Проекторы с полупроводниковыми источниками света

Какие бы технологии модуляции светового потока ни изобретались, главную роль в проекционной аппаратуре играет источник света. Так как сегодня почти исчерпаны ресурсы повышения эффективности дуговых ламп, все больше внимания уделяется альтернативным источникам света. К ним относятся мощные светодиоды (Light Emitting Diode, LED) и лазеры, которые превосходят дуговые лампы по ресурсу и спектральной стабильности светового потока.

Светодиодная проекция.

С ветодиоды особо интересны для разработчиков DLP-проекторов, так как позволяют создавать модели с одним DMD без светофильтра ColorWheel. Первый светодиодный DLP-проектор появился в 2005 г. Это была модель Mitsubishi PK10, открывшая категорию карманных (Pocket) проекторов массой до 0,5 кг, способных обслуживать экран диагональю до 60" (15 см). В дальнейшем появились аналогичные проекторы других производителей, например Samsung и Toshiba.

Рисунок 85 Оптическая схема LED-проектора

На выставке CES’2007 фирмой Mitsubishi был продемонстрирован модифицированный PocketProjector РК20 (световой поток 25 лм, разрешение 800 × 600, размеры 123 × 97 × 48 мм, масса 500 г). В качестве источников света у РК20 использована сборка из восьми светодиодов, их потребляемая мощность составляет 23 Вт, а проектора в целом — 37 Вт. Панель разъемов проектора допускает подключение любых источников информации, в том числе карты памяти SD. Предусмотрена комплектация модели аккумулятором, способным поддерживать ее работу в течение 2 ч. Оптическая схема светодиодного DLP-проектора, содержащего компоненты Oerlikon, приведена на рисунке 85. Здесь роль источников света выполняют светодиоды 1 c рефлекторами 2, последовательно излучающие световые потоки первичных цветов R, G и B. Совмещение оптических осей излучений светодиодов обеспечивается юстировкой двух дихроичных зеркал 3. Отражаясь от зеркала 4, эти потоки через оптический конденсор 5 последовательно попадают на DMD-модулятор 6, после чего объективом 7 проецируются на экран. Принципиально эта схема выглядит более эффективной, чем у DLP-проекторов. Действительно, здесь нет фильтра ColorWheel и меньше других оптических компонентов с неизбежными световыми потерями. Кроме того, в светодиодных проекторах можно легко реализовать ColorWheel с любым секторным делением введением программ-ного чередования цветов и даже сделать такие программы выбираемыми пользователем по критерию минимальной утомляемости при длительном просмотре.

Лазерная проекция.

Использование полупроводников ых лазеров, которые отличаются более широкой гаммой отображаемых цветов и длительным (десятки тысяч часов) сроком службы с неизменной световой отдачей, для проекции изображений в настоящее время считается одним из самых перспективных. Кроме того, изучаемый лазерами свет имеет круговую поляризацию, которая просто и с высоким КПД может быть преобразована в линейную, что позволяет исключить из ЖК-проекторов конвертеры поляризации и упростить их конструкцию.

Рисунок 86. Схема лазерного DLP-дисплея

О птическая схема проекционного лазерного DLP-дисплея по версии Oerlikon приведена на рисунке 86. Здесь в качестве источников света 1 используются полупроводниковые лазеры (615,25 нм) зеленого (532,5 нм) и синего (465 нм) цветов. Их излучения поступают на дифракционные формирователи 2 (Diffractive Beam Shapers, DBS), обеспечивающие равномерность излучений по их сечениям. Далее они отражаются и совмещаются дихроичными зеркалами 3 и, отражаясь от зеркала 4, преобразуются оптическим компонентом 5 в широкий пучок лучей, соответствующий апертуре DMD-модулятора 6, а модулированный ими свет отражается и проецируется объективом 7 на просветный экран дисплея.

Рисунок 87. Схема лазерного проектора DLP-1DMD

Американская компания Novalux разработала технологию производства мощных лазерных источников света оптического диапазона NECSEL (Novalux Extended Cavity Surface Emitting Laser), основанную на принципе удвоения на нелинейных кристаллах частоты излучения мощного инфракрасного лазера. Утверждается, что ресурс работы излучателей превышает 50 тыс. ч без снижения выходной мощности и изменения длины волны излучения в видимом диапазоне. Красный, зеленый и синий цвета могут быть реализованы в едином модуле изл учателей (рисунок 87).

Эксперименты показали, что при использовании водяного охлаждения лазеров Necsel, расположенных на площадке 5 × 5 мм, растровый излучатель из 225 лазерных диодов в режиме параллельной непрерывной работы всех излучателей выдает более 80 Вт, т. е. образует световой поток 16 тыс. лм.

Рисунок 88. Оптическая система лазерного DLP-проектора D-Cinema

 Использование таких излучателей считается перспективным в проекторах для профессиональных кинотеатров. Так, компанией Novalux разработана оптическая система (рисунок 88) лазерного видеопроектора категории D-Cinema со световым потоком 20 тыс. лм.

Микропроекторы

Производители аппаратуры PDA (Personal Digital Assistant) и сотовых телефонов стали использовать лазеры для создания микропроекторов. Так, фирмы TI и Motorola уже выпустили лазерные пикопроекционные DLP-модули для встраивания в такую продукцию. Началась эта революция с появления на выставке CES’2007 интересной разработки израильской фирмы ExPlay под названием Nano-Projector, блок-схема которого приведена на рисунке 89. Его особенностью является использование гибридного источника света 5, содержащего лазерные и светодиоды.

Д алее световой поток через дифракционные формирователи 4, обеспечивающие равномерность излучений, поступает на корректирующий оптический компонент 3, устраняющий заметность так называемых «спеклов» — гранулированной структуры изображения, создаваемого интерферирующими когерентными пучками лазерных излучений. Сформированный таким образом равномерный световой поток белого света, отражаясь от зеркал 6, проходит модифицированный ЖК-модулятор 7 ASLM (Advanced Spatial Light Modulator) с максимальным светопропусканием 60% и проецируется объективом 8. 

Рисунок 89. Схема проекционного модуля

Дистанция наводки на резкость фиксирована и равна гиперфокальному расстоянию этого объектива, что без дополнительной фокусировки обеспечивает резкость проецируемого изображения, размеры которого по диагонали могут быть от 7 до 30 дюймов (зависит от проекционного расстояния). Еще одним достоинством разработки ExPlay является применение жидкокристаллического модулятора.