Crt проектор принцип работы

Кинескопный видеопроектор или CRT-проектор (от англ. Cathode Ray Tube, CRT — электронно-лучевая трубка) — разновидность видеопроектора, источником света в котором являются люминофор одного или нескольких кинескопов с повышенной яркостью свечения. До конца XX века видеопроекторы этого типа получили наиболее широкое распространение в небольших аудиториях, поскольку светоклапанные устройства типа «Эйдофор» были чрезвычайно громоздки, дороги и требовали квалифицированного обслуживания [1] .

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В чёрно-белых проекторах этого типа изображение небольшого размера создаётся на экране кинескопа с диагональю от 7 до 12 дюймов, а затем увеличивается на большом экране с помощью оптической системы. В цветных видеопроекторах используются три кинескопа с разным цветом свечения люминофора: красным, зелёным и синим. Каждый из кинескопов воcпроизводит одно из трёх частичных цветоделённых изображений, которые оптически совмещаются на экране с помощью объективов. В большинстве случаев каждый из кинескопов оснащается индивидуальной оптической системой, чаще всего катадиоптрического типа. Это объясняется более высокой световой эффективностью зеркально-линзовых систем, превосходящих по этому параметру линзовые в 3 раза [2] .

Впервые принцип трёх кинескопов был использован в экспериментальной системе цветного телевидения, созданной компанией RCA в 1947 году [3] . Однако, массовое производство подобных устройств было налажено лишь в 1972 году фирмами Sony и Advent [4] . Принципиальным ограничением такой системы является предельная яркость и размер изображения, площадь которого обычно не превышает 12 квадратных метров [2] . Причина этого кроется в соотношении между яркостью свечения люминофора и сроком службы кинескопа. При слишком высокой яркости долговечность резко снижается, и кроме того возрастает опасность появления тормозного излучения из-за высокого анодного напряжения трубок, достигающего 50 киловольт. Наиболее высокой световой эффективности удалось добиться в видеопроекторах системы NovaBeam, реализованной в 1979 году американцем Генри Клоссом [5] . Зеркально-линзовую оптику начали встраивать непосредственно в каждый из кинескопов, повышая световую эффективность, и исключая большинство юстировок. Видеопроекторы этого типа давали качественное изображение на экранах с диагональю до 3 метров [6] .

Ограничение яркости и размера экрана отсутствует в светоклапанных проекторах с мощной лампой в качестве источника света. Современные светоклапанные видеопроекторы с DLP или LCoS матрицами свободны от этих ограничений, а яркость и размер даваемого ими изображения зависят только от мощности осветительной системы. В настоящее время видеопроекторы с кинескопами повышенной яркости считаются устаревшими [7] .

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

По сравнению с другими типами проекторов для кинескопных характерна долговечность, достигающая 10 тысяч часов непрерывной эксплуатации. Наиболее дорогие модели воспроизводят изображение с высокой чёткостью, доходящей до 1920×1200 точек при качественном воспроизведении цветовых оттенков. Существуют образцы и с более высоким разрешением. По сравнению с современными проекторами на основе DLP и LCD кинескопные значительно лучше воспроизводят чёрный цвет, обеспечивая глубокие насыщенные тени [8] . Демонстрация видео с чересстрочной развёрткой может вестись напрямую, без снижения качества цепями деинтерлейсинга. Кроме того, быстродействие кинескопов практически не ограничено, исключая проблему запаздывания и появления «шлейфов» от быстродвижущихся объектов. Кинескопные видеопроекторы свободны от «эффекта радуги», характерного для одноматричных DLP-проекторов.

Недостатки заключаются в громоздкости проектора и сложности юстировки оптики при его установке. Плохая настройка приводит к появлению у предметов на краях изображения цветных контуров, обусловленных неточностью совмещения растров трёх кинескопов. Кроме того, в процессе эксплуатации настройки сбиваются, требуя повторных регулировок. Яркость изображения на экране ниже, чем у более современных и компактных DLP и LCD проекторов, оснащённых мощной лампой. Из-за этого в большинстве случаев комфортный просмотр изображения на экране возможен только в хорошо затемнённом помещении [9] . При этом энергопотребление кинескопных проекторов значительно выше, а кинескопы подвержены эффекту выгорания люминофора. Явление особенно заметно при переходе на формат с редко использующимся соотношением сторон экрана, например на классический после широкоэкранного. При этом хорошо заметна повышенная яркость изображения в местах постоянного присутствия экранного каше, где люминофор выгорает менее интенсивно.

Кинескопный видеопроектор или CRT-проектор (от англ. Cathode Ray Tube, CRT — электронно-лучевая трубка) — разновидность видеопроектора, источником света в котором являются люминофор одного или нескольких кинескопов с повышенной яркостью свечения. До конца XX века видеопроекторы этого типа получили наиболее широкое распространение в небольших аудиториях, поскольку светоклапанные устройства типа «Эйдофор» были чрезвычайно громоздки, дороги и требовали квалифицированного обслуживания [1] .

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В чёрно-белых проекторах этого типа изображение небольшого размера создаётся на экране кинескопа с диагональю от 7 до 12 дюймов, а затем увеличивается на большом экране с помощью оптической системы. В цветных видеопроекторах используются три кинескопа с разным цветом свечения люминофора: красным, зелёным и синим. Каждый из кинескопов воcпроизводит одно из трёх частичных цветоделённых изображений, которые оптически совмещаются на экране с помощью объективов. В большинстве случаев каждый из кинескопов оснащается индивидуальной оптической системой, чаще всего катадиоптрического типа. Это объясняется более высокой световой эффективностью зеркально-линзовых систем, превосходящих по этому параметру линзовые в 3 раза [2] .

Впервые принцип трёх кинескопов был использован в экспериментальной системе цветного телевидения, созданной компанией RCA в 1947 году [3] . Однако, массовое производство подобных устройств было налажено лишь в 1972 году фирмами Sony и Advent [4] . Принципиальным ограничением такой системы является предельная яркость и размер изображения, площадь которого обычно не превышает 12 квадратных метров [2] . Причина этого кроется в соотношении между яркостью свечения люминофора и сроком службы кинескопа. При слишком высокой яркости долговечность резко снижается, и кроме того возрастает опасность появления тормозного излучения из-за высокого анодного напряжения трубок, достигающего 50 киловольт. Наиболее высокой световой эффективности удалось добиться в видеопроекторах системы NovaBeam, реализованной в 1979 году американцем Генри Клоссом [5] . Зеркально-линзовую оптику начали встраивать непосредственно в каждый из кинескопов, повышая световую эффективность, и исключая большинство юстировок. Видеопроекторы этого типа давали качественное изображение на экранах с диагональю до 3 метров [6] .

Ограничение яркости и размера экрана отсутствует в светоклапанных проекторах с мощной лампой в качестве источника света. Современные светоклапанные видеопроекторы с DLP или LCoS матрицами свободны от этих ограничений, а яркость и размер даваемого ими изображения зависят только от мощности осветительной системы. В настоящее время видеопроекторы с кинескопами повышенной яркости считаются устаревшими [7] .

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

По сравнению с другими типами проекторов для кинескопных характерна долговечность, достигающая 10 тысяч часов непрерывной эксплуатации. Наиболее дорогие модели воспроизводят изображение с высокой чёткостью, доходящей до 1920×1200 точек при качественном воспроизведении цветовых оттенков. Существуют образцы и с более высоким разрешением. По сравнению с современными проекторами на основе DLP и LCD кинескопные значительно лучше воспроизводят чёрный цвет, обеспечивая глубокие насыщенные тени [8] . Демонстрация видео с чересстрочной развёрткой может вестись напрямую, без снижения качества цепями деинтерлейсинга. Кроме того, быстродействие кинескопов практически не ограничено, исключая проблему запаздывания и появления «шлейфов» от быстродвижущихся объектов. Кинескопные видеопроекторы свободны от «эффекта радуги», характерного для одноматричных DLP-проекторов.

Недостатки заключаются в громоздкости проектора и сложности юстировки оптики при его установке. Плохая настройка приводит к появлению у предметов на краях изображения цветных контуров, обусловленных неточностью совмещения растров трёх кинескопов. Кроме того, в процессе эксплуатации настройки сбиваются, требуя повторных регулировок. Яркость изображения на экране ниже, чем у более современных и компактных DLP и LCD проекторов, оснащённых мощной лампой. Из-за этого в большинстве случаев комфортный просмотр изображения на экране возможен только в хорошо затемнённом помещении [9] . При этом энергопотребление кинескопных проекторов значительно выше, а кинескопы подвержены эффекту выгорания люминофора. Явление особенно заметно при переходе на формат с редко использующимся соотношением сторон экрана, например на классический после широкоэкранного. При этом хорошо заметна повышенная яркость изображения в местах постоянного присутствия экранного каше, где люминофор выгорает менее интенсивно.

Что такое проектор?

Проектор это устройство, подключаемое к компьютеру или ноутбуку, планшету ,видеокамере и т.д. для получения изображения на проекционном экране.
Для работы проектора не требуется каких-либо специальных программ. Работа с проектором подобна работе с компьютерным или видео монитором. На пульте дистанционного управления проектором имеются регулировки яркости и контрастности изображения.

Проекторы для офисных презентаций не нуждаются в сложной и частой регулировке. Такие проекторы можно включать и работать с ними, не читая инструкции. Внутри корпуса проектора находится источник света лампа или лазерный светодиод и преобразователь входного сигнала в изображение. Как правило, проектор имеет вход для подключения сигнала от компьютера и один или два входа для коммутации сигналов видео. В проекторах имеются также аудио входы для воспроизведения звука на встроенные динамики. Проекторы мультисистемны и работают со всеми стандартами видео ( PAL / SECAM / NTSC ). Это значит, что вы можете воспроизводить любую телевизионную программу и записи с видеокассет и лазерных дисков.

Яркость и графическое разрешение изображения- это самые важные свойства проекторов для презентаций. Говоря о яркости проекторов, мы будем подразумевать световой поток проектора, то есть количество света, излучаемое проектором. Световой поток не зависит ни от размера экрана, ни от расстояния от объектива проектора до плоскости экрана и измеряется в ANSI люменах. Световой поток современных офисных проекторов превышает 1000 ANSI-люменов, что позволяет проводить презентации при обычном искусственном свете.

Для воспроизведения видео рекомендуется использовать проекторы с графическим разрешением не менее 800х600 точек SVGA. Для качественного воспроизведения компьютерного изображения с мелкими деталями выбирайте проектор с графическим разрешением не менее 1024х768 точек XGA. Для компьютерных приложений с повышенными требованиями по контрастности и графическому разрешению изображения применяйте проекторы с графическим разрешением 1400х1050 точек SXGA +.

Оптическая схема проекторов со стандартными объективами устроена так, что нижний край изображения оказывается на уровне объектива проектора. В большинстве моделей проекторов предусмотрена возможность коррекции вертикальных трапециевидных искажений, возникающих при расположении проектора значительно выше или ниже нормального рабочего положения. Проекторы формируют изображение заданного размера. При использовании стандартных объективов с коэффициентом 2:1 расстояние от объектива проектора до плоскости экрана совпадает с удвоенной шириной экрана. Длина штатного компьютерного кабеля обычно не превышает 3 м , чего вполне достаточно работы в офисе. При необходимости допускается использование компьютерных кабелей длиной до 15 м. Длина штатного видео кабеля также не велика, однако при необходимости для передачи сигнала видео можно использовать профессиональные видео кабели длиной до 100 м .

В качестве источника света в проекторах используются надежные металлогалоидные или металлогалогеновые лампы со сроком службы не менее 2000 часов. Все эти лампы по сути являются ртутными лампами в которые добавлены соли йода и брома. Эти лампы очень мощные и поставляются в специальном ламповом модуле, который включает лампу, отражатель и собственно сам модуль с контактами и направляющими для установки в определенный проектор. При выходе из строя лампы проектора меняется весь ламповый модуль в сборе. Срок службы лампы значительно сокращается при нарушении условий охлаждения и вентиляции, поэтому правильно выключайте проектор и следите за чистотой воздушных фильтров.

При использовании проектора в режиме офисной эксплуатации по 2 часа в сутки ежедневно, включая выходные и праздничные дни, одной лампы хватит на срок не менее, чем на два с половиной года.

Мультимедийные проекторы: базовые технологии

Среди разработанных на сегодняшний день технологий выдачи изображения на проекционный экран можно выделить четыре основные, получившие наиболее широкое применение в коммерческих продуктах ведущих производителей и различающиеся в первую очередь типом элемента, используемого для формирования изображения:

В каждом случае свойства формирователя определяют основные достоинства и недостатки технологии, а, следовательно, и область применения созданных на ее основе проекционных аппаратов.

CRT-технология.

Мультимедийные проекторы на базе электронно-лучевых трубок (CRT) выпускаются в течение уже нескольких десятилетий. Но, несмотря на появление более современных технологий, по качеству воспроизведения изображения (разрешение, четкость, точность цветопередачи), уровню акустического шума (менее 20 дБ) и длительности непрерывной работы (10 000 часов и более) они до сих пор не имеют себе равных. Ни одна другая технология пока не обеспечивает столь же глубокий уровень черного и столь же широкий динамический диапазон яркости изображения, благодаря которым CRT-проекторы позволяют различать детали даже при демонстрации затемненных сцен. Физические характеристики флюоресцирующего покрытия экрана трубки (см. Устройство CRT-проектора) исключают потерю информации при воспроизведении видеосигналов разных стандартов (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA и т. д.), а сходство технологии производства используемых в проекторах трубок с телевизионными обеспечивает точность передачи цветов без применения алгоритмов гамма-коррекции.

Обладая несомненными достоинствами, особенно при демонстрации видео, CRT-проекторы имеют и ряд существенных недостатков, ограничивающих сферу их применения. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным мультимедиа-проекторам в яркости. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 ANSI-лм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции CRT-проектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т. д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. Между тем, после перемещения аппарата на новое место, замены вышедшего из строя компонента или естественного ухода параметров с течением времени все процедуры необходимо повторить заново. Таким образом, к достаточно высокой цене самого устройства могут добавиться значительные эксплуатационные расходы.

Устройство CRT проектора

Наиболее совершенные CRT-проекторы строятся на трех электронно-лучевых трубках с размером экрана от 7 до 9 дюймов по диагонали. Каждая трубка воспроизводит один из базовых цветов пространства RGB — красный, зеленый или синий.

Выделенные из входного сигнала цветовые составляющие управляют работой модуляторов соответствующих трубок, меняя интенсивность электронного луча, который под воздействием магнитного поля отклоняющей системы сканирует внутреннюю поверхность экрана трубки с фосфорным покрытием. Таким образом на экране трубки формируется изображение одного цвета. С помощью линзы оно проецируется на внешний экран, где смешивается с проекциями от двух других трубок для получения полноцветной картинки.

Преимущества CRT:

• Высокое качество изображения
• Большая длительность непрерывной работы
• Глубокий уровень черного (контрастность)
• Практически неограниченное разрешение
• Низкий уровень шума, достаточность пассивного охлаждения
• Испытанная временем технология (более полувека)

Недостатки CRT:

• Низкий уровень яркости
• Необходима периодическая калибровка
• Нечеткая геометрия
• Не рекомендуется для статических изображений

LCD-технология

В мультимедийных проекторах, выполненных по технологии LCD (Liquid Crystal Display), функции формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. По принципу действия такие аппараты напоминают обычные диапроекторы (см. Устройство LCD-проектора) с той разницей, что проецируемое на внешний экран изображение формируется при прохождении излучаемого лампой светового потока не через слайд, а через жидкокристаллическую панель, состоящую из множества электрически управляемых элементов — пикселов. В зависимости от величины приложенного к каждому такому элементу переменного напряжения меняется его прозрачность, а, следовательно, и уровень освещенности участка экрана, на который проецируется данный пиксел.

LCD-технология позволила существенно удешевить проекционные аппараты, уменьшить их габариты и одновременно увеличить излучаемый ими световой поток (в наиболее мощных моделях он достигает и 10000 ANSI-лм). Она естественным образом адаптирована к воспроизведению видеосигналов от компьютерных источников, а также сохраненных в цифровом формате видеофайлов. LCD-проекторы просты в обращении и настройке и сохраняют свои параметры после транспортировки. Именно поэтому они широко применяются в бизнес-сфере для проведения презентаций и демонстрации шоу-программ.

Вместе с тем, из-за ограниченности собственного оптического разрешения, определяемого числом пикселов в жидкокристаллической матрице формирователя изображения, LCD-проекторы воспроизводят без искажения сигналы только одного, как правило, компьютерного стандарта SVGA, XGA и т. д. Для воспроизведения сигналов иных стандартов, в том числе телевизионных, применяются специальные алгоритмы преобразования графической информации к естественному для данного проектора цифровому формату. Наличие непрозрачных промежутков между отдельными пикселами в жидкокристаллических матрицах приводит к появлению на экране сетки, различимой с близкого расстояния. С переходом на полисиликоновые матрицы с более плотной структурой пикселов и разрешением XGA и выше этот недостаток становится практически незаметным, а постоянное совершенствование алгоритмов формирования цветного изображения значительно улучшает его качество по сравнению с моделями более ранней разработки.

Устройство LCD проектора

Принцип работы жидкокристаллических матриц, используемых в LCD-проекторах в качестве формирователей изображения, основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселов), слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем, вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90 градусов.

Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества поляризованный свет (см. рис.) также меняет плоскость поляризации на 90 градусов. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a и b ), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора.

Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы.

В LCD-панелях с активной адресацией пикселов, выполненных с применением подложек из аморфного кремния, каждый элемент работает под управлением отдельного тонкопленочного транзистора (TFT — Thin Film Transistor).

Сам транзистор и соединительные проводники, занимая значительную часть поверхности матрицы, снижают ее световую эффективность, препятствуя увеличению разрешения, определяемого числом пикселей.

Переход на полисиликоновую технологию (p-Si), широко применяемую в современных LCD-проекторах, позволил перенести элементы схемы управления в слой поликристаллического кремния и заметно уменьшить размеры проводников и управляющих транзисторов. Тем самым, удалось повысить световую эффективность матриц и обеспечить условия для увеличения их разрешения. Дополнительный выигрыш по световому потоку в некоторых LCD-матрицах обеспечивает микролинзовый растр — каждый элемент матрицы снабжается собственной микролинзой, направляющей световой поток через прозрачную область. Подобные матрицы сегодня применяются во многих LCD-проекторах.

Современные LCD-проекторы выполняются на базе трех полисиликоновых жидкокристаллических матриц, размером, в основном, от 0.7 до 1.8 дюймов по диагонали. Структурная схема такого проектора представлена на рисунке.

Световое излучение лампы с помощью конденсора преобразуется в равномерный световой поток, из которого дихроичные зеркала-фильтры выделяют три цветовые составляющие (красную, синюю и зеленую) и направляют их на соответствующие LCD-матрицы. Сформированные ими цветные изображения объединяются в цветосмесительном призматическом блоке в одно полноцветное, которое затем через объектив проецируется на внешний экран.

Оптический тракт LCD проектора

Обьектив с блоком ЖК матриц. К каждой матрице идет контактный шлейф.