Проекционные телевизоры
Желание получить большое изображение появилось одновременно с созданием кинескопного телевизора. Самое простое решение можно увидеть в старых фильмах — это линза перед маленьким экраном. Решение посложнее — проекционный телевизор — было реализовано практически одновременно. Даже отечественные производители отметились на этом направлении: в 60-х годах в нашей стране выпускался черно-белый проекционный телевизор «Топаз».
До последнего времени на сегменте рынка большеэкранных телевизоров (от 40" по диагонали и более) преобладали модели с использованием трех электронно-лучевых трубок (кинескопов) в качестве источника света. Несмотря на свою популярность, такие ЭЛТ-телевизоры, аналоговые по сути, обеспечивают недостаточную яркость и ограниченный угол обзора.
Рис.1. Устройство проекционного телевизора
Рис. 2. Cхема трехматричного LCOS-проектора
Представленный в этом году компанией Thomson проекционный HDTV-телевизор на основе DLP-технологии, 61DSZ644, при экране 61 дюйм имеет глубину всего 17,4 см
Сравнение матричных проекционных и плоскопанельных телевизоров
В последних моделях проекционных телевизоров все большее применение находят другие устройства для создания изображения. Использование матричных устройств, особенно в моделях с экраном в диапазоне от 40" до 60", позволяет улучшить качество изображения, делая их еще более популярными. Эти матричные дисплеи включают такие приборы, как просветные TFT ЖК-матрицы, отражающие LCOS-панели и микрозеркальные DMD-чипы. TFT ЖК-матрицы чаще всего используются в трехматричных конструкциях, а DMD-чипы в одночиповых системах DLP-проекторов.
Такие проекционные телевизоры активно продаются в США, Китае и Европе. Япония со своими традиционно маленькими комнатами, среди которых нет большой гостиной, более склонна к телевизорам с плоскими ЖК- или плазменными панелями, отбирающим при большом экране минимум жилого пространства. Новое поколение проекционных ТВ с пиксельными матрицами дает значительное улучшение изображения (особенно в части яркости и четкости) по сравнению с традиционными проекционными телевизорами на основе кинескопных проекторов. Для сравнения: яркость проекционного ТВ с кинескопным проектором при обзоре строго спереди составляет около 200 кд/м2. При этом часто периферийные области экрана выглядят более темными. В аналогичных условиях проекционные ТВ на основе многопиксельных матриц обеспечивают яркость около 500 кд/м2, что уже эквивалентно яркости современных плазменных и ЖК-панелей. То есть для зрителя, сидящего прямо напротив проекционного телевизора, качество изображения вполне сопоставимо с качеством изображения плазменных и ЖК-телевизоров. Более того, благодаря использованию усовершенствованных оптических систем новые модели ПТВ значительно тоньше своих предшественников. Лучшее качество изображения и меньшая толщина — дополнительные побудительные причины к покупке такого телевизора.
Матричные ПТВ вне зависимости от типа панели обеспечивают большее разрешение. По этой причине они способны правильно воспроизводить HDTV-изображение как прогрессивное (720p), так и чересстрочное (1080i). Заметим, что у проекционных ТВ на основе ЭЛТ качество HDTV-изображения хуже — из-за большого диаметра пятна от электронного луча.
Среди недостатков проекционных ТВ — их относительно большая глубина по сравнению с телевизорами на плоских панелях (ЖК и плазменных). Однако разработчики предпринимают шаги по совершенствованию этих ТВ, и вот уже можно купить ПТВ с экраном 61", глубиной менее 20 см и широким углом обзора. Аналитики рынка предсказывают, что в случае столь существенного улучшения проблемных параметров проекционных ТВ и приближения их к значениям плоскопанельных ТВ ПТВ будут угрожать рынку ЖК- и плазменных ТВ не только в Северной Америке и Китае, но и во всем мире.
Проекторы в зависимости от способа получения изображения можно разделить на две категории: прямые и обратные. Прямые или фронтальные — это классические автономные видеопроекторы, о которых мы уже неоднократно рассказывали. Обратные или задние, как правило, входят в состав проекционного телевизора. Кроме проектора, в едином корпусе такого телевизора размещается отражающее зеркало, просветный экран, телевизионный тюнер и акустика с усилителями (рис. 1). Изображение проецируется на просветный экран сзади (отсюда и название), отражаясь от зеркала, установленного на задней стенке корпуса. Просветный экран обладает высокой оптической передачей, то есть прозрачен для внешнего освещения и потому практически не отражает его. Таким образом, задняя проекция обеспечивает большую яркость экрана, чем фронтальные проекторы, и потеря контрастности из-за внешнего освещения у них незначительна.
Конструктивно просветный экран содержит два слоя линз. На внутренней стороне располагается круговая линза Френеля, основная задача которой направить свет от проектора на зрителя). На внешней стороне находится слой вертикальных двояковыпуклых линз, которые обеспечивают широкий угол обзора в горизонтальной плоскости.
Стремясь повысить качество изображения проекционных ТВ, изготовители уменьшают шаг двояковыпуклых линз. Такое решение позволяет устранить ряд проблем. Во-первых, избавиться от мерцания. Причиной мерцания часто является присутствующая в материале экрана дисперсионная добавка, которая повышает рассеяние и, таким образом, увеличивает вертикальный угол обзора. При этом поверхность экрана выглядит гранулированной. Другая проблема — муар, который возникает из-за интерференции между дискретной структурой изображения проецируемого на экран матрицей проектора и линейной структурой двояковыпуклых линз. При уменьшении шага вертикальных линз и мерцание, и муар заметны меньше. Естественно, что в проекционных телевизорах используются такие же проекторы с фиксированной матричной структурой, как и во фронтальных проекторах. Это могут быть просветные или отражающие ЖК-панели, или DLP-проекторы, использующие микрозеркальные чипы DMD.
Однако качество изображения проекционного ТВ зависит не только от матрицы, но и от других его составляющих. Так источник света (лампа) вносит основной вклад в яркость изображения и цветопередачу. На последнюю сильно влияет и оптическая система. За разрешение и передачу шкалы серого отвечает пиксельная матрица. И, наконец, от экрана зависят яркость при внешнем освещении и угол обзора. Электроникой можно слегка подправить передачу шкалы серого и воспроизведение цвета. То есть производители могут совершенствовать свои проекционные телевизоры многими путями. Два основных недостатка ПТВ — большая по сравнению с плазменными и ЖК-телевизорами глубина при одинаковой диагонали и малый вертикальный угол обзора. Пока основной путь увеличения вертикального угла обзора — это усовершенствование оптической системы. Для классической конструкции ПТВ с экраном 60" по диагонали глубина корпуса составляет от 40 до 60 см. Чтобы уменьшить глубину корпуса, проектор располагают не под экраном, а на дне корпуса, сохраняя при этом достаточное расстояние проекции, необходимое для получения изображения большого размера. Правда, в этом случае изображение проецируется зеркалом под острым углом, и в верхней и нижней части экрана возможно его искажение. Однако Mitsubishi Electric и Thomson Multimedia уже продают проекционные телевизоры с экраном 60" и глубиной корпуса менее 20 см. Для увеличения вертикального угла обзора в ПТВ часто используют дисперсионную добавку в материал экрана. У этого способа есть негативная сторона: чем больше добавки, тем сильнее падает яркость. Современный способ решения этой проблемы — использование отражающих LCOS-панелей.
Проекционные ТВ с просветными ЖК-матрицами имеют высокое разрешение и относительно дешевы. Однако у них мала контрастность и неадекватна передача градаций серой шкалы. Основные производители ЖК-матриц с HDTV-разрешением — Seiko Epson (панели 1,3" и 1,6" с разрешением 1920х1080 пикселей) и Sony (панель 1,35", 1365х768 пикселей). Seiko Epson заявляет для своих ПТВ с просветными ЖК-панелями, продаваемых в США, контрастность 1000:1 и анонсирует появление в будущем году моделей с контрастностью до 1500:1.
Значительно более эффективно используется световой поток в отражающих ЖК-панелях — LCOS. К преимуществам таких телевизоров, кроме этого, относятся высокое разрешение, большая контрастность и хорошее воспроизведение шкалы серого. Однако их конструкция очень сложна и требует использования специальных компонентов. Это значительно повышает цену ПТВ с LCOS-панелями по сравнению с моделями, использующими другие технологии. Для уменьшения цены JVC, которая называет свои просветные ЖК-панели D-ILA, разработала конструкцию с использованием дихроичных зеркал и призм (рис. 2). Матрица JVC имеет размер 0,8" и обеспечивает полное соответствие требованиям HDTV — 1920х1080 пикселей. Кроме того, ПТВ этой компании благодаря использованию LCOS-панели обеспечивает относительно большой угол вертикального обзора. Американский Intel выпускает LCOS-панели с разрешением 1280х720 и 1920х1080 пикселей. О разработке ПТВ с этими панелями уже сообщили InFocus (США), TCL и SkyWorth (обе — Китай) и Trimax PDC (Тайвань). Также производят LCOS-матрицы, соответствующие HDTV, Philips (матрица с разрешением 1280х720 пикселей уже используется в продаваемой модели телевизора, а с разрешением 1920х1080 пикселей будет применена в следующей модели). Компания Sony еще в начале 2003 года сообщила о разработке своей LCOS-панели, которую разработчики назвали SXRD. У этой панели высокая разрешение, большая контрастность и время отклика всего 5 мс. Компания намерена использоваль эту панель в проекционных телевизорах и видеопроекторах. Пока Sony показала на весенней выставке InfoComm 2004 видеопроектор профессионального качества с разрешением 8,8 млн. пикселей. Производит LCOS-матрицы с разрешением HDTV еще и Hitachi.
И наконец, технология DLP, единственным производителем DMD-чипов для который на сегодня является Texas Instruments. Во всех коммерческих моделях ПТВ используется одночиповый вариант с цветоделительным кругом. Этот тип проекционных телевизоров имеет высокую контрастность, отлично воспроизводит изображения с большой динамикой, хорошо передает серую шкалу и имеет большой срок службы. Однако разрешение и передача черного (градаций серого с минимальной яркостью) требуют улучшения. У этих телевизоров есть определяемая способом передачи цвета специфическая помеха. Часто ее называют цветовым шумом, который возникает при переключении цветов из-за использования круга со светофильтрами.
И одно необходимое замечание о дизайне проекционных телевизоров. Если раньше они выглядели чем-то вроде буфета, то последние модели отличаются отменным изяществом конструкции. Тут достаточно вспомнить хотя бы призера EISA 2004–2005 в категории проекционных телевизоров — Samsung SP-50L7HX, в котором используется усовершенствованный DMD-чип HD2+.
Линза Френеля
Линза, составленная из примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины. Другое название — ступенчатая линза. Линза Френеля — один из первых (если не вообще первый исторически) приборов, действие которого основано на дифракции света и который тем не менее активно используется в технике до сих пор. Френелевские линзы позволяют справиться с колимацией (сжатием) пучков большой поперечной апертуры, одновременно являясь плоскими деталями небольшого веса и относительно небольшой сложности изготовления.
Дихроичное зеркало
Зеркало, отражающее свет только одного цвета. То есть дихроичное зеркало отражает под определенным углом, например, синий свет, пропуская зеленый и красный. Система из нескольких дихроичных зеркал позволяет разбить световой поток на три составляющих: красный, зеленый и синий. Чтобы опять собрать их в один поток, используется дихроичная призма.