Звук и видео для дома

Развитие проекционных технологий Телевизионное вещание было запущено в США в 40-х годах прошлого века. Одновременно началось развитие технологий больших дисплеев. Естественно, первые проекторы были основаны на электронно-лучевой трубке, имели большой вес и низкую яркость изображения, особенно с внедрением цветного вещания, когда пришлось применять одновременно три телевизионные трубки для каждого из цветов RGB. Инсталляция таких проекторов существенно усложнилась из-за необходимости сведения изображений разных цветов. В 50-е годы были разработаны первые проекторы с лампой подсветки. В 70-е годы начались исследования возможностей использования жидких кристаллов в производстве плоских дисплеев. К 80-ым некоторые производители начали применять просветные и отражающие жидкокристаллические дисплеи в проекторах. Эти технологии превратились в готовые коммерческие продукты лишь к началу 90-х годов. Проекторы DLP были представлены в середине 90-х годов. В них используются приводы DMD, которые модулируют свет механическими колебаниями сверхмалых зеркал. На рынке уже присутствовали проекторы LCD и ILA и проекционные системы вступили в новую, сверхконкурентную эру.

Проекторы ILA Исследования в области этой технологии проводились в компании Hughes Aircraft в 70-е, и в 80-х годах первые ILA-проекторы (хотя и предназначенные для проецирования статичных изображений) начали использоваться на практике. Дальнейшие исследования проводились с тем, чтобы приспособить эту технологию для воспроизведения видео. В то же самое время JVC проводила собственные исследования в области практического использования проекционных технологий. Hughes Aircraft и JVC объединили свои усилия и выпустили первый коммерческий видеопроектор ILA в 1993 году. В проекторе ILA для создания управляющего светового потока для каждого из цветов использовалась отдельная электронно-лучевая трубка. Сигнал проходит через собирающую свет линзу и попадает на устройство ILA (image light amplifier - усилитель светового потока изображения). Подсвечивающая лампа подает свет на PBS (polarized beam splitter - разделитель поляризованных лучей), который направляет его на ILA. Отраженный ILA свет, уже модулированный поступившим от ЭЛТ, проходит сквозь PBS и попадает на проекционные линзы и экран. Устройство ILA представляет собой несколько очень тонких пленок, зажатых между двумя стеклянными пластинами.

Тонкопленочная структура имеет четыре слоя: оптико-электрический проводящий слой, лимитирующий свет слой, диэлектрические зеркала и жидкокристаллический слой для генерации точек. Изображение формируется на основе сигнала ЭЛТ на оптико-электрическом проводящем слое, который варьирует свое сопротивление в зависимости от силы оптического сигнала ЭЛТ. В результате напряжение тока, приложенного к жидкокристаллическому слою, меняется в соответствии с изображением ЭЛТ и, соответственно, меняется отраженный свет. Преимуществом ILA проекторов являлись: Выдаваемый свет определялся оптическим выходом, отраженным диэлектрическим зеркалом с апертурой 100%, что делало возможным высокую яркость; Высокое разрешение электронно-лучевой трубки делало возможным высокое разрешение результирующего изображения; Вертикальная ориентация жидких кристаллов обеспечивала высокий контраст, однако создает значительные трудности для массового производства; Точечная структура отсутствует, нет искажений входящих сигналов. Техника ILA оказалась первой, способной сложить изображение, свободное от искажений, с высоким контрастом картинки. Проекторы ILA оказались способны к воспроизведению изображения яркостью до 12000 люмен, разрешением 1600 телевизионных линий и контрастом 1000:1. Однако оставались и проблемы: Поскольку ILA использует в комплексе проекционное устройство и телевизионную трубку для каждого из цветов, цена изделия сильно растет, так же как и размер и вес; Ограничение по диаметру электронного луча приводит к ограничению по возможности воспроизведения сверхмалых шрифтов, что ограничивает использование проектора в презентационных системах. JVC разработала свою собственную технологию, который решает последние проблемы, сохраняя преимущества технологии ILA. Первый проектор по новой технологии был выпущен в 1998 году. Структура и принципы D-ILA Основой структуры D-ILA являются LCOS (liquid cristal on silicon - жидкие кристаллы на кремниевой подложке). Алюминиевые отражающие электроды, соответствующие каждой точке, помещены на метал-оксидный полупроводник комплементарной структуры (CMOS) и образуют матрицу X/Y, которая определяет адреса точек. После создания этой поверхности на ней формируется вертикальная пленка. На стеклянной пластине (с другой стороны) помещается прозрачная поверхность, являющаяся вторым электродом, а поверх нее вертикальная пленка. Жидкий кристалл помещается между этими двумя пленками. Таким образом, проводники, обеспечивающие адресацию точек и управление модуляцией света расположены не на плоскости, а в трех измерениях, так что поверхность жидкого кристалла, разделенная лишь тончайшей линией изолятора, полностью остается для отражения света. Это обеспечивает апертуру (соотношение информативной площади изображения ко всей площади, включая промежутки между точками) на уровне 93%. Попросту говоря, это решение обеспечивает слитную, кинематографическую картинку. Еще одним важным отличием от обычных просветных жидкокристаллических матриц является вертикальная ориентация кристаллов. При отсутствии напряжения кристаллы обычной панели расположены горизонтально и полностью пропускают световой поток; при подаче тока они должны повернуться на 90 градусов, запирая свет от лампы. Однако, поскольку угол поворота кристаллов отличается от строгих 90 градусов, это ведет к паразитной засветке изображения и, в результате, низкому уровню контраста. Вертикальная ориентация жидких кристаллов в матрице D-ILA работает так, что отсутствие тока и "расслабленное" состояние кристаллов приходится на темные сцены. Идеальное отключение света обеспечивает несколько пониженный уровень яркости, но при этом высокий контраст картинки, зависящий теперь только от выбранной оптической системы. Разрешение изображения определяется размером ячейки матрицы CMOS. При размере ячейки меньше микрона, изображение fullHD помещается на матрицу размером меньше дюйма (2.54 см). Как работает проектор D-ILA. Свет от лампы-источника разделяется поляризатором PBS на две компоненты - P (свет с волной, параллельной поверхности) и S (перпендикулярной волной). Компонента P проходит возвращается к лампе и не используется для формирования сигнала. Компонента S подается на элемент D-ILA. Свет проходит сквозь жидкие кристаллы, отражается электродами пикселей и проходит свозь жидкие кристаллы, возвращаясь на PBS. В момент прохождения жидких кристаллов свет модулируется - преобразуется в компоненту P. Свет, изменивший компоненту S на P после прохождения PBS поступает на проекционную линзу. С другой стороны на матрицу подается еще немодулированный свет S-компоненты. Остаток света, прошедший устройство D-ILA и не модулированный, а значит, не приведенный в компоненту P и остающийся S, отражается PBS обратно на лампу, не влияя на изображение. Если напряжение на электрод пикселя не подается, жидкие кристаллы сохраняют свое вертикальное положение. Свет не модулируется, сохраняя ориентацию волны S, а значит, отражается PBS полностью на лампу. Так достигается черный цвет. Если на электрод подается напряжение, жидкие кристаллы изменяют свое направление перпендикулярно электрическому полю. В этот момент ось приходящего S-света и длинная ось жидкого кристалла пересекаются, происходит преломление света и образуется P-компонента. Если весь свет из S-волны преобразуется в P, получается белый свет. Таким образом, сохраняются все преимущества технологии ILA - высокий выход света, высокое разрешение и высокий контраст, в то время как цена, размер и вес проектора резко снижаются, благодаря замене оптической модуляции на прямую запись электрическим сигналом. Для создания цветного проектора соответственно используется схема с тремя матрицами D-ILA и тремя PBS. Конкурирующие технологии Технология DLP управляет поворотом микрозеркал для того, чтобы модулировать отражение поступающего света. Поскольку естественный свет используется без изменений, достигается высокая степень эффективности использования света. С другой стороны, имеется жесткая связь между зеркалом и поворотным шарниром, ограничивающая гибкость размера точки. Увеличение разрешения изображения требует значительного увеличения размера матрицы, усложняет массовое производство и увеличивает его стоимость. Дороговизна чипов DLP приводит к тому, что для снижения стоимости создания бюджетных проекторов, вместо использования отдельных матриц для каждого цвета RGB, разработчики применяют многосегментные цветовые колеса. Такое решение приводит к заметному мерцанию напряжению глаз зрителей. Таким образом, проекторы DLP предлагают экстремально яркое изображение невысокого разрешения и средним уровнем контрастности, при этом недорогие проекторы DLP не полезны для зрения. Жидкокристаллическая матрица, работающая на просвет (технология TFT или LCD) сама пропускает свет, так что конфигурация оптической системы весьма проста. Даже в случае трехэлементной системы проектор остается компактным и недорогим. С другой стороны, поскольку при работе на просвет адресные и сигнальные проводники вмонтированы в одну плоскость с кристаллами, сильно снижается показатель апертуры, характеризующий полезную плотность изображения. Кроме того, "недоворот" кристалов, которые должны запереть проходящий свет при формировании черного приводит к значительной паразитной засветке. Весьма яркое изображение высокого разрешения, но низким уровнем апертуры и чрезвычайно низкой контрастностью подходит для компактных и недорогих презентационных проекторов. Технология D-ILA обеспечивает максимальное разрешение (full HD как стандарт, 4000x2000 максимум), самую высокую апертуру и высочайший (до 70000:1 в 2010 году) уровень контрастности изображения, пусть и в ущерб яркости. Эта технология прекрасно подходит для демонстрации видео и фотоизображений высокого качества и применяется для Hi-End домашнего кинотеатра, видеопроизводства и цифрового кинотеатра сверхвысокого разрешения.