Проектор з чого складається. Пристрій проекторів: принцип роботи, опис і характеристики. Оптична схема одноматричну DLP-проектора

Проекційний апарат / проектор (від латинського projicio - кидаю вперед) - оптекомеханіческій прилад для проектування на екран збільшених зображень різних об'єктів.

Перший проектор винайшов німецький фізик і математик Афанасій Кірхер в 1640р., Назвавши свій апарат «чарівний ліхтар». Апарат, в якому джерелом світла служила свічка, дозволяв створювати на екрані тіньові проекції зображення людей, тварин або предметів, вирізаних з картону.

Сучасні проекційні апарати проектують на екран зображення з екрану монітора і підключаються до ПК. У комп'ютерних проекторах як джерела зображення використовується спеціальний електронно-керований модулятор, на який подається сигнал від відеоадаптера ПК. Модулятор використовується в якості керованого світлофільтру, що модулює світловий потік від лампи проекції.

Конструкції і принципи дії модуляторів відрізняються великою різноманітністю, хоча в основному вони побудовані на базі ЖК-панелей.

У мультимедійному проекторі проекційна лампа, РК матрицяі оптична системаконструктивно розміщуються в одному корпусі, що робить їх схожими на діапроектори, призначені для перегляду слайдів або діафільмів.

За принципом дії мультимедійний проектор не відрізняється від оверхед-проектора: зображення створюється за допомогою потужної проекційної лампи і вбудованого в проектор електронно-оптичного модулятора, керованого сигналом відеоадаптера ПК, а потім за допомогою оптичної системи проектується на зовнішній екран. Основною відмінністю в мультимедійних проекторах є конструкція модулятора і способи побудови і перенесення зображення на екран.

Залежно від конструкції модулятора проектори бувають наступних типів:

• TFT-проектори;
• полісиліконовий проектори
• DMD / DLP-проектори.

Залежно від способу освітлення модулятора мультимедійні проектори поділяють на проектори просветного і відбивної типів .

TFT-проектори

В TFT -Проектор, що відносяться до проекторів просветного типу, як модулятора використовується малогабаритна кольорова активна ЖК - матриця, виконана за технологією TFT. Принцип дії мультимедійного TFT-проектора просветного типу ілюструє рис. 1.

Основним елементом установки є мініатюрна РК матриця , Виконана за технологією TFT, як і ЖК-екран плоскопанельного кольорового монітора . Рівномірне освітлення поверхні РК-матриці досягається за рахунок застосування системи лінз, званої конденсором.

полісиліконовий проектори

Полісиліконовий мультимедійні проектори також відносяться до проекторів просветного типу і застосовуються в тому випадку, коли необхідно отримати більш яскраве зображення. У них використовується не одна кольорова TFT-матриця, а три монохромних мініатюрних ЖК-матриці розміром близько 1,3 ". Кожна з матриць формує монохромне зображення червоного, зеленого або синього кольору. Оптична система проектора, як показано на рис. 2, забезпечує поєднання трьох монохромних зображень, в результаті чого формується кольорове зображення. Така технологія отримала назву полісиліконовий (p— Si ) . Кожен елемент полісиліконовий матриці містить лише один тонкоплівковий транзистор, тому його розмір менше, ніж розмір елемента TFT-матриці, що дозволяє підвищити чіткість зображення.

Цветоделітел'ная системаполісиліконовий проектора , Що складається з двох дихроїчних (D 1 D 2 ) і одного звичайного (N 1) дзеркал (рис.2), використовується для розкладання білого світла проекційної лампи на три складові основних кольорів (червоний, зелений, синій).

Кольороподіл необхідно виконати для того, щоб подати на кожну з трьох монохромних матриць світловий потік відповідного кольору. Дихроичное (цветоделітельние) дзеркало пропускає світло тільки однієї довжини хвилі (один колір) і являє собою добре відполіровану скляну підкладку з нанесеною на нього тонкою плівкою з діелектричного матеріалу.

система цветосмешенія полісиліконовий проектора складається з двох дихроїчних (D 3 D 4 ) і одного відображає (N 2 ) дзеркал і служить для отримання кольорового зображення шляхом накладення одного на інший трьох монохромних зображень, створюваних відповідними ЖК-матрицею.

Полісиліконовий проектори забезпечують більш висока якістьзображення, яскравість і насиченість кольорів у порівнянні з проекторами на основі TFT-матриць . вони надійніші в роботі і довговічні , Оскільки три ЖК-матриці працюють в менш напруженому тепловому режимі, ніж одна. Завдяки цьому полісиліконовий проектори можна використовувати при проектуванні зображення на великий екранв таких приміщеннях, як конференц-зали, кінотеатри.

DMD / DLP-проектори

ЖК-проектори відбивної типу призначені для роботи в великих аудиторіях і відрізняються за принципом дії: модуляції піддається не проходить, а відбитий світловий потік.

В даний час найбільш використовуваної в конструкціях ЖК-проекторів відбивної типу є технологія DMD / DLP, Розроблена фірмою Texas Instruments.

В DMD/ DLP-Проектор відбивної типу випромінювання джерела світла модулюється зображенням при відображенні від матриці.

У DMD / DLP-проекторах як відбиває використовується матриця, що складається з безлічі електронно - керованих мікродзеркал, розмір кожного з яких близько 1мкм. Кожне мікродзеркал має можливість відображати падаюшій й нього світло або в об'єктив, або в поглинач, що визначається рівнем поданого на нього електричного сигналу. При потраплянні світла в об'єктив утворюється яскравий піксель екрану, а в поглинач - темний.Такі матриці позначаються абревіатурою DMD (Digital Micromirror Device- цифровий мікродзеркальний прилад) , А технологія, на якій заснований їх принцип дії, - DLP (Digital Light Processing - цифрова обробка світла).

Як правило, в одній DMD-матриці міститься близько 848 х 600 = 508 800 мікродзеркал, що перевершує SVGA-дозвіл (800 × 600 = 480 000 пікселів).

Для отримання кольорового зображення використовуються проектори двох варіантів: з трьома або однієї DMD-матрицею.

трьохматрична проектор, Схема якого дана на рис. 3, за способом формування кольорового зображення аналогічний полісиліконовому (див. Рис. 2).

В одноматричну DMD / DLP-проекторахповний кольоровий кадр формується в результаті послідовного накладення трьох швидко мінливих монохромних кадрів: чорно-червоного, чорно-зеленого і чорно-синього.Зміна монохромних кадрів на екрані непомітна завдяки інерційності людського зору. Монохромні кадри утворюються при послідовному висвітленні DMD-матриці променем червоного, зеленого і синього кольорів. Луч кожного кольору утворюється за рахунок пропускання світлового потоку г проекційної лампи через обертовий диск з червоним, зеленим і синім світлофільтрами, як це показано на схемі одноматричну проектора (рис. 4). Управління мікродзеркалах синхронізовано з поворотом світлофільтру.

Схема одноматричну відбивної мультимедійного проектора

У порівнянні з ЖК-технологіями технологія DLP володіє наступними перевагами:

• практично повною відсутністю зернистого вигляду,
• високою яскравістю і рівномірністю його розподілу.

До недоліків одноматричну DMD-проекторів слід віднести помітне мелькання кадрів.

В епоху технологій високої чіткості проектори набирають все більшої популярності, адже вони дозволяють відтворити атмосферу справжнього кінотеатру в домашніх умовах. Безумовно, цю ідею можна реалізувати також за допомогою РК-телевізора з великою діагоналлю екрану і підтримкою стандарту відео 4K.

Однак контент з таким дозволом поки ще рідкість, та й телевізори цього класу коштують недешево. Сучасні ж проектори Full HD здатні забезпечити чудову якість зображення, крім того, вони займають значно менше місця.

LCD проти DLP

В сучасних проекторах використовуються технології LCD (Liquid Crystal Display) і DLP (Digital Light Processing), що розрізняються за принципом формування зображення. У випадку з DLP роль пікселя виконує мініатюрне дзеркальце. Перед набором таких «пікселів» встановлено, що обертається світлофільтр, розділений на кольорові сегменти.

Світло передається через світлофільтр, потрапляє на дзеркала і відбивається від них на екран. Технологія LCD використовує матриці, які висвітлюються відбитим з системи дзеркал світлом. Кожне дзеркало є світлофільтром і подає на матрицю тільки один з трьох основних кольорів.

Безумовно, обидві ці технології мають як достоїнствами, так і недоліками: наприклад, LCD-проектори забезпечують насичені кольори, а DLP-рішення мають вищу роздільну здатність. З мінусів LCD-моделей варто відзначити меншу глибину чорного кольору, а у DLP-проекторів - наявність «ефекту веселки». Однак в сучасних пристрояхці недоліки практично непомітні.

За результатами наших різних порівняльних тестів LCD-проектори нехай і не набагато, але все ж випереджають за якістю картинки DLP-рішення. Як відомо, проекційну технологію LCD розробила японська компанія Epson, а перший пристрій на основі такого принципу був створено ще 25 років тому. Всі ці роки технологія істотно поліпшувалася і допрацьовувалася.

3D-проектор від Epson вартістю 75 000 рублей підтримує дозвіл Full HD, дозволяє підключати смартфони та планшети по роз'єму HDMI MHL і здатний відображати картинку з діагоналлю до 300 "

Магія великого екрану. Приглушене світло, широкий кут огляду, ефект повного занурення в події дійство. Ні, повністю замінити кіно телебаченням навряд чи вийде і чи це доцільно - різні у них завдання. "Ніколи ТБ не замінить газет - спробуйте подрімати, прикривши обличчя телевізором". Але протиставляти одне іншому і не варто: відеопроектори - ось вихід для вирішили влаштувати "своє кіно". І зробити це зовсім не складно - сьогодні на ринку безліч відеопроекторів. Розкид цін від сотень доларів до сотень тисяч за апарат дає зрозуміти, що відеопроектори, м'яко кажучи, бувають різні. Різні технології, а значить - характеристики і сфери застосування.

Розглянемо основні технології, які використовуються на ринку сучасних проекторів, трохи більш докладно, ніж це дозволяє зробити пара-трійка рядків прес-релізів.

CRT(Cathode Ray Tube або ЕПТ - проектори на основі електронно-променевих трубок)

Це найперша технологія проектування відеозображення на зовнішній екран. Зародилася вона ще в 50-і роки минулого століття. Рішення цілком логічне для того часу: раз променеві трубки так успішно використовуються в телевізорах, варто спробувати зробити проектор на основі таких же трубок.

Загальний принцип полягає в наступному: три спеціальні електронно-променеві трубки підвищеної яскравостіформують загальне зображення. Кожна трубка, зазвичай "чорно-біла", діагоналлю дюймів в дев'ять, передає один з базових кольорів (червоний, зелений і синій - фарбованих світлофільтрами) і через свій об'єктив проектує на зовнішній екран. Шляхом дуже точного налаштування три зображення поєднуються на проекційному екрані в єдине ціле. Такий собі гіпертрофований кольоровий телевізор, де в якості електронних гармат використовуються електронно-променеві трубки з об'єктивами, а роль кольорового люмінофора виконують світлофільтри.

Дивитися проектується CRT-проектором зображення бажано в повністю затемненому приміщенні - яскравість у них не найвища. Проектор важкі в установці: як фізично не найлегші, так і з огляду на необхідність прецизійної юстирування - доводиться окремо налаштовувати різкість і геометрію по всім трьом колірних каналах.

Широко поширена думка, що ці проектори дають найякіснішу відеозображення. Справа тут, швидше за все, ось у чому: проектори на ЕПТ не мають цифрових артефактів інтерполяції - принцип формування кадру у них самий що ні на є аналоговий. Рядкова і кадрова розгортки формують кадр строго відповідно до формату - будь то 720х576 для PAL або 640х480 для NTSC. Навіть більше того, якщо кількість рядків визначається форматом і жорстко фіксоване, то про кількість точок в рядку в аналоговій системі говорити навіть якось дивно. Більш коректно - горизонтальна чіткість, яка залежить від верхньої граничної частоти пропускання видеоусилителя. Аналогове мовне якість (студійне) - це 800-900 вертикальних ліній. Для прикладу: побутові відеомагнітофони формату VHS - 240 ліній, S-VHS і Video Hi8 - 400 ліній, цифровий формат DV - 500 ліній (на компонентних виходах).

LCD(Liquid Crystal Display або РКІ - проектори на основі рідкокристалічних індикаторів)

Якщо в моніторах на зміну ЕЛТ прийшли ЖК, то варто було цього очікувати і в технологіях відеопроекторів .. Зупинимося докладніше лише на відмінностях.

Кольорове зображення формується невеликий ЖК матрицею (діагоналлю в дюйм-два) і потужною лампою підсвічування проектується через об'єктив на екран. Матриця працює на просвіт, на відміну від D-ILA технології, про яку трохи пізніше.

Схоже, це найдоступніша на сьогодні технологія - проектори стартують доларів від 800 за бюджетні моделі. добре відпрацьовані схемні рішення, Відсутність механічно рухомих частин (крім, можливо, моторизованих приводів об'єктивів), надійність цифрових технологій - ось основні причини популярності проекторів на базі LCD. У такій "бочці меду", звичайно, не обійтися без проблем. Головна - видима пикселизация зображення, викликана технологічними причинами. Непомітні на око кордону між пікселями (субпикселов) на ЖК моніторах при значних збільшеннях стають помітними на великих екранах. Проблему намагаються вирішувати з різним ступенем успішності. Хтось зменшує до межі кордону між окремими осередками ЖК матриці, хтось пропонує три матриці - по одній для кожного базового кольору - з невеликим зсувом, щоб перекрити чорну сіточку, проецируемую на екран. Друге, що доводиться вирішувати виробникам - це підвищення контрасту. Просвітити наскрізь LCD-матрицю з пари пластин, шару рідких кристалів, поляризатора і світлофільтрів - значить знизити яскравість білого. Просто підвищити яскравість лампи підсвічування - втратити глибину чорного. Втім, в кращих зразках LCD-проекторів виробники вирішують ці проблеми, що не може не призводити до їх значного подорожчання.

DLP(Digital Light Processing - цифрова обробка світла)

У двох словах - це як пускати дзеркальцем сонячні зайчики. Основою проектора є спеціальний DMD-чіп (Digital Micromirror Device - цифрове мікродзеркальна пристрій). Поверхня чіпа складається з величезної кількості крихітних дзеркал, які можуть відхилятися при подачі на них напруги. Відбитий від такого дзеркальця промінь залишається поза увагою (а значить і на екран) - так формується чорна точка. Якщо ж дзеркальце не відхилена від площини чіпа, точка на екрані буде білою. Проміжні значення яскравості формуються, коли дзеркальце направляє відбитий промінь в об'єктив. Кожне дзеркальце відповідає за свою точку створюваної на екрані картинки.

Надати зображенню колір в такій системі можна двома способами. Перший - "одночіповий". Як видно з назви - в системі використовується один DMD-чіп (пристрій, варто зауважити, недешеве). На ньому послідовно утворюється светотеневая картинка для кожного базового кольору (червоного, зеленого, синього). Фарбування відбувається за допомогою обертового диска-світлофільтру з секторами відповідних кольорів. Другий спосіб - "трехчіповий". Тут дорогих чіпів не пошкодували - для кожного з базових квітів використовується свій чіп і картинка формується відразу.

Просвічувати наскрізь тут нічого не потрібно, тому яскравість зображення у таких проекторів дуже висока. Чорне - повна відсутність світла, так як "зайчик" від повернувшегося дзеркальця зовсім залишається поза увагою, а значить значення контрасту також максимально можливе. Зазори між дзеркальцями тут теж мінімальні, а тому немає властивої LCD-проекторів "сіточки" на великому екрані. У перших моделях був сильно помітний "ефект веселки" - кольорові ореоли навколо контрастних або швидко рухомих об'єктів. Викликано це тим, що зображення формується послідовно трьома базовими кольорами і при русі контрастних об'єктів на екрані виходило щось на зразок кольорових біжать вогнів. Борються з цим явищем по-різному: від підвищення частоти послідовного проектування картинок базових квітів, для чого диск світлофільтрів містить до семи секторів (по два на базові червоний-синій-зелений плюс смарагдовий), до використання трьох чіпів для одночасного проектування.

D-ILA(Direct Drive Image Light Amplifier - підсилювач світла зображення з прямим управлінням)

Це технологія, яка поєднує в собі переваги LCD і DLP. Виникла на перетині їх підходів у формуванні зображення - надійності рідких кристалів з ефективністю відбиття світла.

Світловий потік модулюється в ЖК матриці, як і в LCD-проекторах, але світло не проходить матрицю наскрізь, а відбивається від електродів пікселів як від мікрозеркалец в DLP. Світло проходить тільки через скло, прозорі електроди і шар рідких кристалів. Вся ж електронна розводка (перемикачі і компоненти, що забезпечують адресацію до осередків матриці) залишається під шаром відображають електродів і не перешкоджає проходженню світла як в "чистому" LCD-проекторі. Відображає практично вся поверхня матриці, за винятком ізоляції між електродами.

Головною перевагою D-ILA технології над LCD і DLP є високе відношення апертури. Якщо для LCD технології площа, пропускає світло крізь себе, становить до 60% від загальної площі пікселя, для DLP площа відображення мікрозеркальцем - близько 80%, то для технології D-ILA ця площа може досягати 95%. Це робить пікселізація зображення практично непомітною. Крім того, зменшуються втрати фототеплового перетворення, так як майже весь світловий потік відбивається, що дозволяє збільшити потужність лампи підсвічування. Іншою стороною медалі (високого відносини апертури) є те, що матрицю HD дозволу можна зробити не крупніше ніж діагоналлю в один дюйм, а значить отримати досить компактний проектор.

LDT (Laser Display Technology - технологія лазерного дисплея)

Новітня технологія проектування відео на великий екран. Перші серійні зразки з'явилися тільки в 2000 році, незважаючи на те, що самі лазери з'явилися відносно давно. Заважало те низьке ККД і високе енергоспоживання газорозрядних лазерів, то занадто мала потужність і "недолік кольоровості" лазерів напівпровідникових. Але ось технологічні обмеженнябули подолані, і на ринок виходять проекційні телевізори і відеопроектори на напівпровідникових лазерах.

Три лазера випромінюють світло в червоному, зеленому і синьому спектрі видимого діапазону. Яскравість випромінювання кожного лазера змінюється електрооптичними модуляторами відповідно до видеосигналом на вході. Три модульованих кольорових променя збираються дзеркалами і призмами в єдиний пучок, який подається на обертові дзеркала рядкової розгортки і хитається дзеркало кадрової - подібно растру ЕПТ.

Основною відмінністю LDT проектора є те, що йому не потрібен об'єктив. Лазер дає паралельний пучок світла, з однаково різким плямою на великому діапазоні відстаней. Це позбавляє вас від необхідності наводити на різкість при установці проектора на різних відстанях від екрану, так і дає абсолютно нову якість: можливість проектування на найрізноманітніші, в тому числі і нерівні, поверхні. Навіть якщо проектувати зображення на циліндричні поверхні або на плоскі, але під великим кутом - зображення буде різким по всій площі. Чистота і сталість базових квітів, які визначаються характеристиками використовуваних лазерів, дають яскраву, соковиту і контрастну картинку, недоступну при використанні інших технологій.

Це пристрій, що підключається до комп'ютера або ноутбука, планшету, відеокамері і т.д. для отримання зображення на проекційному екрані.
Для роботи проектора не потрібно будь-яких спеціальних програм. Робота з проектором подібна роботі з комп'ютерним або відео монітором. на пульті дистанційного керуванняпроектором є регулювання яскравості і контрастності зображення.

Проектори для офісних презентацій не потребують складної і частою регулюванню. Такі проектори можна включати і працювати з ними, не читаючи інструкції. Усередині корпусу проектора знаходиться джерело світла лампа або лазерний світлодіод і перетворювач вхідного сигналу в зображення. Як правило, проектор має вхід для підключення сигналу від комп'ютера і один або два входи для комутації сигналів відео. У проекторах є також аудіо входи для відтворення звуку на вбудовані динаміки. Проектор Мультисистемність і працюють з усіма стандартами відео (PAL / SECAM / NTSC). Це означає, що ви можете відтворювати будь-яку телевізійну програму і записи з відеокасет і лазерних дисків.

Яскравість і графічне дозвіл зображення-це найважливіші властивості проекторів для презентацій. Говорячи про яскравість проекторів, ми будемо мати на увазі світловий потік проектора, тобто кількість світла, що випромінюється проектором. Світловий потік не залежить ні від розміру екрану, ні від відстані від об'єктива проектора до площини екрану і вимірюється в ANSI люменах. Світловий потік сучасних офісних проекторів перевищує 1000 ANSI-люменів, що дозволяє проводити презентації при звичайному штучному світлі.

Для відтворення відео рекомендується використовувати проектори з графічним дозволом не менше 800х600 пікселів SVGA. для якісного відтвореннякомп'ютерного зображення з дрібними деталями вибирайте проектор з графічним дозволом не менше 1024х768 пікселів XGA. Для комп'ютерних програм з підвищеними вимогами по контрастності і графічного дозволу зображення застосовуйте проектори з графічним дозволом 1400х1050 точок SXGA +.

Оптична схема проекторів зі стандартними об'єктивами влаштована так, що нижній край зображення виявляється на рівні об'єктива проектора. У більшості моделей проекторів передбачена можливість корекції вертикальних трапецієподібних перекручувань, що виникають при розташуванні проектора значно вище або нижче нормального робочого стану. Проектор формують зображення заданого розміру. При використанні стандартних об'єктивів з коефіцієнтом 2: 1 відстань від об'єктива проектора до площини екрану збігається з подвоєною шириною екрану. Довжина штатного комп'ютерного кабелю зазвичай не перевищує 3 м, чого цілком достатньо роботи в офісі. При необхідності допускається використання комп'ютерних кабелів довжиною до 15 м. Довжина штатного відео кабелю також не велика, однак при необхідності для передачі сигналу відео можна використовувати професійні відео кабелі довжиною до 100 м.

Як джерело світла в проекторах використовуються надійні металогалоїдні або металлогалогеновие лампиз терміном служби не менше 2000 годин. Всі ці лампи по суті є ртутними лампами в які додані солі йоду і брому. Ці лампи дуже потужні і поставляються в спеціальному ламповому модулі, який включає лампу, відбивач і власне сам модуль з контактами і направляючими для установки в певний проектор. При виході з ладу лампи проектора змінюється весь ламповий модуль в зборі. Термін служби лампи значно скорочується при порушенні умов охолодження і вентиляції, тому правильно вимикайте проектор і стежте за чистотою повітряних фільтрів.

При використанні проектора в режимі офісної експлуатації по 2 години на добу щодня, включаючи вихідні та святкові дні, однієї лампи вистачить на термін не менше, ніж на два з половиною роки.

Мультимедійні проектори: базові технології

Серед розроблених на сьогоднішній день технологій видачі зображення на проекційний екран можна виділити чотири основні, які отримали найбільш широке застосування в комерційних продуктахпровідних виробників і різняться в першу чергу типом елемента, використовуваного для формування зображення:

У кожному разі властивості формувача визначають основні переваги та недоліки технології, а, отже, і область застосування створених на її основі проекційних апаратів.

CRT-технологія.

Мультимедійні проектори на базі електронно-променевих трубок (CRT) випускаються протягом вже декількох десятиліть. Але, не дивлячись на появу сучасніших технологій, за якістю відтворення зображення (дозвіл, чіткість, точність передачі кольору), рівню акустичного шуму (менше 20 дБ) і тривалості безперервної роботи (10 000 годин і більше) вони до сих пір не мають собі рівних. Жодна інша технологія поки не забезпечує настільки ж глибокий рівень чорного і настільки ж широкий динамічний діапазон яскравості зображення, завдяки яким CRT-проектори дозволяють розрізняти деталі навіть при демонстрації затемнених сцен. Фізичні характеристики флюоресцирующего покриття екрану трубки (див. Пристрій CRT-проектора) виключають втрату інформації при відтворенні відеосигналів різних стандартів (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA і т. Д.), А подібність технології виробництва використовуваних в проекторах трубок з телевізійними забезпечує точність передачі кольорів без застосування алгоритмів гамма-корекції.

Володіючи безсумнівними достоїнствами, особливо при демонстрації відео, CRT-проектори мають і ряд істотних недоліків, що обмежують сферу їх застосування. При значних габаритах і масі в кілька десятків кілограм вони програють сучасним портативним мультимедіа-проекторів в яскравості. При характерному для них світловому потоці в межах від 100 до 300 ANSI-лм перегляд програм можливий лише за відсутності зовнішнього освітлення. Для досягнення найкращої якості зображення при інсталяції CRT-проектора потрібно виконати безліч тонких налаштувань(Зведення променів, баланс білого і т. Д.), Що вимагає залучення кваліфікованого персоналу. Тим часом, після переміщення апарата на нове місце, заміни вийшов з ладу компонента або природного догляду параметрів з плином часу все процедури необхідно повторити заново. Таким чином, до досить високою ціною самого пристрою можуть додатися значні експлуатаційні витрати.

Пристрій CRT проектора

Найбільш досконалі CRT-проектори будуються на трьох електронно-променевих трубках з розміром екрану від 7 до 9 дюймів по діагоналі. Кожна трубка відтворює один з базових квітів простору RGB - червоний, зелений або синій.

Виділені з вхідного сигналу колірні складові керують роботою модуляторів відповідних трубок, змінюючи інтенсивність електронного променя, який під впливом магнітного полявідхиляє сканує внутрішню поверхню екрану трубки з фосфорним покриттям. Таким чином на екрані трубки формується зображення одного кольору. За допомогою лінзи воно проектується на зовнішній екран, де змішується з проекціями від двох інших трубок для отримання повнокольорового картинки.

Переваги CRT:

• Висока якість зображення
• Велика тривалість безперервної роботи
• Глибокий рівень чорного (контрастність)
• Практично необмежену дозвіл
• Низький рівень шуму, достатність пасивного охолодження
• Випробувана часом технологія (понад півстоліття)

Недоліки CRT:

• Низький рівень яскравості
• Необхідна періодична калібрування
• нечітка геометрія
• Не рекомендується для статичних зображень

LCD-технологія

У мультимедійних проекторах, виконаних за технологією LCD (Liquid Crystal Display), функції формувача зображення виконує LCD-матриця просветного типу. За принципом дії такі апарати нагадують звичайні діапроектори (див. Пристрій LCD-проектора) з тією різницею, що проектується на зовнішній екран зображення формується при проходженні випромінюваного лампою світлового потоку не через слайд, а через рідкокристалічну панель, що складається з безлічі електрично керованих елементів - пікселів . Залежно від величини прикладеного до кожного такого елементу змінної напруги змінюється його прозорість, а, отже, і рівень освітленості ділянки екрану, на який проектується даний піксель.

LCD-технологія дозволила істотно здешевити проекційні апарати, зменшити їх габарити і одночасно збільшити випромінюється ними світловий потік (в найбільш потужних моделяхвін досягає і 10000 ANSI-лм). Вона природним чином адаптована до відтворення відеосигналів від комп'ютерних джерел, а також збережених в цифровому форматі відеофайлів. LCD-проектори прості у використанні і налаштуванні і зберігають свої параметри після транспортування. Саме тому вони широко застосовуються в бізнес-сфері для проведення презентацій і демонстрації шоу-програм.

Разом з тим, через обмеженість власного оптичного дозволу, що визначається числом пікселів в жидкокристаллической матриці формувача зображення, LCD-проектори відтворюють без спотворення сигнали тільки одного, як правило, комп'ютерного стандарту SVGA, XGA і т. Д. Для відтворення сигналів інших стандартів, в тому числі телевізійних, застосовуються спеціальні алгоритми перетворення графічної інформаціїдо природного для даного проектора цифрового формату. Наявність непрозорих проміжків між окремими пікселями в рідкокристалічних матрицях призводить до появи на екрані сітки, помітною з близької відстані. З переходом на полісиліконовий матриці з більш щільною структурою пікселів і здатністю XGA і вище цей недолік стає практично непомітним, а постійне вдосконалення алгоритмів формування кольорового зображення значно покращує його якість в порівнянні з моделями більш ранньої розробки.

Пристрій LCD проектора

Принцип роботи рідкокристалічних матриць, використовуваних в LCD-проекторах як формувачів зображення, грунтується на властивості молекул рідкокристалічного речовини змінювати просторову орієнтацію під впливом електричного поля і надавати поляризующий ефект на світлові промені. У багатошаровій структурі матриці, що представляє собою прямокутний масив безлічі окремо керованих елементів (пікселів), шар рідких кристалів поміщається між скляними пластинами, на поверхні яких нанесені борозенки. Завдяки їм, у всіх елементах матриці вдається зорієнтувати молекули ідентичним чином, причому, внаслідок взаємно перпендикулярним розташуванням борозенок двох пластин, орієнтація молекул змінюється в міру віддалення від однієї з них і наближення до іншої на 90 градусів.

Пропущений через такий шар рідкокристалічного речовини поляризоване світло (див. Рис.) Також змінює площину поляризації на 90 градусів. Тому структура, в яку додані вхідний і вихідний поляризаційні фільтри з взаємно перпендикулярними осями поляризації (a і b), виявляється прозорою для зовнішнього світлового потоку, частково слабшає при проходженні вхідного поляризатора.

Перебуваючи під впливом електричного поля, молекули рідкокристалічного шару змінюють свою орієнтацію, і кут повороту площини поляризації світлового потоку помітно зменшується. У цьому випадку велика частина світлового потоку поглинається вихідним поляризатором. Таким чином, керуючи рівнем електричного поля, можна змінювати прозорість елементів матриці.

У LCD-панелях з активною адресацією пікселів, виконаних з застосуванням підкладок з аморфного кремнію, кожен елемент працює під управлінням окремої тонкопленочного транзистора (TFT - Thin Film Transistor).

Сам транзистор і сполучні провідники, займаючи значну частину поверхні матриці, знижують її світлову ефективність, перешкоджаючи збільшенню дозволу, що визначається числом пікселів.

Перехід на полісиліконовий технологію (p-Si), широко застосовується в сучасних LCD-проекторах, дозволив перенести елементи схеми управління в шар полікристалічного кремнію і помітно зменшити розміри провідників і керуючих транзисторів. Тим самим, вдалося підвищити світлову ефективність матриць і забезпечити умови для збільшення їх дозволу. Додатковий виграш по світловому потоку в деяких LCD-матрицях забезпечує мікролінзовий растр - кожен елемент матриці забезпечується власної мікролінз, що направляє світловий потік через прозору область. Подібні матриці сьогодні застосовуються в багатьох LCD-проекторах.

Сучасні LCD-проектори виконуються на базі трьох полісиліконовий рідкокристалічних матриць, розміром, в основному, від 0.7 до 1.8 дюймів по діагоналі. Структурна схема такого проектора представлена ​​на малюнку.

Світлове випромінювання лампи за допомогою конденсора перетворюється в рівномірний світловий потік, з якого діхроічние дзеркала-фільтри виділяють три колірні складові (червону, синю і зелену) і направляють їх на відповідні LCD-матриці. Сформовані ними кольорові зображення об'єднуються в цветосмесітельном призматичному блоці в одне повнокольорове, яке потім через об'єктив проектується на зовнішній екран.

Об'єктив з блоком ЖК матриць. До кожної матриці йде контактний шлейф.

D-ILA-технологія

Відносно недавно розроблена компанією Huges-JVC технологія D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier) ​​фактично є першим комерційним втіленням так званої технології LCOS, що представляє, на думку більшості експертів, одне з найбільш перспективних напрямків в області створення проекційного обладнання. Подібно LCD-технології вона базується на властивостях рідких кристалів, проте, замість звичайних просвітні матриць на основі аморфного або полікристалічного кремнію, передбачає використання в якості формувачів зображення приладів відображає типу (див. Пристрій D-ILA-проекторів). У матриці D-ILA светомодулірующій рідкокристалічний шар розташовується поверх підкладки з монокристалічного кремнію, на якій фотолітографічним способом сформовані керуючі пікселями електроди, які одночасно виконують функції відображають елементів. Майже вся схема управління матрицею розміщується безпосередньо в підкладці, що забезпечує даної технології ряд істотних переваг в порівнянні з LCD-панелями. Матриці D-ILA простіше у виготовленні і при менших розмірах можуть мати істотно більш високу роздільну здатність. Ефективність використання площі кристала в них досягає 93%, що практично виключає прояв гратчастої структури на екрані.

Більшість випущених до теперішнього часу D-ILA-проекторів базуються на матрицях з роздільною здатністю SXGA (1365х1024 пікселів) і, володіючи світловим потоком в межах від 1000 до 7000 ANSI люмен, характеризуються порівняно великою масою і високою ціною. Крім того, існують і матриці підвищеного дозволу QXGA (2048х1536 пікселів) розміром 1.3 дюйма по діагоналі. Останні забезпечують повноцінне (без використання алгоритмів стиснення) відтворення відеосигналів стандарту HDTV (1080i).

Пристрій D-ILA проекторів

У D-ILA проекторах функції формирователей зображення виконують рідкокристалічні матриці відображає типу, що характеризуються високою роздільною здатністю і світловою віддачею.

Структура матриці D-ILA

Матриця D-ILA є багатошаровою структуру, розміщену на підкладці з монокристалічного кремнію. Всі компоненти схеми управління виконані по компліментарної технології CMOS і розташовуються за светомодулірующім шаром рідких кристалів. Це дозволяє істотно збільшити щільність розміщення пікселів, розміри яких можуть становити всього кілька мікронів, і забезпечити високу ефективність використання площі кристала (досягнутий рівень - 93%).

Перевагою технології є також можливість формування светомодулірующего шару і схеми управління в ході єдиного технологічного процесу. Що відображають властивості матриці визначаються станом шару рідких кристалів, мінливого під впливом змінної електричної напруги, яке формується між відображають пиксельними електродами і загальним для всіх пікселів прозорим електродом.
D-ILA матриці витримують істотне підвищення температури, що дозволяє застосовувати в проекторах, виконаних на їх основі, потужні джерела світла.

Проектор D-ILA будуються по трьохматричної схемою (кожна матриця формує зображення одного з базових квітів RGB-простору) і демонструють чудове зображення, на якому практично непомітна піксельна структура. Вони з рівним успіхом можуть бути застосовані для відтворення комп'ютерних і відеосигналів, проте в силу новизни технології спектр випускаються на сьогоднішній день пристроїв відносно невеликий

DLP-технологія

Що лежить в основі будь-якого DLP-проектора технологія цифрової обробкисвітла (DLP) базується на розробках корпорації Texas Instruments, що створила новий тип формувача зображення - цифрове мікродзеркальна пристрій DMD (Digital Micromirror Device). DMD-формувач представляє собою кремнієву пластину, на поверхні якої розміщені сотні тисяч керованих мікродзеркал. Головна його перевага в порівнянні з формувачами іншого типу полягає у високій світловий ефективності, обумовленої двома факторами: більш ефективним використанням робочої поверхні формувача (коефіцієнт використання - до 90%) і меншим поглинанням світлової енергії працюють "на відображення" мікродзеркалах, які до того ж не вимагають застосування поляризаторів. В силу цих причин, а також щодо простого рішенняпроблеми відводу тепла, DLP-технологія дозволяє створювати як потужні проекційні апарати з великим світловим потоком (в даний час досягнуто рівня 18000 ANSI-лм), так і надмініатюрні проектори (ультрапортативні, мікропортатівние) для мобільних користувачів. Саме в цих класах продуктів DLP-технологія сьогодні домінує.

Сучасні DLP-проектори будуються за схемою з одним, двома і трьома DMD-кристалами (див. Пристрій DLP-проектора). Як і LCD-апарати, вони характеризуються власним оптичним дозволом, що визначаються числом мікродзеркал в DMD-матриці, і найкращим чином пристосовані для відтворення графічної і відеоінформації, що зберігається в цифровому форматі ( комп'ютерні файли, Зображення).

Використовуваний в них принцип формування напівтонів (а також повнокольорового зображення в пристроях з одного DMD-матрицею) ґрунтується на властивості людського ока усереднювати візуальну інформацію за короткий проміжок часу і вимагає застосування складних алгоритмів перерахунку вхідних даних в керуючі мікродзеркалах ШІМ-послідовності (сигнали з широтно- імпульсною модуляцією). Якість алгоритмів багато в чому визначає досягається точність передачі кольору.

Пристрій DLP- проектора

DMD-кристал, по суті, являє собою напівпровідникову мікросхему статичної оперативної пам'яті (SRAM), кожна клітинка якої, а точніше її вміст, визначає положення одного з безлічі (від декількох сотень тисяч до мільйона і більше) розміщених на поверхні підкладки мікродзеркал з розмірами 16х16 мк.

Як і керуюча комірка пам'яті, мікродзеркал має два стани, що відрізняються напрямком повороту дзеркальної площини навколо осі, що проходить по діагоналі дзеркала. У кожному стані кут між площиною дзеркала і поверхнею мікросхеми становить 10 градусів. Таким чином, принциповою особливістю будь-якого DMD кристала є наявність в його структурі рухомих механічних елементів.
У DLP проекторах DMD кристал виконує функції формувача зображення. Залежно від положення мікродзеркала відбитий їм світловий потік направляється або в об'єктив тоді на екрані формується світла пляма, або в светопоглотітель тоді відповідну ділянку екрану залишається затемненим.

Принцип формування зображення за допомогою DMD-матриці (Digital Micromirror Device)

Для відтворення півтонів застосовується метод широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) сигналів, керуючих перемиканням дзеркал. Чим більше часу протягом усредняемого оком інтервалу в 1/60 секунди мікродзеркал проводить в стані "включено", тим яскравіше піксель на екрані.

Приклад формування ділянки зображення LCD і DLP матрицями Сучасні DLP-проектори будуються за схемою з одним, двома і трьома DMD-матрицями.

Оптична схема одноматричну DLP-проектора

У одноматричну DLP-проекторі світловий потік лампи пропускається через обертовий фільтр з трьома секторами, пофарбованими в кольори складових простору RGB (в сучасних моделях до трьох кольоровим секторам доданий четвертий - прозорий, що дозволяє збільшити світловий потік мультимедійного проектора при демонстрації зображень з переважним світлим фоном) .
Залежно від кута повороту фільтра (а, отже, і кольору падаючого світлового потоку) DMD-кристал формує на екрані синю, червону або зелену картинки, які послідовно змінюють одна одну за короткий інтервал часу. Усереднюючи відображаються екраном світловий потік, людське око сприймає зображення як повнокольорове. За схемою з одним DMD-кристалом в даний час будуються найбільш мініатюрні DLP-проектори. Вони застосовуються для проведення мобільних бізнес-презентацій, а також для демонстрації кольорового відео. Слід, однак, враховувати, що в останньому випадку світловий потік проектора з чотирьох секторних кольоровим фільтром виявляється нижче зазначеного в технічному паспорті, т. К. В цьому режимі прозорий сектор не працює, і ефективність використання світлового потоку лампи знижується.

Оптична схема двухматрічного DLP-проектора

У двухматрічних DLP-проекторах обертається кольоровий фільтр має два сектори пурпурного (суміш червоного з синім) і жовтого (суміш червоного і зеленого) квітів. Діхроічние призми поділяють світловий потік на складові, при цьому потік червоного кольору в кожному випадку направляється на одну з DMD-матриць. На другу в залежності від положення фільтра направляється потік або синього, або зеленого кольору. Таким чином, двухматрічние проектори, на відміну від одноматричну, проектують на екран картинку червоного кольору постійно, що дозволяє компенсувати недостатню інтенсивність червоної частини спектру випромінювання деяких ламп.

Оптична схема трьохматрична DLP-проектора

У трьохматрична DLP-проекторах світловий потік лампи за допомогою дихроїчних призм розщеплюється на три складових (RGB), кожна з яких спрямовується на свою DMD-матрицю, яка формує картинку одного кольору. Об'єктив апарату проектує на екран одночасно три кольорових картинки, формуючи таким чином повнокольорове зображення.
Завдяки високій ефективності використання світлового випромінювання лампи, трьохматричні DLP-проектори, як правило, характеризуються підвищеним світловим потоком, що досягає у найбільш потужних апаратів 18000 ANSI-лм.

нові напрямки

лазерні проектори

В деякій мірі спадкоємцем електронно-променевих трубок є лазерні проектори, в яких зображення формується за рахунок випромінювання трьох (іноді більше) лазерів. Спадкоємцями - тому, що матриця лазерів формує три променя тих же кольорів, які потім змішуються і зображення створюється дуже складною системою фокусування і розгортки, в якій знаходиться спеціальна система дзеркал. За своєю суттю, формування зображення таким проектором подібно зображенні на екрані ЕПТ телевізора - лазерний промінь «оббігає» проекційний екран зверху вниз до 50 разів на секунду, і очей людини сприймає отриману картину як єдине ціле.

Випромінююча голівка лазерного проектора в розібраному стані

Реалістичне зображення формується при цьому практично на будь-який, в тому числі і нерівній, поверхні, а його характеристики досить високі. З 2000 року, коли почалося серійне виробництво таких проекторів, вони стали видавати більше якісну картинку, але все ще залишаються проблеми з передачею кольору, хоча зображення і володіє вражаючими показниками контрасту і яскравості. Такі проектори поки залишаються в більшій мірі дорогими професійними інструментами - вони надмірно великі і споживають багато енергії. Однак вони мають конструкцію, що дозволяє розділити випромінює батарею лазерів з великим виділенням тепла і проецирующую частина. Також час життя лазера помітно перевершує термін служби лампи традиційних проекторів, а енергії при порівнянних параметрах яскравості, витрачається також менше.

Ну і найголовнішим параметром лазерних проекторів є їх здатність створювати зображення на величезних диагоналях - розміри екранів можуть бути до декількох десятків метрів.

Для отримання зображення об'єкта нам необхідний як мінімум сам об'єкт і лінза (або об'єктив, що складається з декількох лінз, але працює, як одна). Щоб зрозуміти роботу проектора, спочатку згадаємо курс фізики. Основна властивість лінзи полягає в наступному: всі промені, що потрапляють в лінзу паралельно її оптичній осі, пройшовши через лінзу, сходяться в одну точку на оптичної осі. Ця точка називається фокусом, а відстань від центру лінзи до цієї точки - фокусною відстанню. Вірно і зворотне: будь-який промінь, що проходить через фокус лінзи і потрапляє в лінзу, залишає її паралельно оптичної осі. Крім того, будь-який промінь, що проходить через центр лінзи, зберігає свій напрям.

Дивимося на схему:

маємо об'єкт O , Що знаходиться за фокусом лінзи ( F ). Щоб зрозуміти хід променів, нам досить розглянути дві крайні точки об'єкта (всі інші точки будуть підкорятися тій же схемі). Крім того, при геометричному побудові досить розглянути всього по два променя для кожної точки (пунктирні лінії): один проходить через центр лінзи, інший - паралельно оптичної осі. Кожна пара променів, що проходять від об'єкта через лінзу, перетинаються з іншого боку на відстані, більшій подвоєного фокусної відстані лінзи. При цьому всі інші промені (суцільні лінії), які виходять від об'єкта, перетнуться там же. У місці перетину променів і буде сформовано зображення об'єкта O " , Причому зображення буде перевернуто і збільшено. Для того, щоб його побачити, потрібно в цю точку помістити екран.

Для нашого проектора схема з урахуванням пропорцій компонентів матиме приблизно такий вигляд (пунктирні лінії - не реальні промені, а використовуються тільки для геометричної побудови):

Для того, щоб отримати яскраве зображення, об'єкт повинен випромінювати світло. У нашому випадку об'єкт випромінювати світло не може, зате в наших силах його підсвітити, встановивши за об'єктом лампу. У звичайних кінопроекторах лампа висвітлює кіноплівку, в нашому випадку проектуються об'єктом є матриця (панель) від LCD монітора. Детальніше про матрицю див. Відповідний розділ.

Якщо просто встановити за об'єктом лампу, отримаємо наступну картину:

Виходить, що в об'єктив потрапляє тільки частина променів від лампи, що проходять крізь панель. У підсумку на екрані ми отримаємо лише частина зображення. Щоб цього уникнути, використовується друга лінза. Розмір цієї лінзи повинен бути не менше розміру панелі.

Виготовити скляну опуклу лінзу такого розміру практично нереально, а її вага обчислювався б десятками кілограм. Тому в проекторі використовується плоска лінза Френеля. У форумі і на цьому сайті використовується зменшувально-пестливо-жаргонне найменування "Френель" (жіночого роду). Детальніше про лінзу Френеля см. Наступні вказівки. Зараз нам досить знати, що Френель плоска, тонка, але поводиться, як звичайна опукла лінза. Встановивши Френель між лампою і панеллю, отримуємо ось що:

На цій схемі хід променів трохи спрощений, докладніше див. В розділі оптика.

Якщо розглядати в якості джерела світла лампу (будь-якої конструкції), доводиться брати до уваги, що світло випромінюється їй на всі боки практично рівномірно. Наше завдання - зібрати максимум світлового потоку на Френеля. Для цього використовуються два додаткові елементи - сферичний відбивач і конденсорні лінза.

Сферичний відбивач встановлюється за лампою і відображає все промені від лампи назад. Строго кажучи, він формує дзеркальне зображення лампи на самій лампі. Лампа при цьому розташовується в центрі кривизни дзеркала, тобто на відстані від поверхні, що дорівнює радіусу кривизни сфери. Це відстань, в свою чергу, дорівнює подвоєному фокусної відстанісферичного дзеркала. При використанні галогенною лампи, Де світло випромінюється непрозорою ниткою, це дзеркальне відображення нитки частково затінюється самої ниткою. При використанні металлогалогенной лампи, в якій світло випромінюється електричною дугою, ефективність відбивача найбільш висока - промені проходять від відбивача крізь дугу, фактично подвоюючи ефективний світловий потік.

У правильності терміна "конденсораная лінза" я в даному випадку не впевнений. Крім цього назви мені ще зустрічалося "менісковий лінза". Якщо точно знаєш, як правильно, повідом, виправлю.

Конденсорні лінза - це опукло-увігнута лінза, що встановлюється між лампою і Френеля. Її форма дозволяє захопити ширший пучок світла від лампи (іншими словами, збільшити тілесний кут світлового пучка), збільшуючи таким чином яскравість. Довжина системи при цьому також зменшується. Конденсорні лінзи ставляться в багатьох оверхед-проекторах. Окремо дістати конденсорні лінзу досить складно.

Всі розглянуті вище схеми є, так би мовити, лінійними, тобто всі компоненти лежать на одній осі. Це найбільш простий, але найменш компактний варіант. Щоб створити більш компактний апарат, можна використовувати дзеркала. Причому потрібні дзеркала із зовнішнім шаром, щоб зображення не двоїлась. Ось деякі варіанти використання дзеркал:

Питання на кмітливість: що нагадує ліва схема? Правильно, оверхед-проектор.

Отже, при будівництві проектора головне завдання - реалізувати одну з вищевказаних схем. А це означає, що необхідно виготовити корпус, роздобути об'єктив, Френель, матрицю, лампу, відбивач, конденсорні лінзу (якщо вийде), дзеркала (якщо потрібно), встановити це все в корпус і забезпечити вентиляцію. Ну або не виробляють корпус, якщо мова йдепро використання оверхед-проектора.