Цифровые проекционные системы

Цифровые проекционные системы

Преподаватель ВГПГК

Н.А.Позднякова

Технологии демонстрирования кинофильмов

Для описания цифрового кинопроизводства и использования цифрового контента в разных целях часто употребляются понятия:

цифровая кинопроекция

электронная кинопроекция

(D-Cinema)

(E-Cinema)

Цифровая кинопроекция (D-Cinema)

Это система высококачественной демонстрации кинофильмов, обеспечивающая максимальную защиту фильма от кражи и соответствующая требованиям DCI.

Цифровая кинопроекция стала возможна после появления технологий, обеспечивающих на большом киноэкране световые потоки, сопоставимые с традиционными пленочными кинопроекторами при высокой разрешающей способности и точной передаче градаций яркости.

Электронная кинопроекция (Е-Cinema)

Предназначена для демонстрации незащищенного контента - рекламы, документальных фильмов и иных бизнес-применений в кинотеатре.

Проекционные технологии

• Digital Light Processing (DLP), базирующейся на светоотражающих микрозеркальных модуляторах света Digital Micromirror Device (DMD);
• LCoS (Liquid Crystal on Silicon – "Жидкие кристаллы на кремниевой подложке ";
• Liquid Crystal Display (LCD) – "Жидкокристаллический дисплей";
• Silicon X-tal Reflective Display (SXRD), использующая вместо микрозеркал жидкокристаллические ячейки, разработанная фирмой «Сони»;
• Сканирующая лазерная проекция ;

Digital Light Processing (DLP)

• Проекторы DLP Cinema® успешно прошли испытания и сертифицированы как соответствующие стандарту DCI.
• DLP - передовая технология цифровой обработки света, базирующаяся на разработках корпорации Texas Instruments, создавшей новый тип формирователя изображения - цифровое микрозеркальное устройство DMD (Digital Micromirror Device – «цифровое устройство с микрозеркалами»).

Чип DMD

Чип DMD представляет собой световой модулятор, состоящий из матрицы поворотных алюминиевых зеркал размером 16×16 мкм, расположенных поверх интегральной схемы.

Цифровое устройство с микрозеркалами

Количество микрозеркал соответствует оптическому разрешению проектора. Одно зеркало представляет собой один пиксель изображения.

DMD-кристалл вместе с микропроцессором и памятью являются основой технологии DLP.

Одноматричный DLP проектор

В таких проекторах помимо DMD-чипа имеется цветосмесительное колесо, представляющее собой стеклянный круглый дихроичный светофильтр.

Колесо состоит из прозрачных сегментов, окрашенных в спектральные цвета - красный, зеленый, синий (RGB).

Одноматричный DLP проектор

При вращении цветосмесительного колеса идет непрерывное перестраивание микрозеркал DMD-чипа. Чем выше частота вращения цветосмесительного колеса и движения микрозеркал, тем выше качество получаемой картинки.

Трёхматричный DLP проектор

Это самый сложный и дорогой тип проекторов. Картинка формируется путем разделения, а затем объединения трех пучков света. Это самый сложный и дорогой тип проекторов.

Картинка формируется путем разделения, а затем объединения трех пучков света. Световой поток расщепляется на три составляющие (RGB) посредством дихроичных призм. Каждая составляющая направляется на свою DMD матрицу, которая создает однотонную картинку.

Объектив одновременно проецирует на экран три цветные картинки – они и формируют полноценное изображение.

Технология LCОS (D-ILA)

Технология LCОS (Liquid Crystals On Silicon – «Жидкие кристаллы на кремнии») была впервые использована при производстве видеокамер, в частности, компанией JVC. Изначально у этой технологии была другая аббревиатура - D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier).

В основе этих технологий лежит принцип поляризации световых потоков.

Технология LCОS (D-ILA)

Свет от источника с помощью отражающих и дихроичных зеркал разделяется на компоненты RGB, и каждый цвет передается на свою призму PBS (Рolarized Вeam Splitter), которая разделяет свет на два световых потока: P-поток (свет, поляризованный параллельно) и S-поток (свет, поляризованный перпендикулярно).

Технология LCОS (D-ILA)

S-компонента каждого цвета отражается PBS-призмой и попадает на D-ILA матрицу, где происходит модуляция светового потока и формирование P-компоненты. Эти Р-составляющие каждого цвета проходят через свою PBS-призму, синтезируются крестовой дихроматичной призмой и проецируются на экран через проекционную линзу как цветное изображение.

Технология LCОS

Цветное изображение формируется сложением RGB поляризованных световых потоков от трёх матриц.

Оптическая схема видеопроектора технологии LCOS аналогична технологии D-ILA.

Технология LCD

Главными в LCD-проекторах (Liquid Crystal Display - жидкокристаллический дисплей или матрица) являются три LCD-матрицы, собранные из множества ЖК-элементов (пикселей). Матрицы одновременно работают с красным, зеленым и синим потоками света, выводя на экран «честное» цветное изображение.

Технология 3LCD - наиболее распространенная технология – используется в основном в бытовых и презентационных проекторах таких ведущих брендов, как Epson, Sony и др.

Технология LCD

Сердце оптической системы видеопроектора технологии 3LCD - смесительная призма с тремя жидкокристаллическими матрицами.

Для того чтобы разделить световой пучок на три, используется сложная система, состоящая из обычных, а также дихроичных зеркал, при встрече с которыми световой пучок разделяется.

Полученные при делении световые пучки через систему зеркал попадают на матрицы и три дихроичных цветных фильтра.

LCD проекторы

Сложение происходит в смесительной призме, через которую сформированная картинка попадает в объектив.

Белый цвет можно получить путем сложения комплементарных цветов - спектрального синего, красного и зеленого. Для получения мнимого черного используется свойство жидкокристалли-ческих ячеек быть непрозрачными при отсутствии напряжения. При полностью прозрачных трех матрицах на выходе получается белый цвет.

Полупроводниковые источники света в проекторе 

• RGB светодиоды.  

Изначально три цветных источника источника света — не нужно ничего разделять — компактность!

Можно добиться высокой насыщенности цветов.

Часто используется в миниатюрных проекторах в сочетании с одноматричной DLP технологией.

Иллюстрация работы RGB LED проектора от NEC

Полупроводниковые источники света в проекторе

2. Синий лазер + желтый люминофор.  

Популярно у дорогих домашних лазерных проекторов (JVC, Epson, Sony). Синий лазер дает синий цвет, второй синий луч активирует желтый люминофор, а уже этот желтый цвет потом делится на красный и зеленый.

Схема у JVC

Схема Epson LS10000

Полупроводниковые источники света в проекторе

Пример использования с одноматричной DLP технологией

Проектор BenQ:

Полупроводниковые источники света в проекторе

3. Светодиодно-лазерные проекторы

(«гибридные проекторы»).

Активно используется Casio.

Полупроводниковые источники света в проекторе

4. RGB лазерный проектор

Все на высшем уровне: превосходные цвета, высокая яркость, высокая цена, большой размер.

Устройство RGB-лазерного проектора от NEC

RGB лазерный проектор

Среди качеств лазерных проекторов, используемых на практике — гибкое и  плавное управление источником света  с возможностью полного затемнения на темных сценах фильма, либо ограничения яркости проектора, ведущего к увеличению ресурса лазера. Если в проекторе используется массив лазеров, то даже по истечении их ресурса, лазеры будут  выходить из строя по очереди , а не все сразу, что в худшем случае приведет к постепенному снижению яркости. 

Лазерный проектор