пнвтсрчтптсбвс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      

Реклама


  Технологии/Полигон

Технологии с бульвара Капуцинов

Технологии, используемые в современных проекторах

Технологии, используемые в современных проекторах 20.08.2008
17:50
Алексей Созонтов

 

Всего несколько лет назад проекторы стоили дороже плазменной панели, требовали плотного затемнения помещения, были тяжелы, громоздки и требовательны к условиям установки. Однако в последнее время наблюдается стремительный прогресс за счет постоянного усовершенствования презентационной техники.

 

Современные проекторы создают сочное изображение даже при освещении, достаточном для чтения, легко размещаются на столе и поддерживают подключение к любым источникам видеосигнала – от компьютеров до видеокамер и плееров.

 

Управление при помощи пульта ДУ, системы геометрической коррекции изображения и даже беспроводное подключение к источнику сигнала позволяют эффективно использовать проекторы как в домашних условиях, так и в образовательном процессе и видеоиндустрии.

 

Основы основ, или как формируется картинка

 

CRT-проекторы (Cathode Ray Tube)

 

CRT-проекторы (Cathode Ray Tube)Самая старая технология. Использует для формирования изображения 3 очень ярких кинескопа (для каждого из трех основных цветов отдельно), изображение с которых через оптическую систему и зеркало попадает на экран. Достаточно вспомнить, что представляет собой старый телевизор, чтобы понять, что CRT-проекторы массивны, дороги в производстве и капризны в обслуживании. Несмотря на это, они обладают высокой контрастностью и разрешением, а также непревзойденным качеством цветопередачи изображения.

 

Производство CRT-проекторов сходит «на нет», они уступают место более современным и менее требовательным в обслуживании технологиям.

 

LCD-проекторы (Liquid Crystal Display)

 

LCD-проекторы (Liquid Crystal Display)Основным элементом является одна или три LCD-матрицы, которые работают на просвет, как пленка в киноаппарате. Световой поток создается мощной лампой, требующей обязательного охлаждения.

 

Для трехматричной системы характерно разделение спектра света лампы на цветовые составляющие красного, зеленого и синего цветов, которые затем и формируют цветное изображение, проходя каждый через «свою» матрицу. Такая схема обладает рядом преимуществ относительно использования одной цветной матрицы: более точная цветопередача, высокая контрастность и четкость картинки, большая яркость изображения при той же мощности лампы. Но одновременно увеличиваются и размеры проектора.

 

Основной недостаток LCD-проекторов – сложность с воспроизведением черного цвета и полутонов.

 

ILА-проекторы (Image Light Amplifier)

 

ILА-проекторы (Image Light Amplifier)Технология ILA использует LCD-матрицу, работающую на отражение. LCD-матрица расположена поверх единой зеркальной подложки из кремния (называется эта система - LCOS), на которую падает свет от лампы. Таким образом, на экран отражается уже готовая «картинка».

 

Для эффективного добавления цвета к черно-белому изображению используются различные способы. Изначально технология базировалась на одночиповом принципе. Попеременно на экран через светофильтры (например, через «цветовое колесо») проецировалась красная, зеленая или синяя картинка, при быстрой смене которых создавалось цветное изображение.

 

Современные проекторы используют трехматричную схему и обладают отличной контрастностью и насыщенностью. Несмотря на явное сходство LCD и LCOS-матриц (и в той и в другой использована жидкокристаллическая матрица) последняя отличается большей полезной площадью пикселя, так как управляющие электроды располагаются в подложке. Другими словами, в изображении отсутствуют видимые расстояния между точками, в отличие от LCD-проекторов.

 

DLР-проекторы (Digital Light Processing)

 

DLР-проекторы (Digital Light Processing)Основой является DMD-матрица, состоящая из микрозеркал, которая освещается последовательно основными цветами (красный-зеленый-синий) и работает на отражение.

 

DMD-кристалл представляет собой быстродействующую микросхему, поверхность которой состоит из множества микроскопических зеркал, отражающих свет. Каждое такое зеркало соответствует одному пикселю в проецируемом изображении. При наклоне зеркала к источнику света оно отражает свет через проекционный объектив на экран, при наклоне в противоположном направлении свет на зеркало не попадает.

 

Каждое DMD-зеркало способно менять угол наклона тысячи раз в секунду, благодаря чему можно отображать различные оттенки серого, создавая сверхточное черно-белое изображение.

 

Для получения цветного изображения используется так называемое «цветовое колесо» - круглый светофильтр, разделенный на несколько цветных секторов, при вращении которого на матрицу последовательно падает красный, зеленый и синий свет. Благодаря координации наклона зеркал с этими вспышками света DLP-проектор может воспроизводить более 16 миллионов различных цветов, в том числе глубокий черный цвет.

 

DLP-проекторы отлично справляются с видео, однако статичные демонстрации и яркие мультфильмы за счет меньшей насыщенности смотрятся обычно чуть хуже, чем на аналогичном LCD-проекторе.

 

LDT-проекторы (Laser Display Technology)

 

В LDT-проекторах для создания светового пучка используются не лампы со светофильтрами, а лазеры трех основных цветов. Недоступные для других технологий параметры: яркость, контрастность и разрешение в несколько раз выше, чем у существующих видеопроекторов. Благодаря особенностям лазерного излучения возможность получить изображение вплоть до нескольких сотен квадратных метров и на любой поверхности, не обязательно идеально ровной. Также отсутствует необходимость в «громком» охлаждении и замене ламп.

 

Все эти преимущества делают технологию LDT очень перспективной, но на современном этапе развития технология еще очень дорога: проекторы выпускаются единичными экземплярами и стоят несколько сотен тысяч долларов, тем не менее, сферы их применения очень разнообразны: от увеличения микрообъектов в научных исследованиях и планетариев до кинотеатров и лазерных шоу.

LDT-проекторы (Laser Display Technology) 

Подводя итог, выделим главное, что же дает нам каждая из технологий массового производства:

 

LCD-проекторы дешевы, и при использовании технологии 3LCD (трехматричная система) создают очень яркую цветную картинку, но увы, их черный цвет вовсе даже не черный, а серый, а при близком рассмотрении изображение выглядит так, будто рассматриваешь его через сетку.

 

Проблема «сетчатости» решена в технологии ILA (известна также у разных производителей как D-ILA, SXRD, LCOS), однако такие проекторы дороже LCD, прежде всего из-за дороговизны производства LCOS-матриц.

 

DMD или DLP-проекторы едва ли не дешевле LCD моделей, но… только одноматричные модели. А в них цвет получают при вращении цветового колеса, что приводит к мерцанию картинки и соответственно к быстрой утомляемости глаза и появлению радужных ореолов.

 

Борьба за пиксель, или технологии, улучшающие изображение

 

Теперь давайте рассмотрим технологии, играющие наиболее значительную роль в формировании правильного изображения. Некоторые из них применимы только к отдельному классу проекторов, другие носят общий характер.

 

Коррекция трапецеидального искажения

 

Коррекция трапецеидального искаженияПри установке любого проектора (кроме, наверное, лазерного) не перпендикулярно экрану изображение искажается, и вместо правильного прямоугольника мы получим трапецию. Есть два принципиально отличающихся друг от друга способа коррекции:

 

Цифровая коррекция трапеции. Пропорции изображения корректируются за счет сжатия дальнего от экрана края изображения на матрице. В этом случае уменьшается разрешение изображения вблизи от сжатого края и используемая площадь матрицы, что, естественно, сказывается на яркости откорректированных участков изображения. Цифровая коррекция также может приводить к появлению различных артефактов, таких как зазубренные края.

 

Сдвиг линз, или оптическая коррекция. В отличие от цифровой осуществляется путем изменения расстояния, проходимого светом в объективе проектора. Изменения в качестве картинки при таком способе коррекции минимальны, так как коррекция происходит уже после того, как изображение сформировано. Объективами с механизмом оптической коррекции, по крайней мере, вертикальной, оснащено в настоящее время большинство проекторов.

 

Автоматическая коррекция по вертикали

 

Многие проекторы снабжены механизмом автоматической коррекции трапеции. Искажение определяется, как правило, сенсором центра тяжести внутри проектора и автоматически исправляется при установке проектора под углом к горизонту. Искажения в горизонтальной плоскости чаще всего корректируются центровкой самого проектора, либо вручную при помощи того или другого способа коррекции (далеко не каждый объектив обладает механизмом горизонтальной оптической коррекции).

 

Поддержка технологии HD

 

Для полноценного вывода на экран видео в стандарте HDTV матрицы проекторов должны иметь реальное разрешение 1920х1080 пикселей, а сам проектор поддерживать прогрессивную (1080p) или черезстрочную (1080i) развертку. Прогрессивная развертка, в которой изображение формируется целыми кадрами, а не полукадрами (в черезстрочной), несомненно, предпочтительней, но устройства, поддерживающие прогрессивную развертку, конечно же, дороже.

 

3LCD

 

3LCDПринцип технологии заключается в оптическом разделении белого света на лучи красного, зеленого и синего цвета при прохождении через так называемые дихроичные (двухцветные) зеркала. Каждый луч затем проходит через «свою» LCD-матрицу, после чего все три картинки объединяются при помощи призмы в цветное изображение, которое проецируется на экран.

 

Отличительной чертой этой технологии является одновременное проецирование на экран всех трех цветов спектра одновременно, что дает возможность получать яркие краски при полном отсутствии «эффекта радуги». Применение трех отдельных матриц позволяет получить 24-битный цвет (> 16 млн. оттенков) с плавными переходами, а также повысить максимальное разрешение матриц до Full HD. Монохромные (одноцветные) матрицы эффективнее цветной, что позволяет использовать менее мощные лампы, и соответственно, менее шумную систему охлаждения.

 

По маркировке 3LCD на проекторе распознают представителя нового поколения трехматричных ЖК-продуктов с улучшенными характеристиками.

 

Конверсия поляризации (Polarization Conversion)

 

Особенностью LCD-панелей является то, что они работают не с обычным, а с поляризованным светом. При использовании обычных поляризаторов используется лишь половина реальной яркости лампы, остальной свет отражается под прямым углом и на ЖК-панель не попадает.

Конверсия поляризации 

В 1996 году инженерами Epson разработаны специальные поляризаторы, которые преобразуют отраженную часть светового потока с помощью тонкой призмы, тем самым увеличивая количество света, пропускаемого ЖК-панелями. В результате эффективность использования света в проекторах Epson повысилась в 1,5-2 раза, а нагрев ЖК-панели значительно уменьшился, поскольку стало возможным использовать менее мощные лампы.

 

Панели на призме (Panel On Prism)

 

За все нужно платить, а за размещение трех матриц вместо одной приходится платить размерами.

 

Для уменьшения физических размеров проекторов, ЖК-панели по этой технологии крепятся прямо к призме. Такое технологическое решение позволило решить еще одну Панели на призме (Panel On Prism)проблему: точную фокусировку всех световых потоков. Если этого не сделать, то картинки разных цветов при сложении будут смещены друг относительно друга, пострадает цветопередача и на изображении появятся неприятные артефакты. После точной настройки в заводских условиях ЖК-панели закрепляются на призме и уже не смещаются ни при транспортировке, ни при тепловом нагреве.

 

Массив микролинз (Micro Lens Array)

 

В ЖК-матрицах, работающих «на просвет», эффективная площадь пикселя несколько меньше его реальной площади. Часть пространства вокруг непосредственно жидкого кристалла занимают управляющие электроды. При попадании на них свет поглощается, что приводит к снижению яркости и излишнему перегреву ЖК-панели.

 

Массив микролинз (Micro Lens Array)Чтобы снизить потери света, пропускаемого ЖК-панелью, в 1998 году специалистами Epson был создан дополнительный оптический элемент - массив микролинз. Перед каждым пикселем в матрице на пути света располагается микролинза, которая фокусирует свет в центральную, то есть прозрачную, зону пикселя, тем самым значительно увеличивая количество света, пропускаемого ЖК-панелью в целом (примерно в 1,5 раза).

 

Цветовое колесо

 

DLP-проекторы обладают заметно более высокой контрастностью по сравнению с LCD-проекторами, при их изготовлении не нужно устанавливать дорогостоящие поляризаторы и микролинзы. И все бы хорошо, да только стоимость производства DMD-матрицы многократно выше, чем у LCD-матриц.

 

Чтобы оставаться конкурентоспособными по цене, бюджетные модели DLP-проекторов используют только одну матрицу, а цветное изображение формируется чередующимися синими, зелеными и красными картинками при помощи цветового колеса (вращающийся светофильтр, разделенный на секторы соответственно синего, красного и зеленого цветов). Частота, с которой сменяют друг друга цветные картинки, является принципиальной для получения плавной и немерцающей картинки, лишенной «эффекта радуги».

 

Разберемся подробнее. Для того чтобы человеческий глаз не замечал мерцания картинки, частота смены кадров должна равняться частоте переменного тока в электрической цепи (для Европы – 50 Гц), значит, цветовое колесо должно вращаться со скоростью 50 оборотов в секунду. Это так называемая скорость DLPх1.

 

Однако когда при такой скорости вращения требуется отобразить одноцветную картинку, например синего цвета, становится заметным гашение света при прохождении красного и зеленого секторов, другими словами, изображение начинает мерцать на базовых цветах. Очевидно, что для восстановления картинки, требуется повысить скорость вращения в 3 раза. Так появилась скорость DLPx3. Этого более чем достаточно для получения четких изображений при демонстрации статических объектов, например, для офисных презентаций.

Цветовое колесо 

Но при попытке вывода динамического изображения на скорости х3 при пропускании одного из секторов глаз успевает заметить, что края движущихся объектов окрашиваются в один из базовых цветов, создавая так называемый «эффект радуги». Значит, частоту смены кадров нужно опять увеличивать – х4, а чтобы глаз не замечал пропуска двух секторов при движении объектов, окрашенных в один из базовых цветов – скорость вращения должна быть еще выше – DLPx5.

 

В современных проекторах колесо вращается со скоростью x6, что позволяет абсолютно избавиться от видимых артефактов изображения, однако это создает еще одну сложность. Дело в том, что двигатели с такой скоростью вращения ротора для проекторов не выпускают, поэтому производители используют не 3-х, а 6-ти секционные светофильтры, что позволяет уменьшить скорость вращения вдвое.

 

Применяются также 7-ми и 8-ми секционные светофильтры, но они содержат дополнительные прозрачный и темно-зеленый секторы, играющие вспомогательную роль для корректировки отдельных оттенков.

 

В заключение

 

Это, конечно же, далеко не все технологии, применяемые производителями проекторов для формирования качественного изображения. Мы рассмотрели лишь наиболее важные с точки зрения качества картинки. Естественно, что совокупность примененных в проекторе решений в значительной мере влияет на степень удовольствия от просмотра и величину стоимости проектора.



<< Предыдущая В начало рубрики Следующая >>



Конкурсы

Реклама