Как устроен и работает проектор

Принцип работы видеопроектора

Больше ста лет прошло с момента первых кинопоказов. Тогда картинки на экране в кинотеатре могли вызвать неподдельную панику. Сегодня различные мультимедийные устройства для показа изображений настолько плотно вошли в нашу повседневную жизнь, что представить себе дом хотя бы без одного телевизора или монитора компьютера – сложно.

Особую нишу среди таких приборов занимают видеопроекторы. Самое главное и огромное преимущество, которое дают эти аппараты – невероятно большая диагональ получаемого изображения. Фактически размер картинки будет ограничиваться только размерами помещения, где будет использован проекционный аппарат.

В этой статье попробуем разобраться как работает видеопроектор, чтобы не путаться при выборе и точно знать какой тип идеально будет подходить под требуемые условия.

Жесткую конкуренцию для мультимедийного проектора составляют жидкокристаллические TFT телевизоры и плазменные панели. Несмотря на это проекционные аппараты перестают быть экзотикой и всё чаще встречаются в составе домашних систем, позволяющих ощутить себя как в кинотеатре. Новые технологии позволяют выпускать их в новых сверх компактных форматах – от карманных проекторов в мобильных телефонах и фотоаппаратах и до наручных проекционных часов.

Немного истории

Начало истории поучения проекционного изображения можно отнести к далёким временам, когда жил Платон. Именно он первым сделал описание принцип проекции. К Х веку уже была известна камера-обскура, позволяющая проецировать изображение предметов на экран и представляющая прообраз фотоаппарата. И затем уже в XVII веке Христиан Гюйгенс изобрёл устройство, названное волшебным фонарём. Это был первый проектор. Работа с проектором позволяла ему демонстрировать увеличенные иллюстраций во время своих научных лекций.

Помимо просветительского использования первые диапроекторы начали приобретать популярность у простого населения для развлечения. В Европе бродячие иллюзионисты начинают работать с подобными приборами – они показывали людям различные движущиеся картинки в основном страшилки с приведениями, демонами и чудовищами.

Уже в 80х годах компания Proxima выпустила на рынок самый первый цифровой проектор, который можно назвать первенцем мультимедийного проектора. Цифровые проекторы постепенно вытеснили диапроекторы с рынка и на сегодняшний день они уже не производятся.

С тех пор цифровые кинопроекторы преодолевают нелёгкий путь развития и совершенствования радуят всё более и более качественным изображением.

Какие бывают проекторы?

Для начала стоит разобраться что такое видеопроектор? Казалось бы, всё просто – это такая коробочка, её подключают с компьютером, ноутбуком, видеокамерой или с другими носителями видеосигнала и получают на стенке или специальном экране большое изображение. Проектор — это устройство достаточно сложное и имеющее несколько технологических вариантов исполнения влияющих не только на качество получаемого изображения, но и на цену.

Устройство проектора можно разложить принципиально по стадиям формирования изображения. Сперва видео сигнал поступает на условный блок, который предназначен для формирования видимого изображения. Полученный в этом блоке световой луч направляется к объективу, а он уже окончательно собирает и фокусирует на стену или экран картинку.

Для справки

Основные характеристики проектора, на которые стоит обращать внимание при выборе аппарата и дающие понимание о качестве получаемой картинки:

  • Световой поток. Грубо говоря – мощность излучаемого света. Чем выше значение – тем ярче и качественнее изображение. К тому же – чем ярче, тем меньше можно заморачиваться с затемнённостью помещения.
  • Разрешающая способность. Всё как с мониторами – чем выше, тем более плавная, проработанная и чёткая картинка. Но не стоит забывать и о качестве подаваемого видеосигнала – сигнал низкого разрешения на проекторе с высоким будет не очень комфортно и интересно смотреть.
  • Контраст. Это разница между самым тёмным и самым светлым участком. Чем выше – тем ярче насыщенность красок, выше чёткость деталей.
  • Цветопередача – условная характеристика, позволяющая понять насколько точно передаётся цвет в изображении и насколько богат спектр получаемых оттенков.

Современные мультимедийные проекторы технологически различаются по способу формирования изображения, среди которых стоит выделять такие:

  • CRT — Cathode Ray Tube или ЭЛТ.
  • LCD — Liquid Crystal Display или жидкокристаллические.
  • DLP — Digital Light Processing .
  • D-ILA — Direct Drive Image Light Amplifier.
  • LDT — Laser Display Technology.

Разберём как устроен проектор в плане технологий поподробнее.

CRT технология

Самыми первым был представлен построенный по схеме CRT проектор. Разработки этой технологии велись ещё с середины прошлого века. Революций решили не делать, а попытались использовать уже успешно работающий в телевизорах и большинстве мониторов того времени – принцип ЭЛТ.

Изображение строилось тремя электронно-лучевыми трубками повышенной яркости, луч каждой окрашивался соответствующим светофильтром – синим, красным или зелёным и через собственный объектив проецировалось на экран.

CRT проектор не обладает особо высокой яркостью и по этому просмотр придётся смотреть в полностью тёмном помещении. Также стоит отметить сложность настройки и установки – каждый канал нужно отстраивать по резкости отдельно, да и по весу эти устройства выделяются из массы. Зато получаемое на выходе качество изображения считается самым лучшим – они лишены различных цифровых артефактов, ведь принцип построения изображения полностью аналоговый.

LCD технология

Развитие технологий проекторов далеко не отходило от мониторов и на смену ЭЛТ пришли жидкие кристаллы. Принцип работы проектора LCD заключается в том, что цветное изображение формирует небольшая матрица, которая работает на просвет. Просвечивает её мощная лампа и проецирует через объектив на внешний экран.

Основные преимущества в виде надёжности и простоты в изготовлении и эксплуатации сделало эту технологию на сегодняшний день самой распространённой и не дорогой.

Конечно есть и значительные недостатки. Например, на жидкокристаллических мониторах границы пикселей на глаз практически не различимы, но при значительных увеличениях, как это бывает в LCD проекторах, этого не избежать. Производители стараются эту проблему решить по-разному, с большей или меньшей успешностью.

Ещё одной проблемой является контрастность получаемого изображения. В топовых моделях таких проекторов эти проблемы практически устранены, но это сказывается на цене.

DLP технология

Следующая технология – DLP заключена в специальной матрице, на поверхности расположено множество микро-зеркал – на них подаётся напряжение, и они при этом двигаются. Отражённый таким зеркалом и не прошедший сквозь объектив луч формирует чёрную точку. Белую точку формирует не отклонённое от плоскости матрицы зеркало.

При попадании отражённого луча в объектив получаются промежуточные значения яркости. Каждое зеркало формирует свою точку проецируемого изображения.

Следующей задачей стоит получить разные цвета точек.

Для этого изобрели две системы:

  • Одноматричная использует всего одну дорогостоящую матрицу, а отражённые лучи света окрашиваются, проходя через вращающийся дисковый светофильтр с секторами соответствующих базовых цветов.
  • Трёхматричная схема мультимедийного проектора использует уже три матрицы, что понятно из названия. Каждая матрица формирует свой цветовой канал.

Работа на просвет, как в LCD проекторах, исключена, что делает мультимедийный проектор с DLP схемой очень ярким. Точки чёрного соответствуют полному отсутствию света, а это означает, что работают они с высоким контрастом. Сеточка границ пикселей даже при максимальном увеличении практически отсутствует за счёт минимизации зазоров между зеркалами.

D-ILA технология

Ещё одна схема мультимедийного кинопроектора возникла, вобрав в себя преимущества LCD и DLP технологий. D-ILA расшифровывается как Direct Drive Image Light Amplifier – усилитель света изображения с прямым управлением.

Оптическая схема проектора использует модуляцию светового потока LCD матрицей, а свет отражается от пикселей, как в технологии DLP от зеркал.

Мультимедийный проектор D-ILA получил ряд преимуществ. Во-первых, благодаря тому, что свету не нужно проходить сквозь матрицу – нет препятствий на его пути в виде элементов разводки. Площадь отражения каждого для пикселя достигает 95%. Этим достигается наименьшая среди остальных технологий пикселизация изображения. Из этого вытекает ещё одно несомненное преимущество – так как почти весь световой поток отражается, то есть возможность сделать качественную HD матрицу диагональю всего в один дюйм, что позволяет сделать чуть ли не самый компактный проекционный аппарат с высокой разрешающей способностью.

Лазерная технология

Самые последние на сегодняшний день разработки предложили использовать лазерные технологии. В начале 2000х годов на рынке появился первый проекционный аппарат, основанный на новейшей системе LDT.

Хоть первые лазеры были изобретены довольно давно, но использование их для построения лазерного проектора было затруднительным из-за низкого кпд и недостаточной цветности. Прогресс не стоял на месте и устранение недостатков наконец позволило осуществить создание лазерного проектора.

Laser Display Technology использует три лазера базовых цветов – красного, синего и зелёного. Модуляторы видеосигнала меняют яркость каждого лазера. Далее три луча собираются в единый поток и направляются на зеркала кадровой и строчной развертки. По сути лазерные проекторы устроены по такому же принципу, что и лучевой электронный проектор, только вместо излучающих ЭЛТ трубок используют лазеры.

Интересной особенностью является то, как работает проектор без дополнительных объективов. Лазерный луч уникален тем, что пучок света в нём получается с максимально параллельным потоком и с настолько одинаково резким пятном на большом диапазоне расстояний, что это попросту исключает необходимость фокусировать изображение.

Помимо возможности установки лазерного мультимедиа-проектора на любом расстоянии от экрана из этого свойства вытекает ещё и совершенно уникальное качество – теперь для получения резкого изображения не обязательно использовать плоский экран. Даже стена с сильно рельефной поверхностью или сложные геометрические поверхности – не станет бедой. Это открывает перспективы перед использованием лазерной проекции не только в качестве обычного средства выведения изображения, а и как мощный инструмент визуально-светового оформления.

Важно! Лазерное излучение может быть на столько мощным, что при попадании в глаза возможно возникновение проблем. По этому стоит аккуратно и ответственно относиться к технике безопасности во время использования проектора.

Лазерные технологии позволили создать сверхточный проектор изображений с яркой, сочной и контрастной картинкой даже при максимально больших увеличениях, которую при прочих технологиях получить сложно.

Устройство проектора LCD, DLP, CRT, D-ILA.

Что такое проектор?

Проектор это устройство, подключаемое к компьютеру или ноутбуку, планшету ,видеокамере и т.д. для получения изображения на проекционном экране.
Для работы проектора не требуется каких-либо специальных программ. Работа с проектором подобна работе с компьютерным или видео монитором. На пульте дистанционного управления проектором имеются регулировки яркости и контрастности изображения.

Проекторы для офисных презентаций не нуждаются в сложной и частой регулировке. Такие проекторы можно включать и работать с ними, не читая инструкции. Внутри корпуса проектора находится источник света лампа или лазерный светодиод и преобразователь входного сигнала в изображение. Как правило, проектор имеет вход для подключения сигнала от компьютера и один или два входа для коммутации сигналов видео. В проекторах имеются также аудио входы для воспроизведения звука на встроенные динамики. Проекторы мультисистемны и работают со всеми стандартами видео ( PAL / SECAM / NTSC ). Это значит, что вы можете воспроизводить любую телевизионную программу и записи с видеокассет и лазерных дисков.

Яркость и графическое разрешение изображения- это самые важные свойства проекторов для презентаций. Говоря о яркости проекторов, мы будем подразумевать световой поток проектора, то есть количество света, излучаемое проектором. Световой поток не зависит ни от размера экрана, ни от расстояния от объектива проектора до плоскости экрана и измеряется в ANSI люменах. Световой поток современных офисных проекторов превышает 1000 ANSI-люменов, что позволяет проводить презентации при обычном искусственном свете.

Для воспроизведения видео рекомендуется использовать проекторы с графическим разрешением не менее 800х600 точек SVGA. Для качественного воспроизведения компьютерного изображения с мелкими деталями выбирайте проектор с графическим разрешением не менее 1024х768 точек XGA. Для компьютерных приложений с повышенными требованиями по контрастности и графическому разрешению изображения применяйте проекторы с графическим разрешением 1400х1050 точек SXGA +.

Оптическая схема проекторов со стандартными объективами устроена так, что нижний край изображения оказывается на уровне объектива проектора. В большинстве моделей проекторов предусмотрена возможность коррекции вертикальных трапециевидных искажений, возникающих при расположении проектора значительно выше или ниже нормального рабочего положения. Проекторы формируют изображение заданного размера. При использовании стандартных объективов с коэффициентом 2:1 расстояние от объектива проектора до плоскости экрана совпадает с удвоенной шириной экрана. Длина штатного компьютерного кабеля обычно не превышает 3 м , чего вполне достаточно работы в офисе. При необходимости допускается использование компьютерных кабелей длиной до 15 м. Длина штатного видео кабеля также не велика, однако при необходимости для передачи сигнала видео можно использовать профессиональные видео кабели длиной до 100 м .

В качестве источника света в проекторах используются надежные металлогалоидные или металлогалогеновые лампы со сроком службы не менее 2000 часов. Все эти лампы по сути являются ртутными лампами в которые добавлены соли йода и брома. Эти лампы очень мощные и поставляются в специальном ламповом модуле, который включает лампу, отражатель и собственно сам модуль с контактами и направляющими для установки в определенный проектор. При выходе из строя лампы проектора меняется весь ламповый модуль в сборе. Срок службы лампы значительно сокращается при нарушении условий охлаждения и вентиляции, поэтому правильно выключайте проектор и следите за чистотой воздушных фильтров.

При использовании проектора в режиме офисной эксплуатации по 2 часа в сутки ежедневно, включая выходные и праздничные дни, одной лампы хватит на срок не менее, чем на два с половиной года.

Мультимедийные проекторы: базовые технологии

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

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

CRT-технология.

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

Обладая несомненными достоинствами, особенно при демонстрации видео, CRT-проекторы имеют и ряд существенных недостатков, ограничивающих сферу их применения. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным мультимедиа-проекторам в яркости. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 ANSI-лм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции CRT-проектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т. д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. Между тем, после перемещения аппарата на новое место, замены вышедшего из строя компонента или естественного ухода параметров с течением времени все процедуры необходимо повторить заново. Таким образом, к достаточно высокой цене самого устройства могут добавиться значительные эксплуатационные расходы.

Устройство CRT проектора

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

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

Преимущества CRT:

  • Высокое качество изображения
  • Большая длительность непрерывной работы
  • Глубокий уровень черного (контрастность)
  • Практически неограниченное разрешение
  • Низкий уровень шума, достаточность пассивного охлаждения
  • Испытанная временем технология (более полувека)

Недостатки CRT:

  • Низкий уровень яркости
  • Необходима периодическая калибровка
  • Нечеткая геометрия
  • Не рекомендуется для статических изображений

LCD-технология

В мультимедийных проекторах, выполненных по технологии LCD (Liquid Crystal Display), функции формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. По принципу действия такие аппараты напоминают обычные диапроекторы (см. Устройство LCD-проектора) с той разницей, что проецируемое на внешний экран изображение формируется при прохождении излучаемого лампой светового потока не через слайд, а через жидкокристаллическую панель, состоящую из множества электрически управляемых элементов – пикселов. В зависимости от величины приложенного к каждому такому элементу переменного напряжения меняется его прозрачность, а, следовательно, и уровень освещенности участка экрана, на который проецируется данный пиксел.

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

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

Устройство LCD проектора

Принцип работы жидкокристаллических матриц, используемых в LCD-проекторах в качестве формирователей изображения, основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселов), слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем, вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90 градусов.

Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества поляризованный свет (см. рис.) также меняет плоскость поляризации на 90 градусов. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a и b ), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора.

Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы.

В LCD-панелях с активной адресацией пикселов, выполненных с применением подложек из аморфного кремния, каждый элемент работает под управлением отдельного тонкопленочного транзистора (TFT – Thin Film Transistor).

Сам транзистор и соединительные проводники, занимая значительную часть поверхности матрицы, снижают ее световую эффективность, препятствуя увеличению разрешения, определяемого числом пикселей.

Переход на полисиликоновую технологию (p-Si), широко применяемую в современных LCD-проекторах, позволил перенести элементы схемы управления в слой поликристаллического кремния и заметно уменьшить размеры проводников и управляющих транзисторов. Тем самым, удалось повысить световую эффективность матриц и обеспечить условия для увеличения их разрешения. Дополнительный выигрыш по световому потоку в некоторых LCD-матрицах обеспечивает микролинзовый растр – каждый элемент матрицы снабжается собственной микролинзой, направляющей световой поток через прозрачную область. Подобные матрицы сегодня применяются во многих LCD-проекторах.

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

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

Оптический тракт LCD проектора

Обьектив с блоком ЖК матриц. К каждой матрице идет контактный шлейф.

Принцип работы видеопроектора

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

CRT-технология

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

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

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

  1. Агрегаты имеют большую массу (несколько десятков килограмм). Сделай производитель их чуть легче, была бы возможность более удобной транспортировки и монтажа данного оборудования.
  2. Уровень яркости находится в пределах от 100 до 300 ANSI-лм, в то время как в современных аппаратах уровень может достигать 10 000 ANSI-лм и более. По этой причине просмотр видео возможен только в хорошо затемненном помещении.
  3. Чтобы добиться хорошего качества изображения, требуется провести массу настроек, и без привлечения специалиста порой трудно обойтись.

Устройство CRT проектора

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

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

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

  • выходное изображение достаточно высокого качества;
  • продолжительный период эксплуатации;
  • пассивное охлаждение;
  • неограниченное разрешение;
  • низкий уровень издаваемых шумов;
  • высокая контрастность;
  • технология, прошедшая испытание временем (более 50 лет).
  • необходимость периодической настройки (калибровки);
  • нечеткость геометрии;
  • небольшой уровень яркости;
  • желательно не применять, для проецирования статической картинки.

LCD-технология

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

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

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

Устройство LCD-агрегата

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

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

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

На рисунке ниже можно рассмотреть, как устроен проектор.

  • доступная цена;
  • небольшой вес;
  • незаменимая вещь для презентаций;
  • можно использовать для экранов с большой диагональю;
  • картинка имеет идеальную геометрию;
  • простые настройки и эксплуатация.
  • высокая яркость;
  • дорогостоящая лампа;
  • низкая контрастность;
  • матрица имеет свойство со временем деградировать (стареть) -обычно, достаточно 3-4 лет использования;
  • могут появляться “мертвые” пиксели;
  • за счет использования вентиляторов охлаждения, ощутимый шум агрегата.

D-ILA-проектор

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

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

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

Устройство D-ILA-аппарата

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

  • использование для презентаций;
  • высокая яркость;
  • возможность применения для проекционных экранов больших размеров;
  • идеальная геометрия картинки;
  • легкий вес.
  • возможность появления “битых” пикселей;
  • вследствие новизны технологии, отсутствуют данные о сроке службы матрицы;
  • дорогостоящий источник света.

DLP-проектор

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

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

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

Одноматричный аппарат способен к выводу только одного цветового компонента картинки в каждый момент временного промежутка.

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

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

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

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

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

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

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

Трехматричный DLP-проекционный аппарат

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

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

  • небольшая масса;
  • правильная геометрия;
  • долговечность матрицы;
  • используется для больших экранов;
  • низкий шум;
  • высокая яркость.
  • при одноматричной конструкции заметен “эффект радуги” на картинке;
  • дорогостоящая лампа;
  • «битые» пиксели.

Лазерная технология

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как работает проектор? Простое объяснение

Проектор позволяет проецировать изображения большого размера с высоким разрешением. Но как он работает? Объясняем на пальцах.

Как работает LCD проектор

Сегодня на рынке представлены в основном DLP и LCD проекторы. Модели отличаются по своей функциональности. Вот так работает LCD (ЖК) проектор.

В LCD-проекторе изображение создается благодаря взаимодействию цветных лучей

  • LCD расшифровывается как «Liquid Crystal Display», то есть жидкокристаллический дисплей.
  • Изображение получается из разноцветных лучей света: лампа посылает световые лучи красного, синего и зеленого цветов на зеркальную систему.Зеркала в некоторых точках пропускают свет. В итоге, три цветных луча устремляются в одном направлении.
  • Каждый из трех световых лучей проходит через маленькие ЖК панели, которые работают как диапроектор. Их жидкие кристаллы пропускают свет только в тех местах, где необходим соответствующий цвет.
  • Прошедшие через фильтр лучи света снова попадают в зеркала, которые объединяют все три цвета в одно изображение, проецируемое на стену через объектив.

Как работает DLP проектор

DLP проекторы работают с вращающимся цветным фильтром, который окрашивает луч в нужный оттенок

  • DLP расшифровывается как «Digital Light Processing». В DLP-проекторах бесцветный свет окрашивается с помощью фильтра.
  • Свет проецируется из лампы на вращающееся «цветовое колесо». Это цветовое колесо похоже на круглый торт, отдельные куски которого окрашены в свой цвет (синий, красный, зеленый).
  • Окрашенный луч света попадает на чип DMD. Этот чип оснащен множеством маленьких, подвижных зеркал. При каждом изменении цвета зеркала с помощью вращающегося цветового колеса выравниваются таким образом, чтобы окрашенный свет направлялся в нужную точку.
  • Благодаря быстрой смене цветов мозг объединяет их в одно изображение, хотя на самом деле они проецируются последовательно.

Плюсы и минусы DLP и LCD проекторов

ЖК-технология благодаря контролю светопропускания LCD дисплеев позволяет очень чётко воспроизводит разницу между светлыми и тёмными оттенками. Это создает изображение с тонкими градациями цвета. Недостаток ЖК проекторов — они не могут работать без света. Здесь DLP модели получают несомненное преимущество, так как технология зеркал помогает создавать более контрастное изображение.

Недостатком технологии DLP является так называемый «эффект радуги»: так как цвета проецируются не одновременно, а последовательно, при передаче движения (видео) глаз зрителя может поймать переходы трех основных цветов.

Таким образом, LCD проектор лучше подходит для просмотра движущихся изображений, чем DLP устройства. А для презентации изображений с насыщенными контрастными переходами цвета или слайд-шоу будет лучше использовать DLP модели.

Проектор, проекционные технологии

Раньше переносные проекторы в основном использовались в учебных целях – для показа диафильмов, картин на слайдах, демонстрации учебных материалов вместо писания на доске, а также на разных конференциях – для показа презентаций. Теперь же все больше людей покупают проекторы для личных целей – просмотра видео или использования во время запуска компьютерных игр. И это закономерно – ведь вы можете не ограничиваться небольшим экраном, а создать дома настоящий кинозал – главное, чтобы в помещении была стена и полотно. Но проекторы – вещь еще не настолько популярная, как, например, плазменные панели или жидкокристаллические мониторы, поэтому и выбрать проектор для покупки будет сложнее. Тем более, что сейчас есть много очень разных видов проекторов, и между собой они могут существенно отличаться. Всегда при покупке проектора вам предоставляется длинный список характеристик устройства, из которого мало что понятно. Чтобы правильно подобрать проектор, который вам нужен, необходимо хоть немного знать о технологиях, которые используются в проекторах, а также об их главных параметрах.

Как уже говорилось выше, основным преимуществом проекторов является размер картинки или видео, тогда когда даже самые большие плазменные экраны не позволяют достичь таких размеров, как большая проекция.

Конечно, используются проекторы и для намного более серьезных целях – в каждом нормальном конференц-зале есть проектор, и не один, показ презентаций является закономерным элементом множества конференций, как региональных, так и международных; проекторы помогают экономить на больших экранах, но в то же время качественно демонстрировать видео, слайды, фильмы для большого количества людей.

Проекторы все чаще используются в учебных заведениях – и в школах, и в вузах, как преподавателями, так и учащимися. В ходе информатизации образования снабжение учебных заведений проекторами не просто удобно, а и необходимо. Для преподавателей и учителей проекторы удобны, ведь не нужно писать и рисовать на доске, все показано на слайдах – и в намного лучшем качестве, чем получалось бы на доске; кроме того, при помощи проектора можно показывать не только слайды с текстом и изображениями, а и видео или другие форматы учебных данных. Ученики и студенты могут показывать результаты своих выпускных и дипломных работ также с помощью проектора, создав презентации быстро и удобно. Также проекторы избавляют вузы от траты лишних денег на большие экраны, плазменные панели.

Поэтому проекторы и проекционные технологии используются намного чаще, чем может ожидать; но многим покупателям проекционной техники создает трудности множество лишней информации, сухие и непонятные характеристики.

В этой статье будут рассмотрены основные преимущества и недостатки проекционных технологий, а также расскажем об основных параметрах, которые важны при выборе проектора для разных целей – просмотра видео, учебных целей или конференций.

Как устроен проектор

Привет из 50-х: технология CRT

Технология CRT, то есть Cathode Ray Tube, является наиболее старой технологией проектирования; на сегодняшний день она практически неактуальна и используется крайне редко, потом как имеет много недостатков: например, проекторы эти сложно настраивать, они довольного много весят, да и их яркость не настолько мощная. Но есть и преимущества – выдают мало шума, выделения тепла также приемлемые, отображать они могут практические любое нужно разрешение. Эти преимущества являются причиной того, что для определенных заданий технология CRT используется до сих пор

Принцип работы и устройства проекторов CRT довольно простое – в их основе три ЭЛТ, размер которых составляет от 7 до 9 дюйма диагонали. На кажду из них подается определенный цвет из палитры RGB – красный, зеленый, синий. Далее эти три набора лучей через линзы и фильтры проецируются на полотно.

Технология 3LCD

Основу проекторов, которые используют ЖК-технологию 3LCD, являют три активные матрицы просветного вида на полисиликоновой основе. Сначала свет от галогенной лампы разделяется на три пучка, каждый из них проходит через соответствующую поляризационную ЖК-матрицу, а потом собираются в цельное изображение через линзы. Каждая из точек изображения являет собой сочетание красного, зеленого и синего, то есть RGB палитры.

Наиболее важным преимуществом у технологии 3LCD – это довольно высокая точность цветопередачи в том диапазоне, который могут позволить ЖК-технологии. Такая точность достигается благодаря отдельной обработке каждого из цветовых элементов. Использование 3-х матриц ЖК позволяет в некоторой степени избавляться от проблем со временем отклика, которая бывает у плоских ЖК-дисплеев. Также преимуществом технологии является отсутствие подвижных частей проекторов.

Но поговорим о недостатках 3LCD; практически все они объясняются недостатками ЖК матриц, например: эффект память, который появляется если долго показывать статичное изображение, а также узкие границы цветопередачи. Также нужно использовать более мощные лампы, и больше систем охлаждения.

На сегодняшний день технология DLP, то есть Data lighting processing, является одной из наиболее популярных в проецировании. Она имеет уникальные особенности и отличия от остальных, такие как возможность работы безо всяких ограничений как со статичными, так и с динамичными изображениями, широкие границы цветопередачи, такие проекторы имеют высокую надежность и хранятся очень долго. Эта технология позволяет также создавать проекторы от недорогих и простых, до высококлассных и профессиональных.

Основанием этой технологии являются DMD-чипы, которые составлены из большого количества подвижных микрозеркал. Зависимо от изображения, которое нужно выдать, каждое микрозеркало занимает определенное положении из двух возможных, направляя свет либо на экран, либо в сторону.

Так вот, при наличии 3-х таких чипов DMD цветное изображение создается так же, как и в технологии 3LCD – каждая из матриц обрабатывает определенный цветовой компонент палитры RGB – красный, зеленый или синий. Конечно, такие проекторы обходятся довольно дорого, поэтому в большинстве недорогих вариантов используются 1-2 чипа DMD. В таком случае изображение создается через специальное колесо просветного типа, которое вращается с огромной скорость для того, чтобы смена цветов была незаметна.

Недостатки DLP-технологии: это наличие подвижных элементов проекторы – например, этого же колеса, а также резкое увеличение скорости при увеличении разрешения. Если используется недорогой проектор, по краям изображения можно увидеть радугу.

Технология ILA создана компанией JVC, а затем усовершенствована до уровня D-ILA; ILA обозначает Image Light Amplifier, D-ILA расшифровывается как Digital Direct Drive Image Light Amplifier; эту технологию можно считать объединением технологий DLP и 3LCD, которые были описаны выше. Создание изображений проходит при помощи силиконовых ЖК матриц LCOS отражающего вида, то есть так же, как и в 3LCD, он при этом также используется отражение света, что увеличивает яркость изображения.

Каждая из матриц LCOS соответствует определенному компоненту RGB, Красному зеленому или синему, поэтому обработка цвета на высоком уровне. Управление яркостью проводится путем регулировки коэффициента пропускания этих матриц LCOS

Поэтому проекторы технологии D-ILA имеют все преимущества технологий 3LCD и DLP: высокую контрастность, яркость, цветопередачу, а также довольно четкое изображение. Недостатки: сравнительно большая цена, шумность, потому как используются мощные системы охлаждения.

DLP LED

Последние несколько лет технология DLP постоянно совершенствовалась, в том числе был совершен переход на иные источники света – и ли раньше это были галогенные лампы, то теперь это LED-модули, каждый из которых включает три светодиода, соответствующие определенным каналам: красному синему зеленому – RGB. Для таких проекторов не нужно использовать вращающееся колесо, даже использует 1 матрицы DLP, а отсутствие подвижных элементов внутри корпуса проектора – это важное преимущество.

Также важное преимущество этой технологии: высокие точность цветоуправения и качество цветопередачи, благодаря использованию светодиодов. Также модули LED имеют высокий КПД, и действуют намного дольше, чем галогенные лампы, проектор работает долговечнее.

Недостатки DLP_LED: повышенная чувствительность к высоким температурам, поэтому яркость иногда бывает слишком маленькой, а также необходимость реализации мощных систем охлаждения

Выбираем проектор

При выборе проектора обращать внимание на технологию, конечно, нужно, но это далеко не самое главное, то есть главным критерием он не является. Намного более важные некоторые параметры, на которые нужно обращать внимание во время выбора проектора.

Из наиболее важных параметров проектора можно выделить яркость. Согласно физическим и биологическим законам, важной является яркость изображения относительно степени внешней освещенности экрана. Понятно, что для хорошего освещения, например, школьного класса, нужно очень хорошее освещение, и яркость тут – наиболее важный показатель. То же касается конференц-залов и все остальных больших помещений, где изображение также должно быть большим. Для домашних же кинотеатров яркость может быть не очень большой – например, 100лм.

Уровень яркости, который вам нужен, можно определить по следующей формуле:

Например, в условиях школьного класса или комнаты для переговоров, где есть окна, освещенность B равна около 100-120 кандел на квадратный метр, а для создания кинотеатра в квартире хватает 30кд/м2. Коэффициент усиления для наиболее дешевых экранов равняется 1, в остальных случаях он указан в технических характеристиках экрана.

Довольно важно при выборе проектора также учитывать, как к нему подключаются источники видео или изображений. Необходимо чтобы были нужные разъемы, а также поддерживались нужные входные сигналы.

Чтобы удовлетворить это требование, нужно сделать список всех возможных источников и тех разъемов, которые они поддерживают, а также разрешения сигнала, форматы и частоты. Когда напишете такой список, тогда и можно начинать поиски.

Для конференц-залов, переговорных комнат, а также учебных помещений источники сигнала чаще всего это ПК или портативные компьютеры, которые используют разъем D-Sub и поддерживают много разрешений – от VGA и до FullHD. Иногда удобно иметь возможность подключения флешки через USB. Для организации домашнего кинотеатра нужно, чтобы проектор воспроизводил DVD и Blue-Ray, разные форматы мультимедиа, ПК или ТВ-тюнер

Довольно сложно бывает иногда определить контрастность, которую дает проектор, но этот показатель также довольно важен; контрастность – это соотношение яркости белого и черного цветов, причем берутся именно чисто белый и чисто черный. Для того, чтобы изображение можно было воспринимать, достаточно контрастности 3:1, но вот различать цвета при такой контрастности почти невозможно; для домашних кинотеатров нормальным уровне контрастности является 1000:1 или больше, для учебных помещений или переговорных комнат достаточно где-то от 20:1 до 60:1. Хотя сейчас большинство проекторов дают хорошую контрастность.

Автоматические функции коррекции картинки

В условиях переговорных помещений, и в домашних условиях, довольно часто проектор подвешивают к потолку, что с определенной точки_зрения удобно, но доступ к нему становится намного сложнее. Поэтому хорошим решением является продумать наличие автоматических механизмов, которые позволят корректировать картинку или видео, без участия пользователя. Параметры, которые нужно корректировать: это вертикальная и горизонтальная трапеции, размеры изображения, а также фокусировка и угол наклона.

Расстояние до экрана

Оптические возможности проектора чаще всего ограничивают минимальное расстояние до экрана, а проектор с интерактивной доской целесообразен тогда, когда он не светит докладчику в_глаза. Поэтому довольно часто разумным решением является разместить проектор выше чем доска, хотя тогда расстояние между ними будет минимально. В таких вариантах подходят проекторы короткофокусные, они дают изображения больного размера даже с нескольких десятков сантиметров расстояния.

Короткофокусные проекторы также можно использовать в небольших переговорных комнатах или домашних кинотеатрах

Конечно же, важным вопросом при выборе устройства является цена; но важно учитывать цену не только проектора, но и расходных материалов, которые будут обязательно нужны при его использовании.

Что же такое эти расходные материалы? Например, галогенные лампы, срок работы которых около 3-5 тысяч часов.

Цветоделящие колеса, которые используются в DLP-технологиях, также имеют срок действия – тут уже около 20 тысяч часов. Но обычно замены этого элемента не требуется.

Источники:
http://leaterplus.com.ua/info/articles/ustroystvo-proektora-lcd-dlp-crt-d-ila/
http://tehnika.expert/cifrovaya/proektor/princip-raboty-videoproektora.html
http://ichip.ru/tekhnologii/kak-rabotaet-proektor-prostoe-obyasnenie-484302
http://www.compline-ufa.ru/proekczionnie-texnologiy
http://tehnofaq.ru/kak-vybrat-ekran-dlya-proektora/

Ссылка на основную публикацию