4.3.3. Видеопроекторы ila и d-ila

В светоклапанном проекторе варианта ILA (модернизация «Ти-туса») пластина KD₂PO₄ заменена на жидкокристаллический (ЖК) слой, на диэлектрическое зеркало нанесен фоторезистивный слой, а вся электронно-лучевая часть оформлена в виде отдельного не­большого инфракрасного кинескопа. Кальцитовые призмы также заменены на зеркало-поляризатор (фирмы Hughes Aircraft).

В этом проекторе потенциальный рельеф образуется на диэлек­трическом зеркале благодаря фоторезисту. Электрическое поле воздействует на ЖК, и в каждой точке мишени частично или пол­ностью изменяется поляризация отраженного света.

В цветном варианте проектора либо три рассмотренных блока в цветоделенных каналах объединены до общего объектива, либо цветиделенные каналы полностью разделены и имеют индивиду­альные объективы.

К началу 2000 г. выпускалось 15 моделей ILA-проекторов со световыми потоками от 1300 до 12000 лм (ANSI). Максимальная мощность ксеноновых ламп стационарного видеопроектора - 7 кВт. Вес проекторов от 70 до 500 кг. Цена от $ 40000 до $ 250000.

Так, проектор ILA-M100 (США, 1999 г.) при ксеноновой лампе типа Х-750 имел световой поток 1400 лм (ANSI); вес его 75 кг; це­на около $ 40000.

Вариант проектора D-ILA, как и предыдущий, работает на от­ражение, но при матричной структуре ЖК-панели. Поэтому инфра­красный кинескоп отсутствует, а развертка осуществляется за счет управляющей электроники. В данном случае электронные компо-

ненты не загораживают зеркала пикселей, т.к. расположены с их тыльной стороны, и общий коэффициент отражения панели на уровне белого очень высокий (достигает 95%). На рис.4.13 показа­на основная часть структурной схемы одного светомодулирующего канала этого видеопроектора, где обозначены:

ЗЭ - неподвижные зеркальные элементы матрицы (пиксели), электрически связанные со схемой управления;

МЭЗ - матрица с интегральной электроникой и зеркалами;

ЖК - жидкокристаллический слой;

ПС - прозрачный проводящий слой на стеклянной пластине;

ПА - поляризатор-анализатор.

Проекторы типа D-ILA выпускали фирмы: JVC, Pioneer, Pana­sonic, InFocus, Proxima, Toshiba и др.

4.3.4. LCD - видеопроекторы

В настоящее время это наиболее распространенная разновид­ность светоклапанных ЖК матричных видеопроекторов, часто на- ' зываемых LCD-проекторами (Liquid Crystal Display). Здесь сущест­венный прогресс связан с появлением термостойких жидких кри­сталлов. Соответственно появились и матричные ЖК-модуляторы (панели) с высоким разрешением: ди 1920 х 1080 пикселей для формата 16 : 9 и до 1600 х 1200 пикселей для формата 4 : 3. Моду­ляционная система проектора строится обычно на пропускание све­тового потока проекционной лампы, например, как на рис.4.14.

От металло-галогенной лампы МГЛ световой пучок может не­посредственно поступать на зеркальную цветоделительную систе­му, состоящую из обычных зеркал с наружным покрытием ЗНП и

дихроических зеркал ДЗ. В дорогих моделях LCD-видеопроекторов на участке между лампой и зеркалами могут быть дополнительно установлены компенсатор неравномерности светового потока (не показанный на рис. 4.14) и конвертор поляризации PSB.

В основе работы фасеточного оптического компенсатора нерав­номерности светового потока (рис. 4.15) - перемешивание исходно­го неравномерного светового потока лампы с помощью двух после­довательно установленных конденсорно-линзовых растров.

В оптическом устройстве PBS (Polarized Beam Splitter) обычный свет превращается в поляризованный, причем без потери одной из со­ставляющих. В этом устройстве, включающем конденсорные линзы КЛ и конвертор поляризации КП, сначала неполяризованный свет делится на р- и s-составляющие, затем, например, s-составляюшая пропускается через фазовращатель и совмещается с р-составляющей поляризованного света. Далее поляризованный свет идет через оптические элементы проектора до самого экрана, не имея потерь на дихроических зеркалах.

В призменном блоке с ЖК-матрицами (ЖМ-R, ЖМ-G, ЖМ-В) каждый пиксел связан с управляющей БИС на полевых транзисто­рах, в результате чего на его индивидуальном прозрачном электро­де меняется потенциал относительно общего прозрачного электро­да матрицы в зависимости от уровня видеосигнала для данной точ­ки кадра. Соответствующим образом и жидкий кристалл меняет свои поляризационные свойства, воздействуя на проходящий поля­ризованный свет.

Чтобы световой поток частично не перекрывался непрозрач­ными участками схемы управления, перед ЖК-слоем располагают микролинзовый растр, фокусирующий свет на прозрачных участках каждого пиксела. Площадь такого (обычно центрального) участка составляет 30...50% от общей площади пиксела.

На выходе каждого ЖК модуляционного блока установлен по­ляризатор-анализатор. При передаче темных деталей изображения весь свет задерживается в модуляционном блоке, нагревая его (и ухудшая оптические свойства ЖК-слоя). При передаче светлых де­талей эти участки прозрачны. Однако прозрачность не идеальна как по причине оптических потерь в самом ЖК-веществе, так и по при­чине потерь в проводящих покрытиях. Поэтому работы по повыше­нию термостабильности продолжаются. В настоящее время преиму­щественное применение находят полисиликоновые (p-Si) ЖК-панели как более термостойкие в сравнении с аморфносиликоновыми (a-Si).

В последних моделях проекторов наряду с металло-галогенными лампами (МН) стали применять миниатюрные лампы сверхвысокого ^давления (UHP), у которых отдача вдвое больше, чем у первых. По­мимо увеличения яркости и снижения энергопотребления это улуч­шило такие показатели проектора, как термостабильность ЖК--матрицы и оптических юстировок, снизились акустические шумы вентилятора.

4.3.5. Микрозеркальные видеопроекторы

В 1996 г. фирмой Texas Instruments выдвинута идея и запатенто­вана конструкция микрозеркальных видеопроекторов, а уже через год 14 фирм выпустили пробные экземпляры таких проекторов. Торговая марка проекционного блока - DLP (Digital Light Processing).

Проектор содержит очень сложный неразборный узел - комби­нированную цветоделителыгую призму с закрепленными на ней

проста. Неполяризованный световой поток от проекционной лампы ИС через тепловой фильтр ТФ, зеркала с наружным покрытием

панелями (чипами) микрозеркальных матриц с системой электрон­ного управления каждым пикселем.

В этих видеоироекторах световой поток модулируется микро­зеркальными матрицами, работающими на отражение. Обычно матрица содержит 848 х 600 микрозеркал (в более поздних моделях 1024 х 768). Каждое микрозеркало, поворачиваясь на подвесах под действием управляющего сигнала, отражает свет либо в объектив, либо в поглотитель. Т.е. каждый элемент матрицы (рис. 4.16) - све-токлапанная система.

Размеры микрозеркал 16,6 х 16,6 мкм, расстояние между зерка­лами 1 мкм. Это означает, что в растре не будет заметно ни строк, ни столбцов. Отсутствует также эффект засветки освещенными эле­ментами неосвещенных. Алюминиевые зеркала пикселей закрепле­ны механически на подпружиненных подвесах и могут поворачи­ваться на угол до 12°. Крайние положения соответствуют состояни­ям «включено - выключено». Отклонение зеркала происходит за счет электростатического поля, возникающего при подаче на пик­сел двух адресных и одного управляющего напряжений с ячейки памяти на КМОП-подложке. Время механического переключения ячейки (с учетом успокоения) составляет 10 мкс. Время нахождения ячейки во включенном состоянии зависит от уровня яркости дан­ной цветовой компоненты в конкретной точке во временном интер­вале ТВ кадра. Это время дискретизировано по 1О-рачрядному коду на 1024 временных уровня. Кроме того, чтобы не возникало мель­каний, длинные импульсы переключения пикселей разрываются на более короткие с сохранением их суммарной продолжительности.

Оптическая же схема видеопроектора (рис. 4.17) за исключени­ем призменного блока, в котором не показан ход лучей, достаточно

ЗНП и собирающие оптические элементы СЛ, К поступает на ком­бинированную цветоделительную призму. Призма делит световой поток на Ы-,О-,В-составляющие и направляет их на соответствую­щие микрозеркальные чипы МЗЧ. Отраженные чипами модулиро­ванные цветоделенные составляющие светового потока вновь объ­единяются комбинированной призмой и направляются в проекци­онный объектив ПО.

В некоторых моделях (более дешевых) нет комбинированной цветоделительной призмы и используется только одна матрица, ос­вещаемая лампой через вращающийся светофильтр с R,G,B,Y-секторами (Y - для черно-белых изображений). Частота смены цве­тов 150 Гц. Такие упрощенные видеопроекторы выпускаются ря­дом фирм, например inFocus, Davis и др. i