Королевство кривых зеркал

Технологии, применяемые в проекторах

Как это было

Десять лет тому назад — на закате перестройки — в нашем городе [1] образовалась масса «видеосалонов», где крутились пиратские копии «брюсов» и «вязов» с гнусавым переводом и, если это применимо к изображению, таким же качеством. Видео в то время еще было в диковинку, а симбиоз телевизора с видеомагнитофоном воспринимался не иначе, как настоящее чудо техники. Надорвав на входе убогий, размноженный на ксероксе (или даже написанный от руки) билетик, людей проталкивали в тесное помещение с завешанными окнами и, вставив заезженную кассету, начинали приобщать к прелестям американской культуры через 61-сантиметровый телевизор.

До кинотеатров американское кино в то время еще не добралось, а тяга к большому экрану не была отбита обилием телеканалов и домашним видео. Уловив специфику момента, появились продвинутые «салоны», где вместо привычного телевизора был экран и над головами посетителей висел трехглазый электронный проектор. Первый монстр такого рода, насколько я помню, появился в «Клубе Дзержинского», где был кинозал мест, наверное, на 500, затем еще где-то, а на закате «салонной» эры был даже нонсенс с троллейбусом на приколе возле фонарного столба. Там можно было насмотреться «чакноррисов» и «шварценэггеров» с экрана, на каких обычно демонстрируют слайды в небольших аудиториях. С тех пор утекло много воды и жидких кристаллов, проекторы перешли на технологии LCD, а позже и DLP.

Видео- и мультимедиа-проекторы (те самые, что предназначены для презентаций) — это устройства, преобразующие компьютерный или телевизионный видеосигнал в свет и проецирующие его на внешний экран. Первые видеопроекторы были основаны на электронно-лучевых трубках, ЭЛТ (CRT — Cathode Ray Tube, далее — CRT, для единства обозначения технологий). Они появились в начале 70-х. Приблизительно через десять лет появились персональные компьютеры, и на базе видеопроекторов некоторые компании (Sony, Electrohome и др.) стали выпускать мультимедиа-проекторы, которые помимо телевизионного сигнала могли отображать компьютерную графику (тогда CGA).

Сумма технологий

CRT-проекторы снабжены тремя трубками с раздельными линзами. Картинка, как и в черно-белом телевизоре, получается путем бомбардировки потоком электронов слоя люминофора на внутренней стороне стекла. С помощью цветных фильтров и системы линз изображение обретает цвет и проецируется на экран. Такие проекторы есть и сейчас. В отличие от LCD и DLP, электронно-лучевой метод поддерживает разрешения вплоть до UXGA без всякой компрессии. Однако эти проекторы имеют большие габариты, тяжелы и требуют квалифицированной эксплуатации.

В современных проекторах используется преимущественно жидкокристаллическая технология (LCD — Liquid Crystal Display). Первые проекторы этого типа были основаны на так называемой пассивной матрице. Весь экран контролировался единой системой обработки. В результате — весьма низкая скорость и плохая цветовая динамика. LCD-проекторы с пассивной матрицей ныне встречаются очень редко. На смену им пришла наиболее распространенная сейчас (как в проекторах, так и в мониторах) технология Active Matrix TFT (Thin Film Transistor). Здесь ЖК-дисплей контролирует все три цвета и имеет микротранзисторы, которые «открывают» и «закрывают» каждый пиксел, то есть каждый пиксел управляется отдельно. Контрастность (contrast ratio) таких дисплеев — до 100:1 против 15:1 у пассивных матриц [2]. (Отношение контраста характеризует, прежде всего, динамический диапазон изображения. При низком значении цвета получаются «размытыми», и картинка плохо переносит любой хоть немного значительный посторонний свет. Для сравнения, DLP-проекторы, о которых речь пойдет ниже, имеют отношение приблизительно 125:1, а обращаемая пленка — более 500:1.) Недавно появилась более «продвинутая» технология — Poly-Si, с тремя цветными слоями LCD. Такие проекторы обеспечивают в два раза большее отношение контраста по сравнению с работающими на активной матрице и в силу большей скорости дают ровное, не «дерганное» движение.

Сравнительно недавно появились проекторы, работающие на принципиально иной технологии — DLP (Digital Light Processing). Она была разработана компанией Texas Instruments и появилась на рынке в 1996 году. «Цифровой обработкой света» занимается матрица микроскопических (сторона 16 мкм) алюминиевых зеркалец — DMD (digital micromirror device), функционально контролируемая чипом памяти (CMOS SRAM). Добавьте сюда источник света, соответствующую оптику — и вот, готово изображение на экране. Каждое зеркальце, реагируя на электрический сигнал, поворачивается на 10 градусов в ту или иную сторону, управляя лучом света и делая таким образом пиксел темным или светлым (см. схему). Полутона получаются путем частого (несколько раз в секунду) поворота зеркальца туда и обратно. В случае цветного изображения используются три раздельные матрицы (для красного, зеленого и синего). DLP-проекторы продуцируют картинку, по качеству превосходящую изображения LCD-собратьев. Это связано с отсутствием маски (темного пространства вокруг каждой точки), характерной для LCD-матриц.

Разрешение проекторов соответствует основным видеорежимам компьютеров: почти вышедшим из употребления VGA (640x480) и SVGA (800x600), популярным XGA (1024x768) и SXGA (1280x1024), а также пока очень редким UXGA (1600x1200). Если судить о распространенности того или другого разрешения по количеству производимых проекторов, наблюдается такая картина: VGA-модели были популярны в течение восьми лет (с 1989-го по 1997-й), SVGA — последние три года, теперь вошли в моду XGA-устройства. Если тенденция сохранится, пришествие UXGA можно ожидать через два-три года.

Любой LCD- или DLP-проектор (равно как жидкокристаллический или плазменный монитор) имеет только одно «настоящее» разрешение, определяемое матрицей. Сказать, хорошо ли то или иное из них, можно, узнав, какое характерно для компьютера (а обычно это ноутбук), с которым используется проектор. Многие проекторы, физически обладая меньшим разрешением (например, SVGA), чем у сигнала, получаемого на входе (например, XGA), позволяют отображать такую картинку, используя внутреннее «сжатие». Если не вдаваться в детали, проектор просто берет «строку» картинки длиной 1024 точки и делает из нее 800. Качество в этом случае целиком и полностью зависит от конкретного производителя (и от конкретной модели). Но, как ни крути, оно все-таки ниже, чем при выводе «родного» разрешения. Это правило работает и в обратном случае, когда разрешение на входе ниже, чем у матрицы.

Итак, основных технологий три: CRT, LCD и DLP. Каждая имеет свои достоинства и недостатки, и трудно сказать, за какой из них будущее. Пути их совершенствования очевидны: увеличение разрешения, контрастности, скорости.

Фефекты речи

Для проекторов характерны два эффекта (точнее сказать, дефекта). Первая широко распространенная проблема — эффект «последнего камня» (keystone effect, имеется в виду последний камень в старых каменных мостах). Когда проектор расположен выше или ниже центра экрана, он оказывается ближе к одному вертикальному краю и дальше от другого. В результате вместо желанного прямоугольного изображения получается трапециевидное. Многие проекторы имеют фиксированную компенсацию этого эффекта, предполагая свое расположение на одной линии с верхним или нижним краем экрана (под углом 8 градусов от центра), что не всегда удобно. Некоторые проекторы позволяют вручную скорректировать это искажение (вплоть до +/–15 градусов), причем регулировкой не только высоты опор, но и на оптическом уровне — трансформируя проекцию.

Другая проблема — равномерность яркости (или потока). Обычно LCD-проектор выводит изображение, которое на периферии на 15–20 процентов темнее, чем в центре. То есть если в центре экрана проектор дает поток 800 люменов, то по углам выходит не больше 680. Впрочем, лучшие LCD-модели дают прекрасно сбалансированную картинку с практически незаметным пятипроцентным потемнением по краям. Для DLP-проекторов же равномерность яркости — ахиллесова пята: 30–50-процентное падение потока здесь норма.

Примочки

Хорошая картинка — вещь немаловажная, но у проекторов есть и другие возможности, о которых стоит поговорить. Одна из них — управление, которое, как правило, осуществляется дистанционно. Обычно проектор оснащен традиционным инфракрасным ПДУ, но есть ситуации, где такое решение не подходит: в больших помещениях или при проекции с обратной стороны экрана пульт практически бесполезен. Некоторые проекторы (например, Epson) имеют пульт с кабелем, другие — с радиопередатчиком. Такие пульты без проблем работают на дальнем расстоянии и не требуют свободной «линии огня». Помимо всего прочего, через пульт иногда можно управлять фокусировкой и увеличением объектива (это называется «Power Focus» и «Power Zoom» соответственно).

Если проектор не используется на постоянной основе в специальном помещении, он должен быть портативным, то есть иметь малый размер и вес, причем желательно, чтобы при этом не страдали качество и яркость изображения. Оценки здесь весьма субъективны, учитывая, что некоторые производители называют портативными проекторы весом 20 килограммов и более. На мой взгляд, переносным можно назвать проектор весом не больше 10 кг и не доставляющий неудобств при ручной транспортировке.

Осталось упомянуть о звуке. Многие проекторы имеют несколько аудиовходов, собственные динамики и выход на внешние источники звука (отключающий внутренние), чтобы контролировать громкость пультом ДУ. Некоторые проекторы предлагают такую экстравагантную возможность, как контроль баланса между внутренними динамиками и внешними акустическими системами.