Проекционные технологии. Советы пользователю

Проекционный аппарат/ проектор (от латинского projicio — бросаю вперед) — оптекомеханический прибор для проецирования на экран увеличенных изображений различных объектов.

Первый проектор изобрел немецкий физик и математик Афанасий Кирхер в 1640г., назвав свой аппарат «волшебный фонарь». Аппарат, в котором источником света служила свеча, позволял создавать на экране теневые проекции изображения людей, животных или предметов, вырезанных из картона.

Современные проекционные аппараты проецируют на экран изображения с экрана монитора и подключаются к ПК. В компьютерных проекторах в качестве источника проецируемого изображения используется специальный электронно-управляемый модулятор, на который подается сигнал от видеоадаптера ПК. Модулятор используется в качестве управляемого светофильтра, модулирующего световой поток от проекционной лампы.

Конструкции и принципы действия модуляторов отличаются большим разнообразием, хотя в основном они построены на базе ЖК-панелей.

В мультимедийном проекторе проекционная лампа, ЖК- матрица и оптическая система конструктивно размещаются в одном корпусе, что делает их похожими на диапроекторы, предназна­ченные для просмотра слайдов или диафильмов.

По принципу действия мультимедийный проектор не отличается от оверхед-проектора: изображение создается с помощью мощной проекци­онной лампы и встроенного в проектор электронно-оптического модулятора, управляемого сигналом видеоадаптера ПК, а затем посредством оптической системы проецируется на внешний эк­ран. Основным отличием в мультимедийных проекторах является конструкция модулятора и способы построения и переноса изоб­ражения на экран.

В зависимости от конструкции модулятора про­екторы бывают следующих типов:

  • TFT-проекторы;
  • полисилико­новые проекторы
  • DMD/DLP-проекторы.

В зависимости от способа освещения модулятора мультимедий­ные проекторы подразделяют на проекторы просветного и отражательного типов .

TFT-проекторы

В TFT -проекторах , относящихся к проекторам просветного типа, в качестве модулятора используется малогабаритная цветная ак­тивная ЖК – матрица, выполненная по технологии TFT. Принцип действия мультимедийного TFT-проектора просветного типа ил­люстрирует рис. 1.

Основным элементом установки является миниатюрная ЖК- матрица , выполненная по технологии TFT, как и ЖК-экран плос­копанельного цветного монитора . Равномерное освещение поверх­ности ЖК-матрицы достигается за счет применения системы линз, называемой конденсором.

Полисилико­новые проекторы

Полисиликоновые мультимедийные проекторы также относятся к проекторам просветного типа и применяются в том случае, когда необходимо получить более яркое изображение. В них используется не одна цветная TFT-матрица, а три монохромных миниатюр­ных ЖК-матрицы размером около 1,3″ . Каждая из матриц форми­рует монохромное изображение красного, зеленого или синего цвета. Оптическая система проектора, как показано на рис. 2, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в результате чего формируется цветное изображение. Такая техноло­гия получила название полисиликоновой (p — Si ) . Каждый элемент полисиликоновой матрицы содержит только один тон­копленочный транзистор, поэтому его размер меньше, чем раз­мер элемента TFT-матрицы, что позволяет повысить четкость изображения .

Цветоделителъная система полисиликонового проектора , со­стоящая из двух дихроичных (D 1 D 2 ) и одного обычного (N 1) зеркал (рис.2), используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый, синий).

Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы подать на каждую из трех монохромных матриц световой поток соот­ветствующего цвета. Дихроичное (цветоделительное) зеркало пропус­кает свет только одной длины волны (один цвет) и представляет собой хорошо отполированную стеклянную подложку с нанесен­ной на него тонкой пленкой из диэлектрического материала.

Система цветосмешения полисиликонового проектора состоит из двух дихроичных (D 3 D 4 ) и одного отражающего (N 2 ) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК -матрицами.

Полисиликоновые проекторы обеспечивают более высокое качество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравнению с проекторами на основе TFT-матриц . Они более надежны в работе и долговечны , поскольку три ЖК-матрицы работают в менее напряженном тепловом режиме, чем одна. Благодаря этому поли­силиконовые проекторы можно использовать при проецировании изображения на большой экран в таких помещениях, как конфе­ренц-залы, кинотеатры.

DMD/DLP-проекторы

ЖК-проекторы отражательного типа предназначены для рабо­ты в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток.

В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология DMD/DLP , разработанная фирмой Texas Instruments .

В DMD / DLP -проекторах отражательного типа излучение ис­точника света модулируется изображением при отражении от мат­рицы.

В DMD/DLP-проекторах в качестве отражающей поверхно­сти используется матрица, состоящая из множества электронно — управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм . Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падаюший й него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попадании света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглотитель — темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой DMD(Digital Micromirror Device- цифровой микрозеркальный прибор) , а технология, на которой основан их принцип действия, - DLP (Digital Light Processing - цифровая обработка света).

Как правило, в одной DMD-матрице содержится около 848 х 600 = 508 800 микрозеркал, что превосходит SVGA-разрешение (800×600 = 480 000 пикселов).

Для получения цветного изображения используются проекто­ры двух вариантов: с тремя или одной DMD-матрицей.

Трехматричный проектор , схема которого дана на рис. 3, по способу формирования цветного изображения аналогичен полисиликоно­вому (см. рис. 2).

В одноматричных DMD/DLP-проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех бы­стро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Мо­нохромные кадры образуются при последовательном освещении DMD-матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока г проекционной лампы через вращающийся диск с красным, зеленым и синим светофильтрами, как это показано на схеме одноматричного проектора (рис. 4). Управление микрозеркалами синхронизировано с поворотом светофильтра.

Схема одноматричного отражательного мультимедийного проектора

По сравнению с ЖК-технологиями технология DLP обладает следующими преимуществами:

  • практически полным отсутствием зернистости изображения,
  • высокой яркостью и равномерностью ее распределения.

К недостаткам одноматричных DMD-проекторов следует отнести заметное мелькание кадров.

Проектор – сложный механизм с целой системой электронных плат, световых элементов и линз

Вопрос о том, как устроен проектор, должен волновать каждого, кто является владельцем подобного устройства или регулярно сталкивается с ним. Зная основные принципы работы такой техники, можно успешно осуществлять уход за ними и производить грамотную их настройку. Вне зависимости от принципа работы проекционного устройства и технологий, используемых в нем, базовое устройство не меняется. Появляются лишь дополнительные линзы, отражающие поверхности, процессоры и т.д. Можно выделить две основных составляющих проектора.

Видео

Видеоролик взят из интернета по этой теме для того, чтобы вам было проще разобраться в деталях.

Первая – это непосредственно лампа. При этом устройство проектора не обуславливает тип используемого светового элемента: разрядная лампа с одним цоколем или с двумя контактами. Разница этих ламп лишь в сроке службы, который измеряется в часах непрерывной работы и способе подключения. Ну а сам проектор целиком включает в себя:

  • плату для обработки аудио и видео,
  • лампу,
  • светомодуляторную плату,
  • рассеиватель,
  • корпус.

Устройство лампы для проектора

Так выглядит стандартная лампа для проектора

Выбор проектора для дома или домашнего кинотеатра довольно сложная процедура, понадобится учитывать ряд определенных факторов. Большое количество моделей с различными функциями часто могут запутать покупателей. В статье будут рассмотрены характеристики, которые помогут упростить покупку подобной техники.

Сегодня эти устройства используются во многих сферах . Домашние проекторы позволяют насладиться просмотром фильма на большом экране в домашних условиях или показать презентацию в школе, на работе. При этом диагональ экрана может значительно превышать показатель 100 дюймов. Размер проектора небольшой, так что его можно без проблем поместить в любой гостиной. Устройство для домашнего кинотеатра работает при выключенном свете.

Как выбрать проектор

При выборе подобной техники понадобится учитывать ряд нюансов, которые будут напрямую влиять на качество работы и функциональность. Яркость, качество цветопередачи и контрастность являются ключевыми характеристиками при покупке. На дополнительные свойства также стоит обращать внимание, так как зачастую они позволяют улучшить впечатление от его использования.

Яркость

Яркость видеопроектора для дома характеризуется мощностью испускаемого им луча света. Так утверждают, потому что яркость от источника света будет варьироваться в зависимости от размера экрана. Этот показатель измеряется в люменах и может колебаться от 2700 до 20000 Лм. Стоит учитывать, что при настройке передачи цветов яркость и контрастность будут уменьшаться.

Также яркость может меняться в зависимости от выбранного режима . Большинство моделей имеют яркий, презентационный и точный режимы. Последний режим будет иметь максимальную точность и при этом минимальную яркость.

Если проектор будет использоваться при дополнительном освещении, яркость должна перебивать этот фоновый свет. При большой освещенности качество картинки будет уходить на второй план, куда важнее будет сила яркости. От этого показателя будет напрямую зависеть и стоимость . Если проектор будет использоваться в специальной затемненной комнате, показателя в 700 люменов будет вполне достаточно. Для простых гостиных или других комнат лучше выбирать модели с яркость порядка 2000 Лм.

Контрастность

Под характеристикой контрастности подразумевается соотношение черного и белого цвета. Этот показатель влияет на качество картинки и уровень ее восприятия человеком. Уровень контрастности можно определить по качеству изображения неподвижных предметов или вещей в движении.

При низком показателе этого свойства темные предметы могут слиться с черным цветом, и их трудно будет увидеть на изображении. Чтобы избежать этого понадобится правильно настроить гамму для разных режимов просмотра.

Для оценки уровня контрастности специалисты рекомендуют учитывать следующие факторы :

  • На эту характеристику влияет уровень освещения в помещении.
  • Контрастность не сильно влияет на разборчивость отображения надписей при дополнительном свете.
  • Нюансы цветопередачи не зависят от контрастности.
  • Яркость способна в определенных условиях нивелировать недостаток контраста.
  • Заявленный уровень этой характеристики соответствует только при использовании устройства в освещаемой комнате, особенно для дешевых.

Технология проецирования — виды проекторов

Существует большое количество технологий, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки .
Наиболее распространенными являются следующие варианты матриц:

  • Электронно-лучевые трубки . К этой технологии относятся самые первые проекторы, которые были созданы еще в 70-х годах. Такие устройства отличаются большим разрешением, но при этом не имеют высокой яркости. Их вес и стоимость крайне большие, так что в домашних условиях они практически не используются.
  • Жидкокристаллические . Для этих устройств используется совершенно другая технология. Производством таких проекторов занимается бренд Epson. При их создании используется три дисплея с полисиликоновым основанием, это позволяет гарантировать приемлемую цветопередачу и продолжительный срок эксплуатации.
  • Микрозеркала . Эта технология позволяет добиться более насыщенной картинки в сравнении с жидкокристаллическими экранами. Это достигается благодаря меньшему интервалу между зеркалами, их работе на отражение, а также минимальной потере света. Принцип работы этой технологии заключается в последовательном выводе цветов на экран.
  • Трехматричные . В устройствах, изготовленных по этой технологии, свет отфильтровывается при прохождении через зеркала. К минусам такой разработки можно отнести недостаток черного цвета, возможное выгорание матрицы и эффект решетки.
  • Отражающие Lcos . Эта технология предусматривает пропуск потока света путем открытия или закрытия отражающего кристалла. Большая часть подобных устройств имеет матрицу с разрешением 1365х1024. К недостаткам можно отнести высокую стоимость.

Цветопередача

Этот параметр характеризует плавность перехода от черного цвета к любому базовому оттенку. Также от него будет зависеть возможность регулирования цветопередачи. Качественные проекторы позволяют настроить насыщенность белого тона к любому базовому цвету. Существует возможность регулирования по нарастанию или смещению.

Объектив

Зачастую большинство проекторов выводят изображение под прямым углом к объективу или с незначительным вертикальным сдвигом. Такое смещение называют офсетом, но он не всегда указывается в характеристиках. Проекторы средней ценовой категории имеют дополнительное горизонтальное смещение, которое можно регулировать. В дорогостоящих моделях такие настройки можно выполнять с помощью пульта и сохранять в памяти устройства. Эта функция поможет приспособить проектор к гостиной или другой комнате любого размера.

Режим 3D

Существенным минусом просмотра видео с наличием 3D является потеря мощности светового потока устройства. Так что для такого режима лучше выбирать гаджет с дополнительной яркостью.

Также при просмотре возможно двоение и мерцание изображения. В проекторах для реализации 3D может использоваться активный и пассивный способ.

Разрешение

Данный параметр характеризует количество пикселей по ширине и высоте, которые формируют изображение. Чем выше этот показатель, тем более четкой будет картинка при одинаковом размере экрана. Бюджетные модели имеют разрешение 800х600, качество картинки при этом будет низким. А вот разрешение Full HD (1920х1080), позволит насладиться просмотром фильма в полной мере.

Проекционное отношение

Проектор для дома лучше всего выбирать с функцией горизонтального и вертикального сдвига линз, которая переместит объектив и поможет в построении правильного изображения на экране даже при установке устройства в углу помещения. При этом разрешение и четкость изображения не будут урезаны.

Разъемы и интерфейсы

Этот нюанс также является достаточно важным. Большое количество разъемов позволят подключить дополнительную аппаратуру или акустическую систему. Для подключения каких-либо приставок обязательно нужно подобрать подходящий видео интерфейс. Чаще всего используются DVI, VGA и HDMI разъемы. Также имеется возможность приобретения переходников, в случае если интерфейс не подойдет.

Экраны для проекторов

Проекционный экран поможет передать изображение на экран без потери качества . Существуют решения с электрическим или ручным управлением, портативные и стационарные. Для домашнего использования оптимальным выбором станет стационарный экран с электрическим управлением.

Сколько стоит проектор

По стоимости можно выделить следующие категории:

  • Бюджетные . Их цена находится в пределах 1000 долларов. К минусам такого выбора можно отнести недостаток яркости и контрастности, а также невысокое разрешение.
  • Средний класс . Устройства стоимостью до 3000 долларов не имеют существенных недостатков. В сравнении с бюджетными вариантами отличаются дополнительными функциями, оптимальными показателями яркости и контраста.
  • Флагманы . Устройства стоимостью свыше 3000 долларов имеют современные технологии проецирования с ультравысоким разрешением и отличным изображением.

Проектор для домашнего использования будет иметь среднюю стоимость в 2000 долларов. Такое устройство будет иметь оптимальное соотношение цены и качества.

Как работает проектор

Устройство подключается к компьютеру, камере или другому девайсу с подходящим разъемом и транслирует изображение или видео на специальный экран. Проецирование картинки осуществляется по одной из рассмотренных ранее технологий.
Принцип работы следующий:

  1. Лазер или специальная лампа создает 3 цветовых компонента, которые в дальнейшем комбинируются.
  2. После чего сложная технология фокусировки и развертки проецирует изображение . При этом используется система зеркал.
  3. Появляется возможность вывести картинку на любую поверхность, в том числе и неровную.

Для получения изображения объекта нам необходим как минимум сам объект и линза (или объектив, состоящий из нескольких линз, но работающий, как одна). Чтобы понять работу проектора, сначала вспомним курс физики. Основное свойство линзы заключается в следующем: все лучи, попадающие в линзу параллельно ее оптической оси, пройдя через линзу, сходятся в одну точку на оптической оси. Эта точка называется фокусом, а расстояние от центра линзы до этой точки -- фокусным расстоянием. Верно и обратное: любой луч, проходящий через фокус линзы и попадающий в линзу, покидает ее параллельно оптической оси. Кроме того, любой луч, проходящий через центр линзы, сохраняет свое направление.

Смотрим на схему:

Имеем объект O , находящийся за фокусом линзы (F ). Чтобы понять ход лучей, нам достаточно рассмотреть две крайние точки объекта (все остальные точки будут подчиняться той же схеме). Кроме того, при геометрическом построении достаточно рассмотреть всего по два луча для каждой точки (пунктирные линии): один проходящий через центр линзы, другой -- параллельно оптической оси. Каждая пара лучей, проходящие от объекта через линзу, пересекаются с другой стороны на расстоянии, большем удвоенного фокусного расстояния линзы. При этом все остальные лучи (сплошные линии), исходящие от объекта, пересекутся там же. В месте пересечения лучей и будет сформировано изображение объекта O" , причем изображение будет перевернуто и увеличено. Для того, чтобы его увидеть, нужно в эту точку поместить экран.

Для нашего проектора схема с учетом пропорций компонентов будет иметь примерно следующий вид (пунктирные линии -- не реальные лучи, а используются только для геометрического построения) :

Для того, чтобы получить яркое изображение, объект должен излучать свет. В нашем случае объект излучать свет не может, зато в наших силах его подсветить, установив за объектом лампу. В обычных кинопроекторах лампа освещает кинопленку, в нашем случае проецируемым объектом является матрица (панель) от LCD монитора. Подробнее о матрице см. соответствующий раздел .

Если просто установить за объектом лампу, получим следующую картину:

Выходит, что в объектив попадает только часть лучей от лампы, проходящих сквозь панель. В итоге на экране мы получим лишь часть изображения. Чтобы этого избежать, используется вторая линза. Размер этой линзы должен быть не меньше размера панели.

Изготовить стеклянную выпуклую линзу такого размера практически нереально, а ее вес исчислялся бы десятками килограмм. Поэтому в проекторе используется плоская линза Френеля. В форуме и на этом сайте используется уменьшительно-ласкательно-жаргонное наименование "френель" (женского рода). Подробнее о линзе Френеля см. следующий раздел . Сейчас нам достаточно знать, что френель плоская, тонкая, но ведет себя, как обычная выпуклая линза. Установив френель между лампой и панелью, получаем вот что:

На этой схеме ход лучей несколько упрощен, подробнее см. в разделе оптика .

Если рассматривать в качестве источника света лампу (любой конструкции), приходится принимать во внимание, что свет излучается ей во все стороны практически равномерно. Наша задача -- собрать максимум светового потока на френели. Для этого используются два дополнительных элемента -- сферический отражатель и конденсорная линза.

Сферический отражатель устанавливается за лампой и отражает все лучи от лампы обратно. Строго говоря, он формирует зеркальное изображение лампы на самой лампе. Лампа при этом располагается в центре кривизны зеркала, т.е. на расстоянии от поверхности, равном радиусу кривизны сферы. Это расстояние, в свою очередь, равно удвоенному фокусному расстоянию сферического зеркала. При использовании галогенной лампы, где свет излучается непрозрачной нитью, это зеркальное отражение нити частично затеняется самой нитью. При использовании металлогалогенной лампы, в которой свет излучается электрической дугой, эффективность отражателя наиболее высока -- лучи проходят от отражателя сквозь дугу, фактически удваивая эффективный световой поток.

В правильности термина "конденсораная линза" я в данном случае не уверен. Кроме этого названия мне еще встречалось "менисковая линза". Если точно знаешь, как правильно, сообщи, исправлю.

Конденсорная линза -- это выпукло-вогнутая линза, устанавливаемая между лампой и френелью. Ее форма позволяет захватить более широкий пучок света от лампы (другими словами, увеличить телесный угол светового пучка), увеличивая таким образом яркость. Длина системы при этом также уменьшается. Конденсорные линзы ставятся во многих оверхед-проекторах. Отдельно достать конденсорную линзу довольно сложно.

Все рассматриваемые выше схемы являются, так сказать, линейными, т.е. все компоненты лежат на одной оси. Это наиболее простой, но наименее компактный вариант. Чтобы создать более компактный аппарат, можно использовать зеркала. Причем необходимы зеркала с внешним отражающим слоем, чтобы изображение не двоилось. Вот некоторые варианты использования зеркал:

Вопрос на сообразительность: что напоминает левая схема? Правильно, оверхед-проектор.

Итак, при строительстве проектора главная задача -- реализовать одну из вышеуказанных схем. А это значит, что необходимо изготовить корпус, раздобыть объектив, френель, матрицу, лампу, отражатель, конденсорную линзу (если получится), зеркала (если нужно), установить это все в корпус и обеспечить вентиляцию. Ну или не изготавливать корпус, если речь идет об использовании оверхед-проектора.

1.Мультимедийные проекторы.

Среди разработанных на сегодняшний день технологий проецирования цветного изображения на внешний экран можно выделить четыре основные, получившие наиболее широкое применение в коммерческих продуктах ведущих производителей и различающиеся в первую очередь типом элемента, используемого для формирования изображения:

CRT - Cathode Ray Tube;

LCD - Liquid Crystal Display;

DLP - (Digital Light Processing);

D-ILA - Direct Drive Image Light Amplifier.

В каждом случае свойства формирователя определяют основные достоинства и недостатки технологии, а, следовательно, и область применения созданных на ее основе проекционных аппаратов.

CRT-технология

Мультимедийные проекторы на базе электронно-лучевых трубок (CRT) выпускаются в течение уже нескольких десятилетий. Но, несмотря на появление более современных технологий, по качеству воспроизведения изображения (разрешение, четкость, точность цветопередачи), уровню акустического шума (менее 20 дБ) и длительности непрерывной работы (10 000 часов и более) они до сих пор не имеют себе равных. Ни одна другая технология пока не обеспечивает столь же глубокий уровень черного и столь же широкий динамический диапазон яркости изображения, благодаря которым CRT-проекторы позволяют различать детали даже при демонстрации затемненных сцен. Физические характеристики флюоресцирующего покрытия экрана трубки исключают потерю информации при воспроизведении видеосигналов разных стандартов (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA и т. д.), а сходство технологии производства используемых в проекторах трубок с телевизионными обеспечивает точность передачи цветов без применения алгоритмов гамма-коррекции.

Обладая несомненными достоинствами, особенно при демонстрации видео, CRT-проекторы имеют и ряд существенных недостатков, ограничивающих сферу их применения. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным мультимедиа-проекторам в яркости. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 ANSI-лм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции CRT-проектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т. д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. Таким образом, к достаточно высокой цене самого устройства могут добавиться значительные эксплуатационные расходы.

LCD-технология

В мультимедийных проекторах, выполненных по технологии LCD (Liquid Crystal Display), функции формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. По принципу действия такие аппараты напоминают обычные диапроекторы с той разницей, что проецируемое на внешний экран изображение формируется при прохождении излучаемого лампой светового потока не через слайд, а через жидкокристаллическую панель, состоящую из множества электрически управляемых элементов - пикселов.

LCD-технология позволила существенно удешевить проекционные аппараты, уменьшить их габариты и одновременно увеличить излучаемый ими световой поток (в наиболее мощных моделях он достигает и 10000 ANSI-лм). Она естественным образом адаптирована к воспроизведению видеосигналов от компьютерных источников, а также сохраненных в цифровом формате видеофайлов. LCD-проекторы просты в обращении и настройке и сохраняют свои параметры после транспортировки. Именно поэтому они широко применяются в бизнес-сфере для проведения презентаций и демонстрации шоу-программ.

Вместе с тем, из-за ограниченности собственного оптического разрешения, определяемого числом пикселов в жидкокристаллической матрице формирователя изображения, LCD-проекторы воспроизводят без искажения сигналы только одного, как правило, компьютерного стандарта SVGA, XGA и т. д. Для воспроизведения сигналов иных стандартов, в том числе телевизионных, применяются специальные алгоритмы преобразования графической информации к естественному для данного проектора цифровому формату. Наличие непрозрачных промежутков между отдельными пикселами в жидкокристаллических матрицах приводит к появлению на экране сетки, различимой с близкого расстояния. С переходом на полисиликоновые матрицы с более плотной структурой пикселов и разрешением XGA и выше этот недостаток становится практически незаметным, а постоянное совершенствование алгоритмов формирования цветного изображения значительно улучшает его качество по сравнению с моделями более ранней разработки.

DLP-технология

Лежащая в основе любого DLP-проектора технология цифровой обработки света (DLP) базируется на разработках корпорации Texas Instruments, создавшей новый тип формирователя изображения - цифровое микрозеркальное устройство DMD (Digital Micromirror Device). DMD-формирователь представляет собой кремниевую пластину, на поверхности которой размещены сотни тысяч управляемых микрозеркал. Главное его преимущество по сравнению с формирователями иного типа заключается в высокой световой эффективности, обусловленной двумя факторами: более эффективным использованием рабочей поверхности формирователя (коэффициент использования - до 90%) и меньшим поглощением световой энергии работающими "на отражение" микрозеркалами, которые к тому же не требуют применения поляризаторов. В силу этих причин, а также относительно простого решения проблемы отвода тепла, DLP-технология позволяет создавать как мощные проекционные аппараты с большим световым потоком (в настоящее время достигнут уровень 18000 ANSI-лм), так и сверхминиатюрные проекторы (ультрапортативные, микропортативные) для мобильных пользователей. Именно в этих классах продуктов DLP-технология сегодня доминирует.

Современные DLP-проекторы строятся по схеме с одним, двумя и тремя DMD-кристаллами (см. Устройство DLP-проектора). Как и LCD-аппараты, они характеризуются собственным оптическим разрешением, определяемым числом микрозеркал в DMD-матрице, и наилучшим образом приспособлены для воспроизведения графической и видеоинформации, хранящейся в цифровом формате (компьютерные файлы, записи на DVD-дисках).

Используемый в них принцип формирования полутонов (а также полноцветного изображения в устройствах с одной DMD-матрицей) основывается на свойстве человеческого глаза усреднять визуальную информацию за короткий промежуток времени и требует применения сложных алгоритмов пересчета входных данных в управляющие микрозеркалами ШИМ-последовательности (сигналы с широтно-импульсной модуляцией). Качество алгоритмов во многом определяет достигаемую точность цветопередачи.

Устройство проекторов и строение матриц.

Устройство CRT-проектора

Наиболее совершенные CRT-проекторы строятся на трех электронно-лучевых трубках с размером экрана от 7 до 9 дюймов по диагонали. Каждая трубка воспроизводит один из базовых цветов пространства RGB - красный, зеленый или синий. CRT-технология

Выделенные из входного сигнала цветовые составляющие управляют работой модуляторов соответствующих трубок, меняя интенсивность электронного луча, который под воздействием магнитного поля отклоняющей системы сканирует внутреннюю поверхность экрана трубки с фосфорным покрытием. Таким образом на экране трубки формируется изображение одного цвета. С помощью линзы оно проецируется на внешний экран, где смешивается с проекциями от двух других трубок для получения полноцветной картинки.

Устройство LCD-проектора

Современные LCD-проекторы выполняются на базе трех полисиликоновых жидкокристаллических матриц, размером, в основном, от 0.7 до 1.8 дюймов по диагонали. Структурная схема такого проектора представлена на рисунке.

Световое излучение лампы с помощью конденсора преобразуется в равномерный световой поток, из которого дихроичные зеркала-фильтры выделяют три цветовые составляющие (красную, синюю и зеленую) и направляют их на соответствующие LCD-матрицы. Сформированные ими цветные изображения объединяются в цветосмесительном призматическом блоке в одно полноцветное, которое затем через объектив проецируется на внешний экран.

DMD (Digital Micromirror Device)

DLP-технология

DMD-кристалл, по сути, представляет собой полупроводниковую микросхему статической оперативной памяти (SRAM), каждая ячейка которой, а точнее ее содержимое, определяет положение одного из множества (от нескольких сотен тысяч до миллиона и более) размещенных на поверхности подложки микрозеркал с размерами 16х16 мк. Как и управляющая ячейка памяти, микрозеркало имеет два состояния, отличающиеся направлением поворота зеркальной плоскости вокруг оси, проходящей по диагонали зеркала. (В каждом состоянии угол между плоскостью зеркала и поверхностью микросхемы составляет 10°.)

Таким образом, принципиальной особенностью любого DMD-кристалла является наличие в его структуре подвижных механических элементов.

В DLP-проекторах DMD-кристалл выполняет функции формирователя изображения. В зависимости от положения микрозеркала отраженный им световой поток направляется либо в объектив (на экране формируется светлое пятно), либо в светопоглотитель (соответствующий участок экрана остается затемненным).

Принцип формирования изображения с помощью DMD-матрицы

Для воспроизведения полутонов применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигналов, управляющих переключением зеркал. Чем больше времени в течение усредняемого глазом интервала в 1/60 секунды микрозеркало проводит в состоянии?включено│, тем ярче пиксел на экране.

DLP-технология

Современные DLP-проекторы строятся по схеме с одним, двумя и тремя DMD-матрицами.

Оптическая схема одноматричного DLP-проектора

В одноматричном DLP-проекторе световой поток лампы пропускается через вращающийся фильтр с тремя секторами, окрашенными в цвета составляющих пространства RGB (в современных моделях к трем цветным секторам добавлен четвертый - прозрачный, что позволяет увеличить световой поток мультимедийного проектора при демонстрации изображений с преобладающим светлым фоном). В зависимости от угла поворота фильтра (а, следовательно, и цвета падающего светового потока) DMD-кристалл формирует на экране синюю, красную или зеленую картинки, которые последовательно сменяют одна другую за короткий интервал времени. Усредняя отражаемый экраном световой поток, человеческий глаз воспринимает изображение как полноцветное.

По схеме с одним DMD-кристаллом в настоящее время строятся наиболее миниатюрные DLP-проекторы. Они применяются для проведения мобильных бизнес-презентаций, а также для демонстрации цветного видео. Следует, однако, учитывать, что в последнем случае световой поток проектора с четырехсекторным цветным фильтром оказывается ниже указанного в техническом паспорте, т. к. в этом режиме прозрачный сектор не работает, и эффективность использования светового потока лампы снижается.

Оптическая схема двухматричного DLP-проектора

Вдвухматричных DLP-проекторах вращающийся цветной фильтр имеет два сектора пурпурного (смесь красного с синим) и желтого (смесь красного и зеленого) цветов. Дихроичные призмы разделяют световой поток на составляющие, при этом поток красного цвета в каждом случае направляется на одну из DMD-матриц. На вторую в зависимости от положения фильтра направляется поток либо синего, либо зеленого цвета. Таким образом, двухматричные проекторы, в отличие от одноматричных, проецируют на экран картинку красного цвета постоянно, что позволяет компенсировать недостаточную интенсивность красной части спектра излучения некоторых ламп.

Оптическая схема трехматричного DLP-проектора

В трехматричных DLP-проекторах световой поток лампы с помощью дихроичных призм расщепляется на три составляющих (RGB), каждая из которых направляется на свою DMD-матрицу, формирующую картинку одного цвета. Объектив аппарата проецирует на экран одновременно три цветных картинки, формируя таким образом полноцветное изображение.

Благодаря высокой эффективности использования светового излучения лампы, трехматричные DLP-проекторы, как правило, характеризуются повышенным световым потоком, достигающим у наиболее мощных аппаратов 18000 ANSI-лм.

Устройство D-ILA-проекторов

В D-ILA-проекторах функции формирователей изображения выполняют жидкокристаллические матрицы отражающего типа, характеризующиеся высоким разрешением и световой отдачей.

Структура матрицы D-ILA

D-ILA-технология

Матрица D-ILA представляет собой многослойную структуру, размещенную на подложке из монокристаллического кремния. Все компоненты схемы управления выполнены по комплиментарной технологии CMOS и располагаются за светомодулирующим слоем жидких кристаллов. Это позволяет существенно увеличить плотность размещения пикселов, размеры которых могут составлять всего несколько микрон, и обеспечить высокую эффективность использования площади кристалла (достигнутый уровень - 93%). Преимуществом технологии является также возможность формирования светомодулирующего слоя и схемы управления в ходе единого технологического процесса.

Отражающие свойства матрицы определяются состоянием слоя жидких кристаллов, меняющегося под воздействием переменного электрического напряжения, которое формируется между отражающими пикселными электродами и общим для всех пикселей прозрачным электродом.

D-ILA-матрицы выдерживают существенное повышение температуры, что позволяет применять в проекторах, выполненных на их основе, мощные источники света.

D-ILA ® – официально зарегистрированный товарный знак компанииJVC, который означает, что в данном продукте применена оригинальная разработка на основе дисплея на жидких кристаллах, сетчатого поляризационного фильтра и ртутной лампы, а изображение и цветопередача данного продукта будут на высшем уровне. Жидкокристаллический дисплей произведен с использованием технологииLCOS (жидкие кристаллы на кремниевой основе), расстояние между которыми микроскопически мало, именно поэтому жидкокристаллическая матрица позволяет достигать максимального коэффициента апертуры, именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу и разрешающую способность. В продуктах, созданных по технологииD-ILA ® , присутствуют жидкокристаллические дисплеи для каждого из трех цветов палитрыRGB, то есть для красного, зеленого и синего цветов. Эти жидкокристаллические дисплеи имеют уникальный неорганический выравнивающий слой, обеспечивающий повышенную долговечность и оптимальную производительность при любых условиях эксплуатации. Это обусловливает превосходное разрешение, формирование полутонов, яркость изображения и великолепную цветопередачу, которые не ухудшаются с течением времени, позволяя наслаждать прекрасным качеством изображения.