El proyector es en lo que consiste. El dispositivo de los proyectores: principio de funcionamiento, descripción y características. Diseño óptico de un proyector DLP de matriz única

Un dispositivo de proyección / proyector (del latín projicio - lanzo adelante) es un dispositivo optomecánico para proyectar imágenes ampliadas de varios objetos en la pantalla.

El primer proyector fue inventado por el físico y matemático alemán Athanasius Kircher en 1640, llamando a su aparato "linterna mágica". El aparato, en el que una vela servía como fuente de luz, permitía crear proyecciones de sombras de imágenes de personas, animales u objetos cortados de cartón en la pantalla.

Los dispositivos de proyección modernos proyectan imágenes desde la pantalla del monitor a la pantalla y se conectan a una PC. En los proyectores de computadora, se utiliza un modulador especial controlado electrónicamente como fuente de la imagen proyectada, a la que se suministra una señal desde el adaptador de video para PC. El modulador se utiliza como filtro de luz controlado que modula el flujo luminoso de la lámpara de proyección.

Los diseños y principios de funcionamiento de los moduladores son muy diversos, aunque se basan principalmente en paneles LCD.

En un proyector multimedia lámpara de proyección, Matriz LCD y sistema óptico están colocados estructuralmente en una carcasa, lo que los hace similares a los retroproyectores diseñados para ver diapositivas o tiras de película.

En principio, un proyector multimedia no se diferencia de un retroproyector: una imagen se crea utilizando una potente lámpara de proyección y un modulador electroóptico integrado en el proyector, controlado por una señal de un adaptador de vídeo para PC, y luego proyectada en un dispositivo externo. pantalla a través de un sistema óptico. La principal diferencia en los proyectores multimedia es el diseño del modulador y los métodos de construcción y transferencia de la imagen a la pantalla.

Dependiendo del diseño del modulador, los proyectores son de los siguientes tipos:

• Proyectores TFT;
• proyectores de polisilicona
• Proyectores DMD / DLP.

Dependiendo del método de iluminación del modulador, los proyectores multimedia se dividen en proyectores transmisivos y reflectantes .

Proyectores TFT

V TFT -proyectores, para los proyectores de tipo transmisivo, se utiliza como modulador una matriz de LCD activa en color de tamaño pequeño fabricada con tecnología TFT. El principio de funcionamiento de un proyector TFT multimedia de tipo translúcido se ilustra en la Fig. 1.

El elemento principal de la instalación es matriz LCD en miniatura , fabricado con tecnología TFT, así como Monitor de pantalla plana LCD en color ... La iluminación uniforme de la superficie de la pantalla LCD se logra mediante el uso de un sistema de lentes llamado condensador.

Proyectores de polisilicona

Proyectores multimedia de polisilicona también se refieren a proyectores transmisivos y se utilizan cuando se requiere una imagen más brillante. Usan más de una matriz TFT de color, pero tres matrices LCD monocromáticas en miniatura de aproximadamente 1,3 ″... Cada una de las matrices forma una imagen monocromática en rojo, verde o azul. El sistema óptico del proyector, como se muestra en la Fig. 2, proporciona una combinación de tres imágenes monocromas, lo que da como resultado la formación de imagen en color... Esta tecnología se llama polisilicona (pag— Si ) . Cada elemento de la matriz de polisilicio contiene solo un transistor de película delgada, por lo tanto su tamaño es menor que el tamaño del elemento de la matriz TFT, lo que permite aumentar la claridad de la imagen.

Sistema de separación de colores proyector de polisilicona que consta de dos dicroicos (D 1 D 2 ) y un espejo ordinario (N 1) (Fig. 2), se utiliza para descomponer la luz blanca de la lámpara de proyección en tres componentes de los colores primarios (rojo, verde, azul).

La separación de colores debe realizarse para suministrar un flujo luminoso del color correspondiente a cada una de las tres matrices monocromas. Un espejo dicroico (separador de colores) transmite luz de una sola longitud de onda (un color) y es un sustrato de vidrio bien pulido recubierto con una película delgada de un material dieléctrico.

Sistema de mezcla de colores El proyector de polisilicona consta de dos (D 3 D 4 ) y uno reflexivo (norte 2 ) espejos y sirve para obtener una imagen en color superponiendo una sobre las otras tres imágenes monocromas creadas por las matrices LCD correspondientes.

Los proyectores de polisilicona proporcionan más alta calidad brillo de la imagen y saturación del color en comparación con los proyectores TFT ... Ellos más confiable y duradero porque tres LCD funcionan en un modo térmico menos intenso que uno. Gracias a esto, los proyectores de polisilicona se pueden utilizar al proyectar una imagen en pantalla grande en locales tales como salas de conferencias, cines.

Proyectores DMD / DLP

Proyectores LCD reflectantes Diseñado para trabajar en grandes auditorios y diferir en el principio de funcionamiento: no se modula el flujo luminoso transmitido, sino el reflejado.

Actualmente, la tecnología de proyector LCD reflectante más utilizada es DMD / DLP desarrollado por la empresa Instrumentos Texas.

V DMD/ DLP- proyectores reflectantes la emisión de la fuente de luz es modulada por la imagen cuando se refleja en la matriz.

Los proyectores DMD / DLP utilizan una matriz que consta de muchos microespejos controlados electrónicamente, el tamaño de cada uno de los cuales es de aproximadamente 1micrón. Cada microespejo tiene la capacidad de reflejar la luz incidente en la lente o en el absorbedor, lo que está determinado por el nivel que se le aplica. señal eléctrica... Cuando la luz entra en la lente, se forma un píxel de pantalla brillante y, en el absorbedor, uno oscuro. Tales matrices se denotan con la abreviatura DMD (dispositivo de microespejos digitales) , y la tecnología en la que se basa su principio de funcionamiento es DLP (Digital Luz Procesando - procesamiento de luz digital).

Normalmente, una matriz DMD contiene aproximadamente 848 x 600 = 508,800 microespejos, que es superior a la resolución SVGA (800 x 600 = 480,000 píxeles).

Para obtener una imagen en color se utilizan proyectores de dos opciones: con tres o una matriz DMD.

Proyector de tres matrices, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 3, el método para formar una imagen en color es similar al de la polisilicona (ver Fig. 2).

V proyectores DMD / DLP de matriz única El marco a todo color se forma como resultado de la superposición secuencial tres fotogramas monocromáticos que cambian rápidamente: negro y rojo, negro y verde, y negro y azul. El cambio de fotogramas monocromáticos en la pantalla es invisible debido a la inercia de la visión humana. Los fotogramas monocromáticos se forman mediante la iluminación secuencial de la matriz DMD con un haz de colores rojo, verde y azul. Se forma un haz de cada color al pasar el flujo de luz r de la lámpara de proyección a través de un disco giratorio con filtros rojo, verde y azul, como se muestra en el diagrama de un proyector de matriz única (Fig. 4). El control de los microespejos está sincronizado con la rotación del filtro de luz.

Circuito de proyector multimedia reflectante de matriz única

En comparación con la tecnología LCD, la tecnología DLP tiene siguientes ventajas:

• ausencia casi completa de granulosidad en la imagen,
• alto brillo y uniformidad de su distribución.

Las desventajas de los proyectores DMD de matriz única incluyen un notable parpadeo de los marcos.

En la era de la tecnología de alta definición, los proyectores están ganando popularidad ya que le permiten recrear la atmósfera de un cine real en su hogar. Por supuesto, esta idea también se puede realizar con un televisor LCD grande con soporte de video 4K.

Sin embargo, el contenido con tal resolución sigue siendo poco común y los televisores de esta clase no son baratos. Los proyectores Full HD actuales son capaces de ofrecer una calidad de imagen excelente y también ocupan mucho menos espacio.

LCD frente a DLP

Los proyectores modernos utilizan tecnologías LCD (pantalla de cristal líquido) y DLP (procesamiento de luz digital), que difieren en el principio de formación de imágenes. En el caso de DLP, un espejo en miniatura actúa como un píxel. Un filtro giratorio, dividido en segmentos de color, se instala delante de un conjunto de tales "píxeles".

La luz se transmite a través de un filtro de luz, golpea los espejos y se refleja en la pantalla. La tecnología LCD utiliza matrices que se iluminan con la luz reflejada por un sistema de espejos. Cada espejo es un filtro de luz y suministra solo uno de los tres colores primarios a la matriz.

Por supuesto, ambas tecnologías tienen ventajas y desventajas: por ejemplo, los proyectores LCD proporcionan colores intensos, mientras que las soluciones DLP tienen un mayor contraste. Entre las desventajas de los modelos LCD, cabe destacar una menor profundidad de color negro, mientras que los proyectores DLP tienen un "efecto arco iris". Sin embargo, en dispositivos modernos estas deficiencias son casi invisibles.

En nuestras diversas pruebas de evaluación comparativa, los proyectores LCD superan a las soluciones DLP por un pequeño margen. Como saben, la tecnología de proyección LCD fue desarrollada por la empresa japonesa Epson, y hace 25 años se creó el primer dispositivo basado en este principio. Todos estos años, la tecnología se ha mejorado y refinado significativamente.

Un proyector 3D de Epson por valor de 75.000 rublos admite resolución Full HD, le permite conectar teléfonos inteligentes y tabletas a través del conector HDMI MHL y es capaz de mostrar imágenes con una diagonal de hasta 300 ″.

La magia de la gran pantalla. Luz tenue, amplio ángulo de visión, el efecto de una inmersión completa en la acción. No, es poco probable que sea posible reemplazar completamente el cine por la televisión y es poco recomendable, tienen diferentes tareas. "La televisión nunca reemplazará a los periódicos; pruebe a tomar una siesta mientras se cubre la cara con la televisión". Pero no vale la pena oponerse: los videoproyectores son la salida para quienes decidieron organizar "su propio cine". Y esto no es nada difícil de hacer, hay una gran variedad de proyectores de video en el mercado hoy en día. El rango de precios de cientos de dólares a cientos de miles por dispositivo deja en claro que los proyectores de video, por decirlo suavemente, son diferentes. Las tecnologías son diferentes, lo que significa las características y el ámbito de aplicación.

Consideremos las principales tecnologías utilizadas en el mercado de los proyectores modernos con un poco más de detalle de lo que permiten un par de líneas de comunicados de prensa.

CRT(Tubo de rayos catódicos o CRT: proyectores basados ​​en tubos de rayos catódicos)

Es la primera tecnología en proyectar video en una pantalla externa. Tiene su origen en los años 50 del siglo pasado. La decisión fue bastante lógica para ese momento: dado que los tubos de rayos se utilizan con tanto éxito en los televisores, vale la pena intentar hacer un proyector basado en los mismos tubos.

El principio general es el siguiente: tres tubos especiales de rayos catódicos aumento de brillo formar una imagen general. Cada tubo, generalmente "blanco y negro", de nueve pulgadas de diagonal, transmite uno de los colores básicos (rojo, verde y azul con filtros de luz) y se proyecta a través de su lente en una pantalla externa. Mediante un ajuste muy fino, las tres imágenes se combinan en una sola unidad en la pantalla de proyección. Una especie de televisión en color hipertrofiada, donde los tubos de rayos catódicos con lentes se utilizan como cañones de electrones, y los filtros de luz desempeñan el papel de fósforo de color.

Es recomendable ver la imagen proyectada por un proyector CRT en una habitación completamente oscura, su brillo no es el más alto. Los proyectores son difíciles de instalar: físicamente no son los más fáciles y, debido a la necesidad de una alineación precisa, debe ajustar por separado la nitidez y la geometría de los tres canales de color.

Se cree ampliamente que estos proyectores brindan la mejor calidad de video. Lo más probable es que el punto aquí sea el siguiente: los proyectores CRT no tienen artefactos de interpolación digital; el principio de formación de cuadros es el más analógico. Los escaneos horizontales y verticales forman un marco estrictamente de acuerdo con el formato, ya sea 720x576 para PAL o 640x480 para NTSC. Además, si el número de líneas está determinado por el formato y está rígidamente fijo, es incluso extraño hablar del número de puntos de una línea en un sistema analógico. Más correctamente: claridad horizontal, que depende de la frecuencia de corte superior de la transmisión del amplificador de video. La calidad de transmisión analógica (estudio) es 800-900 líneas verticales... Por ejemplo: videograbadoras domésticas de formato VHS - 240 líneas, S-VHS y Video Hi8 - 400 líneas, formato digital DV - 500 líneas (en salidas de componentes).

LCD(Pantalla de cristal líquido o LCD: proyectores basados ​​en indicadores de cristal líquido)

Si los LCD reemplazaron a los CRT en los monitores, entonces debería haberse esperado en las tecnologías de proyectores de video. Detengámonos sólo en las diferencias.

La imagen en color está formada por una pequeña matriz LCD (diagonal de una pulgada o dos) y una potente lámpara de luz de fondo se proyecta a través de la lente en la pantalla. La matriz funciona a la luz, a diferencia de la tecnología D-ILA, que se comentará un poco más adelante.

Esta parece ser la tecnología más asequible disponible en la actualidad: los proyectores comienzan en $ 800 por modelos de presupuesto... Bien trabajado soluciones de circuito, falta de piezas mecánicas móviles (excepto, posiblemente, unidades de lentes motorizadas), confiabilidad de la tecnología digital: estas son las principales razones de la popularidad de los proyectores basados ​​en LCD. En tal "barril de miel", por supuesto, no puede prescindir de problemas. El principal es la pixelación visible de la imagen provocada por motivos tecnológicos. Invisibles a los ojos, los límites entre píxeles (subpíxeles) en monitores LCD con grandes aumentos se vuelven distinguibles en pantallas grandes... Intentan resolver el problema con distintos grados de éxito. Alguien reduce al límite los límites entre las celdas individuales de la matriz LCD, alguien sugiere tres matrices, una para cada color base, con un ligero desplazamiento para cubrir la malla negra proyectada en la pantalla. Lo segundo que deben decidir los fabricantes es aumentar el contraste. Para iluminar la matriz LCD a partir de un par de placas, una capa de cristales líquidos, un polarizador y filtros de luz a través de los medios para reducir el brillo del blanco. El simple hecho de aumentar el brillo de la luz de fondo perderá la profundidad del negro. Sin embargo, en los mejores ejemplos de proyectores LCD, los fabricantes resuelven estos problemas, que no pueden dejar de conducir a un aumento significativo de precio.

DLP(Procesamiento de luz digital - procesamiento de luz digital)

En pocas palabras, es como poner rayos de sol en un espejo. La base del proyector es un chip DMD especial (Dispositivo digital de microespejos). La superficie de un chip está formada por una gran cantidad de pequeños espejos que pueden desviarse cuando se energizan. El rayo reflejado por dicho espejo no golpea la lente (y por lo tanto la pantalla); así es como se forma un punto negro. Si el espejo no está inclinado del plano del chip, el punto en la pantalla será blanco. Los valores de brillo intermedios se forman cuando un espejo dirige un haz reflejado hacia la lente. Cada espejo es responsable de su propio punto de la imagen creada en la pantalla.

Hay dos formas de agregar color a una imagen en un sistema de este tipo. El primero es "de un solo chip". Como su nombre lo indica, el sistema usa un chip DMD (el dispositivo, debe tenerse en cuenta, no es barato). Se forma secuencialmente una imagen en blanco y negro para cada color base (rojo, verde, azul). La coloración se realiza mediante un disco de filtro giratorio con sectores de los colores correspondientes. El segundo método es "tres chips". No se arrepintieron de los chips costosos aquí: para cada uno de los colores básicos se usa su propio chip y la imagen se forma de inmediato.

No hay nada que mostrar a través de aquí, por lo que el brillo de la imagen de estos proyectores es muy alto. Negro: la ausencia total de luz, ya que el "punto" del espejo girado no entra en la lente en absoluto, lo que significa que el valor de contraste también es el máximo posible. Los espacios entre los espejos también son mínimos aquí y, por lo tanto, no hay una "malla" inherente a los proyectores LCD en una pantalla grande. En los primeros modelos, el "efecto arco iris" era muy notable: halos de colores alrededor de objetos contrastantes o que se movían rápidamente. Esto se debe a que la imagen está formada secuencialmente por tres colores básicos y cuando los objetos contrastantes se mueven en la pantalla, se obtiene algo así como luces de colores. Combaten este fenómeno de diferentes formas: desde aumentar la frecuencia de proyección secuencial de imágenes de colores básicos, para las que el disco de filtro contiene hasta siete sectores (dos para el rojo-azul-verde básico más esmeralda), hasta el uso de tres chips para proyección simultánea.

D-ILA(Amplificador de luz de imagen de accionamiento directo)

Es una tecnología que combina las ventajas de LCD y DLP. Surgió en la intersección de sus enfoques en la formación de imágenes: la confiabilidad de los cristales líquidos con la eficiencia de la reflexión de la luz.

El flujo luminoso se modula en una matriz LCD, como en los proyectores LCD, pero la luz no pasa a través de la matriz, sino que se refleja en los electrodos de píxeles como en los microespejos en DLP. La luz solo atraviesa el vidrio, los electrodos transparentes y una capa de cristales líquidos. Todo el cableado electrónico (interruptores y componentes que proporcionan direccionamiento a las celdas de la matriz) permanece debajo de la capa de electrodos reflectantes y no interfiere con el paso de la luz como en un proyector LCD "limpio". Refleja casi toda la superficie de la matriz, a excepción del aislamiento entre los electrodos.

La principal ventaja de la tecnología D-ILA sobre LCD y DLP es su alta relación de apertura. Si para la tecnología LCD el área que transmite luz a través de sí misma es hasta el 60% del área total de píxeles, para DLP el área de reflexión por un microespejo es aproximadamente del 80%, para la tecnología D-ILA esta área puede alcanzar el 95%. Esto hace que la pixelación de la imagen sea casi invisible. Además, se reduce la pérdida de conversión fototérmica, ya que se refleja casi todo el flujo luminoso, lo que permite incrementar la potencia de la retroiluminación. La otra cara de la moneda (relación de apertura alta) es que la matriz de resolución HD no se puede hacer más grande que una pulgada en diagonal, lo que significa que puede obtener un proyector bastante compacto.

LDT (tecnología de pantalla láser)

La última tecnología para proyectar videos en una pantalla grande. Las primeras muestras de producción aparecieron solo en 2000, a pesar de que los láseres aparecieron hace relativamente mucho tiempo. Fue la baja eficiencia y el alto consumo de energía de los láseres de descarga de gas, o la potencia demasiado baja y la "falta de color" de los láseres semiconductores lo que obstaculizó. Pero aquí limitaciones tecnológicas fueron superados, y los televisores de proyección y los videoproyectores basados ​​en láseres semiconductores ingresan al mercado.

Tres láseres emiten luz en el espectro visible rojo, verde y azul. El brillo de la radiación de cada láser se cambia mediante moduladores electroópticos de acuerdo con la señal de video en la entrada. Los espejos y prismas recogen tres haces de color modulados en un solo haz, que se alimenta a espejos horizontales giratorios y un espejo de marco oscilante, como un ráster CRT.

La principal diferencia del proyector LDT es que no necesita lente. El láser produce un rayo de luz paralelo con un punto igualmente nítido en un amplio rango de distancias. Esto le ahorra la molestia de enfocar cuando instala el proyector a diferentes distancias de la pantalla y le brinda una calidad completamente nueva: la capacidad de proyectar en una variedad de superficies, incluidas las irregulares. Incluso si proyecta la imagen en superficies cilíndricas o en superficies planas, pero en un ángulo grande, la imagen será nítida en toda el área. La pureza y consistencia de los colores básicos, determinadas por las características de los láseres utilizados, dan una imagen brillante, rica y contrastante que no está disponible con otras tecnologías.

Este es un dispositivo que se conecta a una computadora o laptop, tableta, videocámara, etc. para obtener una imagen en una pantalla de proyección.
El proyector no requiere ningún programas especiales... Operar un proyector es similar a operar una computadora o un monitor de video. En el control remoto control remoto el proyector tiene ajustes de brillo y contraste.

Los proyectores de presentaciones de oficina no necesitan ajustes complejos y frecuentes. Estos proyectores se pueden encender y operar sin leer las instrucciones. Dentro de la carcasa del proyector hay una fuente de luz, una lámpara o LED láser y un convertidor de entrada a imagen. Normalmente, un proyector tiene una entrada para conectar una señal de una computadora y una o dos entradas para cambiar señales de video. Los proyectores también tienen entradas de audio para reproducir sonido en los altavoces incorporados. Los proyectores son multisistema y funcionan con todos los estándares de video (PAL / SECAM / NTSC). Esto significa que puede reproducir cualquier programa de televisión y grabaciones de cintas de vídeo y discos láser.

El brillo y la resolución de la imagen son las propiedades más importantes de los proyectores para presentaciones. Cuando hablamos de brillo de los proyectores, nos referimos al flujo luminoso del proyector, es decir, la cantidad de luz emitida por el proyector. El flujo luminoso no depende del tamaño de la pantalla ni de la distancia desde la lente del proyector al plano de la pantalla y se mide en lúmenes ANSI. El flujo luminoso de los proyectores de oficina modernos supera los 1000 lúmenes ANSI, lo que permite presentaciones con luz artificial normal.

Para la reproducción de video, se recomienda utilizar proyectores con una resolución gráfica de al menos 800x600 píxeles. SVGA... Para reproducción de alta calidad imagen de computadora con detalles finos, elija un proyector con una resolución gráfica de al menos 1024x768 píxeles XGA... Para aplicaciones informáticas con mayores requisitos de contraste y resolución de imágenes gráficas, utilice proyectores con una resolución gráfica de 1400x1050 píxeles. SXGA +.

El diseño óptico de los proyectores con lentes estándar está diseñado para que el borde inferior de la imagen esté al nivel de la lente del proyector. La mayoría de los modelos de proyectores están diseñados para corregir la distorsión trapezoidal vertical que se produce cuando el proyector se coloca mucho más alto o más bajo que la posición de funcionamiento normal. Los proyectores renderizan la imagen con el tamaño especificado. Cuando se utilizan lentes estándar con una proporción de 2: 1, la distancia desde la lente del proyector al plano de la pantalla es el doble del ancho de la pantalla. La longitud de un cable de computadora estándar generalmente no excede los 3 m, lo que es suficiente para el trabajo de oficina. Si es necesario, se permite usar cables de computadora de hasta 15 m de largo. La longitud de un cable de video estándar tampoco es muy grande, sin embargo, si es necesario, se pueden usar cables de video profesionales de hasta 100 m de largo para transmitir una señal de video.

Los proyectores utilizan fuentes de luz fiables de halogenuros metálicos o halogenuros metálicos como fuentes de luz. lamparas con una vida útil de al menos 2000 horas. Todas estas lámparas son esencialmente lámparas de mercurio a las que se les añaden sales de yodo y bromo. Estas lámparas son muy potentes y vienen en un módulo de lámpara especial que incluye una lámpara, un reflector y el propio módulo con contactos y guías para su instalación en un proyector específico. Si falla una lámpara del proyector, se reemplaza todo el conjunto del módulo de la lámpara. La vida útil de la lámpara se reducirá significativamente si las condiciones de refrigeración y ventilación son inapropiadas, así que apague el proyector correctamente y mantenga limpios los filtros de aire.

Cuando utilice el proyector en el modo de oficina durante 2 horas al día todos los días, incluidos los fines de semana y feriados, una lámpara durará al menos dos años y medio.

Proyectores multimedia: tecnologías básicas

Entre las tecnologías desarrolladas hasta la fecha para mostrar una imagen en una pantalla de proyección, se pueden distinguir cuatro principales, que han recibido el uso más extendido en productos comerciales fabricantes líderes y que se diferencian principalmente en el tipo de elemento utilizado para formar la imagen:

En cada caso, las propiedades del modelador determinan las principales ventajas y desventajas de la tecnología y, en consecuencia, el ámbito de aplicación de los dispositivos de proyección creados sobre su base.

Tecnología CRT.

Los proyectores multimedia de tubo de rayos catódicos (CRT) han existido durante décadas. Pero, a pesar de la aparición de tecnologías más modernas, todavía no tienen igual en términos de calidad de reproducción de imagen (resolución, claridad, precisión del color), nivel de ruido acústico (menos de 20 dB) y duración del funcionamiento continuo (10,000 horas o más). . Ninguna otra tecnología ofrece aún los mismos niveles de negros profundos y el mismo rango dinámico amplio de brillo de imagen que los proyectores CRT pueden usar para distinguir detalles incluso en escenas oscuras. Las características físicas del revestimiento fluorescente de la pantalla del tubo (ver dispositivo proyector CRT) excluyen la pérdida de información al reproducir señales de video de diferentes estándares (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA, etc.), y la similitud del tecnología de producción de tubos utilizada en proyectores con reproducción de color precisa de televisión sin el uso de algoritmos de corrección de gamma.

Al poseer ventajas indudables, especialmente cuando se realizan demostraciones de video, los proyectores CRT también tienen una serie de desventajas significativas que limitan su alcance. Con dimensiones significativas y un peso de varias decenas de kilogramos, son inferiores en brillo a los proyectores multimedia portátiles modernos. Con su característico flujo luminoso que varía de 100 a 300 lúmenes ANSI, la visualización de programas solo es posible en ausencia de iluminación externa. Para lograr la mejor calidad de imagen al instalar un proyector CRT, hay muchos sintonia FINA(convergencia, balance de blancos, etc.), lo que requiere la participación de personal calificado. Mientras tanto, después de mover el dispositivo a un nuevo lugar, reemplazar un componente defectuoso o una desviación natural de los parámetros con el tiempo, todos los procedimientos deben repetirse nuevamente. Por lo tanto, se pueden agregar costos operativos significativos al precio bastante alto del dispositivo en sí.

Dispositivo de proyector CRT

Los proyectores CRT más avanzados están construidos sobre tres tubos de rayos catódicos con tamaños de pantalla que varían de 7 a 9 pulgadas en diagonal. Cada tubo reproduce uno de los colores básicos del espacio RGB: rojo, verde o azul.

Los componentes de color extraídos de la señal de entrada controlan el funcionamiento de los moduladores de los tubos correspondientes, cambiando la intensidad del haz de electrones, que, bajo la influencia campo magnético El deflector escanea el interior de la pantalla del tubo recubierto de fósforo. Así, se forma una imagen de un color en la pantalla del tubo. Con la ayuda de una lente, se proyecta sobre una pantalla externa, donde se mezcla con proyecciones de otros dos tubos para obtener una imagen a todo color.

Ventajas de CRT:

• Alta calidad de imagen
• Larga duración de trabajo continuo
• Nivel de negro profundo (contraste)
• Resolución prácticamente ilimitada
• Nivel de ruido bajo, suficiencia enfriamiento pasivo
• Tecnología probada en el tiempo (más de medio siglo)

Desventajas de CRT:

• Brillo bajo
• Requiere calibración periódica
• Geometría difusa
• No recomendado para imágenes estáticas

Tecnología LCD

En los proyectores multimedia fabricados con tecnología LCD (pantalla de cristal líquido), la función de formación de imágenes se realiza mediante una matriz LCD translúcida. De acuerdo con el principio de funcionamiento, tales dispositivos se asemejan a los retroproyectores convencionales (ver. Dispositivo proyector LCD) con la diferencia de que la imagen proyectada en la pantalla externa se forma cuando la luz emitida por la lámpara pasa no a través del portaobjetos, sino a través del panel de cristal líquido, que consta de muchos elementos controlados eléctricamente: píxeles ... Dependiendo de la magnitud de la tensión alterna aplicada a cada elemento, su transparencia cambia y, en consecuencia, el nivel de iluminación del área de la pantalla sobre la que se proyecta este píxel.

La tecnología LCD ha permitido reducir significativamente el costo de los dispositivos de proyección, reducir sus dimensiones y al mismo tiempo aumentar el flujo luminoso que emiten (en la mayoría de los casos). modelos poderosos alcanza los 10.000 lúmenes ANSI). Está naturalmente adaptado para reproducir señales de video de fuentes de computadora, así como archivos de video almacenados digitalmente. Los proyectores LCD son fáciles de manejar y configurar y conservarán su rendimiento después del envío. Por eso son muy utilizados en el ámbito empresarial para presentaciones y demostración de programas de espectáculos.

Al mismo tiempo, debido a la resolución óptica nativa limitada, determinada por el número de píxeles en la matriz de cristal líquido del dispositivo de imagen, los proyectores LCD reproducen sin distorsión las señales de solo una, como regla general, estándar de computadora SVGA, XGA, etc. . Para reproducir señales de otros estándares, incluida la televisión, se utilizan algoritmos de conversión especiales. información gráfica al formato digital que es natural para este proyector. La presencia de espacios opacos entre píxeles individuales en matrices de cristal líquido da como resultado la aparición de una cuadrícula en la pantalla que se distingue desde una distancia cercana. Con la transición a matrices de polisilicona con una estructura de píxeles más densa y una resolución XGA y superior, este inconveniente se vuelve casi invisible y la mejora constante de los algoritmos de formación de imágenes en color mejora significativamente su calidad en comparación con los modelos anteriores.

Dispositivo proyector LCD

El principio de funcionamiento de las matrices de cristal líquido utilizadas en los proyectores LCD como dispositivos de imagen se basa en la propiedad de las moléculas de una sustancia de cristal líquido para cambiar la orientación espacial bajo la influencia de un campo eléctrico y tener un efecto polarizador sobre los rayos de luz. En la estructura multicapa de la matriz, que es una disposición rectangular de una pluralidad de elementos controlables por separado (píxeles), se coloca una capa de cristales líquidos entre placas de vidrio, sobre cuya superficie se aplican ranuras. Gracias a ellos, en todos los elementos de la matriz es posible orientar las moléculas de manera idéntica y, debido a la disposición perpendicular entre sí de las ranuras de las dos placas, la orientación de las moléculas cambia a medida que se alejan de una. de ellos y acercarse al otro en 90 grados.

La luz polarizada transmitida a través de dicha capa de sustancia de cristal líquido (ver Fig.) También cambia el plano de polarización en 90 grados. Por tanto, la estructura, a la que se añaden los filtros polarizadores de entrada y salida con ejes de polarización mutuamente perpendiculares (ayb), resulta transparente al flujo de luz externo, que se atenúa parcialmente al pasar por el polarizador de entrada.

Bajo la influencia de un campo eléctrico, las moléculas de la capa de cristal líquido cambian de orientación y el ángulo de rotación del plano de polarización del flujo de luz disminuye notablemente. En este caso, la mayor parte del flujo de luz es absorbida por el polarizador de salida. Por tanto, controlando el nivel del campo eléctrico, se puede cambiar la transparencia de los elementos de la matriz.

En los paneles LCD con direccionamiento activo de píxeles fabricados con sustratos de silicio amorfo, cada elemento está controlado por un transistor de película fina (TFT) independiente.

El propio transistor y los conductores de conexión, que ocupan una parte importante de la superficie de la matriz, reducen su eficiencia luminosa, evitando un aumento de la resolución determinada por el número de píxeles.

La transición a la tecnología de polisilicona (p-Si), que se usa ampliamente en los proyectores LCD modernos, hizo posible transferir los elementos del circuito de control a una capa de silicio policristalino y reducir significativamente el tamaño de los conductores y transistores de control. Así, fue posible aumentar la eficiencia lumínica de las matrices y proporcionar condiciones para aumentar su resolución. Un raster de microlente proporciona una ganancia adicional en el flujo luminoso en algunas matrices LCD: cada elemento de la matriz está equipado con su propia microlente, que dirige el flujo de luz a través del área transparente. Estas matrices se utilizan hoy en día en muchos proyectores LCD.

Los proyectores LCD modernos se fabrican sobre la base de tres matrices de cristal líquido de polisilicona, que generalmente varían en tamaño de 0,7 a 1,8 pulgadas en diagonal. El diagrama de bloques de dicho proyector se muestra en la figura.

La radiación de luz de la lámpara es convertida por un condensador en un flujo luminoso uniforme, desde el cual los espejos-filtros dicroicos emiten tres componentes de color (rojo, azul y verde) y los dirigen a la matriz LCD correspondiente. Las imágenes en color formadas por ellos se combinan en una unidad de prisma de mezcla de colores en una a todo color, que luego se proyecta a través de la lente en una pantalla externa.

Lente con un bloque de matrices LCD. Un bucle de contacto va a cada matriz.

Tecnología D-ILA

La tecnología D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier), desarrollada relativamente recientemente por Huges-JVC, es en realidad la primera implementación comercial de la llamada tecnología LCOS, que, según la mayoría de los expertos, es una de las más prometedoras. direcciones en el campo de los equipos de proyección. Al igual que la tecnología LCD, se basa en las propiedades de los cristales líquidos, sin embargo, en lugar de las matrices transmisivas convencionales basadas en silicio amorfo o policristalino, asume el uso de dispositivos reflectantes como dispositivos de imagen (ver. Dispositivo de proyectores D-ILA). En la matriz D-ILA, la capa de cristal líquido moduladora de la luz se ubica sobre un sustrato de silicio monocristalino, sobre el cual se forman fotolitográficamente los píxeles de control de los electrodos, que sirven simultáneamente como elementos reflectantes. Casi todos los circuitos de conducción de la matriz están ubicados directamente en el sustrato, lo que proporciona a esta tecnología una serie de ventajas significativas sobre los paneles LCD. Las matrices D-ILA son más sencillas de fabricar y, en tamaños más pequeños, pueden tener una resolución significativamente mayor. La eficiencia de usar el área de cristal en ellos alcanza el 93%, lo que prácticamente excluye la manifestación de la estructura de la rejilla en la pantalla.

La mayoría de los proyectores D-ILA lanzados hasta la fecha se basan en matrices con resolución SXGA (1365x1024 píxeles) y, al tener un flujo luminoso que va de 1000 a 7000 lúmenes ANSI, se caracterizan por un peso relativamente grande y un precio elevado. Además, hay matrices QXGA (2048x1536 píxeles) de alta resolución de 1,3 pulgadas en diagonal. Estos últimos proporcionan una reproducción completa (sin el uso de algoritmos de compresión) de señales de video del estándar HDTV (1080i).

Dispositivo proyector D-ILA

En los proyectores D-ILA, las matrices de cristal líquido de tipo reflectante con alta resolución y eficacia luminosa sirven como dispositivos de imagen.

Estructura matricial D-ILA

La matriz D-ILA es una estructura multicapa colocada sobre un sustrato de silicio monocristalino. Todos los componentes del circuito de control están fabricados de acuerdo con la tecnología CMOS complementaria y están ubicados detrás de la capa moduladora de luz de cristales líquidos. Esto permite aumentar significativamente la densidad de la disposición de los píxeles, cuyas dimensiones pueden ser tan pequeñas como unas pocas micras, y garantizar una alta eficiencia de uso del área de cristal (el nivel alcanzado es del 93%).

La ventaja de la tecnología es también la posibilidad de formar una capa moduladora de luz y un circuito de control en el curso de un único proceso tecnológico. Las propiedades reflectantes de la matriz están determinadas por el estado de la capa de cristal líquido, que cambia bajo la influencia de un voltaje eléctrico alterno, que se forma entre los electrodos de píxeles reflectantes y un electrodo transparente común a todos los píxeles.
Las matrices D-ILA pueden soportar un aumento significativo de temperatura, lo que permite utilizar potentes fuentes de luz en proyectores basados ​​en ellas.

Los proyectores D-ILA están construidos en un esquema de tres matrices (cada matriz forma una imagen de uno de los colores básicos del espacio RGB) y muestran una imagen magnífica, en la que la estructura de píxeles es casi invisible. Pueden utilizarse igualmente para reproducir señales de vídeo y de ordenador; sin embargo, debido a la novedad de la tecnología, la gama de dispositivos producidos hoy en día es relativamente pequeña.

Tecnología DLP

La tecnología detrás de cualquier proyector DLP procesamiento digital Light (DLP) se basa en los desarrollos de la corporación Texas Instruments, que creó un nuevo tipo de dispositivo de imagen: el dispositivo digital de microespejos DMD (Digital Micromirror Device). El modelador DMD es una oblea de silicio en cuya superficie se colocan cientos de miles de microespejos controlados. Su principal ventaja sobre otros tipos de modeladores es la alta eficiencia luminosa debido a dos factores: uso más eficiente de la superficie de trabajo del modelador (tasa de utilización - hasta 90%) y menor absorción de energía luminosa por microespejos de "reflexión", que, además, no requieren el uso de polarizadores. Por estas razones, así como relativamente Solución simple problemas de disipación de calor, la tecnología DLP le permite crear dispositivos de proyección potentes con un alto flujo luminoso (actualmente se ha alcanzado el nivel de 18.000 lúmenes ANSI), y proyectores subminiatura (ultraportátiles, microportátiles) para usuarios móviles... Es en estas clases de productos donde la tecnología DLP domina en la actualidad.

Los proyectores DLP modernos se construyen de acuerdo con el esquema con uno, dos y tres cristales DMD (ver dispositivo proyector DLP). Al igual que los dispositivos LCD, se caracterizan por su propia resolución óptica, determinada por el número de microespejos en la matriz DMD, y son los más adecuados para reproducir información gráfica y de video almacenada en formato digital ( Archivos de computadora, Imágenes).

El principio de dar forma a los medios tonos utilizados en ellos (así como una imagen a todo color en dispositivos con una matriz DMD) se basa en la propiedad del ojo humano para promediar la información visual durante un corto período de tiempo y requiere el uso de algoritmos complejos. para recalcular los datos de entrada en secuencias PWM que controlan microespejos (señales con modulación de pulso latitudinal). La calidad de los algoritmos determina en gran medida la precisión del color lograda.

Dispositivo de proyector DLP

Un cristal DMD, de hecho, es un chip semiconductor de memoria estática de acceso aleatorio (SRAM), cada celda de la cual, o más bien su contenido, determina la posición de uno de los muchos (de varios cientos de miles a un millón o más) de microespejos. con dimensiones de 16x16 colocadas en la superficie del sustrato mk.

Al igual que la celda de memoria de control, el microespejo tiene dos estados, que se diferencian en la dirección de rotación del plano del espejo alrededor del eje que pasa a lo largo de la diagonal del espejo. En cada estado, el ángulo entre el plano del espejo y la superficie del microcircuito es de 10 grados. Así, una característica fundamental de cualquier cristal DMD es la presencia de elementos mecánicos móviles en su estructura.
En los proyectores DLP, el cristal DMD actúa como un dispositivo de imágenes. Dependiendo de la posición del microespejo, el flujo de luz reflejado por él se dirige hacia la lente, luego se forma un punto brillante en la pantalla o hacia el absorbedor de luz, luego la sección correspondiente de la pantalla permanece oscurecida.

El principio de formación de imágenes utilizando una matriz DMD (dispositivo de microespejos digitales)

Para reproducir semitonos, se utiliza el método de señales de modulación de ancho de pulso (PWM) que controlan el cambio de espejos. Cuanto más tiempo pase el microespejo en el estado "encendido" durante un intervalo promediado por el ojo de 1/60 de segundo, más brillante será el píxel en la pantalla.

Un ejemplo de la formación de un área de imagen con matrices LCD y DLP Los proyectores DLP modernos se construyen según un esquema con una, dos y tres matrices DMD.

Diseño óptico de un proyector DLP de matriz única

En un proyector DLP de matriz única, el flujo luminoso de la lámpara pasa a través de un filtro giratorio con tres sectores pintados con los colores de los componentes del espacio RGB (en los modelos modernos, se agrega un cuarto a los tres sectores de color: transparente, que permite aumentar el flujo luminoso de un proyector multimedia al visualizar imágenes con un fondo predominantemente claro) ...
Dependiendo del ángulo de rotación del filtro (y, en consecuencia, del color del flujo de luz incidente), el cristal DMD forma imágenes azules, rojas o verdes en la pantalla, que se reemplazan sucesivamente en un corto intervalo de tiempo. Al promediar el flujo luminoso reflejado por la pantalla, el ojo humano percibe la imagen a todo color. Los proyectores DLP más pequeños se están construyendo actualmente de acuerdo con el esquema con un cristal DMD. Se utilizan para presentaciones de negocios móviles, así como para demostraciones de video en color. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en este último caso, el flujo luminoso de un proyector con filtro de color de cuatro sectores resulta ser menor al indicado en el pasaporte técnico, ya que en este modo el sector transparente no funciona. , y la eficiencia de usar el flujo luminoso de la lámpara disminuye.

Diseño óptico de un proyector DLP de dos matrices

En los proyectores de matriz dual DLP, el filtro de color giratorio tiene dos sectores de colores magenta (una mezcla de rojo y azul) y amarillo (una mezcla de rojo y verde). Los prismas dicroicos separan el flujo de luz en componentes, mientras que el flujo rojo se dirige en cada caso a una de las matrices DMD. En el segundo, dependiendo de la posición del filtro, se dirige una corriente azul o verde. Así, los proyectores de dos matrices, a diferencia de los proyectores de una sola matriz, proyectan constantemente una imagen roja en la pantalla, lo que permite compensar la intensidad insuficiente de la parte roja del espectro de radiación de algunas lámparas.

Diseño óptico de un proyector DLP de tres matrices

En los proyectores DLP de tres matrices, el flujo luminoso de la lámpara se divide en tres componentes (RGB) utilizando prismas dicroicos, cada uno de los cuales se dirige a su propia matriz DMD, que forma una imagen de un color. La lente del dispositivo proyecta tres imágenes en color en la pantalla al mismo tiempo, formando así una imagen a todo color.
Debido a la alta eficiencia del uso de la radiación de luz de la lámpara, los proyectores DLP de tres matrices, por regla general, se caracterizan por un aumento del flujo luminoso, alcanzando los 18,000 lúmenes ANSI de los dispositivos más potentes.

Nuevas direcciones

Proyectores laser

Hasta cierto punto, los sucesores de los tubos de rayos catódicos son los proyectores láser, en los que la imagen está formada por la radiación de tres (a veces más) láseres. Herederos - porque la matriz de láseres forma tres haces de los mismos colores, que luego se mezclan y la imagen es creada por un sistema muy complejo de enfoque y escaneo, en el que hay un sistema especial de espejos. En esencia, la formación de una imagen mediante un proyector de este tipo es similar a una imagen en una pantalla de TV CRT: un rayo láser "recorre" la pantalla de proyección de arriba a abajo hasta 50 veces por segundo, y el ojo humano percibe la imagen resultante en su conjunto.

Cabezal emisor desmontado del proyector láser

Al mismo tiempo, se forma una imagen realista en casi cualquier superficie, incluidas las irregulares, y sus características son bastante altas. Desde el año 2000, cuando comenzó la producción en serie de tales proyectores, comenzaron a producir una mejor imagen, pero todavía hay problemas con la reproducción del color, aunque la imagen tiene impresionantes indicadores de contraste y brillo. Estos proyectores siguen siendo en su mayoría herramientas profesionales caras: son innecesariamente grandes y consumen mucha energía. Sin embargo, están diseñados para separar la batería emisora ​​de láseres de alta temperatura de la parte de proyección. Además, la vida útil del láser supera notablemente la vida útil de la lámpara de los proyectores tradicionales, y la energía también se consume menos con parámetros de brillo comparables.

Bueno, el parámetro más importante de los proyectores láser es su capacidad para crear imágenes en diagonales enormes: las pantallas pueden tener un tamaño de varias decenas de metros.

Para obtener una imagen de un objeto, necesitamos al menos el objeto en sí y una lente (o una lente que consta de varias lentes, pero que funcionan como una sola). Para comprender el funcionamiento de un proyector, primero recordemos un curso de física. La propiedad principal de una lente es la siguiente: todos los rayos que entran en la lente paralelos a su eje óptico, habiendo pasado a través de la lente, convergen en un punto del eje óptico. Este punto se llama punto focal y la distancia desde el centro de la lente hasta este punto se llama distancia focal. Lo contrario también es cierto: cualquier rayo que atraviese el foco de la lente y entre en la lente lo deja paralelo al eje óptico. Además, cualquier rayo que atraviese el centro de la lente conserva su dirección.

Miramos el diagrama:

Tenemos un objeto O detrás del foco de la lente ( F ). Para comprender la trayectoria de los rayos, solo debemos considerar los dos puntos extremos del objeto (todos los demás puntos seguirán el mismo patrón). Además, en la construcción geométrica, es suficiente considerar solo dos haces por cada punto (líneas discontinuas): uno que pasa por el centro de la lente, el otro paralelo al eje óptico. Cada par de rayos que pasan de un objeto a través de la lente se cruzan en el otro lado a una distancia mayor al doble de la distancia focal de la lente. En este caso, todos los demás rayos (líneas continuas) que emanan del objeto se cruzarán en el mismo lugar. En la intersección de los rayos, se formará la imagen del objeto. O " y la imagen se invertirá y ampliará. Para verlo, debe colocar una pantalla en este punto.

Para nuestro proyector, el esquema, teniendo en cuenta las proporciones de los componentes, tendrá el siguiente aspecto (las líneas discontinuas no son rayos reales, sino que se utilizan solo para la construcción geométrica):

Para obtener una imagen brillante, el objeto debe emitir luz. En nuestro caso, el objeto no puede emitir luz, pero está en nuestro poder iluminarlo instalando una lámpara detrás del objeto. En los proyectores de película convencionales, la lámpara ilumina la película, en nuestro caso el objeto proyectado es una matriz (panel) de monitor LCD... Para obtener más información sobre la matriz, consulte la sección correspondiente.

Si solo instalamos una lámpara detrás del objeto, obtenemos la siguiente imagen:

Resulta que solo una parte de los rayos de la lámpara, que pasan a través del panel, entran en la lente. Como resultado, obtenemos solo una parte de la imagen en la pantalla. Para evitar esto, se utiliza una segunda lente. Esta lente debe ser al menos tan grande como el panel.

Es casi imposible hacer una lente de vidrio convexo de este tamaño, y su peso sería de decenas de kilogramos. Por lo tanto, el proyector utiliza una lente Fresnel plana. En el foro y en este sitio se utiliza el nombre en jerga diminutiva "fresnel" (femenino). Para obtener más información sobre la lente de Fresnel, consulte la siguiente sección. Por ahora, nos basta con saber que Fresnel es plano, delgado, pero se comporta como una lente convexa normal. Colocando un fresnel entre la lámpara y el panel, obtenemos esto:

En este diagrama, la trayectoria de los rayos está algo simplificada, consulte la sección de óptica para más detalles.

Si consideramos una lámpara (de cualquier diseño) como fuente de luz, tenemos que tener en cuenta que la luz se emite desde ella en todas las direcciones de manera casi uniforme. Nuestra tarea es recolectar el máximo flujo luminoso en el fresnel. Para esto, se utilizan dos elementos adicionales: un reflector esférico y una lente condensadora.

Un reflector esférico está instalado detrás de la lámpara y refleja todos los rayos de la parte posterior de la lámpara. Estrictamente hablando, forma una imagen especular de la lámpara en la propia lámpara. En este caso, la lámpara está ubicada en el centro de la curvatura del espejo, es decir a una distancia de la superficie igual al radio de curvatura de la esfera. Esta distancia, a su vez, es igual a dos veces longitud focal espejo esférico. Utilizando lámpara halógena cuando la luz es emitida por un filamento opaco, este reflejo especular del filamento queda parcialmente oscurecido por el propio filamento. Cuando se usa una lámpara de haluro metálico, en la que la luz es emitida por un arco eléctrico, el reflector es más eficiente: los rayos pasan del reflector a través del arco, duplicando efectivamente el flujo luminoso efectivo.

En este caso, no estoy seguro de la exactitud del término "lente de condensador". Además de este nombre, también conocí "lente de menisco". Si sabe exactamente cómo hacerlo bien, avíseme, lo arreglaré.

Una lente de condensador es una lente cóncava convexa que se coloca entre la lámpara y el Fresnel. Su forma le permite capturar un haz de luz más amplio de la lámpara (en otras palabras, aumentar el ángulo sólido del haz de luz), aumentando así el brillo. En este caso, la longitud del sistema también disminuye. Las lentes de condensador se encuentran en muchos retroproyectores. Es bastante difícil conseguir la lente del condensador por separado.

Todos los esquemas considerados anteriormente son, por así decirlo, lineales, es decir, todos los componentes se encuentran en el mismo eje. Esta es la opción más simple pero menos compacta. Los espejos se pueden utilizar para crear un aparato más compacto. Además, se necesitan espejos con una capa reflectante externa para que la imagen no se duplique. Aquí hay algunas opciones para usar espejos:

La pregunta ingeniosa: ¿cómo se ve el diagrama de la izquierda? Así es, un retroproyector.

Entonces, al construir un proyector, la tarea principal es implementar uno de los esquemas anteriores. Y esto significa que necesita hacer un estuche, conseguir una lente, fresnel, matriz, lámpara, reflector, lente condensador (si es posible), espejos (si es necesario), instalarlo todo en el estuche y proporcionar ventilación. Bueno, o no para hacer el caso si Viene sobre el uso de un retroproyector.