающий на резких цветовых границах изображения.

Пикселизация изображения, присущая ЖК-технологии, присутствует и в DLP-проекторах, хотя и в заметно меньшей степени. Дело в промежутках между элементами, формирующими пиксель. Если в ЖК-матрице на неработающие участки матрицы между точками, которые никак не формируют изображение, приходится до 30% площади (в старых матрицах было и до 40%), то в DLP-технологи — не более 10–15%. Учитывая, что эта технология работает не на просвет, а на отражение, некоторые проблемы у такой картинки могут быть с белым цветом, а также с несвоевременным срабатыванием зеркал, т.н. «залипанием».

Не так давно появился и первый HDTV-совместимый микрозеркальный проектор, HD2 Mustang. В нем микрозеркала могут отклоняться уже на 12 градусов в каждую сторону против 10 градусов в чипах предыдущего поколения. Благодаря этому стало возможным более качественно отображать черный цвет — эффективность направления света на светопоглощающую пластину повысилась довольно заметно.

Проекторы и проекционные телевизоры на базе этой технологии наиболее компактны, к тому же позволяют доводить световой поток до потрясающей величины 10 тыс. ANSI-люменов. Существуют разновидности микрозеркальной технологии, несколько отличающиеся по своим принципам от DLP, например iMOD или интерференционные дисплеи, но они пока не отработаны до конца, хотя имеют отличные перспективы. Например, в технологии iMOD отсутствуют цветные фильтры, и она гораздо менее энергоемка.

Технология D-ILA (LCOS)


Технология D-ILA (Digital Direct Drive Image Light Amplifier) является коммерческим развитием технологии LCOS (Liquid Crystal on Silicon — жидких кристаллов на кремнии) и активно развивается разными производителями, в том числе и компанией JVC, которая выпускает на ее основе проекционные системы. Изображение в этой технологии формируется жидкими кристаллами, однако работает она не на просвет, как привычные ЖК-матрицы, а на отражение, и иногда, для упрощения понимания ее сути, технология называется «отражающими жидкокристаллическими панелями». Главное отличие от обычной ЖК-матрицы в том, что вся электронная «начинка» расположена за слоем жидких кристаллов под отражающими электродами, а не между ячейками. Это обеспечивает лучший коэффициент заполнения — изображение формируется на большей площади матрицы, и незадействованной остается минимальная площадь. Световой поток формируется несильным источником света, а потом усиливается специальной лампой, отчего и происходит название технологии.

В результате граница между пикселями практически незаметна, светоотдача матрицы возрастает, а ее нагрев уменьшается. Теоретически контрастность самой матрицы может достигать 2000:1. Оптическая схема, сходная с той, которая используется в обычных ЖК-проекторах, и три матрицы D-ILA позволяют получить полноцветное изображение. Формирование цветов происходит по-разному — так, например, JVC создала голографический фильтр, у других производителей — вращающаяся призма, разделяющая цвета, также существуют и трехчиповые системы, в которых нет движущихся частей.

Эта технология сегодня активно развивается, как и технология трех ЖК-матриц, и позволяет получить изображение, по своим характеристикам схожее с ЭЛТ-проекторами, то есть хорошо воспринимаемое человеческим глазом. С черным цветом эти проекторы справляются также отлично, к тому же данная технология позволяет добиваться очень больших разрешений. До сих пор такие проекторы остаются достаточно тяжелыми и дорогими, однако над началом их производства работают многие компании, и перспективы у этой технологии хорошие.

Будущее технологий

Технология DLP не стоит на месте, как и все остальные. Уже продаются проекторы с многосегментным цветовым колесом, а создатель технологии DLP, компания Texas Instruments, разрабатывает системы, лишенные недостатков цветового колеса. На иллюстрации можно увидеть новый оптический узел со светосмесительной призмой и тремя DLP-матрицами. В нем отсутствует цветовое колесо, а значит, на его основе можно построить проектор, лишенный даже возможности эффекта «радуги». Кроме того, он будет менее шумным за счет исключения того же вращающегося колеса. Стоит отметить, что на сегодняшний день DLP-технология представляется самым явным кандидатом на лидирующие позиции на проекционном рынке. И хотя три ЖК-матрицы обеспечивают не худшее, а зачастую и лучшее качество, именно проекторам на основе DLP уготовано будущее лидеров рынка. Нам же остается лишь надеяться, что замечательные качества других технологий не останутся незамеченными и получат достойное развитие.

В производстве LCD-матриц тоже «процесс идет», пускай и более медленными темпами, чем в других технологиях. Так, в компании Epson активно разрабатывают новые виды матриц на самых различных носителях, уменьшая их размер и увеличивая разрешение. Все чаще в проекторах применяются широкоформатные матрицы — теперь видео с соотношением сторон 16:9 воспроизводится более качественно, тогда как ранее приходилось выключать из работы заметную часть квадратной матрицы и, соответственно, преобразовывать картинку, что плохо сказывалось на ее качестве.

Кроме того, зачастую из сферы внимания покупателей проектора выпадает одна из главнейших составляющих домашнего кинотеатра или презентационной комнаты. Экран, на котором будет проводиться просмотр, важен если не настолько же, как сам проектор, то уж немногим менее. Упомянем лишь, что указанных параметров яркости и контрастности можно достигнуть только на специально подготовленной поверхности, а хороший экран увеличивает контрастность изображения как минимум в полтора раза! В итоге к стоимости проектора следует обязательно приплюсовать минимум $300 на качественный экран. Ну а классные образцы с большими диагоналями могут стоить существенно больше $1000. Но об этом расскажем как-нибудь в следующий раз.

Устройство проекторов | Введение

Всех нас завораживает волшебный мир кино. Атмосфера кинотеатра позволяет полностью погрузиться в действие и прочувствовать замысел режиссёра, ощутить прилив эмоций и даже в какой-то мере прожить жизнь экранных героев. Разумеется, вряд ли кто-то будет спорить, что одним из основных аспектов столь сильного воздействия является яркое, насыщенное изображение большого формата. И на сегодняшний день такую картинку можно получить лишь при помощи проектора – устройства, которое использует источник света для проецирования кадров на экран. Стоит отметить, что современные проекторы – это весьма высокотехнологичные устройства, однако истоки появления самого принципа формирования такой картинки уходят в глубину веков. Если подойти к вопросу достаточно упрощённо, то первыми зрителями можно считать первобытных людей, которые наблюдали движущиеся тени от огня на сводах пещер. Затем вспоминается знаменитый китайский театр теней, использующий схему, которую мы могли бы назвать сегодня обратной проекцией. А первые массовые устройства возникли лишь в 17 веке. Назывались они "волшебными фонарями", изобретателем которых считают голландского учёного Христиана Гюйгенса. Устройство волшебного фонаря было очень простым: в деревянном или металлическом корпусе был размещён источник света, а изображения для проекции были нарисованы на пластинах из стекла, обрамлённых в рамки. Свет проходил через картинку и оптическую систему, расположенную в передней части аппарата, и попадал на экран.

История волшебного фонаря насчитывает почти три века, и всё это время происходило совершенствование конструкции. Например, для усиления светового потока чуть позже был добавлен рефлектор, а в 19 веке свеча была заменена на электрическую лампу. Кстати, волшебными фонарями часто пользовались бродячие артисты, удивляющие публику невиданным световым зрелищем. Стоит отметить, что такие устройства были распространены и в дореволюционной России, где они применялись в образовательных целях. Более того, диапроектор, любимый нами с детства, является прямым наследником волшебного фонаря. Также нельзя не упомянуть об определяющей роли этого устройства в изобретении кинематографа, с появлением которого волшебный фонарь перестал быть столь популярным, положив, однако, начало всей проекционной технике.

Популярность кино вызвала бурный прогресс оборудования не только для съёмки, но и для воспроизведения, который продолжается до сих пор. Появились специализированные устройства для обучения, такие как оверхед-проекторы , которые до сих пор можно встретить в школах. Им на смену пришли первые модели мультимедийных устройств, которые можно было подключать к различным источникам видеосигнала, а значит – использовать для демонстрации фильмов вне кинотеатров. Дальнейшее развитие технологий позволило организовать просмотр, ничем не уступающий кинотеатральному, в домашних условиях. Идея домашнего кинотеатра покорила энтузиастов и любителей кино и вызвала новый всплеск интереса к индустрии производства фильмов. Помимо этого, массовый спрос на проекторы стал причиной значительного удешевления технологий и разработки по-настоящему доступных моделей. А это, в свою очередь, позволило широко использовать проекционное оборудование и в других областях, таких как образование.

Итак, все современные способы формирования проекционных изображений можно разделить три группы: излучающие, такие как CRT, просветные, такие как LCD, и отражающие, такие как LCoS и DLP. Каждая из них имеет свои особенности, достоинства и недостатки, которые и определяют популярность той или иной системы на рынке.

Устройство проекторов | Основные проекционные технологии

CRT (технология электронно-лучевых трубок)

Несмотря на то, что проекторы , построенные на основе электронно-лучевой трубки, были и остаются достаточно редкими устройствами, для полноценного обзора их упоминание и место в истории современной проекционной техники являются весьма важными. Эти устройства можно с уверенностью назвать прародителями домашних кинотеатров, поскольку они позволяли формировать огромные изображения ещё тогда, когда ни о жидких кристаллах, ни о микрозеркалах ещё никто не слышал. Итак, что же представляет собой CRT-проектор ?

Принцип действия этих устройств знаком каждому, кто помнит старые телевизоры или компьютерные мониторы. Катод, расположенный в основании электронно-лучевой пушки, испускает поток электронов, который разгоняется высоким напряжением. Затем электромагнитная отклоняющая система фокусирует пучок и изменяет направление движения заряженных частиц, в результате чего они бомбардируют внутреннюю поверхность стеклянного экрана, покрытого люминофором, который начинает светиться под действием электронов. Таким образом, электронный луч, прочерчивая каждый кадр строка за строкой, и формирует картинку на экране. Однако, поскольку в подобных устройствах применяются монохромные вакуумные элементы, для получения полноценного цветного изображения одного кинескопа недостаточно. Поэтому в CRT-проекторах устанавливаются три трубки, которые отвечают за формирование базовых цветов: красного, зелёного и синего. Кстати, поскольку от таких устройств всегда требуется большой световой поток, диагональ экрана каждого кинескопа может составлять до 9 дюймов. Далее все три изображения при помощи массивных объективов и различных аналоговых систем коррекции искажений сводятся в единое целое на экране.

Схема технологии CRT

Что касается качества изображения, то даже по нынешним временам его можно назвать замечательным. Во-первых, это отличная цветопередача. Во-вторых, способность воспроизводить низкий уровень чёрного, и, как следствие, демонстрировать картинку с высокой контрастностью. И, в-третьих, возможность воспроизведения практически любого входного разрешения сигнала. Кроме того, такие проекторы могут изменять геометрию картинки, оставляя постоянным количество элементов изображения. Правда, стоит отметить, что такие возможности требуются только в специальных задачах, таких, как, например, совмещение нескольких изображений в авиатренажёрах.

CRT-проекторы – весьма тихие, поскольку в них практически не используются активные системы охлаждения. И при этом они могут непрерывно работать в течение сотен часов, хотя, опять же, такое преимущество для обычного домашнего кинотеатра практически не требуется. Также стоит отметить, что подобная технология проецирования изображения более чем испытана временем, ведь её история насчитывает около пятидесяти лет, а, значит, все возможные сложности производства и эксплуатации были давно уже преодолены. Кстати, такие устройства выпускаются до сих пор.

К сожалению, несмотря на все усилия, яркость демонстрируемого изображения нельзя назвать рекордной. Кроме того, такие проекторы не очень подходят для формирования статических изображений, поскольку люминофор, покрывающий внутреннюю поверхность кинескопа, имеет тенденцию выгорать со временем, а неподвижные картинки, формируемые в течение длительного времени, оставляют фантомные следы, достаточно заметные на других изображениях. Также стоит отметить, что довольно сложная система совмещения трёх базовых сигналов требует периодической калибровки, для проведения которой необходим специалист высокого класса.

Учитывая, что современные технологии воспроизведения изображений больших форматов, подгоняемые модой на объёмную картинку и внеднением стандартов сверхвысокой чёткости развиваются с огромной скоростью, CRT-проекторы на фоне нынешних моделей выглядят эдакими динозаврами: такие же огромные, тяжёлые и устаревшие.

LCD (жидкокристаллическая просветная технология)

С этим способом воспроизведения изображения связана уже современная эра проекционных устройств. Стоит отметить, что формула "новое – это хорошо забытое старое" полностью применима к данному случаю. Как утверждает история, первые попытки создания жидкокристаллических проекторов относятся к началу восьмидесятых годов прошлого века. Фактически идея заключалась в том, чтобы заменить движущуюся плёнку и затвор в кинопроекторе на LCD-матрицу, демонстрирующую видеоряд. И уже к середине десятилетия появились первые коммерческие образцы. Разумеется, эти устройства были не лишены недостатков – типичные показатели: 9 килограммов веса при световом потоке не более 300 люмен, низком разрешении и заметной сетке пикселов – однако они послужили отправной точкой развития доступных средств воспроизведения картинки большого формата и, как следствие, целого направления массовых домашних кинотеатров.

Итак, каким образом работает ЖК-проектор ? В основе функционирования лежит свойство молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля. Однако гораздо более важен тот факт, что проходящий через ячейку свет может менять направление плоскости поляризации. Более того, управляя приложенным напряжением, можно изменять это самое направление. Но что это даёт для формирования картинки? Всё очень просто: если добавить до и после ячейки поляризационные фильтры, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, можно управлять прозрачностью любого элемента изображения. Разумеется, подобное представление принципа работы достаточно упрощено, однако когда-то всё работало именно так. А теперь добавьте управляющие транзисторы, проводники, дополнительные пиксели для каждого цветового канала, соответствующие цветофильтры – и получите цветную жидкокристаллическую панель.

Итак, у нас есть массив точек, расположенный на стеклянной подложке (для того, чтобы свет мог свободно проходить через матрицу), прозрачностью которых мы можем управлять. Но это еще не проектор : нам потребуется мощная лампа, система охлаждения, управляющая электроника, блок питания, объектив для проецирования изображения и корпус. На первый взгляд, всё довольно просто, однако применение одной матрицы практически сразу же выявило несколько серьёзных недостатков: перегрев LCD-панели, невысокая контрастность и общее ухудшение качеств поляризующих плёнок под действием высоких температур. Поскольку потенциал новой технологии был весьма высок, то дальнейшее её развитие привело к появлению в 1988 году схемы с тремя матрицами, которая получила название 3LCD.

Это конструктивное решение оказалось настолько популярным, что используется в проекторах до сих пор. В чем же его особенность? В том, что, как нетрудно догадаться из названия, в формировании изображения участвуют сразу три матрицы. Итак, свет от источника (как правило, это газоразрядная лампа) попадает на систему дихроичных зеркал, которые установлены в оптическом блоке. Их задача – пропускать свет определенного спектра и отражать всё остальное. Таким образом, белый свет разделяется на три потока, которые формируют базовые цвета изображения: красный, зелёный и синий. Каждый луч проходит через свою монохромную матрицу, формирующую картинку соответствующего цвета, а затем все три составляющие совмещаются при помощи специальной призмы. Полученное изображение проецируется через объектив на экран.


Схема технологии 3LCD

Дальнейший прогресс технологии, который позволил разместить все три матрицы вплотную к призме, что, в свою очередь повысило точность сведения трёх изображений. Кроме того, внедрение полисиликоновой технологии помогло не только повысить сопротивление ЖК-панели тепловому нагреву, но и заметно уменьшить размеры проводников и управляющих транзисторов. Таким образом, значительно повысилась световая эффективность матриц и появилась возможность дополнительного увеличения их разрешения. В современных проекторах также применяется микролинзовые растровые панели, которые направляют световой поток через прозрачную область и тем самым дают дополнительный выигрыш по яркости. Стоит отметить, что технологический процесс продолжает совершенствоваться до сих пор, поскольку предел возможностей пока не достигнут.

Итак, основными достоинствами технологии формирования изображения на основе трёх ЖК-матриц можно назвать высокую яркость картинки, небольшой вес конструкции, легкую настройку и эксплуатацию, а также возможность проецирования изображений очень больших форматов. Что касается недостатков, то к ним обычно относят большое расстояние между пикселями, которое является следствием необходимости размещать между ячейками проводники и управляющие транзисторы. Это приводит к эффекту сетчатости изображения, однако, учитывая перпективы внедрения разрешений, превышающих Full HD при сохранении размера диагонали экрана, подобный вопрос исчезнет уже в ближайшем будущем. Другой серьёзный недостаток, присущий ЖК-проекторам , - это довольно высокий уровень чёрного, и, как следствие, низкая контрастность, однако справедливости ради стоит отметить, что современные решения на основе IPS-матриц демонстрируют уже весьма впечатляющие результаты. Кроме того, недостаточное быстродействие LCD-панелей тоже давно уже не стоит на пути к качественному изображению. А вот шум по-прежнему является актуальным недостатком. Дело в том, что в этих проекторах применяются мощные газоразрядные лампы, нуждающиеся в серьёзной системе охлаждения, в которой применяются вентиляторы, что приводит к повышенному уровню шума. Также стоит отметить, что срок службы лампы составляет от 2000 до 4000 часов, после чего происходит снижение яркости в два раза, а, значит, при интенсивном использовании придётся периодически её менять, что связано с заметными финансовыми вложениями. Кроме того, сами матрицы тоже имеют тенденцию к изменению своих свойств с течением времени.

Кстати, тот самый первый и простой вариант проекционной технологии, когда используются одна ЖК-панель и источник света, послужил основой для множества самодельных конструкций. В Интернете и сейчас есть множество инструкций по самостоятельному изготовлению проекционного устройства при помощи матрицы монитора и проектора для лекций.

LCoS (жидкокристаллическая отражающая технология)

Ближайшим родственником принципа формирования изображения 3LCD является LCoS-технология, которая расшифровывается как Liquid Crystal on Silicon – "Жидкий Кристалл на Кремнии". Итак, в чём же суть? Если говорить совсем просто, то световой поток модулируется жидкокристаллической матрицей, которая работает не на просвет, а на отражение. Как это реализовано на практике? На подложке располагается управляющий полупроводниковый слой, покрытый отражающей поверхностью, а над этим "сэндвичем" находятся матрица из ячеек с жидкими кристаллами, защитное стекло и поляризатор. Свет от источника попадает на поляризатор, поляризуется и проходит через жидкокристаллическую ячейку. На полупроводниковый слой подаётся сигнал, который позволяет управлять плоскостью поляризации входящего света путём изменения пространственной ориентации жидкого кристалла. Таким образом, ячейка становится в той или иной степени прозрачной, позволяя регулировать количество света, которое проходит к отражающему слою и обратно.

На основе этого принципа формирования изображения было разработано несколько коммерческих технологий, причём каждая из них была запатентована. Одни из самых известных – это SXRD от компании Sony и D-ILA от JVC. Кстати, стоит отметить, что несмотря на то, что обе из них активно используются и по сей день, точкой отсчёта следует считать далёкий 1972 год, когда был изобретён жидкокристаллический оптический модулятор. Технологией заинтересовались военные, и несколько лет спустя уже все командные центры ВМФ США были оснащены на основе этих устройств. Разумеется, это были полностью аналоговые аппараты и, кстати, в качестве источника изображения в них выступали электронно-лучевые трубки. Не стоит и говорить, что те были непомерно сложны и дороги. Уже в наше время коммерческой разработкой и усовершенствованием принципа модуляции отражённого света занялась компания JVC, которая представила первый на основе технологии D-ILA в 1998 году. Итак, как же устроен такой аппарат?

В настоящее время в основном используются решения на основе трёх матриц, однако справедливости ради стоит сказать, что существуют и одночиповые LCoS- . Обычно используются две схемы. В первом случае источником света выступают три мощных светодиода красного, зелёного и синего цветов, которые переключаются последовательно и с высокой скоростью, а на отражающей матрице синхронно формируются кадры для каждого потока. Во втором случае белый свет от лампы разделяется на составляющие непосредственно на матрице при помощи специального фильтра, а сам массив ячеек формирует уже полноцветное изображение. Подобные не получили широкого распространения либо по причине невысокого светового потока, либо по причине сложности производства. Поэтому, как и в случае с просветными жидкокристаллическими панелями, наиболее успешной стала схема с тремя LCoS-матрицами.

Итак, свет от источника при помощи системы дихроичных и простых зеркал разделяется на три световых потока, соответствующих красному, зелёному и синему цвету. Далее каждый из них попадает на свою призму-поляризатор (PBS). Затем потоки направляются на отражающие матрицы, модулируются, формируя цветовые компоненты для базовых каналов изображения, проходят обратно через PBS-элементы и сводятся вместе в дихроичной призме. Полученная картинка проецируется через объектив на экран.


Схема технологии D-ILA

Достоинствами этой технологии можно с уверенностью назвать замечательное качество изображения, высокую яркость и контрастность картинки, а также возможность проецирования изображений очень больших форматов. Также стоит отметить, что особенности производства отражающих матриц позволяют располагать управляющие проводники и электронику за отражающим слоем, значит, площадь покрытия пикселей гораздо больше. Иными словами, изображение выглядит гораздо более однородным, чем в случае с просветными панелями. Кроме того, управление массивом точек в компании JVC реализовано при помощи аналоговых сигналов, что позволяет получить более плавные градиенты. А технология производства, помимо всего прочего, позволяет создавать матрицы с очень высоким разрешением, что, безусловно, будет очень актуальным в свете внедрения стандартов изображения 4K.

Что касается недостатков, то в первую очередь стоит упомянуть весьма высокую цену. Позволить такой могут себе лишь весьма обеспеченные энтузиасты домашнего кинотеатра. Кроме того, такие устройства нельзя назвать компактными и лёгкими, поэтому использовать их в мобильных презентациях вряд ли получится. Их удел – большие и средние залы кинотеатров. Поскольку в этих устройствах используются такие же газоразрядные лампы, как и в просветных жидкокристаллических , все недостатки, связанные с их использованием, присутствуют здесь в полной мере. Напомним, это, в первую очередь, шум активных охлаждающих систем, а также ограниченный срок службы лампы, замена которой обойдётся в значительную сумму.

DLP (микрозеркальная технология)

Третьим, и наиболее активным игроком на рынке современных проекционных устройств, можно с уверенностью назвать DPL-технологию, которая также работает по отражающему принципу. Её название – это аббревиатура от Digital Light Processing, что можно перевести как "Цифровая Обработка Света". В основе этой технологии лежит специальная микроэлектромеханическая система, которая представляет собой крошечное зеркало, за положение которого отвечает столь же миниатюрная механика, управляемая при помощи электрических сигналов. Зеркало может находиться в двух положениях. В первом случае оно отражает свет, который после прохождения всего тракта формирует точку на экране. Во втором положении свет попадает на специальное светопоглощающее устройство. Стоит отметить, что благодаря очень маленькому размеру зеркало может переключаться между двумя состояниями очень быстро. Поскольку принцип работы и управления схож с бинарным (света нет – логический ноль, свет есть – логическая единица), то устройства такого типа считаются цифровыми.

Для того чтобы формировать изображение, понадобится целый массив таких микрозеркал вместе с управляющей механикой, поэтому инженеры разработали специальный микрочип, выполненный по микроэлектронной технологии, который называется DMD или Digital Micro Device – "Цифровое Микро Устройство".

Стоит отметить, что эта технология была разработана компанией Texas Instrumens ещё в 1987 году, и по сей день DMD-матрицы выпускаются только этой фирмой. Кстати, первый коммерческий образец проекционного устройства на основе DLP был представлен лишь в 1996 году. Так как же устроены подобные ?

Существуют две основные схемы, представленные на рынке: одночиповая и трёхчиповая. Первая – более дешевая и, соответственно, более популярная, а вторая – более дорогая и менее распространённая.

Итак, схема с одним DMD-чипом работает следующим образом. Свет от источника проходит через быстро вращающееся прозрачное колесо, которое разделено на несколько цветных сегментов. В первом приближении это красный, зелёный и синий цвета. Далее окрашенный световой пучок проецируется на DMD-чип, строго синхронизированный с диском, на котором микрозеркала уже сформировали кадр для данного цвета. Отражённый поток проецируется через объектив на экран. Поскольку, как уже упоминалось, для каждого микрозеркала возможно только одно из двух положений, то оттенки цветов формируются за свет времени, которое каждое микрозеркало проводит в состоянии отражения. А всё остальное делает наше сознание и инерционность зрения, поэтому на экране мы видим не отдельные цвета, а плавно изменяющееся изображение.


Схема одночиповой технологии DLP

Основными достоинствами такой схемы на сегодняшний день являются высокая яркость и отличная контрастность изображения. За счёт конструкции DMD-чипов DLP-устройства также отличаются невиданным временем отклика. Поскольку здесь работает принцип отражения, то эффективность использования светового потока в таких очень высока, а, значит, для получения необходимых значений яркости требуются лампы меньшей мощности. В связи с этим сокращается энергопотребление, а также шум активной системы охлаждения. Стоит также отметить, что DMD-чипы сохраняют свои первоначальные характеристики с течением времени. Кроме того, благодаря простоте конструкции такие устройства, как правило, отличаются относительно невысокой ценой и компактностью габаритов. По однородности изображения и заметности пикселей на экране DLP-технология находится как раз между 3LCD и LCoS.

Что касается недостатков, то они тоже достаточно весомые. В первых моделях цветовое колесо вращалось со скоростью до 3600 оборотов в минуту, поэтому скорость вывода отдельных изображений на экран, с одной стороны, была весьма высокой, а с другой - всё же недостаточной. Из-за этого зритель периодически мог наблюдать так называемый "эффект радуги". Его суть состоит в том, что если на экране отображался яркий объект на тёмном фоне, а взгляд быстро переводился с одного края кадра на другой, то этот яркий объект распадался на красные, синие и зелёные "фантомы". Причём в фильмах таких сцен хватало, и дискомфорт от просмотра также был ощутимым.

Для уменьшения его влияния разработчики начали раскручивать цветовое колесо и увеличивать количество сегментов на диске. Сначала были всё те же красные, зелёные и синие сегменты, но их стало шесть, и располагались они уже друг напротив друга. Таким образом частота выводимых кадров удваивалась, и "эффект радуги" становился менее заметным. Были варианты с добавлением сегментов промежуточных цветов, однако результат был практически таким же – менее заметно, но всё же присутствует. Кстати, отдельно стоит упомянуть проблему цвета и яркости в DLP- . Трёхсегментное колесо позволяло получить хорошую цветопередачу, но всё же снижало яркость, поэтому к нему начали добавлять ничем не окрашенный участок. Это позволило увеличить световой поток, но привело к выбеленным цветам с малым количеством градаций. Тогда Texas Instruments создала технологию Brilliant Color (с тем самым шестисегментным диском с дополнительными промежуточными цветами), которая и помогла исправить положение. В настоящий момент на рынке присутствуют модели с количеством отдельных сегментов на цветовом колесе, достигающим семи.

Справедливости ради стоит сказать, что существуют и двухчиповые DLP- , которые также используют цветовое колесо для разделения света на две составляющие, которые представляют собой смеси красного с зелёным и красного с синим цветов. При помощи системы призм происходит выделение красной составляющей, которая направляется на один из микрозеркальных массивов. Зелёная и синяя компоненты попеременно проецируются на другой чип. Далее две DMD-матрицы модулируют соответствующие лучи, таким образом кадр красного цвета проецируется на экран постоянно, что позволяет компенсировать недостаточную интенсивность соответствующей части спектра излучения лампы. Стоит отметить, что при увеличении стоимости (за счёт использования двух микрозеркальных чипов), подобная схема полностью не решала проблему "эффекта радуги", и широкого распространения не получила. Поэтому производителям не оставалось ничего другого, кроме использования конструкции с тремя микрозеркальными чипами.

В трёхматричных световой поток от источника света разделяется на три составляющих при помощи массива специальных призм. Затем каждый луч направляется на соответствующую микрозеркальную панель, модулируется и возвращается в призму, где происходит совмещение с другими цветовыми компонентами. Далее готовое полноцветное изображение проецируется на экран.


Схема трёхчиповой технологии DLP

Достоинства такой схемы очевидны: высокая яркость и контрастность, низкое время отклика, отсутствие "эффекта радуги", что означает комфорт при просмотре. Опять же, высокая эффективность использования светового потока в таких позволяет применять лампы меньшей мощности, что, в свою очередь, снижает энергопотребление и шум активной системы охлаждения.

Основной недостаток тоже вполне очевиден: это цена. Стоимость одного DMD-чипа в отдельности весьма высока, а уж трёх – и подавно, поэтому трёхматричные модели в основном обслуживают средний сегмент домашних кинотеатров. Вторая трудность состоит в том, что из-за особенностей конструкции оптического тракта в DLP- крайне непросто сделать механический сдвиг линз, поэтому его можно встретить лишь в дорогих моделях.

Возвращаясь к одночиповой схеме, стоит отметить, что современное развитие оптических полупроводниковых технологий и появление светодиодов и лазеров синего и зелёного цветов позволило разработать модели, в которых отсутствует "эффект радуги". Самым простым вариантом стала замена газоразрядной лампы на три мощных светодиода основных цветов. Источники света могут включаться и выключаться очень быстро, поэтому такая схема позволила отказаться ещё и от цветового колеса, а также ещё больше увеличить скорость смены цветных кадров. Кроме того, удалось очень сильно уменьшить энергопотребление и габариты устройства, в том числе и за счёт более простой системы охлаждения. А меньшее тепловыделение так же положительно сказывается на работе всей электроники. Первый такой появился в 2005 году и весил менее полукилограмма, при этом его светового потока было достаточно для проецирования изображения с диагональю 60 дюймов.


Схема светодиодной технологии DLP

Следующим шагом стало использование в качестве источника света полупроводниковых лазеров. Дело в том, что применение таких источников считается весьма перспективным, благодаря отличным цветовым, временным и энергетическим характеристикам. Кроме того, свет, испускаемый лазерами, имеет ещё и круговую поляризацию, которую можно достаточно просто преобразовать в линейную и таким образом упростить конструкцию . Итак, источники когерентного излучения с длинами волн, соответствующими красному, зелёному и синему цвету, поочередно поступают на специальные дифракционные формирователи, которые обеспечивают равномерность света по всему сечению пучка. Затем, после совмещения системой дихроичных зеркал, каждый цветовой компонент проходит через оптический преобразователь, который превращает тонкий луч в широкий световой поток. Массив микрозеркал модулирует падающий свет, и полученное изображение соответствующего цвета проецируется на экран.


Схема лазерной технологии DLP

Самым значительным улучшением таких схем можно считать отсутствие эффекта радуги, а также замечательные результаты по цветопередаче, яркости и контрастности. Применение полупроводниковых светодиодов и лазеров в качестве источника света в позволило не только заметно снизить энергопотребление, но ещё и значительно увеличить ресурс . Производители заявляют о среднем времени наработки на отказ от 10000 до 20000 часов. Кроме того, яркость источника остаётся постоянной в течение всего времени эксплуатации. Правда, доступны подобные устройства пока далеко не всем: цена инновационного продукта по-прежнему на весьма высоком уровне.

Добавим, что на рынке можно встретить модели, которые используют в качестве источника света одновременно и лазеры, и светодиоды. Если быть совсем точными, то лазер всего один – синего цвета, который, однако, отвечает за зелёную составляющую. Как такое возможно? Дело в том, что синий лазер светит на специальную пластину, покрытую люминофором, которая начинает светиться зелёным светом. Красную и синюю составляющие изображения формируют соответствующие светодиоды. Ну а дальше всё как обычно: свет с различной длиной волны попадает поочередно на DMD-чип, а затем выводится на экран.

Кроме того, у этой схемы есть вариации с цветовым колесом, но не просветным, а покрытым люминофором. В первом случае красный цвет формирует светодиод, а зелёный и синий – голубой лазер, который направлен на вращающийся диск с двумя видами люминофора, которые поочередно светятся синим и зелёным светом. Во втором варианте красный светодиод отсутствует, а все три цвета формируются лазером и цветовым колесом с тремя разными люминофорами. Дело в том, что люминофор позволяет избежать так называемого пятнистого шума, а применение лазера – достичь очень насыщенных оттенков.

LDT (лазерная технология)

В предыдущих разделах мы рассмотрели наиболее популярные в настоящее время технологии, широко представленные на рынке. Теперь настала пора познакомиться с совсем уж экзотическим способом формирования изображения.

В главе про DLP- мы рассмотрели применение полупроводниковых лазеров в качестве источника света. А что, если сами лазерные лучи будут формировать изображение непосредственно на экране? Этот вопрос волнует человечество уже не первое десятилетие, однако ответ на него был получен в 1991 году, после того, как была изобретена технология LDT или Laser Display Technology, что переводится как "Технология Лазерного Отображения". Рабочий прототип был представлен в 1997 году, а серийный – в 1999 году. Итак, чем же примечателен физический принцип, основанный на применении лазеров?

Прежде чем ответить на этот вопрос, стоит понять, зачем вообще понадобилось разрабатывать такую технологию. Дело в том, что проекционные устройства 90-х годов прошлого века были недостаточно хороши для воспроизведения очень ярких и при этом очень контрастных изображений с высоким разрешением. Лазеры в силу своих физических особенностей могли исправить положение.

Стоит отметить, что попытки использования когерентных источников света для формирования изображения предпринимались достаточно давно, с 60-х годов. Причём первоначальная идея заключалась в том, чтобы заменить в электронно-лучевой трубке пучок электронов на лазерный луч. В этом случае конструкция значительно упрощалась, а цветопередача улучшалась. Однако в то время оказалось невозможным преодолеть некоторые технические трудности, такие, как создание лазеров, работающих при комнатной температуре, а также системы отклонения луча. Кстати, подобные работы велись и в СССР. Развитие полупроводниковых и микроэлектронных технологий позволило преодолеть вышеуказанные трудности и создать LDT- , однако до массового внедрения таких устройств по-прежнему очень далеко.

Итак, как работает технология LDT? Система построена на использовании трёх лазеров базовых цветов, которые модулируются по амплитуде особыми электрооптическими устройствами. При помощи специальной системы полупрозрачных зеркал лучи объединяются в один световой поток, который пока ещё не является полноценной цветной картинкой. Далее сигнал по оптическому кабелю поступает на оптико-механическую систему развёртки изображения. Кадр строится по тому же принципу, что и в телевизоре, – по строкам: слева направо и сверху вниз. Развёртка изображения по одной оси осуществляется при помощи специального вращающегося барабана с двадцатью пятью специальными зеркалами, а по другой – путём отклонения луча качающимся отражателем. Стоит отметить, что лазер способен описывать на экране 48000 строк или 50 кадров в секунду, а скорость перемещения точки на экране достигает 90 км/с! Такая скорость для нашего довольно инерционного восприятия, разумеется, очень велика, что и позволяет видеть на экране плавно меняющееся изображение. После развёртки световой сигнал поступает на систему фокусировки, которая объединена с отклоняющими устройствами в проекционную головку. Кстати, одной из особенностей системы является то, что источник света может быть удалён от проецирующего устройства на расстояние около 30 метров, что, в свою очередь, означает возможность применения очень мощных лазеров, требующих специальных систем охлаждения, а, значит, – получения изображения огромной яркости.


Схема лазерной технологии LDT

Какими преимуществами обладает подобный принцип формирования проекции? Во-первых, как уже было сказано, это огромная яркость изображения, и, как следствие, возможность проецировать картинку площадью в несколько сотен квадратных метров. Кроме того, её можно проецировать не просто на плоскость, а вообще на всё, что угодно, – и изображение будет оставаться резким в каждой точке! А всё благодаря лазерам: именно они позволяют избавиться от сложной системы сведения и фокусировки лучей. Более того, все остальные преимущества также обусловлены физической природой когерентного излучения. Например, лазеры очень слабо рассеиваются, поэтому создаваемое изображение имеет очень высокую контрастность, в четыре раза превышающую возможности человеческого зрения! Кроме того, поскольку лазеры обладают высокой монохроматичностью, то картинка ещё и обладает расширенным цветовым охватом и высокой насыщенностью. Помимо этого, время работы источников излучения – десятки тысяч часов, поэтому никакие традиционные газоразрядные лампы не в состоянии полноценно конкурировать с ними. То же самое можно сказать и про энергопотребление.

Технология LDT ещё очень молода и не лишена некоторых недостатков. Например, всё та же цветопередача. Для окраски каждого луча применяются специальные кристаллы, которые меняют длину волны, поэтому добиться точного соответствия совсем не просто. Разработчики занимаются этим вопросом, но пока он достаточно актуален. Размеры устройства совсем не маленькие, поэтому мобильность такого под силу только специальной бригаде. Ну и, пожалуй, главный недостаток технологии – это огромная цена, что в принципе неудивительно, поскольку этот продукт ещё очень далек до звания массового. Поэтому в настоящее время технология LDT может заинтересовать лишь крупные компании, которые специализируются на концертной деятельности, крупных световых шоу, а также инсталляциях для серьёзных конференций.

Устройство проекторов | Технологии формирования трёхмерного изображения

Интерес к проецированию объёмной картинки занимает человечество практически со времен изобретения кинематографа. Вариантов реализации было предложено множество, но базовый принцип всегда оставался неизменным: для каждого глаза должно быть сформировано своё изображение.

Современный интерес к объёмной картинке возник после выхода на экраны в 2009 году фильма Джеймса Кэмерона "Аватар". Мир планеты Пандора, показанный в картине в стереоскопическом формате, был столь реалистичен, что новая волна моды на трёхмерное изображение не заставила себя ждать. К тому времени уже был неотъемлемой частью полноценного домашнего кинотеатра, поэтому производители оборудования постарались как можно оперативнее внедрить новую технологию не только в телевизоры, но и в проекционные устройства.

К сожалению, разработчикам не удалось договориться о некоем едином формате, поэтому в настоящий момент на рынке главенствуют две основные технологии: поляризационная и затворная. Первая основана на разделении картинок при помощи поляризаторов. Вначале коммерческое воплощение этой идеи использовало линейную поляризацию, причём плоскости направления волн для каждого глаза были взаимно перпендикулярны. На практике всё было реализовано следующим образом. При помощи двух на экран проецируются два изображения, поляризованные для каждого глаза, специальные очки разделяют картинки, и зритель воспринимает объекты на экране как объёмные. Недостатков у такого способа формирования было несколько: необходимость использования двух , а также специального экрана, который имел повышенную отражающую способность и не менял направление поляризации. Кроме того, зрителю всегда приходилось держать голову прямо для того, чтобы эффект трёхмерности не пропадал. Следующим шагом в развитии этой технологии была замена линейной поляризации на круговую, а также проецирование кадров для каждогоглаза попеременно при помощи только одного устройства. Такой подход позволил держать голову во время просмотра произвольно, однако привёл к потере половины светового потока. Поляризационная технология при всех своих достоинствах практически не используется в домашних кинотеатрах, а применяется в основном в профессиональной сфере.

Второй вариант получения трёхмерного изображения основан на разделении кадров для каждого глаза при помощи специальных очков. демонстрирует попеременно изображения для каждого глаза, при этом частота смены кадров может достигать 120 Гц. Вместо линз в активных очках применяются специальные ЖК-матрицы, которые синхронизированы с и перекрывают световой поток таким образом, что каждый глаз видит только предназначенные для него изображения. Поскольку, как мы уже говорили, наше восприятие достаточно инерционно, потоки вопринимаются непрерывно и складываются в единую трёхмерную картинку. Именно эта технология в настоящее время наиболее активно применяется в домашнем кинотеатре, правда, справедливости ради стоит отметить, что и в профессиональной среде она тоже достаточно популярна.

Итак, процесс получения объёмного изображения понятен, осталось разобраться, какие позволяют воспроизводить такую картинку. На современном этапе развития проекционных технологий получение трёхмерного изображения удалось реализовать на основе LCD, DLP и LCoS-систем. Правда, учитывая, что затворный способ используется в домашнем кинотеатре совсем недавно, разработчикам ещё предстоит решить много вопросов. Например, быстродействие ЖК-матриц пока не в полной мере отвечает запросам по скорости обновления и отклика.

Устройство проекторов | Выводы и перспективы

Итак, мы познакомились с основными проекционными технологиями формирования изображения кинотеатрального формата, а также рассмотрели их особенности, достоинства и недостатки. Ещё десять лет назад были весьма экзотическими средствами отображения, которые только начинали массовое наступление на сферу домашнего применения. За эти годы качество изображения достигло очень высокого уровня, многие технологические недостатки ранних моделей преодолены, а разноообразие устройств позволяет подобрать на свой вкус за весьма приемлемые деньги. Даже внезапно возникшая мода на трёхмерное изображение тут же нашла отражение в выпускаемых моделях.

На сегодняшний день ситуация выглядит следующим образом. Наиболее распространённой технологией можно с уверенностью считать DLP. , построенные на микрозеркальных панелях, встречаются как в недорогом сегменте, так и в среднем. Кроме того, эта технология является ещё и весьма перспективной, причём по нескольким причинам. Во-первых, внедрение светодиодных и лазерных источников света поможет создать массовые проекционные устройства, которые будут весьма миниатюрными и низкопотребляющими, с большим световым потоком, отличной контрастностью, замечательным цветовым охватом и большим сроком службы. А, во-вторых, высокое быстродействие таких панелей создает великолепные возможности для внедрения высокоскоростных способов формирования трёхмерного изображения.

Самым ближайшим конкурентом DLP является технология 3LCD. Несмотря на то, что эта схема не нова, она по-прежнему весьма популярна и в недорогих , и в устройствах средней ценовой категории. Более того, несмотря на заложенные ограничения, например, по контрасту и по размеру расстояния между пикселями, каждое новое поколение матриц не перестает удивлять отличными результатами. Так что на сегодняшний день технологический предел возможностей этого способа формирования изображения ещё не достигнут.

Технология жидких кристаллов на кремнии на сегодняшний день является одной из самых качественных по параметрам картинки, однако и одной из самых дорогих, поэтому такие используются только в домашних кинотеатрах высшего уровня. Тем не менее, такие модели становятся доступнее с каждым годом и даже появляются в среднем ценовом сегменте, однако по этому параметру им до DLP- и LCD- пока очень далеко.

Периодически возникает вопрос возможного влияния проецируемого изображения на здоровье человека. Считается, что картинка, формируемая при помощи технологий 3LCD и LCoS, не имеет каких-либо отрицательных аспектов, поскольку транслируется на экран в сведённом виде, в то время как DLP с одним микрозеркальным чипом последовательно формирует три разноцветных изображения с высокой скоростью. Кстати, некоторые исследования показывают, что частоты смены кадров 180 Гц недостаточно для полного исключения "эффекта радуги" и связанной с ним утомляемости зрения во время длительного просмотра.

Что касается перспектив развития проекционно техники, то очень большие надежды связаны с внедрением полупроводниковых источников света, таких как светодиоды и лазеры, причём не только в сфере домашнего кинотеатра, но и в области профессиональной техники для концертов и световых шоу. Мы уже рассказывали о преимуществах, которые даёт эта технология, поэтому тоит сказать пару слов о возможных последствиях. Пока что способ формирования картинки при помощи лазерных лучей не только весьма перспективен, но и очень молод, а, значит, нет практически никаких данных о возможном влиянии на здоровье человека. Тем не менее, давно известно, что лазерный луч мощностью излучения в 1 мВт может быть опасен для зрения, а, значит, при использовании такой техники должно быть полностью исключена возможность попадания прямого светового потока на зрителей. В общем, вопрос безопасности еще предстоит исследовать.

Возможно, в ближайшем будущем все усилия производителей проекционной техники могут оказаться напрасными, поскольку, как это ни парадоксально, основным конкурентом на рынке домашнего кинотеатра может стать OLED-технология. Судите сами: уже сегодня никого не удивишь ЖК-телевизорами с диагональю 1,5 метра, а модели-рекордсмены и вовсе демонстрируют картинку более 2,7 метров, при том, что средние размеры изображения в домашнем кинотеатре как раз и составляют около 3-4 метров по диагонали. Уже сейчас есть коммерческие образцы моделей OLED-телевизоров на основе гибких подложек, которые позволяют производить не только плоские, но даже вогнутые экраны. А это, в свою очередь, рисует перед нами весьма заманчивые перспективы: возможно, в будущем нам больше не понадобятся ни , ни экраны. Для того чтобы погрузиться в действие фильма, достаточно будет нажать на кнопку электропривода и огромное гибкое полотно, покрытое органическими светодиодами, плавно появится из настенной ниши. Останется только включить кино и наслаждаться изображением.

Проектор представляет собой устройство, которое подключается к видеокамере, ноутбуку, ПК, или планшету, для того, чтобы вывести картинку на большой экран. Для управления работающим аппаратом используется пульт ДУ. Устройство видеопроектора достаточно сложное, и может иметь отличия, зависящие от технологии, применяемой для компоновки изображения. От примененной технологии зависит и то, как именно будет работать проектор. На сегодня в видеопроекторном оборудовании используется 5 технологических достижений: CRT, LCD, D- ILA, DLP, лазерная технология.

Эту технологию можно считать самой старой, так как за основу в ней берется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Хотя CRT-технология применяется уже несколько десятков лет, тем не менее, она до сих пор — актуальна и по качественным характеристикам картинки (четкость, разрешение, цветопередача) не уступает современным и более дорогим методам формирования картинки. Еще одним плюсом CRT является большая надежность электросхем и длительность беспрерывной эксплуатации трубки, превышающая предел 10 000 часов.

Также данная технология отличается широким динамическим яркостным диапазоном и глубиной черного, чего не может обеспечить любая другая.

Несмотря на несомненные достоинства, CRT-аппараты все же уступают по некоторым показателям современным устройствам.

Устройство CRT проектора

Внутри CRT-видеопроектора находятся 3 ЭЛТ, имеющие экраны с диагональю от 7 до 9 дюймов. Каждая ЭЛТ предназначается для того, чтобы выводить один цвет (зеленый, красный, синий) цветовой модели RGB.

Принцип работы проектора можно описать следующим образом: входной сигнал разделяется на составляющие по цвету, которые участвуют в управлении модуляторов. При этом интенсивность луча начинает меняться. В этот момент луч, проходя через магнитное поле и отклоняющую систему, подвергает поверхность экрана с нанесенным фосфорным покрытием сканированию изнутри. После этого, на экране происходит создание одноцветной картинки. Далее, через объектив происходит проецирование ее на наружный экран.

В итоге на внешнем экране одновременно проецируется 3 изображения, при смешивании которых получается полноцветная картинка.

Преимущества CRT-устройств:

  • выходное изображение достаточно высокого качества;
  • продолжительный период эксплуатации;
  • пассивное охлаждение;
  • неограниченное разрешение;
  • низкий уровень издаваемых шумов;
  • высокая контрастность;
  • технология, прошедшая испытание временем (более 50 лет).

Недостатки CRT-устройств:

  • необходимость периодической настройки (калибровки);
  • нечеткость геометрии;
  • небольшой уровень яркости;
  • желательно не применять, для проецирования статической картинки.

LCD-технология

В LCD проекторах, например, в аппаратах фирмы Viewsonic (Вьюсоник), для создания картинки применяется просветная матрица . Работу ее можно сравнить с работой диапроектора. Но различие состоит в том, что свет проходит не через слайд, а сквозь панель с жидкими кристаллами. Она состоит из большого количества пикселей, являющихся элементами, которые поддаются управлению с помощью электрического сигнала. От величины напряжения, примененного к конкретному пикселю, зависит его прозрачность и, соответственно, интенсивность яркости на экране в месте проецирования данного пикселя.

Благодаря технологии LCD проекционные агрегаты стали намного дешевле . Они стали компактнее, а сила светового излучения стала достигать 10 000 ANSI-лм. LCD-технология наилучшим образом адаптирована для воспроизведения цифрового сигнала от ПК и других девайсов.

LCD-аппараты Viewsonic очень легко настраиваются, просты в эксплуатации, и все настройки сохраняются после демонтажа и транспортировки. По этой причине их часто применяют для оформления бизнес-презентаций.

Устройство LCD-агрегата

В LCD-проекторах, чтобы сформировать изображение, используются панели из жидких кристаллов . Технология использует способность молекул определенного вещества изменять свою ориентацию в пространстве под действием электрического импульса.

В современных аппаратах стали использовать 3 матрицы из жидких кристаллов, изготовленные из полисиликона. Размер их составляет по диагонали от 0,7 до 1,8 дюйма. На рисунке ниже показана структурная схема видеопроектора.

Свет, который излучает лампа, при прохождении через дихроические зеркала разделяется на 3 составляющих цветовой модели RGB. Далее, каждая составляющая должна пройти через соответствующую ей ЖК-панель. В ней происходит создание изображения, относящегося к данному цветовому слою. Когда формировка изображений в ЖК-панелях закончена, они, проходя сквозь призму, накладываются друг на друга, и полноцветная картинка выводится на экран через оптический объектив.

На рисунке ниже можно рассмотреть, как устроен проектор.

Преимущества LCD:

  • доступная цена;
  • небольшой вес;
  • незаменимая вещь для презентаций;
  • можно использовать для экранов с большой диагональю;
  • картинка имеет идеальную геометрию;
  • простые настройки и эксплуатация.
  • высокая яркость;

Недостатки:

  • дорогостоящая лампа;
  • низкая контрастность;
  • матрица имеет свойство со временем деградировать (стареть) -обычно, достаточно 3-4 лет использования;
  • могут появляться “мертвые” пиксели;
  • за счет использования вентиляторов охлаждения, ощутимый шум агрегата.

D-ILA-проектор

Фирма Huges-JVCТ не так давно разработала D-ILA-технологию. Ее можно считать воплощением в реальность технологии LCOS, которая представляет собой наиболее перспективную тему для усовершенствования проекционных агрегатов.

Как и LCD, D-ILA использует жидкокристаллические элементы, но вместо матриц просветленного типа применяются элементы отражающего типа . Такие аппараты имеют отличие: светомодулирующий слой расположили таким образом, что он находится поверх подложки, состоящей из монокристаллического кремния. В подложке расположена вся схема, которая применяется для управления матрицей. Этот факт имеет неоспоримое преимущество перед LCD-панелями.

D-ILA-матрицы способны, если сравнивать с LCD, на значительно большее разрешение, с учетом того, что размеры их меньше. Также в новых матрицах площадь используемого кристалла задействована на 93%, что исключает появление сетки при выведении картинки. Технологический процесс изготовления D-ILA-матриц намного проще, чем производство LCD.

Устройство D-ILA-аппарата

D-ILA аппараты, так же, как и LCD, созданы по трехматричному принципу . Матрицы по-отдельности создают картинки трех цветов. После этого, сформировавшееся изображение поступает на настенный экран через объектив.

Преимущества:

  • использование для презентаций;
  • высокая яркость;
  • возможность применения для проекционных экранов больших размеров;
  • идеальная геометрия картинки;
  • легкий вес.

Недостатки:

  • возможность появления “битых” пикселей;
  • вследствие новизны технологии, отсутствуют данные о сроке службы матрицы;
  • дорогостоящий источник света.

Матрица данного проектора называется DMD чипом и производится в Америке компанией Texas Instruments. Как же все-таки работает проектор? В составе матрицы имеются миллионы зеркальных элементов , которые имеют способность поворачиваться под нужным углом. При повороте, зеркало может занимать только 2 фиксированных положения.

Поэтому зеркало отражает свет на экран либо в сторону светопоглотителя (радиатора) аппарата, выдавая при этом точку черного цвета или белую.

При многократном переключении с белого цвета на черный, получаются полутона серого.

Способен к выводу только одного цветового компонента картинки в каждый момент временного промежутка.

Чтобы отделить другие цвета от белого и черного, используют цветовой диск (диск, имеющий светофильтры).

Скорость вращения диска со светофильтрами может быть разной. Чем быстрее вращается колесо, тем меньше будет проявляться “эффект радуги ”, присущий одноматричным аппаратам. Колесо со светофильтрами может состоять не только из традиционных сегментов RGB (красный, зеленый, синий), но и дополняться дополнительными цветами. Например, на рисунке ниже показано цветовое колесо, представляющее собой комбинацию двух цветовых схем RGBCMY (Красный, Зеленый, Синий, Циан, Маджента, Желтый).

Что представляет собой оптический блок DLP-аппарата, хорошо видно на следующем рисунке.

На цветовом колесе также имеется прозрачный элемент для пропускания чистого белого цвета, что усиливает черно-белую яркость изображения.

Этим решатся проблема неэффективности одноматричной технологии, в следствие чего не требуется установка более мощного источника света.

Одним из самых первых представителей DLP-проекторов был аппарат Viewsonic PJD5126.

Свойство повышенной яркости черно-белой картинки стало полезным для аппаратов, которые широко используются в офисах. Черно-белое изображение оказывается заметно выше по яркости, чем цветные компоненты. Хотя, если установлен максимальный уровень яркости, цвета могут становиться более тусклыми. Блеклость цвета присуща не всем DLP-агрегатам, поскольку большинство производителей стремятся к повышению качества своей продукции.

Трехматричный DLP-проекционный аппарат

Также существуют трехматричные проекционные аппараты , с разделением светового потока на традиционные RGB. При этом происходит проецирование на внешний экран трех изображений разного цвета, в результате чего формируется полноцветная картинка.

DLP-устройства обладают повышенным уровнем яркости, который может достигать показателя в 18 000 ANSI-лм.

Преимущества:

  • небольшая масса;
  • правильная геометрия;
  • долговечность матрицы;
  • используется для больших экранов;
  • низкий шум;
  • высокая яркость.

Недостатки:

  • при одноматричной конструкции заметен “эффект радуги” на картинке;
  • дорогостоящая лампа;
  • «битые» пиксели.

Лазерная технология

Самой передовой и самой дорогой технологией для формирования наиболее качественного изображения является лазерная . Представителем нового вида проекционного оборудования можно назвать аппарат ViewSonic LS830.

Принцип действия агрегата такой же, как и в рассмотренных выше моделях: с помощью лазера формируется 3 цветовых компонента, которые, в конечном счете, смешиваются. Далее, посредством сложной системы, включающей фокусировку и развертку, происходит создание изображения с использованием системы зеркал. Появляется возможность сформировать изображение практически на любой поверхности, включая неровную.

Общая стоимость эксплуатации намного сокращается за счет применения лазерной технологии, поскольку лазер можно считать условно вечным . Расчетный период его работы равняется 20 000 часов, не требующих специального обслуживания. При этом аппарат будет выдавать отличную яркость, не снижающуюся с течением времени. На протяжении всех лет эксплуатации оборудования, качество картинки будет оставаться на высоком уровне. Уровень яркости в аппарате Viewsonic достаточно высок — 4 500 люмен, что подходит для просмотра видео в хорошо освещенном помещении.

Практически все современные лазерные проекторы имеют ультракороткофокусные объективы (0,23). Это позволяет располагать проектор на расстоянии 21 см от экрана, что делает его почти незаметным.

На рисунке ниже проекторы расположены на расстоянии 17 см от стены.

Лазерная технология способна выдавать цвета с большой глубиной и насыщенностью, с высокой яркостью и детализацией, а также с широкой цветовой гаммой. За счет высокой контрастности (100 000:1) картинка отличается идеальной резкостью и плавными переходами полутонов.

Также использование лазерной технологии дает возможность проецировать цветную картинку с разрешением Full 1080p HD практически без деформации.

Один из самых главных плюсов лазерных видеопроекторов – это возможность проецировать картинку на экраны огромных размеров.

Таким образом, на рынке видеопроекторов существует немалое количество моделей как дорогих, так и бюджетных. Отличаются они, главным образом, технологиями, которые применяются для формирования изображения, и, соответственно – ценой. Чем более передовая технология, тем и цена на аппарат будет выше.


Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Проектор (устройство)" в других словарях:

    У этого термина существуют и другие значения, см. Проектор (математика). Проекционный экран в домашнем кинотеатре … Википедия

    проектор - ▲ оптическое устройство для (чего), воспроизвести, изображение, в (направлении), экран проектор аппарат для проецирования на экран изображений с оригиналов. проецировать. проекционный (# изображение). проекционный фонарь. волшебный фонарь.… … Идеографический словарь русского языка

    Устройства вывода периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления. Содержание 1… … Википедия

    Устройство, проецирующее на экран изображение, созданное одной или несколькими жидкокристаллическими матрицами. Механической основой LCD (матрица на жидких кристаллах англ. liquid crystal display LCD) и reflective LCD проекторов является… … Википедия

    Aaxatech P1 Пико проектор проектор небольшого, карманного размера. Часто выполнен в форм факторе со … Википедия

    Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

    LCoS (англ. Liquid Crystal on Silicon жидкие кристаллы на полупроводнике) технология получения изображения, используемая в проекторах. Является третьей по распространенности после технологий 3LCD (LCD), но занимает значительно меньшую долю рынка … Википедия

    Упрощенная схема ячейки LCoS матрицы. LCoS (англ. Liquid Crystal on Silicon жидкие кристаллы на кремнии) технология получения изображения, используемая в проекторах. Является третьей по распространенности после технологий DLP и 3LCD… … Википедия

    Звуковой проектор электронное устройство, акустическая система, предназначенная для имитации пятиканального звука. Для создания эффекта пятиканального звучания вместо пяти источников звука, ставится один, содержащий несколько динамиков.… … Википедия

    Безлинзовое устройство, создающее увеличенное изображение поверхности, эмитирующей электроны. Эмитированные катодом (в виде острия) электроны (автоэлектронная эмиссия) ускоряются сильным радиальным электрический полем и, попадая на внутреннюю… … Энциклопедический словарь

Книги

  • Проектор отдельной реальности. Практика Трансерфинга. Практический курс Трансерфинга за 78 дней. Трансерфинг реальности, ступень 1-5 (количество томов: 8) , . В комплект входят следующие книги. "Проектор отдельной реальности" . Людей можно разделить на два типа: Приемники и Трансляторы. Приемники потребляют чужую информацию, 171;смотрят чужое…

В октябрьском номере S&V за 2001 г. был опубликован первый обзор по технологиям работы систем отображения информации на больших экранах. Что изменилось с тех пор? Наш специальный корреспондент Елена Новикова, посетившая выставку InfoComm"2007 (17-18 июня, Анахейм, штат Калифорния, США), а также постоянный автор Stereo&Video Валерий Самохин рассказывают о новинках проекционных технологий.

Почти все современные видеопроекторы сегодня реализуются по жидкокристаллической (ЖК) или микрозеркальной (DLP) технологии. Почти одновременно, около двух пет назад, были разработаны жидкокристаллические матрицы и микрозеркальный чип DMD (Digital Micromirror Device) DC3 с разрешением FullHD (1920x1080) соответственно компаниями Epson и Texas Instruments. Сегодня ЖК- и DLP-проекторы с таким разрешением выпускаются примерно в одинаковых пропорциях. В секторе проекторов с разрешением выше Full HD большое численное преимущество имеют DLP-аппараты. Однако нельзя утверждать, что микрозеркальная технология одержит когда-либо окончательную победу. Существенный прогресс достигнут и в ЖК-технологии благодаря созданию новых панелей с модуляцией пропускаемого (LCD) и отражаемого (D-ILA, LCOS, SXRD) светового потока, в том числе с разрешением 4К (4096x2160). Таких DMD-чипов пока нет.

Видеопроекторы с модуляцией пропускаемого светового потока
Оптическая схема LCD-проектора показана на рис. 1. Он содержит источник света 1 с охлаждаемым отражателем и дуговой лампой, металлогалогенной (МГЛ) или ксеноновой, оптические фильтры 2, не пропускающие инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ) излучение, конвертер поляризации 3, дихроичные зеркала 4 и 5, разделяющие световой поток на составляющие первичных цветов В, G, R, и зеркала 6 с внешними покрытиями, отражающими почти 100% попадающего на них света. Корректирующие светофильтры 7 (Trim Filters) обеспечивают точность разделения цветов. Пройдя фильтры 7, составляющие R, G и В попадают на соответствующие ЖК-панели 8, которые модулируют их по интенсивности в соответствии с отображаемыми видеосигналами и пропускают на смесительную призму 9. Здесь они собираются вместе и далее проецируются объективом 10.

Рис. 1. Оптическая система LCD-проектора
Основным недостатком ЖК-проекторов с модуляцией пропускаемого светового потока считается невозможность получения глубины черного, т.е. высокой контрастности изображения. Действительно, при использовании модуляторов классической технологии TN (Twisted Nematic) этот недостаток есть. Обусловлен он тем обстоятельством, что такие модуляторы нормально открыты (пропускают свет в обесточенном состоянии). Получается это благодаря уникальной способности прозрачных, нитевидных молекул TN ориентироваться в тонком слое вдоль профилирующих канавок контактирующих с ними поверхностей и относительно друг друга в закрученном состоянии, а также вдоль воздействующего на них электрического поля. Как показано на рис. 2, молекулы TN находятся между скрещенными поляризаторами, а их исходная ориентация задана плоскостями поляризации скрещенных поляризаторов. При воздействии возрастающего электрического поля Е, направление напряженности которого перпендикулярно поверхности модулятора, молекулы TN начинают ориентироваться вдоль него, все менее закручиваясь. При напряженности Е выше определенной величины они перестают влиять на поляризацию света, и его прохождение через пиксели прекращается. Проблемы здесь заключаются в нелинейности и неодинаковости характеристик управления прозрачностью пикселей, особенно по достижению их полного запирания. Из-за невозможности полностью перекрыть пропускание света всеми пикселями при подаче одинаковых, но небольших управляющих напряжений, черное поле, проецируемое ЖК-проекторами с такими модуляторами, в затемненном помещении часто воспринимается серым.
На первом этапе совершенствования ЖК-проекторов с указанным недостатком мирились, и основное внимание уделялось увеличению светового потока, что решалось созданием более эффективных источников света и светооптических систем проецирования в целом. Например, большие потери были из-за того, что обесточенные TN-модуляторы пропускают только 50% света (одну составляющую проходящего светового потока со случайной поляризацией), поглощая (превращая в тепло) ортогональную составляющую. Поэтому в ЖК-проекторы стали вводить конвертеры поляризации, преобразующие теряемую составляющую в полезную. Были разработаны также микролинзовые растры (MicroLens Array, MLA), устанавливаемые непосредственно перед TN-модуляторами. Каждая ячейка такого растра фокусирует свет, проходящий через соответствующий пиксель, так, чтобы он не заслонялся непрозрачной поверхностью подложки, занимаемой в пикселе управляющим полевым транзистором.
Особое внимание уделено защите ЖК-модуляторов от ИК- и УФ-излучения дуговых ламп, способного повредить пленки и другие, используемые в них компоненты. В схеме на рис. 1 используется два таких фильтра (2). Один из них отражает ИК-излучение, а другой - блокирует прохождение ультрафиолета в канал синего. Защитные фильтры 2 типа Oerlikon UV-Guard™ характеризуются высокой стабильностью и не затрагивают цвета видимой части спектра.
В борьбе за повышение контрастности было разработано несколько ЖК-модуляторов других технологий. Например, фирмами Hitachi и NEC была разработана технология In-Plane-Switch (IPS), сущность которой поясняется на рис. 3. Здесь ориентация молекул TN всегда находится в плоскости, параллельной поляризаторам, и при отсутствии управляющего напряжения IPS-пиксель не пропускает свет, т.е. является нормально закрытым (черным). Для этого профилирующие канавки, контактирующие с молекулами TN, и сборка ЖК-модулятора IPS производятся так, чтобы его поляризаторы оказались скрещенными с учетом дополнительного сдвига плоскости поляризации, создаваемого из-за естественного закручивания молекул TN. Под действием управляющего напряжения молекулы начинают ориентироваться вдоль электрического поля, поворачиваясь в той же плоскости, и при их повороте на 90° светопропускание достигает максимума (белый). Технологии IPS и ее модификация S-IPS, разработанная совместным предприятием LG-Philips, широко применяются в ЖК-дисплеях и телевизорах.
ЖК-проекторы с модуляцией пропускаемого светового потока постоянно попадают на тестирование в нашу лабораторию, завоевывая призы по результатам тестирования. К ним относится модель Mitsubishi LVP-HC5000 с разрешением 1920x1080 (см. №5"07).

Видеопроекторы с модуляцией отражаемого светового потока

Видеопроекторы технологии D-ILA (Digital-Image Light Amplifier). Оптическая схема одного канала D-ILA показана на рис. 4. Одним из его компонентов является специальное зеркало, расположенное по диагонали узла поляризатора-анализатора. Это зеркало является поляризационным фильтром PBS (Polarized Beam Splitter), выполняющим функции входного и выходного поляризаторов просветных ЖК-панелей. При падении света под углом 45° его составляющая с поляризацией вдоль поверхности зеркала пропускается, а составляющая с ортогональной поляризацией отражается и направляется на ЖК-панель (модулятор) перпендикулярно ее поверхности. Модулятор возвращает свет с внесением сдвигов поляризации в соответствии с управляющими напряжениями на пикселях. Теперь зеркало PBS выполняет функцию анализатора и пропускает модулированную составляющую светового потока в объектив, а исходную в источник света.
Так как при отсутствии управляющих напряжений световой поток на выход указанного оптического канала не поступает, он является нормально закрытым. Это определило особую структуру (Vertical Alignment) расположения пикселей у таких модуляторов, условно показанную на рис. 5 вместе с управляющей характеристикой. На рис. 5 видно, что в обесточенном состоянии молекулы ЖК ориентированы перпендикулярно плоскости модулятора и не влияют на поляризацию отражаемого им светового потока. При увеличении управляющего напряжения (Driving Voltage) выше порогового значения молекулы ЖК начинают поворачивать плоскость поляризации падающего на модулятор светового потока, и в отраженном световом потоке (Light Output) появляется модулированная ортогональная составляющая Р, пропускаемая зеркалом-поляризатором проектора на экран. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения эта составляющая светового потока достигает максимума.
У отражающих ЖК-модуляторов, кроме меньших тепловых потерь, есть и другие преимущества. Здесь матрица управляющих полевых транзисторов не занимает пространства в жидкокристаллическом слое, а расположена за ним на подложке с электроникой. За счет этого достигается увеличение разрешения и поверхности зеркальных электродов. В результате удается одновременно увеличить и яркость изображения. Вместе с тем, их управляющая характеристика нелинейная, что должно компенсироваться коррекцией амплитудной характеристики канала изображения проектора.
Пока высшим достижением технологии D-ILA является проектор JVC DLA-QX1 с разрешением 2048x1536. Будем надеяться, что скоро появится новинка JVC QHDTV с разрешением 4К, параметры которой были анонсированы на выставке lnfoComm"2006 и повторены на lnfoComm"2007.

Видеопроекторы технологии LCOS (Liquid Crystal on Silicon). Оптическая схема этих проекторов аналогична D-ILA и приведена на рис. 6. Здесь световой поток источника света 1, пройдя защитный ИК-фильтр 2 и конвертер поляризации 3, сначала разделяется цветоделительным узлом 4 на R+G (желтую) и В (синюю) составляющие.

Рис. 6. Оптическая схема проектора LCOS
Далее эти составляющие, отражаясь от соответствующих зеркал 5 и пройдя корректирующие светофильтры 7, попадают на PBS-блоки 8. При этом составляющая R+G предварительно разделяется дихроичным зеркалом 6 на красную (R) и зеленую (G) компоненты. Фильтрованные компоненты R, G и В поступают на соответствующие модуляторы 9 и, отражаясь от них, снова в блоки 8 и затем в смесительную призму 10. Здесь они суммируются и, отражаясь от зеркала 5, попадают в объектив 10.
К высшим достижениям жидкокристаллической технологии относятся проекторы Sony SRXR105 и SRXR110 технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display) с разрешением 4К (4096x2160), временем отклика менее 5 мс и световыми потоками 5000 и 10000 лм соответственно. Они оснащены ксеноновыми лампами и отражающими модуляторами формата 1,85:1 с размерами пикселей и расстояний между ними 8,5 мкм и 0,35 мкм соответственно.
Кстати о времени отклика (Time Response). Часто, сравнивая LCD с кинескопными (CRT) телевизорами, говорят о низком быстродействии LCD как об основном их недостатке. При этом забывают о том, что быстродействие CRT-телевизоров не лучше, а хуже чем у современных LCD. Хорошо известно, что яркость изображения и отсутствие заметного мерцания на экране CRT-телевизоров обеспечивается благодаря послесвечению люминофоров его покрытия, которое принципиально должно быть около 20 мс.
ЖК-проекторы с модуляцией отражаемого светового потока также тестировались в лаборатории S&V. В частности, модели Sony VPL-VW100 (награда EISA 2006-2007 "Лучший видеопроектор класса High End", см. № 9"06) и JVC DLA-HD1 продемонстрировали явное преимущество в контрастности изображения по сравнению с видеопроекторами других технологий. Причем DLA-HD1 выиграл соревнование у проектора Sony VPL-VW50 технологии SXRD (см. №6"07).

Микрозеркальные проекторы (Digital Light Processing, DLP)
Технология DLP разработана фирмой Texas Instruments (TI), и серийные модели этих проекторов появились 10 лет назад. Самые яркие из них содержат три DMD-чипа и выполнялись по оптической схеме, показанной на рис. 7.
Здесь световой поток, создаваемый источником света, пройдя систему с конденсором, тепловым фильтром, зеркалами и призмой полного внутреннего отражения, поступает на комбинированную цветоделительную призму, выделяющую из него составляющие первичных цветов и направляющую их на поверхности DMD соответствующих каналов. Эти составляющие модулируются чипами, отражаются и объединяются комбинированной призмой в общий световой поток, поступающий в проекционный объектив.
Чип DMD представляет собой световой модулятор, состоящий из матрицы поворотных алюминиевых зеркал размером 16x16 мкм, количество которых соответствует оптическому разрешению проектора. Зеркала крепятся на подложке с помощью механических подпружиненных подвесов, позволяющих им поворачиваться в пределах ±10 градусов (±12° у современных моделей), как показано на рис. 8. В зависимости от управляющих напряжений каждое зеркало может занимать крайние положения "включено" или "выключено". В первом случае отраженный зеркалом свет попадает в оптическую систему объектива, а во втором поглощается. Время переключения состояний зеркал не превышает 2 мкс, и их положение управляется широтно-импульсной модуляцией с частотой полей. Уровень цветовых составляющих светового потока определяется относительным временем нахождения зеркал во включенном положении на интервале каждого телевизионного поля, длительность которого подвергается 10-разрядной дискретизации. Воспринимаемая подсознанием цветность определяется способностью зрения усреднять мгновенные яркости и цветовые оттенки всех пикселей экранного изображения. Для того, чтобы это получалось лучше, применяется увеличение частоты коммутации пикселей путем преобразования длинных импульсов в совокупность более коротких той же продолжительности.
Трехчиповые DLP-проекторы доминируют на рынке оборудования для цифровых кинотеатров. Почти все они имеют разрешение 2К, а световой поток самых ярких из них составляет 30000 лм. Три года назад появился трехчиповый проектор InFocus ScreenPlay 777 (2000 лм, 1280x720), предназначенный для домашнего кинотеатра. Заметного распространения на мировом рынке такие проекторы не получили, поскольку ЖК- и одночиповые DLP-проекторы с разрешением 1920x1080 оказались гораздо дешевле.

Микрозеркальные проекторы с одним DMD. Нагрузка на зрение возрастает при просмотре изображений от DLP-проекторов с одним DMD-чипом. Здесь глазам приходится делать, кроме высокочастотного усреднения яркости, низкочастотное усреднение цветности, так как изображение на всем экране появляется последовательно в первичных цветах. Почти все одночиповые DLP-проекторы оснащаются вращающимся светофильтром (ColorWheel), который в первых моделях содержал 3 цветных сектора и вращался с частотой 60 Гц, т.е. 3600 об./мин Модели с такими светофильтрами называются DLP-проекторами с однократной скоростью фильтра. При этом частота мелькания цветов составляет 180 Гц, что оказалось недостаточным для исключения зрительных артефактов и усталости зрения, возникающей при длительных просмотрах мелькающих изображений.
Хорошо известный зрительный артефакт одночиповых DLP-проекторов получил название эффекта "радуги". Этот эффект проявляется в том, что зритель с хорошей быстротой зрения иногда видит вместо однотонно окрашенных фрагментов изображения чередующиеся вспышки основных цветов на них. Обычно такие вспышки становятся заметными в процессе перевода зрения на фрагменты изображения, расположенные на большом расстоянии друг от друга. В современных DLP-проекторах с одним DMD частота вращения фильтра увеличена, и его стали выполнять с шестицветными секторами, что уменьшило Заметность мельканий и эффекта "радуги". Недавно фирмой TI разработан ColorWheel с шестью секторами, чередующимися в основных и дополнительных цветах, и технология BrilliantColor, обеспечивающая формирование высококачественных видеосигналов для DLP-проекторов с такими светофильтрами.
Оптическая схема DLP-проектора с трехсекторным ColorWheel показана на рис. 9а. Ее особенностью является фирменный светотехнический узел Oerlikon LightTunnel™, обеспечивающий при малых габаритах высокую пылезащищенность и минимальные потери света за счет применения высокоэффективных внутренних покрытий Silflex™ и Deflex™.
Несколько другая оптическая схема, показанная на рис. 9б, применяется в проекционных дисплеях и телевизорах (RPTV) с просветными экранами. Такая продукция благодаря меньшей цене и простоте обслуживания тем успешнее конкурирует с большеэкранными LCD- и PDP-дисплеями, чем меньше толщина конструкции. Поэтому у них используются короткофокусные объективы, специальные просветные экраны и другие ухищрения, уменьшающие габариты оптической системы по толщине, например, призма полного внутреннего отражения Oerlikon LightGate™ 7б (рис. 9б).
Первой 60-дюймовый тонкий DLP-дисплей (толщина 26 см, разрешение 1024x768) стала выпускать японская корпорация Mitsibishi четыре года назад (модель DDP60). За ней последовала американская фирма InFocus, которой удалось уменьшить толщину широкоформатных RPTV с разрешением 1280x720 до 17,4 см! Фирмы JVC и Sony недавно начали выпускать 70-дюймовые жидкокристаллические RPTV с разрешением 1920x1080 технологий D-ILA и SXRD соответственно.

Рис. 10. Схема проектора ProjectionDesign Action! Model Three 1080
Разновидностями DLP-проекторов с одним DMD-модулятором являются модели со светофильтром ColorWheel, содержащим дополнительный, прозрачный сектор. Очевидно, применение фильтра ColorWheel с прозрачным сектором увеличивает световой поток проектора, но за счет уменьшения цветовой насыщенности изображения. Заметим, что работы по совершенствованию конструкции продолжаются. В частности, предлагаются новые разновидности светофильтра ColorWheel и все более совершенные оптические системы в целом. Например, новинкой, реализованной в проекторе Action! Model Three 1080 норвежской фирмы ProjectionDesign, является показанная на рис. 10 схема с двумя дуговыми лампами, светофильтрами ColorWheel и сдвоенным LightTunnel.
Одночиповые DLP-проекторы в целом не менее успешно показывают себя на тестированиях, чем жидкокристаллические. Приз симпатий редакции получили лучший видеопроектор EISA 2006-2007 InFocus IN76 и модель BenQ РЕ7700 (см. №9"06 и №11 "06). Кроме того, на равных с ЖК-проекторами HDTV выступила модель SIM2 НТ3000 (см. № 12"06).

Видеопроекторы с полупроводниковыми источниками света
Какие бы технологии модуляции светового потока ни изобретались, очевидно, главную роль в проекционной аппаратуре играет источник света. Так как сегодня почти исчерпаны ресурсы повышения эффективности дуговых ламп, все больше внимания уделяется альтернативным источникам света. К ним относятся мощные светодиоды (Light Emitting Diode, LED) и лазеры, которые превосходят дуговые лампы по ресурсу и спектральной стабильности светового потока.

Отличие полупроводникового лазера от светодиода

Принципиальным отличием полупроводникового лазера от светодиода является наличие в p-n-структуре лазера оптического резонатора, зазор между образующими зеркалами которого равен длине волны излучения X, причем выходное зеркало резонатора полупрозрачно. В светодиодах носители заряда p и n рекомбинируют самопроизвольно (спонтанно), и возникающее при этом излучение занимает довольно широкую полосу частот. Лазерное излучение имеет вынужденный характер и возникает при очень большой плотности тока накачки (смещения p-n-структуры в проводящем направлении), исключающей спонтанную рекомбинацию носителей. При этом квант света, пролетая от одного зеркала к другому и обратно, вынуждает излучение таких же вторичных квантов, т.е. происходит усиление света. Кванты спонтанного излучения испускаются в случайных направлениях, а квант вынужденного излучения испускается в том же направлении, что и квант, вызвавший это излучение, то есть оба кванта тождественны. В идеале лазер должен создавать монохроматическое излучение, но на практике этого добиться довольно трудно.


Светодиодная проекция. Светодиоды особо интересны для разработчиков DLP-проекторов, так как позволяют создавать модели с одним DMD без светофильтра ColorWheel. Первый светодиодный DLP-проектор появился в 2005 г.
Рис. 11. Проектор Mitsubishi РК20
Это была модель Mitsubishi РК10, открывшая категорию Pocket самых маленьких проекторов, способных обслуживать экран диагональю до 60 дюймов. Источниками света у РК10 служили три мощных светодиода серии LumiLEDS® с ресурсом 10000 часов и последовательным чередованием цветов. В дальнейшем появились аналогичные проекторы других производителей, например, Box-light, Samsung и Toshiba. На выставке CES"2007 фирмой Mitsubishi был продемонстрирован модифицированный PocketProjector РК20 (рис. 11, световой поток 25 лм, разрешение 800x600, размеры 123x97x48 мм, масса 500 г). В качестве источников света у РК20 использована сборка из 8 светодиодов. Панель разъемов проектора допускает подключение любых источников информации, в том числе карты памяти SD. Предусмотрена комплектация проектора внешним аккумулятором, способным поддерживать работу проектора в течение 2 часов. Потребляемая светодиодами мощность составляет 23 Вт, а проектором в целом - 37 Вт.
Оптическая схема светодиодного DLP-проектора приведена на рис. 12. Здесь роль источников света выполняют светодиоды 1 с рефлекторами 2, последовательно излучающие световые потоки первичных цветов R, G и В. Совмещение оптических осей излучений светодиодов обеспечивается юстировкой двух дихроичных зеркал 3. Далее, отражаясь от зеркала 4, эти потоки через оптический конденсор 5 последовательно попадают на DMD-модулятор 6, после чего объективом 7 проецируются на экран. Принципиально эта схема выглядит более эффективной, чем у DLP-проекторов (рис. 9). Действительно, здесь нет фильтра ColorWheel и меньше других оптических компонентов с неизбежными световыми потерями. Кроме того, ColorWheel с любым секторным делением в светодиодных проекторах можно легко реализовать введением программного чередования цветов и даже сделать такие программы выбираемыми пользователем по критерию минимальной утомляемости при просмотре.
Рис. 13. ЖК-проектор Sony
В прошлом году компания Sony продемонстрировала самый миниатюрный на тот момент светодиодный ЖК-проектор (рис. 13). Его световой поток 50 лм создается блоком излучателей, содержащим 14 светодиодов (4 красных, 4 синих и 6 зеленых) мощностью 20 Вт при общем энергопотреблении проектора 30 Вт. Получается, что реальная световая отдача светодиодного проектора примерно 2,5 лм/Вт, что как минимум на порядок меньше световой отдачи светодиодов и существенно меньше, чем у лучших проекторов с дуговыми лампами (порядка 10 лм/Вт). Впрочем, Pocket-проекторы находятся на начальной стадии их развития. Можно ожидать, что этот показатель скоро будет улучшен совершенствованием оптики блока излучателей, которая должна собирать и направлять в оптическую систему проектора по возможности весь световой поток, создаваемый светодиодами.

Лазерная проекция. Использование полупроводниковых лазеров для проекции изображений в настоящее время считается одним из самых перспективных. В их пользу говорит более широкая гамма отображаемых цветов и длительный (десятки тысяч часов) срок службы с неизменной световой отдачей. Кроме того, изучаемый лазерами свет имеет круговую поляризацию, которая просто и с высоким КПД может быть преобразована в линейную, что позволяет исключить из ЖК-проекторов конвертеры поляризации и упростить конструкцию в целом.
Оптическая схема лазерного DLP-RPTV и дисплея приведена на рис. 14. Здесь в качестве источников света 1 используются полупроводниковые лазеры типа Oerlikon OLM™ 3000 красного (615,25 нм), зеленого (532,5 нм) и синего (465 нм) цветов с излучаемой мощностью по 3 Вт. Эти излучения поступают на дифракционные формирователи 2 (Diffractive Beam Shapers, DBS), обеспечивающие равномерность излучений по их сечениям. Далее они отражаются и совмещаются дихроичными зеркалами 3 и, отражаясь от зеркала 4, преобразуются оптическим компонентом 5 в широкий пучок лучей, соответствующий апертуре DMD-модулятора 6, а модулированный им свет отражается и проецируется объективом 7 на просветный экран дисплея.
Известно, что глаз человека обладает максимальной спектральной чувствительностью для зеленого света, и что 1 Вт мощности однородного энергетического потока с длиной волны зеленого излучения 555 нм в Международной системе единиц СИ эквивалентен световому потоку 683 лм. Расчеты показывают, что равно-энергетическое излучение белого света мощностью 1 Вт с учетом спектральной чувствительности зрения к основным цветам RGB, принятым Международной комиссией по освещению (МКО), соответствует световому потоку 250 лм. Следовательно, световой поток, излучаемый диодами 1 (рис. 14) мощностью по 3 Вт, соответствует 750 лм, что достаточно для получения яркости 250 кд/м2 40-дюймового просветного экрана, но без учета потерь энергии на оптических компонентах 2-7 схемы и самом экране (данные по их КПД не публикуются).
Американская компания Novalux разработала технологию производства мощных лазерных источников света оптического диапазона NECSEL (Novalux Extended Cavity Surface Emitting Laser), построенных на принципе удвоения на нелинейных кристаллах частоты излучения мощного инфракрасного лазера. Утверждается, что ресурс работы излучателей превышает 50 тыс. часов без снижения выходной мощности и изменения длины волны излучения в видимом диапазоне, а прогнозируемая цена трехцветного лазерного излучателя при производстве 1 млн штук в год - менее 100 долларов. Красный, зеленый и синий цвета могут быть реализованы в едином блоке излучателей (рис. 16).

Рис. 15. Лазер OLM 3000
Первый образец лазерного телевизора был изготовлен австралийской фирмой Arasor, занимающейся оптоэлектроникой, путем доработки 52-дюймового RPTV Mitsubishi, содержащего одночиповый DLP-проектор. Доработка свелась к введению в проектор лазерного источника света Novalux и использованию в телевизоре оптических компонентов Arasor. В октябре прошлого года модифицированный телевизор был продемонстрирован вместе с PDP-аналогом, показав явные преимущества по яркости изображения и чистоте цветов. Первый лазерный DLP-телевизор без светофильтра СоlorWheel на излучателях NECSEL продемонстрировала компания Mitsubishi Electric на выставке CES"2007. По утверждению фирмы, этот 52-дюймовый RPTV обеспечивает яркость 500 кд/м2, контрастность 4000:1 и имеет лучший показатель цена/качество, чем плазменные дисплеи. На той же выставке Sony продемонстрировала прототип лазерного HD-телевизора (55", 1920x1080, толщина 27 см). На выставке lnfoComm"2007 Mitsubishi анонсировала 62-дюймовый HD-телевизор с толщиной, сравнимой с толщиной плазменных дисплеев, и прогнозируемой ценой $3000. Словом, процесс пошел...
Отметим также, что идея применения микропроекторов на лазерах уже поддержана производителями аппаратуры PDA (Personal Digital Assistant) и сотовых телефонов. Уже появились лазерные пикопроекционные DLP-модули для встраивания в такую продукцию, например, фирм Texas Instruments и Motorola.
Началась эта революция с появления на выставке CES"2007 интересной разработки израильской фирмы ExPlay под названием Nano-Projector. Его особенностью является использование гибридного источника света, содержащего лазерные и светодиоды. Далее световой поток через дифракционные формирователи DBS, обеспечивающие равномерность излучения, поступает на корректирующий оптический компонент Despeckling Devise, устраняющий Заметность так называемых "спеклов" - гранулированной структуры изображения, создаваемого интерферирующими когерентными пучками лазерных излучений.
Рис. 16. Схема DLP-проектора по версии Novalux
Сформированный таким образом равномерный световой поток белого света проходит цветной, просветный ЖК-модулятор ASML (Advanced Spatial Light Modulator) с максимальным светопропусканием 60% и проецируется объективом (Lens). Дистанция наводки на резкость фиксирована и равна гиперфокальному расстоянию этого объектива, что без дополнительной фокусировки обеспечивает резкость проецируемого изображения, размеры которого по диагонали могут быть от 7 до 30 дюймов (зависит от проекционного расстояния). Совместимость нанопроектора с различными системами представления отображаемой информации обеспечивается специализированным микропроцессором Mixed Signal ASIC (Application Specific Integrated Circuit) с 40-контактным интерфейсом. Еще одним достоинством разработки ExPlay является применение жидкокристаллического модулятора, формирующего абсолютно безвредное для зрения изображение при модуляции источника света, спектр которого близок к солнечному. В данном случае это не совсем так из-за наличия в спектре лазерной составляющей (и совсем не так у лазерных DLP-проекторов, особенно с одним DMD).

Проблемы и перспективы.
Лазерные дисплеи почти по всем показателям превосходят аналогичную продукцию с источниками света других типов. Это следует из уже достигнутых результатов и из таблицы (


Рекомендуем также