Кинескопы с треугольным расположением прожекторов

В этом кинескопе расположение трех прожекторов в горловине колбы симметрично относительно оси, а люминофорный экран имеег мозаичную структуру (рис.4.6). Прожекторы 1 наклонены к оси кинескопа на угол «Г. Группы люминофорных зерен располо­жены триадами, в каждой из которых имеются зерна красного, зе­леного и синего свечения. Размер (условно - диаметр) каждой триады соответствует шагу отверстий маски. Для А-кинескопа 61ЛКЗЦ этот шаг равен 0, 6 мм. Есть кинескопы с шагом 0, 4 и 0, 3 мм при гом же

размере диагонали экрана. Люминофорный экран 2, так же как и в черно-белом кинескопе, покрыт тонким алюминиевым слоем, соеди­ненным с анодом.

Теневая маска 3, повторяющая форму экрана, изготавливается из стали, инвара или суперинвара толщиной около 0, 15 мм и устанавли­вается на расстоянии 12... 15 мм от экрана. Отверстия в маске имеют диаметр 0, 25 мм. Число их равно числу триад и достигает 550 тыс. Пучки от прожекторов пересекаются в одной точке - в отверстиях маски и, проходя ее, попадают на соответствующие люминофорные

зерна триад. Точность попадания электронных пучков на свои зер­на зависит от многих причин, среди которых и технологическая точность изготовления кинескопа и точность работы отклоняющих устройств. Недостатки в разработке, изготовлении и эксплуатации кинескопа приводят к появлению ряда специфических искажений:

• Нарушение чистоты цвета. Оно обусловлено попаданием электронного пучка частично или полностью на " чужие" люмино­форные зерна. В значительной мере здесь влияет магнитное поле Земли. Для коррекции таких искажений применяется магнит чисто­ты цвета 4 (см. рис.4.6). Он осуществляет одновременное переме­щение трех пучков. Конструктивно это устройство выполняется в виде двух намагниченных по диаметру колец, вложенных одно в дру­гое и допускающих одновременный или независимый поворот их во­круг оси кинескопа.

• Статическое несовмещение изображений разных цветов. Оно
обусловлено попаданием неотклоненных пучков в разные отверстия
теневой маски, находящиеся на расстоянии друг от друга. Для кор­
рекции несовмещения служат постоянные магниты 5 регулятора све­
дения, обеспечивающие возможность независимого перемещения
пучков в радиальном направлении.

• Динамическое рассовмещение изображений (обычно на краях
растра). Обусловлено принципиальной трамецеидальностью цветных
растров, а также несоответствием поверхностей сферы совмещенных
пучков и сферы маски и экрана. Часто эти искажения имеют подуш­
кообразный вид. Для коррекции применяется электромагнитная сис­
тема динамического сведения 6.

Элементы статического 5 и динамического 6 сведения объеди­нены в общую конструкцию - треугольник сведения. Устройство содержит 3 пары катушек на трех П-образных машитопроводах. Динамическое сведение обеспечивается пропусканием через об­мотки электромагнитов 6 устройства токов кадровой и строчной частот специальной формы. Статическое сведение достигается вращением постоянных магнитов, помещенных в зазоры в средней части П-образных сердечников. Иногда радиальное перемещение пучков не устраняет полностью имеющееся рассовмещение, а тре­буется еще и тангенциальное перемещение одного из пучков. Такое перемещение обычно делают с помощью магнита бокового смеще­ния 7 у синего пучка.

Для эффективной работы рассмотренной системы сведения необ­ходимо, чтобы и внутри горловины кинескопа в районе каждого про­жектора находились соответствующие элементы магнитопроводов.

Кинескопы с планарным расположением прожекторов

В этом масочном кинескопе оси трех электронных прожекто­ров находятся в одной горизонтальной плоскости. При этом ось " зе­леного" прожектора совпадает с осью кинескопа, а оси двух других прожекторов повернуты к оси кинескопа под углом 1, 5°. Кинескоп имеет линейчатую вертикальную структуру люминофорного по­крытия и теневую маску с вертикальными щелевидными отверстиями и горизонтальными перемычками для прочности (рис.4.7).

Преимущество такого кинескопа заключается в следующем: • Аберрации при отклонении симметричны, что упрощает процесс динамического сведения пучков. В ряде случаев синий и

красный растры совмещают с зеленым только в горизонтальном направлении. Растр в таких кинескопах при отсутствии коррекции имеет " подушкообразные" искажения, причем в горизонтальном направлении большие, чем в вертикальном. Коррекция таких иска­жений требует " бочкообразного" магнитного поля для вертикаль­ного направления отклонения. С этой целью вводится параболиче­ская составляющая тока частоты полей в строчные отклоняющие катушки.

• Щелевая маска значительно прозрачнее (30%) дырчатой (у
которой 15...17%). Это означает, что прожекторы работают при
меньших токах для получения одинаковой яркости свечения люми­
нофора, поэтом}' более долговечны.

• Улучшается чистота цвета. Электронный пучок на чужую
люминофорную полосу может попасть только в горизонтальном
направлении, причем основной расстраивающий фактор - магнит­
ное поле Земли - на эти кинескопы влияет мало. Точнее, влияет
вертикальная составляющая поля, сдвигая пучки по горизонтали
(по правилу левой руки), однако она мала (в пределах географиче­
ских широт до полярного круга) по сравнению с горизонтальной
составляющей. Но влияние горизонтальной составляющей, сдви­
гающей пучки вверх или вниз, т.е. в пределах соответствующих
люминофорных полос, не нарушает цветопередачи. Такой кинескоп
позволяет проще выполнять сведение пучков, часто называемое
" самосведением". Для сведения пучков по горизонтали (и коррек­
ции геометрических искажений в этом направлении) применяется

статическое и динамическое сведение. Статическое сведение вы­полняют с помощью магнитостатического сводящего устройства (МСУ), устанавливаемого на горловине кинескопа позади откло­няющей системы. МСУ содержит 6 парных плоских кольцевых магнитов. Одна пара - магниты чистоты цвета - двухполюсные магниты. Функционально и конструктивно они могут быть такими же, как и в А-кинескопе, т.е. либо вложенными один в один, либо плоскими, прижатыми друг к другу. Другая пара - четырехполюс-ные плоские кольцевые магниты, которые могут сдвигать или раз­двигать крайние электронные пучки но отношению к центрально­му. Еще одна пара - шестиполюсные плоские кольцевые магниты. Они воздействуют на крайние пучки, сдвигая их одновременно в одну сторон}' по отношению к центральному.

Для динамического сведения (там, где это предусмотрено кон­струкцией) производится перемещение отклоняющей системы в плоскости, перпендикулярной оси горловины. При горизонтальном перемещении системы высота и ширина растра, например, красно­го, увеличивается, а синего - уменьшается. При вертикальном пе­ремещении отклоняющей системы растр одного из крайних пучков поворачивается по часовой стрелке, а другого — против.

Наконец, для полного динамического сведения используется свойство неравномерного магнитного поля, обладающего астигма­тизмом. Астигматизм проявляется в том, что сечение пучка при его отклонении от центра к периферии становится эллиптическим. Большая ось эллипса может быть как горизонтальной, так и верти­кальной. Когда круг превращается в вертикальный эллипс, то про­исходит сближение синего и красного пучков (на краях строки). Подобрав заданную степень астигматизма, можно полностью ском­пенсировать рассовмещение пучков по всему растру. Требуемое магнитное поле создается подбором формы и плотности распреде­ления витков катушек в отклоняющей системе. Отклоняющая сис­тема, а также магнитостатичеекое устройство устанавливаются на горловине кинескопа в оптимальное положение на заводе-изготовителе, закрепляются и в дальнейшем не регулируются. Маг­нитные кольца размещают на пластмассовой втулке с резьбой и за­жимной гайкой. Ближе к цоколю кинескопа находятся магниты чистоты цвета. Обычно магниты изготовлены из феррита бария.

Наилучший тестовый сигнал для выполнения настроечных ра­бот по сведению пучков - белая сетка на темном фоне.

Стремление увеличить световую отдачу кинескопа за счет уве­личения прозрачности маски привело к появлению такой разновид­ности планарного кинескопа, как трехлучевой хроматрон. Основ­ным отличием его от типового планарного кинескопа является за­мена щелевой маски на сетку из вертикально натянутых тонких проволок (один проводник на триаду люминофорных полос). За счет специально подобранного потенциала сетки, участок сетка -алюминиевая пленка работает как электростатическая цилиндриче­ская линза, сближая крайние пучки с центральным и фокусируя их на соответствующих люминофорных полосках. Трехлучевые хро-матроны выпускаются рядом зарубежных фирм.

Еще одной разновидностью планарных кинескопов является тринитрон. Это современный цветной кинескоп, разработанный фирмой Sony.

Конструктивным недостатком планарного расположения элек­тронных прожекторов является необходимость иметь сравнительно малые диаметры цилиндрических электродов этих прожекторов из-за ограниченного диаметра горловины. При малых диаметрах ци­линдров ухудшается фокусировка лучей. Избежать этого можно, если применить общие цилиндрические электроды для фокусиров­ки всех трех электронных пучков. Такой способ применен в кине­скопах, выпускаемых под названием тринитрон (хотя более логич­ным названием было бы - тринископ). Таким образом, тринитрон имеет три раздельно управляемых катода 1, общий модулятор 2, общий экранирующий электрод 3, общий ускоряющий электрод 4 и общие электроды электростатической фокусировки 5, 6 (см. рис.4.8).

Другие отличия тринитрона от типового планарного кинескопа:

• наличие фокусирующей сетки 8 (как в трехлучевом хроматро-
не), на которую подается положительное напряжение, несколько
меньшее, чем напряжение на алюминиевой пленке экрана 9;

• наличие двух нар вертикальных пластин 7 для статического (за
счет постоянного напряжения) и динамического (за счет импульс­
ного напряжения параболической формы) сведения крайних пучков
с центральным;

• для лобового стекла колбы (плоской или слабо выраженной ци­
линдрической формы) применено специально тонированное темное
стекло, повышающее контраст изображения на > 30% за счет эф­
фективного поглощения внешней засветки (Black Trinitron).

Таким образом, тринитрон объединил в себе наиболее удачные технические решения кинескопов различного типа, что позволило получить лучшие светотехнические и эксплуатационные показате­ли. Тринитроны выпускаются с диагональю экрана от 10 до 100 см.

Из других усовершенствований, вводимых фирмой Sony в раз­работки кинескопов, следует упомянуть о внутрикинескоппой сис­теме обратной связи для высокоточного сведения пучков и повы­шенной линейности развертки. С этой целью на тыльную сторону маски наносится сетка из инфракрасного люминофора, а в районе прожекторов устанавливается инфракрасный фотодиод. Диод дает сигнал в импульсной форме, преобразующийся в цифровой код, ко­торый передается в процессор, управляющий разверткой.

4.1.4. Технология нанесения люминофорного экрана

Одна из разновидностей нанесения люминофорных покрытий в цветных кинескопах предусматривает следующие операции.

1. Очистка стекла экрана - мойка, сушка.

2. Нанесение подслоя. Для улучшения равномерности после­
дующих слоев с помощью центрифуги наносится подложка из вод­
ного раствора 1ГВС (поливиниловый спирт) с добавкой силиката
калия, затем слой высушивается.

3. Нанесение светочувствительного слоя. В качестве светочув­
ствительного вещества используется водный раствор ПВС с бихро-
матом аммония и карбонатом марганца основным (последний по-

зволяет конгролировать качество слоя после проявления, иначе этот слой не виден).

4. Экспонирование светочувствительного слоя через маску это­
го кинескопа последовательно в трех положениях, соответствую­
щих последующим экспонированиям люминофоров. ГТВС
задубливается светом.

5. Проявление светочувствительного слоя в теплой (333°К) во­
де. Незасвеченные участки смываются водой. На дне колбы образу­
ется матрица, которая после сушки тщательно контролируется.

6. Нанесение чернящего покрытия для создания защитных поя­
сков между полосами или точками триад. В качестве светопогло-
щающего покрытия используется аквадаг — коллоидный водно-
графитовый препарат с органическими добавками. Наносится на
матрицу центрифугированием и сушится при температуре около
400°К.

7. Удаление лишнего чернящего покрытия путем промывания
10% раствором перекиси водорода. За счет хорошей адгезии со
стеклом аквадаг на стекле сохраняется, а с других мест смывается
вместе с матрицей. Таким образом формируется новая матрица для
черного покрытия. Далее - сушка и контроль.

8. Нанесение центрифугированием на дно колбы сплошного
слоя суспензии одного из трех люминофоров (чаще - зеленого) в
связующем светочувствительном веществе - ITBC с бихроматом
аммония. Затем - сушка.

9. Экспонирование люминофорного слоя через маску этого ки­
нескопа из «своей».точки светом кварцевой лампы с точечным из­
лучателем.

10. Проявление люминофорного слоя в теплой (333°К) воде.
Спирт задубливается светом. Незасвеченные участки люминофора
смываются водой. Далее - сушка.

11...13. Операции аналогичные 8...10 по нанесению, экспониро­ванию и проявлению второго люминофорного слоя.

14... 16. Операции аналогичные 8... 10 по нанесению, экспониро­ванию и проявлению третьего люминофорного слоя.

17. Алюминирование люминофорных слоев. Производится в вакууме методом термического распыления. Перед распылением на

экран наносится (также на центрифуге) органическая пленка для выравнивания поверхности люминофорного покрытия, которая впоследствии удаляется.

18. Нанесение второго чернящего покрытия на алюминиевую
пленку. Это слой пористого графита, который наносится методом
пульверизации. Он способствует лучшему охлаждению экрана.

19. Выжигание вспомогательных органических добавок и ПВС.
Производится в туннельной печи перед соединением (склейкой) эк­
рана с конусом при температуре около 680°К.

Выше приведена таблица характеристик отечественных люми­нофоров, используемых в упоминавшихся типах кинескопов, а на рис. 4.9 спектральные характеристики люминофоров К-74, К-75 и К-77, применяющихся в кинескопах 25ЛК2Ц, 32ЛК1Ц, 51ЛКЩ и ряде других.

4.2. Видеопроекторы на кинескопах

Видеопроекторы для получения изображения на" 'большом эк­ране с помощью кинескопов известны давно. Но что называть «большим экраном»? Поскольку сейчас выпускаются кинескопы с диагональю экрана до 1 м, то большой экран по этому измерению видимо должен быть от метра и более.

Существовало много конструкций видеопроекторов на кине­скопах с непосредственной проекцией, но из-за обычных линзовых объективов, применявшихся в них, они малоэффективны, так как объективы могут захватывать только небольшую часть светового потока с экрана. Кроме того, люминофор, нанесенный на стекло, охлаждается плохо. В проекционном же кинескопе для получения приемлемой яркости на внешнем экране удельную нагрузку прихо­дится увеличивать многократно, что снижает срок службы трубки.

Для получения цветного изображения можно использовать ли­бо один цветной кинескоп с одной оптической системой, либо три монохроматических (R, G, B) кинескопа и три оптические системы. В последнем случае следует вводить коррекцию формы растра на экране за счет разверток в монохроматических каналах, так как проекция осуществляется не из одной точки.

Видеопроектор с одним цветным кинескопом проще в техниче­ской реализации. Такое устройство (модель VPP-2000) было разра-

ботано фирмой Sony (1976 г.). В качестве источника изображения в нем использован цветной кинескоп типа тринитрон с диагональю экрана 33 см. Внешний отражающий экран по диагонали имел все­го 80 см, поскольку даже тринитрон не мог обеспечить достаточной яркости изображения на внешнем экране, если делать его больше указанного размера. Кроме того, в проекторе пришлось применить дорогостоящий специализированный широкопольный проекцион­ный объектив с большим относительным отверстием. Но указан­ным причинам такие видеопроекторы не получили широкого рас­пространения.

Другая система видеоироекторов этого типа предусматривает использование в качестве источников света трех монохроматиче­ских проекционных ЭЛТ малых размеров, имеющих высокие ярко­сти свечения люминофоров.

Изображения с экранов ЭЛТ переносятся при помощи проек­ционных объективов на внешний экран с необходимым увеличени­ем. При этом три цветоделенных изображения на экране совмеща­ются в одно цветное.

Применение трех ЭЛТ позволяет снизить неоднородность цве­та по полю изображения. Кроме того, ввиду использования прин­ципа аддитивного сложения изображений в значительной степени маскируется строчная структура на внешнем экране. Это происхо­дит из-за небольших взаимных смещений цветоделенных изобра­жений по вертикали и горизонтали.

Основным направлением в разработке проекционной оптики ]для этого вида видеопроекторов является создание высококачест­венных светосильных, но дешевых объективов. Так, относительное отверстие объективов, применяемых в большинстве зарубежных проекторов, находится в пределах от б = 1: 1 до О = 1: 1, 5, а фо­кусное расстояние f = 120...150 мм. При типовых размерах экра­нов проекционных кинескопов 16... 18 см габариты и масса объек­тивов получаются весьма значительными, что обусловливает их высокую стоимость.

В некоторых типах проекторов устанавливалась оптическая сис­тема типа «излучающее зеркало», являющаяся разновидностью зер­кально-линзовой системы Шмидта (рис. 4.10). При этом возможно получение относительных отверстий величиной около 0=1: 0, 7, но стоимость такой системы выше линзовой.

Для проекторов на кинескопах целесообразно применять высоко­эффективные отражательные экраны. Поскольку в большинстве слу­чаев их использования количество зрителей бывает ограничено, го экран может иметь узконаправленную характеристику отражения.

Осевой коэффициент усиления света таких экранов в горизонтальной плоскости достигает К_э = 10... 15. Это дает возможность при ограни­ченных световых потоках получать высокую яркость.изображения в пределах определенного угла зрения. Дополнительно яркость может быть увеличена за счет несимметричной узконаправленной диаграм­мы отражения экрана в вертикальной плоскости.

Пик мирового производства видеопроекторов на кинескопах с прямой проекцией с трех ЭЛТ приходился ориентировочно на 1996 год, когда выпускалось около 30 моделей таких аппаратов. В 2000 го­ду мировой объем продаж проекторов на кинескопах превысил 2 млн. шт., хотя количество моделей уменьшилось. Средняя стои­мость одного видеопроектора на кинескопах в интервале указанных лет составляла около 4000 $.

Отечественная промышленность в 1960-х годах выпускала чер­но-белые ТВ проекторы (проекционные телевизоры) «Москва», в 1983-84 гг. цветные проекторы «Электроника-ТВ-01 ПЦ» ив 1985 году экспериментальный видеопроектор разработки и производства НИКФИ/МЭЛЗ.

Возможно, наивысшим достижением в создании видеопроекто­ров на кинескопах является разработка фирмы SELECO, которая на рубеже 2000 и 2001 годов выпустила в продажу две модели (НТ-200 и НТ-250), получившие на трех международных выставках па-граду как лучший проектор года. Его особенностями являются: расположение кинескопов - планарное, горизонтальное; оптика -

гибридная, высокоточная; встроенный конвертор-мультипликатор, удваивающий число строк и кадров; специальный фильтр, устра­няющий цветовые искажения на границах деталей изображения.

4.3. Видеопроекторы светоклапанного действия

Общим признаком проекционных устройств светоклананного действия является использование света от внешних источников, что обеспечивает им максимально возможную яркость экранного изо­бражения. Ниже рассмотрены шесть вариантов построения таких устройств.

Внешние источники способны обеспечить большие световые потоки, причем количественное определение, как полного излуче­ния, так и полезной (экранной) его части вызывает значительные трудности. В связи с этим Американским национальным инсти­тутом стандартов (ANSI) предложена методика косвенного оп­ределения светового потока по освещенности. Процедура измере­ния состоит в следующем. Предварительно регулировками проек­тора на экране устанавливается яркость и контраст изображе­ния черно-белого градационного клина так, чтобы были видны все его ступени. Затем подается сигнал меток для фиксации на экране 9 точек, в которые нужно будет помещать люксметр (это цен­тры 9 одинаковых прямоугольников, в сумме занимающих всю пло­щадь экрана). Далее подается сигнал белого поля и делаются заме­ры освещенности в этих точках. По 9 измерения! * находится среднее значение освещенности L_cp в люксах. Наконец, расчетным путем находится световой поток Ф в люменах по выражению: Ф — (В х H)L_cp, где В и И- ширина и высота экрана.

Такое усредненное полурасчетное-полуэкспериментальное зна­чение части полного светового потока при записи в документации сопровождается пометкой ANSI.

4.3.1. Видеопроекторы типа " Эйдофор "

Принцип управляемого отражения света за счет поверхностно­го слоя прозрачной вязкой жидкости предложено использовать на практике Фишером еще в 1939 г. А в 1942 г. Фишером и Тиманом уже дано описание ТВ устройства сьетоклапанного действия. В на-

стоящее время светоклапанные проекторы типа " Эйдофор" не вы­пускаются, но могут быть изготовлены но предварительным заяв­кам только двумя фирмами - швейцарской Gretag и американской General Electric.

Отечественная промышленность также выпускала в небольших количествах видеопроекторы, работающие по этому принципу (проекционные устройства «Аристон», «Альтаир»). Типовой размер экрана у таких устройств 3 х 4 м. Цветные модели швейцарского (и отечественного) производства строились по принципу объединения на внешнем экране трех цветоделенных изображений от самостоя­тельных проекторов. Американские цветные проекторы имели со­вмещенную в одном вакуумном баллоне строенную систему моду­ляции электронных пучков.

Принцип действия такой системы видеопроекций иллюстриру­ется с помощью рис.4.11. Развертка электронного пучка здесь осу­ществляется на тонкой пленке (0, 1 мм) прозрачной маслянистой вязкой жидкости. Эта жидкость, собственно, и называется " Эйдо­фор". Поверхность жидкости под воздействием электронной бом­бардировки приобретает рельеф. Через некоторое время после пре­кращения бомбардировки (~ 0, 02 с, зависящее от соответствующих добавок в жидкость) силы поверхностного натяжения и проводи­мость выравнивают поверхность. Лучи от мощного (до 6 кВт) ис­точника света — ксеноновой лампы 1 с зеркальным отражателем и конденсором 2 проходят через диафрагму 3, теплофильтр 4 и попа­дают на щелевую зеркальную систему 5, состоящую обычно из 6

зеркал-полосок. От них свет отражается в сторону сферического зеркала 6, покрытого пленкой жидкости 7. Зеркало медленно (1 об. за 5 мин.) вращается, и радиалыю установленный нож выравнивает жидкость по толщине. Излишки ее стекают в специальный резервуар. После перемешивания и фильтрации жидкость с помощью насоса и форсунки снова попадает на зеркало 6. Эти элементы находятся внут­ри откачиваемой камеры 12. В отростке этой камеры установлен электронный прожектор 11 со сменным катодом, создающий сфоку­сированный электронный пучок 10.

Электронный пучок управляется ТВ сигналом, а отклоняется и фокусируется системой ФОС 13. Модуляция электронного пучка производится с помощью специального электрода — модуляцион­ной линзы. Модуляция может выполняться как изменением тока пуч­ка, так и изменением степени его расфокусировки. В первом случае, если пучок заперт (при передаче черных деталей), то участки пленки, на которые он мог бы попасть, остаются гладкими. При этом свето­вые лучи отражаются от зеркала 6 и идут по тем же путям через зер­кальные полоски в сторону лампы. В проекционный объектив 8 свет не попадает и на экране 9 также будут черные участки. На светлых местах изображения пленка жидкости деформируется под действием зарядов электронов, причем степень деформации зависит от уровня ТВ сигнала.

При втором варианте модуляции расфокусировка электронного пучка равносильна его перекрытию, т.к. он попадает на большую по­верхность пленки и не вызывает ее деформации.

В любом случае отражение от зеркала носит зеркально-диф­фузионный характер, т.к. отраженные лучи уходят по разным направ­лениям. За счет отражения такого типа часть лучей пройдет через ще­ли зеркала 5 и с помощью объектива 8 на экране сформируются яр­кие участки изображения. При воспроизведении белого поля ис­пользуется до 1/3 светового потока лампы.

В прожекторе напряжение анод - катод составляет 15 кВ, ток электронного пучка 10 мкА. Диаметр электронного пятна на слое жидкости при отсутствии модуляции ~ 60 мкм.

При проекции на экран с трех монохроматических устройств в сигналы развертки вводятся сигналы коррекции формы растра. Раз­ные модели проекторов обеспечивают световой поток от 200 до 7000 лм, соответственно и площадь экрана колеблется от 10 до 200 м².

Контраст изображения достигает 100: 1. Разрешающая способ­ность - выше требующейся по существующему стандарту. Это по­зволило в экспериментальном видеопроекторе " Аристон-3" приме­нить разложение па 1125 строк при 50 полях в секунду.

В эксплуатации такие проекторы сложны. Основная причина — необходимость обслуживания ряда сложных вспомогательных уст­ройств: вакуумного компрессора для поддержания высокого вакуума, который непрерывно снижается из-за испарения жидкости, систем водяного и воздушного охлаждения. Существенными недостатками проектора являются также большие габариты и масса.

4.3.2. Видеопроекторы типа " Титус"

Другой светоклапанной системой проекции на большой экран, активно разрабатывавшейся после пика пмгулярности системы " Эйдофор", была система с электронно-лучевой трубкой " Титус". Световым клапаном здесь являются электрически управляемый по­ляризатор совместно с кальцитовым светоделителем {рис.4.12).

Проектор содержит источник света с ксеноновой лампой 1 и сферическим зеркалом, которое направляет световой поток на кальцитовый поляризационный светоделитель 2. Этот светодели­тель, состоящий из пары склеенных кальцитовых призм (призма Глазенбрука), пропускает в сторону трубки те лучи, электрический вектор поляризации которых параллелен плоскости склейки. Про­пускание поляризационного светоделителя 50%.

Проекционный объектив 3 направляет световой поток на ми­шень электронно-лучевой трубки. Трубка имеет электронный про­жектор 4, электромагнитную фокусирующе-отклоняющую систему 5 и узел мишени 6... 12. Электронный пучок ускоряется напряжением

500... 1000 В, при котором коэффициент вторичной эмиссии мише­ни больше 1, 0. При этом стирание и запись информации на мишень происходят одновременно. Для модуляции электронного пучка ви­деосигналом перед мишенью расположена управляющая мелко­структурная сетка 6. Видеосигнал на нее подается относительно прозрачного для света проводящего слоя мишени 7. Коллектором электронов служит другая (более редкая) сетка 11, удаленная на не­сколько миллиметров от управляющей и имеющая потенциал па = 150 В выше потенциала сетки 6.

Мишень состоит из монокристаллической пластины 8 дигид-рофосфата калия KD₂PO₄ (толщиной 0, 25 мм), которая со стороны электронного прожектора покрыта диэлектрическим зеркалом 9, а с противоположной стороны - прозрачным проводящим слоем 7. Мишень приклеена к флюоритовой шайбе 12, имеющей коэффици­ент термического расширения, близкий к дигидрофосфату калия. Для улучшения оптических свойств мишень охлаждается полупро­водниковым холодильником 10 до температуры близкой к точке Кюри, которая у KD₂PO₄ составляет - 50°С. Конструкция трубки предусматривает и водяной отвод тепла.

Для модуляции светового потока используется эффект Поккельса в пластине KD2PO4. При облучении мишени модулированным элек­тронным пучком на диэлектрике образуется потенциальный рельеф, который изменяет оптические свойства кристаллической пластины по полю изображения. Световой поток, падающий на мишень, отражает­ся диэлектрическим зеркалом 9 и в соответствии с потенциальным фельефом изменяет поляризацию потока в пространстве. Отражен­ный световой поток попадает обратно в поляризационный светоде­литель 2, который пропускает свет от элементов мишени с ортого­нальной поляризацией по отношению к первоначальной. Такая по­ляризация образуется на участках мишени, соответствующих свет­лым деталям изображения. От участков темных деталей световой поток к экрану 13 не проходит. Модулированный световой поток, прошедший через светоделитель, создает на экране 13 оптическое изображение. Изображение хорошего качества образуется при по­даче на трубку видеосигнала размахом 125... 150 В.

Проекционные устройства на трубке " Титус" создавали изо­бражение площадью до 25 м². При мощности ксеноповой лампы 2, 5 кВт световой поток составлял 2500 лм, а освещенность экрана

100 лк. Контраст изображения на крупных деталях составлял 40: 1 и ограничивался паразитными отражениями модулированного света в оптической системе.

Разрешающая способность достигала 750 элементов в строке.

Модуляционная характеристика соответствует функции Sirf х.

Проекция цветных ТВ изображений осуществлялась на трех трубках " Титус", работающих с цветоделенными сигналами R, G, B, и с применением в оптической светоделительной части дихроиче-ских зеркал и фильтров.

4.3.3. Видеопроекторы ILA и D-ILA

В светоклапанном проекторе варианта ILA (модернизация «Ти-туса») пластина KD₂PO₄ заменена на жидкокристаллический (ЖК) слой, на диэлектрическое зеркало нанесен фоторезистивный слой, а вся электронно-лучевая часть оформлена в виде отдельного не­большого инфракрасного кинескопа. Кальцитовые призмы также заменены на зеркало-поляризатор (фирмы Hughes Aircraft).

В этом проекторе потенциальный рельеф образуется на диэлек­трическом зеркале благодаря фоторезисту. Электрическое поле воздействует на ЖК, и в каждой точке мишени частично или пол­ностью изменяется поляризация отраженного света.

В цветном варианте проектора либо три рассмотренных блока в цветоделенных каналах объединены до общего объектива, либо цветиделенные каналы полностью разделены и имеют индивиду­альные объективы.

К началу 2000 г. выпускалось 15 моделей ILA-проекторов со световыми потоками от 1300 до 12000 лм (ANSI). Максимальная мощность ксеноновых ламп стационарного видеопроектора - 7 кВт. Вес проекторов от 70 до 500 кг. Цена от $ 40000 до $ 250000.

Так, проектор ILA-M100 (США, 1999 г.) при ксеноновой лампе типа Х-750 имел световой поток 1400 лм (ANSI); вес его 75 кг; це­на около $ 40000.

Вариант проектора D-ILA, как и предыдущий, работает на от­ражение, но при матричной структуре ЖК-панели. Поэтому инфра­красный кинескоп отсутствует, а развертка осуществляется за счет управляющей электроники. В данном случае электронные компо-

ненты не загораживают зеркала пикселей, т.к. расположены с их тыльной стороны, и общий коэффициент отражения панели на уровне белого очень высокий (достигает 95%). На рис.4.13 показа­на основная часть структурной схемы одного светомодулирующего канала этого видеопроектора, где обозначены:

ЗЭ - неподвижные зеркальные элементы матрицы (пиксели), электрически связанные со схемой управления;

МЭЗ - матрица с интегральной электроникой и зеркалами;

ЖК - жидкокристаллический слой;

ПС - прозрачный проводящий слой на стеклянной пластине;

ПА - поляризатор-анализатор.

Проекторы типа D-ILA выпускали фирмы: JVC, Pioneer, Pana­sonic, InFocus, Proxima, Toshiba и др.

4.3.4. LCD - видеопроекторы

В настоящее время это наиболее распространенная разновид­ность светоклапанных ЖК матричных видеопроекторов, часто на- ' зываемых LCD-проекторами (Liquid Crystal Display). Здесь сущест­венный прогресс связан с появлением термостойких жидких кри­сталлов. Соответственно появились и матричные ЖК-модуляторы (панели) с высоким разрешением: ди 1920 х 1080 пикселей для формата 16: 9 и до 1600 х 1200 пикселей для формата 4: 3. Моду­ляционная система проектора строится обычно на пропускание све­тового потока проекционной лампы, например, как на рис.4.14.

От металло-галогенной лампы МГЛ световой пучок может не­посредственно поступать на зеркальную цветоделительную систе­му, состоящую из обычных зеркал с наружным покрытием ЗНП и

дихроических зеркал ДЗ. В дорогих моделях LCD-видеопроекторов на участке между лампой и зеркалами могут быть дополнительно установлены компенсатор неравномерности светового потока (не показанный на рис. 4.14) и конвертор поляризации PSB.

В основе работы фасеточного оптического компенсатора нерав­номерности светового потока (рис. 4.15) - перемешивание исходно­го неравномерного светового потока лампы с помощью двух после­довательно установленных конденсорно-линзовых растров.

В оптическом устройстве PBS (Polarized Beam Splitter) обычный свет превращается в поляризованный, причем без потери одной из со­ставляющих. В этом устройстве, включающем конденсорные линзы КЛ и конвертор поляризации КП, сначала неполяризованный свет делится на р- и s-составляющие, затем, например, s-составляюшая пропускается через фазовращатель и совмещается с р-составляющей поляризованного света. Далее поляризованный свет идет через оптические элементы проектора до самого экрана, не имея потерь на дихроических зеркалах.

В призменном блоке с ЖК-матрицами (ЖМ-R, ЖМ-G, ЖМ-В) каждый пиксел связан с управляющей БИС на полевых транзисто­рах, в результате чего на его индивидуальном прозрачном электро­де меняется потенциал относительно общего прозрачного электро­да матрицы в зависимости от уровня видеосигнала для данной точ­ки кадра. Соответствующим образом и жидкий кристалл меняет свои поляризационные свойства, воздействуя на проходящий поля­ризованный свет.

Чтобы световой поток частично не перекрывался непрозрач­ными участками схемы управления, перед ЖК-слоем располагают микролинзовый растр, фокусирующий свет на прозрачных участках каждого пиксела. Площадь такого (обычно центрального) участка составляет 30...50% от общей площади пиксела.

На выходе каждого ЖК модуляционного блока установлен по­ляризатор-анализатор. При передаче темных деталей изображения весь свет задерживается в модуляционном блоке, нагревая его (и ухудшая оптические свойства ЖК-слоя). При передаче светлых де­талей эти участки прозрачны. Однако прозрачность не идеальна как по причине оптических потерь в самом ЖК-веществе, так и по при­чине потерь в проводящих покрытиях. Поэтому работы по повыше­нию термостабильности продолжаются. В настоящее время преиму­щественное применение находят полисиликоновые (p-Si) ЖК-панели как более термостойкие в сравнении с аморфносиликоновыми (a-Si).

В последних моделях проекторов наряду с металло-галогенными лампами (МН) стали применять миниатюрные лампы сверхвысокого ^давления (UHP), у которых отдача вдвое больше, чем у первых. По­мимо увеличения яркости и снижения энергопотребления это улуч­шило такие показатели проектора, как термостабильность ЖК--матрицы и оптических юстировок, снизились акустические шумы вентилятора.

4.3.5. Микрозеркальные видеопроекторы

В 1996 г. фирмой Texas Instruments выдвинута идея и запатенто­вана конструкция микрозеркальных видеопроекторов, а уже через год 14 фирм выпустили пробные экземпляры таких проекторов. Торговая марка проекционного блока - DLP (Digital Light Processing).

Проектор содержит очень сложный неразборный узел - комби­нированную цветоделителыгую призму с закрепленными на ней

панелями (чипами) микрозеркальных матриц с системой электрон­ного управления каждым пикселем.

В этих видеоироекторах световой поток модулируется микро­зеркальными матрицами, работающими на отражение. Обычно матрица содержит 848 х 600 микрозеркал (в более поздних моделях 1024 х 768). Каждое микрозеркало, поворачиваясь на подвесах под действием управляющего сигнала, отражает свет либо в объектив, либо в поглотитель. Т.е. каждый элемент матрицы (рис. 4.16) - све-токлапанная система.

Размеры микрозеркал 16, 6 х 16, 6 мкм, расстояние между зерка­лами 1 мкм. Это означает, что в растре не будет заметно ни строк, ни столбцов. Отсутствует также эффект засветки освещенными эле­ментами неосвещенных. Алюминиевые зеркала пикселей закрепле­ны механически на подпружиненных подвесах и могут поворачи­ваться на угол до 12°. Крайние положения соответствуют состояни­ям «включено - выключено». Отклонение зеркала происходит за счет электростатического поля, возникающего при подаче на пик­сел двух адресных и одного управляющего напряжений с ячейки памяти на КМОП-подложке. Время механического переключения ячейки (с учетом успокоения) составляет 10 мкс. Время нахождения ячейки во включенном состоянии зависит от уровня яркости дан­ной цветовой компоненты в конкретной точке во временном интер­вале ТВ кадра. Это время дискретизировано по 1О-рачрядному коду на 1024 временных уровня. Кроме того, чтобы не возникало мель­каний, длинные импульсы переключения пикселей разрываются на более короткие с сохранением их суммарной продолжительности.

Оптическая же схема видеопроектора (рис. 4.17) за исключени­ем призменного блока, в котором не показан ход лучей, достаточно

ЗНП и собирающие оптические элементы СЛ, К поступает на ком­бинированную цветоделительную призму. Призма делит световой поток на Ы-, О-, В-составляющие и направляет их на соответствую­щие микрозеркальные чипы МЗЧ. Отраженные чипами модулиро­ванные цветоделенные составляющие светового потока вновь объ­единяются комбинированной призмой и направляются в проекци­онный объектив ПО.

В некоторых моделях (более дешевых) нет комбинированной цветоделительной призмы и используется только одна матрица, ос­вещаемая лампой через вращающийся светофильтр с R, G, B, Y-секторами (Y - для черно-белых изображений). Частота смены цве­тов 150 Гц. Такие упрощенные видеопроекторы выпускаются ря­дом фирм, например inFocus, Davis и др. i