Wie Beamer funktionieren und was sie sind

Die menschliche Natur ist so angelegt, dass wir ständig nach Perfektion streben. In ihrer Kindheit waren unsere Großeltern im siebten Himmel, als ihre Eltern einen Diaprojektor einschalteten und sich dazu verabredeten, sich Filmstreifenmärchen anzuschauen, weißes Material an einer freien Wand aufhängend. Wenig später wurden im ganzen Land viele barrierefreie Kinos gebaut und Fernsehgeräte in unseren Wohnungen fest installiert. Und nun nahmen unsere Eltern vor der Leinwand Platz – zu Hause oder im Kino – und verfolgten mit angehaltenem Atem die Entwicklung der Handlung ihres Lieblingsfilms.

Heute können wir sagen, dass unter allen Arten von Videoinformationsanzeigegeräten die „beliebte“ Popularität von Multimediaprojektoren exponentiell wächst. Ihre Funktionalität überfordert unsere Vorstellungskraft. Die Bildschirmgröße kann mehrere zehn Meter erreichen. Projektoren unterstützen 4K- oder sogar 8K-Auflösung. Die Stärke des Lichtstroms ermöglicht es Ihnen, das Gerät bei hellem Sonnenlicht bequem zu verwenden.

In diesem Artikel behandeln wir die wichtigsten Bildgebungstechnologien, die in modernen Beamer verwendet werden.

Problem mit Projektoren

Ich muss sagen, dass Projektionsgeräte, die im Vergleich zu Fernsehern die besten Eigenschaften und Funktionen haben, die ihnen nicht zur Verfügung stehen, seit mehr als einem Dutzend Jahren hergestellt werden. Aber wenn wir darüber nachdenken, „ob wir den alten Fernseher gegen einen Projektor austauschen sollen“, tauchen in unseren Köpfen „negative, nicht zur Verteidigung des Projektors“ Argumente auf:

• Grabber-Hersteller erhöhen die Verkaufspreise für Projektoren unangemessen, ihr realer Preis sollte mindestens eine Größenordnung niedriger sein,
• Wie und wo wird der Projektor installiert? und der Bildschirm an der gegenüberliegenden Wand, wie ein weißer Dorn, nicht dass der Fernseher die perfekte Ergänzung zum Wohninterieur wäre,
• ob der Projektor mit der Sonnenbeleuchtung der Wohnung zurechtkommt - „es ist nichts zu sehen“, selbst wenn das Bild auf dem Fernsehbildschirm an einem sonnigen Tag verblasst.

Und die Wahrheit liegt darin, dass Projektoren und alles, was damit zusammenhängt, uns als Geräte von hoher technischer Komplexität erscheinen. Und eine akzeptable Bildqualität von ihnen zu erreichen, ist nur für sehr viel Geld möglich, nachdem zuvor die technische Dokumentation in einem Umfang studiert wurde, der mit dem Roman "Krieg und Frieden" vergleichbar ist.

In diesem relativ kurzen Text werden wir zeigen, dass die Projektionstechnik eine Technik für Sie und mich ist, ganz normale Menschen, und um sie zu beherrschen, müssen Sie keine speziellen technischen „Universitäten“ absolvieren.

Filmprojektoren

Und die moderne Projektionstechnik begann mit Filmprojektoren. Einfach ausgedrückt, wurden eine leistungsstarke Lichtlampe und ein System von Fokussierlinsen in das Gehäuse des Geräts eingebaut. Ein Film wurde auf den Weg gelegt, wobei dafür ein spezieller Bandantriebsmechanismus verwendet wurde, der die Linsen fokussierte, um ein klares Bild auf dem Bildschirm zu erzielen. Alle! So haben unsere Eltern Filme und Sendungen geschaut – heute nennt man das Schlagwort „Video-Content“.

Diese Technik gehört der Vergangenheit an, sie ist nur noch in Museen zu finden.

Die moderne Elektronikindustrie bietet uns verschiedene Modelle von Multimedia-Projektoren an. Wir werden sie genauer betrachten.

1LCD-Projektoren

Die erste Art von Vizerektoren, die auf einer modernen Elementbasis gebaut wurden, waren die sogenannten LCD-Beamer. Ihr Design ist einem Filmprojektor sehr ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass anstelle einer Rolle mit einem Film und einem Bandantriebsmechanismus eine farbige Flüssigkristallmatrix verwendet wurde. Übrigens unterscheidet es sich praktisch nicht von denen, die in modernen LCD-Bildschirmen von Monitoren, Tablets und Laptops installiert sind.

Ich muss sagen, dass 1LCD-Projektoren nicht die besten Vertreter von Projektionsgeräten sind. Sie haben eine Reihe von wesentlichen Nachteilen:

• Jeder Lichtpunkt auf dem Bildschirm (Pixel) wird durch den Durchgang des Lichtstroms durch 3 RGB-Subpixel gebildet, die sich auf der LCD-Matrix in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Als Ergebnis beobachten wir auf einer Leinwand, die sich in ausreichender Entfernung vom Projektor befindet, die Farbstruktur des Pixels, die in den dargestellten Abbildungen deutlich zu sehen ist.
• Zweitens wird die Bildschirmhelligkeit durch Erhöhen der Leistung der Lichtquellen erhöht, was wiederum zu einer Überhitzung der LCD-Matrix führt.

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3LCD-Projektoren

1LCD-Projektoren haben so erhebliche Nachteile, dass die Hersteller von Projektionstechnik bereits 1989 eine Farbmatrix durch drei monochrome ersetzten. Es ist logisch, dass Projektoren, die die neue Technologie verwenden, als 3LCD bezeichnet werden. Unter dem Gesichtspunkt der technologischen Exzellenz sind dies im Gegensatz zu den zuvor betrachteten Geräten viel komplexere Geräte.

Betrachten Sie das Blockdiagramm eines 3LCD-Projektors und die Hauptpfade der Lichtströme.

Durch ein komplexes optisches System bestehend aus mehreren dichroitischen Spiegeln und Lichtfiltern wird der Strahl der Lichtquelle in drei Farbkomponenten zerlegt: Rot – Rot, Grün – Grün, Blau – Blau. Außerdem fällt jede dieser Komponenten auf ihre eigene (eine von drei) monochromen Matrix. Der Hauptzweck dieses Elements besteht darin, den durchgehenden Lichtstrom unter dem Einfluss eines elektrischen Steuersignals zu regulieren. Die endgültige Bildung eines integralen Farbstrahls erfolgt in einem speziellen Prisma, wo die Farbkomponenten (Rot, Grün, Blau ) nach den LCD-Matrizen fallen.

Die Idee, nicht den Lichtstrahl, sondern seine Farbanteile zu steuern, erwies sich als sehr erfolgreich, was den kommerziellen Erfolg von 3LCD-Projektoren sicherte.

Ihre wichtigsten Vorteile:

• hohe Helligkeit und Sättigung des Bildes,
• Vielseitigkeit der Installationsschemata,
• moderater Stromverbrauch und Wärmeentwicklung,
• Fehlen des „Regenbogen“-Effekts, der 1LCD-Projektoren eigen ist.

Nach der Auflistung der Vorteile ist es angebracht, den Leser mit der Liste der Nachteile von 3LCD-Geräten vertraut zu machen:

• Die Komplexität des Designs führte zu einem Anstieg des Preises für Projektionsgeräte.
• Projektoren zeichnen sich durch erhöhtes Gewicht und größere Abmessungen aus,
• Wärmeerzeugung erfordert erzwungene Wärmeabfuhrkreisläufe, die im Betrieb laut sind,
• optische Systeme erfordern eine sorgfältige Ausrichtung,
• Der technologische Hauptnachteil ist der geringe Kontrast und die Unfähigkeit, tiefes Schwarz zu erzeugen.

LCoS-Projektoren

Die Erfindung der LCoS-Technologie ist das Ergebnis von Entwicklern, die daran arbeiteten, LCD-Projektoren zu verbessern. Die Grundprinzipien der neuen Projektoren bleiben gleich. Die wichtigsten Änderungen betrafen LCD-Matrizen. Wenn zuvor durchscheinende Matrizen verwendet wurden, begannen Matrixelemente mit einer reflektierenden Schicht in LCoS-Projektoren verwendet zu werden. Diese Eigenschaft bestimmte den Namen der LCoS-Technologie oder Liquid Crystal on Silicon, was „Flüssigkristalle auf Silizium“ bedeutet.

Führende Hersteller von Projektionsequipment registrieren eigene Kürzel, die auf die Verwendung von LCoS-Technologien in ihren Geräten hinweisen. Zum Beispiel:

• JVC - D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier),
• Sony - SXRD (Silicon X-tal Reflective Display).

Wie sind LCoS-Matrizen aufgebaut und wie funktionieren sie?

Auf einem Siliziumsubstrat mit aktiven Steuertransistoren, das oben mit einer Matrix aus Flüssigkristallen bedeckt ist, wird eine spiegelnde Reflexionsschicht abgeschieden. Über diesem „Kuchen“, einem integralen Bestandteil der LCD-Matrix, sind Polarisatoren installiert. Unter der Wirkung eines elektrischen Steuersignals steuern Flüssigkristalle die Intensität des Lichtflusses von einer externen Quelle, der auf die Reflexionsschicht einfällt. Die Abbildung zeigt, dass Licht zweimal durch die Schicht aus Flüssigkristallen geht. Dadurch wird die Filterung des Lichtstroms verbessert und der Kontrast des Bildes erhöht. Außerdem geht bei einer solchen Matrixstruktur der Lichtfluss nicht durch das „Kontrollgitter“, wodurch der negative „Schirmtüreffekt“ vollständig verschwindet. Auf der Leinwand entsteht ein kohärentes, helles und kontrastreiches Bild, das frei von den Mängeln ist, die LCD-Projektoren innewohnen.

Jedoch führt eine solch einfache Darstellung des Projektorgeräts auf Papier in Wirklichkeit zu einer ernsthaften Komplikation des Gerätedesigns.

LCD-Projektoren	LCoS-Projektoren

Hohe finanzielle Kosten für die Herstellung von LCoS-Matrizen und die Projektoren selbst haben die Verbreitung dieser Geräte im Budgetsegment eingeschränkt. Die LCoS-Technologie hat jedoch eine Reihe bedeutender Vorteile, weshalb sie erfolgreich in Premium-Projektionsgeräten eingesetzt wird.

DLP-Projektoren

Die zuvor diskutierten Farbbildgebungstechnologien sind durch bestimmte Nachteile gekennzeichnet, die ihre Verbreitung auf dem Verbrauchermarkt einschränken.

Doch 1987 entwickelten die Spezialisten von Texas Instruments ein grundlegend neues Farbabbildungssystem für Projektionsgeräte. Es wurde DLP genannt, was Digital Light Processing oder auf Russisch „digitale Lichtverarbeitung“ bedeutet.

Wir können sagen, dass diese fortschrittliche Technologie heute die einzige ist, die es Ihnen ermöglicht, kleine Projektoren mit hoher Bildqualität auf einer großen Leinwand zu erstellen.

Der Hauptknoten, in dem die Hauptmerkmale des Projektors festgelegt sind, ist die DMD-Matrix, - "Digital Micromirror Device" oder auf deutsch "Digitales Mikrospiegelgerät". Darin ist eine große Anzahl mikroskopischer Spiegel durch bewegliche Elemente an der Keramikbasis befestigt und bildet eine einzige Oberfläche mit einem hohen Reflexionskoeffizienten. Jeder dieser Spiegel ist fest mit einer CMOS-SRAM-Speicherzelle verbunden, die unter dem Einfluss eines elektrischen Steuerfelds eine von zwei festen Positionen einnimmt, die sich um 20° voneinander unterscheiden. Dadurch wird der Lichtstrom der Lichtquelle, der auf die Mikrospiegel trifft, in eine von zwei Richtungen reflektiert – in die Linse oder auf die Oberfläche des Lichtabsorbers, der mit wärmeableitenden Platten ausgestattet ist. Somit erscheinen schwarze und weiße Lichtpunkte auf dem Bildschirm, aus denen das Bild gebildet wird. Verschiedene Grauschattierungen werden erhalten, indem der Mikrospiegel mit hoher Frequenz vibriert wird. Aber aufgrund der Trägheit unseres Sehens sehen wir keine schwarz-weißen Lichtschwingungen, sondern verschiedene Grauschattierungen.

Um ein Farbbild zu erzeugen, wird der Lichtstrom durch Lichtfilter geleitet, die in Form von schnell rotierenden Scheiben mit verschiedenfarbigen Segmenten realisiert sind. Um die erforderliche Funktionsleistung zu erreichen, verwenden Hersteller in ihren DLP-Modellen eine unterschiedliche Anzahl von Scheibenfiltern, drei oder mehr.

Übrigens ist auch die Anzahl der DMD-Matrizen im Projektor kein konstanter Wert:

• Eine Single -Matrix-Konfiguration ist typisch für preisgünstige tragbare Projektoren. In ihnen wird durch jede der Farben nacheinander ein ganzheitliches Farbbild gebildet.
• Drei -Matrix- Projektoren sind die hardwaretechnisch komplexesten Geräte. Der Lichtstrom der Lichtquelle wird durch eine transparente Linse in drei Farbstrahlen aufgeteilt, die gleichzeitig in drei DMD-Matrizen eintreten. Diese Geräte zeichnen sich durch eine besondere Farbreinheit, Detailtreue und Kontrast aus.
• Bei Dual- Margin -Projektoren werden zwei DMDs für zwei Lichtausgaben verwendet: eine für Rot, die andere für Blau und Grün.

Langjährige Erfahrung in der Massenproduktion und im Masseneinsatz von DLP-Beamer hat eine Liste von Vorteilen gegenüber Projektionsgeräten auf Basis anderer Technologien zusammengestellt:

• hohe Bildschärfe und tiefes Schwarz,
• es gibt keinen Screen-Door-Effekt, der sich in der Sichtbarkeit auf dem Bildschirm von dünnen Linien manifestiert, die Farbpixel trennen,
• größere Effizienz des Lichtstroms, der im Projektor reflektiert und nicht „durchgelassen“ wird
• minimale Trägheit von DMD-Matrizen,
• großartige Möglichkeiten, kompakte Projektoren zu erstellen, die ein qualitativ hochwertiges Bild erzeugen

Schlussfolgerungen

du weißtob die Grundlagen bestehender Bildgebungstechnologien in heutigen Multimedia-Projektoren verwendet werden. Es ist klar, dass der kleine Umfang des Artikels es uns nicht erlaubt, sie detailliert zu beschreiben, um über alle Vor- und Nachteile beider Technologien und Projektoren zu sprechen, die sie verwenden.

Unserer Meinung nach werden die gewonnenen Erkenntnisse jedoch dazu beitragen, den Bereich einer breiten Palette von Projektionsgeräten zu bestimmen, in denen Sie ein bestimmtes Modell gemäß Ihren Wünschen auswählen.