4.Особенности расчета светооптических систем видеопроекторов с тремя модулирующими матрицами

Современные высокоразрешающие LCD-видеопроекторы выпускаются в основном на базе трех ЖК-матриц. Для получения цветных RGB-изображений в этом случае используется способ совмещения цветов во времени и пространстве, который является наиболее эффективным (см. раздел 1.2), однако при этом способе необходимо использовать три ЖК-матрицы, выходные пучки света от каждой из которых должны быть точно совмещены в цветосмесительном призматическом кубе. Призматический куб склеивается из четырех призм [36]. Готовый куб может иметь вид прозрачной призмы или куба с разноцветными гранями за счет окрашивания каждой призмы по дихроической технологии в спектральные цвета RGB. Если куб прозрачный, то по трем его сторонам в специальных рамках устанавливается три дихроических (интерференционных) световых фильтра. Поверх фильтров устанавливают три ЖК-матрицы, шлейфы от которых присоеденяются к микроконтроллерному блоку видеопроектора.

Для того чтобы разделить световой пучок на три, используется сложная оптическая система, состоящая из обычных и дихроических (интерференционных) зеркал. Полученные при делении световые RGB-пучки через систему зеркал попадают на дихроические светофильтры и далее на ЖК-матрицы. Сложение происходит в смесительной призме, через которую сформированное изображение попадает в проекционный объектив. Цветокоррекция, яркость и контрастность заложены в микроконтроллерную систему проектора и у каждой модели существует возможность регулировки этих параметров для конкретного источника изображения и проекционного экрана.

Трехматричная система (рис.4.1) имеет ряд преимуществ перед технологией LCD, у которой одна цветная матрица. В первую очередь это формирование более естественного черного цвета, который и определяет степень контрастности проецируемого изображения. Однако при одинаковых параметрах лампы видеопроектор с одной ЖК-матрицей будет давать существенно более яркое изображение, нежели проектор с тремя (3LCD) матрицами, т.к. из-за его сложной светооптической системы возникают большие потери светового потока.

Рис.4.1 Светооптическая система 3LCD-видеопроектора

Световой поток первых 3LCD-видеопроекторов не превышал 1200 лм, потому что при увеличении мощности лампы из-за сильного термического воздействия на химическую и физическую структуру жидких кристаллов матрицы начинали деформироваться и разрушаться (или «выгорать»). Поэтому до сих пор ведутся разработки термостойких матриц и ламп со «срезанным» диапазоном инфракрасного (теплового) излучения. Кроме того, чтобы исключить тепловое воздействие как на систему матриц, так и на оптические узлы, используются интерференционные отражатели и инфракрасные фильтры. В настоящее время разработаны видеопроекторы с системой 3LCD, у которых полезный световой поток достигает 15000 лм и более.

4.1. Выбор рациональной схемы построения цветоделительной системы

Полезный световой поток 3LCD-видеопроектора в значительной степени зависит от схемы построения цветоделительной системы и от параметров применяемых дихроических светофильтров.

На рис. 4.2 показаны различные варианты цветоделительных систем с использованием четырех типов дихроических светофильтров, характеристики которых (коэффициенты пропускания τ и отражения ρ) представлены на рис. 4.3 [34].

В первом варианте используются дихроические светофильтры типов а, б, в и г и три обычных зеркала. В этом случае спектральные коэффициенты пропускания каналов RGB для длин волн