Строго кажучи, ні мультимедіа-проектор, ні ЕПТ-дисплей, ні ЖК-монітор відтворюють картинку в тому вигляді, в якому її створює природа. Сонячне випромінювання володіє широкою гамою кольорів, і не тільки на основі червоного, зеленого і синього кольорів. У природі присутні всі відтінки веселки і навіть УФ-та ІЧ-світло. Відтворити їх все штучним шляхом не реально. Можливість більш-менш адекватно відтворити картинку на екрані грунтується на принципових обмеження очі: наші природні рецептори (палички і колбочки сітківки ока) налаштовані лише на три основних кольори - червоний, зелений і синій. Всі інші відтінки ми сприймаємо як їх комбінацію.
Рецептори на сітківці ока розміщені упереміш - приблизно так, як точки люмінофора на ЕЛТ-кінескопі або ЖК-матриці. В цьому відношенні перші LCD-проектори, створені на початку 1980-х рр. своїм пристроєм нагадували очей, тільки вони працювали "навпаки" - випускали світло, а не сприймали його. У таких проекторах використовувалися звичайні триколірні ЖК-матриці, зображення з яких через об'єктив проектувалося на екран. Однак виявилося, що подібне рішення не дозволяє отримати високу яскравість через те, що на кожному пікселі матриці розміщується свій світлофільтр, який поглинає 2/3 світлового потоку.
Більш досконалий LCD-проектор з'явився в 1989 р в Японії. Використовуючи три мініатюрні ЖК-матриці і досить складну оптичну систему, фахівці компанії Sharp змогли розділити білий світло лампи на три базові колірні складові (червону, зелену, синю), промодулірованной їх окремими LCD-панелями і знову звести разом в загальний світловий потік, який направили на екран. Їх дітище вчинила переворот в індустрії відображення інформації, зробивши проектори яскравими, невеликими і доступними спочатку для компаній, а потім і для приватних осіб.
В якості альтернативи кілька фірм на рубежі тисячоліть почали розвивати LCOS-технологію (Liquid Crystal On Silicon, ЖК на кремнії). Вона відрізняється від LCD тим, що ЖК-панель працює не на просвіт, а на відображення. Фірми Sony і JVC розробили свої варіанти LCOS, запатентували і зареєстрували їх під торговими марками SXRD і D-ILA.
Аби не допустити залишатися осторонь, американці зайнялися принципово інший конкуруючої технологією, заснованої на цифровій обробці світла (Digital Light Processing, DLP). Про неї ми детально розповімо в одному з найближчих номерів журналу, а поки зупинимося на пристрої LCD-проектора.
Далі по ходу променя розташований фільтр, який створює плоску поляризацію, потрібну для нормальної роботи рідких кристалів. На відміну від калькуляторів з ЖК-дисплеєм, де прямо на матрицю наклеюються поляризаційні плівки, що відтинають половину світлового потоку, в проекторах застосовуються оптичні конвертори поляризації з майже 100% -ної ефективністю.
Потім білий промінь під кутом 45 ° потрапляє на дихроичное дзеркало, пропускає зелену і червону складові і відображає синю. Дихроичное дзеркало - це скляна підкладка з "пирогом" з тонких плівок з різними оптичними властивостями. Воно працює завдяки інтерференції світлових хвиль.
Синій промінь після відображення від звичайного дзеркала надходить на LCD-матрицю, яка формує синю складову картинки. Червоний і зелений промені в свою чергу поділяються ще одним діхроічним дзеркалом і через лінзи направляються на дві інші LCD-панелі.
LCD-панелі, що відповідають за модуляцію трьох світлових потоків, розміщені за трьома сторонами комбінованої змішувальної призми кубічної форми. Для зручності складання і ремонту проектора LCD-панелі і призма зазвичай монтуються в єдиний знімний блок. Для точного відомості квітів, т. Е. Поєднання червоного, зеленого і синього складових картинки, передбачена спеціальна заводська процедура юстування панелей. Проектор вважається добре налаштованим, якщо розбіжність кольорів на екрані не перевищує половини пікселя.
Розповідаючи про оптичний тракті LCD-проектора, ми опустили ряд несуттєвих подробиць. Зокрема, не згадали про декілька допоміжних лінзах, які формують потрібне перетин світлового променя.
Повертаючись до LCOS-технології, відзначимо, що вона не має принципових відмінностей від LCD-технології. Матриці тут працюють не на просвіт, а на відображення, що вимагає перекомпонування оптичного тракту. На жаль, жодної компанії не вдалося скомпонувати його елементи так, щоб проектор вийшов легким, простим і технологічним в масовому виробництві. Основна перевага LCOS - високий дозвіл матриць - не було затребуване ринком масових мультимедійних проекторів. Можливість скоротити міжпіксельна проміжки, сховавши керуючі транзистори всередину кремнієвої підкладки, теж не викликали захоплення у споживачів. В результаті LCOS-технологія знайшла застосування в інших сферах, зокрема в проекційних телевізорах і потужних цифрових проекторах для кінозалів.
Отже, пройшовши через ЖК-матриці і додаткові поляризаційні фільтри, світлові потоки (від трьох матриць) об'єднуються в змішувальній призмі. Потім промінь потрапляє в об'єктив, що забезпечує потрібне проекційне відстань і розмір картинки на екрані. В цілому оптична система LCD-проектора досить складна і громіздка. Оптичний тракт DLP-проектора влаштований простіше. Саме тому наймініатюрніші і легкі проектори виконані по DLP-технології.
Короткофокусний об'єктив дозволяє встановити проектор близько до екрану, довгофокусний - віднести на велику відстань. Об'єктив з глибокої трансфокацією (т. Е. Зі збільшенням, що доходить в деяких моделях до 2,1 х) зручний гнучкістю настройки, але коштує дорожче і має більшу, ніж у типового об'єктива з 1,2-кратним трансфокатором, масу. Фіксований об'єктив, застосовуваний зазвичай в найдешевших проекторах і факультативно в потужних інсталяційних моделях, не допускає регулювання розміру картинки без зміни проекційної відстані.
У невеликих проекторах, як правило, застосовуються ручні регулятори фокусування і змінювати фокусну відстань. У потужних стаціонарних апаратах зазвичай встановлюють змінні моторизовані об'єктиви. У них мініатюрні крокові двигуни через зубчасту передачу обертають кільця регуляторів.
Позитивним для потужних стаціонарних апаратів і проекторів для домашнього кінотеатру вважається наявність системи механічного зсуву об'єктива вгору-вниз і вліво-вправо, що дозволяє зміщувати картинку без повороту корпусу проектора, отже уникаючи виникнення трапецієподібних перекручувань. Об'єктив в такому випадку кріпиться на санчата, що приводяться в рух через червячную передачу - двигуном або вручну.
Система очищення і охолодження
Елемент проектора, який вимагає обов'язкового охолодження, це лампа. Забираючи 75-90% споживаної потужності, вона сильно нагрівається в процесі роботи. Корпус лампи розжарюється настільки, що потрібна спеціальна послідовність відключення проектора. Після знеструмлення лампи вентилятор продовжує обертатися кілька десятків секунд, а то й хвилини, знімаючи залишковий тепло з лампового блоку, яке може пошкодити електронні схеми та пластмасові елементи всередині проектора.
Останнім часом виробники застосовують спеціальні акумулятори або місткі конденсатори, що дозволяє відразу після вимкнення від'єднувати пристрій від мережі. Подібні рішення роблять проектор більш стійким до перерв в електроживленні.
Ще один елемент, який потребує в обов'язковому охолодженні, - LCD-панелі, які працюють в надзвичайно жорстких умовах. Справа в тому, що на LCD-матрицях затримується в середньому половина світлового потоку (на темних сценах більше, на світлих - менше), а це призводить до їх сильного нагрівання. При цьому світлові хвилі найменшої довжини (отже, найбільш енергетичні фотони) потрапляють на синю матрицю. Не дивно, що вона деградує швидше за інших. Деякі виробники навіть передбачають спеціальні алгоритми корекції картинки, розраховані на поступове погіршення параметрів синьою LCD-панелі. Крім синього світла на рідкі кристали негативно діє УФ-випромінювання, його усувають за допомогою спеціальних фільтрів, як правило, встановлених відразу після лампи або навіть на ній.
LCD-матриці можуть не стосуватися призми (тоді повітряний потік від вентилятора омиває їх з обох сторін) а можуть бути притиснуті до неї. В цьому випадку охолодження частково йде шляхом перенесення тепла через призму.
Щоб пил і, особливо, кіптява з олійними краплями не потрапляли на численні дзеркала, лінзи і призми, в кожному LCD-апараті обов'язково присутній повітряний фільтр, який потрібно регулярно прочищати, промивати або міняти.
Тепер поговоримо про електронну «начинку» LCD-проектора. Крім імпульсного блоку живлення (БП) будь-проектор має блок підпалу лампи, який виробляє високу напругу для запуску розряду в газовому середовищі. Лампа - настільки важливий і примхливий елемент проектора, що її потрібно не тільки правильно запалювати, але і гасити. Останнім часом виробники ввели спеціальні схеми плавного гасіння, що знижують імпульсні і теплові перевантаження ламп і подовжують термін їх служби.
РК-панелі, як відомо, не можуть працювати при управлінні постійною напругою. Щоб уникнути електролітичного розкладання рідкого кристала, електронні схеми регулярно змінюють полярність керуючого напруги, що подається на електроди LCD-панелі. Щоб уникнути мерехтіння і перешкод, частота зміни полярності узгоджується з частотою зміни кадрів, яка для LCD-проекторів дорівнює 60 Гц. Будь-який сигнал, поданий на проектор (через входи VGA, HDMI, S-Video або Composite), проходить передискретизація з частотою 60 Гц.
Окремий мікропроцесор формує екранне меню для настройки проектора користувачем, який може управляти пристроєм як за допомогою кнопкового пульта на корпусі апарату, так і інфрачервоного пульта дистанційного керування. Завдання автоматичного фокусування з застосуванням вбудованого далекоміра і автоматичної корекції трапеції за показаннями вбудованого датчика нахилу, судячи з усього, вирішує це ж мікропроцесор.
Останнім часом проектори часто оснащуються модулями WiFi, Ethernet-роз'ємом і навіть простеньким вбудованим Web-сервером для дистанційного контролю і настройки. Такі апарати здатні надіслати повідомлення по електронній пошті про швидке закінчення ресурсу лампи або необхідності прочистити повітряний фільтр. Ще одна програма, яку останнім часом розробники навантажують вбудований мікропроцесор, зчитує графічні файли з флеш-накопичувачів і організовує слайд-шоу на екрані.
Особливий варіант металогалогенних ламп компанії Philips носить назву UHP (Ultra High Pressure). UHP-лампи видають блакитний потік світла і для тієї ж яскравості вимагають меншої напруги живлення, завдяки чому працюють довше звичайних металогалогенних ламп. Оскільки існує можливість спростити БП лампи, виробники вважають за краще використовувати UHP в мобільних проекторах. Такі лампи практично не втрачають яскравість з часом, а після закінчення терміну служби перегорають.
Ксенонові дугові лампи можна зустріти в самих потужних проекторах. Їх ресурс більше 1000 год, вони створюють найбільш природний колір. Галогенні лампи, що дають жовтувате світло, використовувалися в старих проекторах. Термін їх служби невеликий - в межах 100 ч.
Найбільш важливі для якісного виведення картинки елементи проектора - це LCD-панелі. Компанія Epson, основний їхній постачальник, вже змінила п'ять поколінь матриць. У міру вдосконалення технології звужуються неробочі проміжки між сусідніми пікселями, зростає однорідність характеристик пікселів і контрастність зображення. У кращих моделях проекторів на LCD-панелях Epson шостого покоління паспортна контрастність досягає 1000: 1.
Під впливом електричного поля молекули рідкого кристала повертаються, змінюючи поляризацію проходить крізь матрицю світла. При одному куті повороту матриця стає найбільш прозорою, при іншому - максимально непрозорою. Для збільшення контрастності, яка вимірюється як співвідношення освітленості білого і чорного екранів, важливо забезпечити строго паралельний потік променів всередині кожного осередку матриці.
У високоякісних проекторах передбачаються спеціальні заходи для компенсації неоднорідності характеристик LCD-панелей. Поверхня панелі розбивається на прямокутні зони, для яких при подачі керуючих сигналів вводяться поправочні коефіцієнти.
На якість зображення впливають і властивості об'єктива. При його виборі доводиться шукати компроміс між ціною, глибиною змінювати фокусну відстань, світловими втратами, масою і габаритами. Сверхкороткофокусние об'єктиви, що забезпечують проекційне співвідношення 0,5 і менше (діагональ зображення вдвічі і більше перевищує проекційне відстань), можуть бути дуже великими. Якісні об'єктиви з дворазовим трансфокатором містять до 14 лінз.
* Часто згадується останнім часом технологія 3LCD, по суті, нічим не відрізняється від LCD. Торгова марка 3LCD зареєстрована групою виробників LCD-проекторовс тим, щоб спільно пропагувати LCD-технологію і протистояти маркетинговому натиску з боку виробників DLP-апаратів.
Для збільшення світлового потоку виробники LCD-проекторів вживають ряд заходів. По-перше, нарощують потужність лампи, на жаль, часто за рахунок терміну її служби. У громіздких стаціонарних апаратах часом застосовують дві або навіть чотири лампи, що збільшує не тільки яскравість, а й надійність (якщо одна згорить, проектор продовжить працювати). По-друге, заради отримання високого світлового потоку встановлюють LCD-панелі збільшених розмірів, які простіше охолоджувати. Якщо мобільний проектор може мати панелі діагоналлю 0,63 дюйма, то потужне "світило" оснащується панелями розміром 1,3-1,8 дюйма.
По-третє, оскільки кожна LCD-матриця має непрозорі міжпіксельна зони, в яких розташовані тонкоплівкові транзистори і провідники, фірми використовують матриці з масивами мікролінз, фокусирующими світло на робочих зонах піксельних осередків. Так їм вдається якщо не звести нанівець, то хоча б помітно скоротити поглинання світла міжпіксельна зонами.