20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор статей

Роль источника света в проекторах или Как увидеть 50 оттенков...

Автор: Дмитрий Лысак
Автор материала - руководитель Учебного Центра ГК DIGIS
В данной статье в свободной и доступной форме обсуждаются вопросы влияния источника света в проекторе на качество изображения, а также аспекты решения задач системной интеграции и Домашнего Кинотеатра. Материал не претендует на полноту охвата всех решений и техническую глубину, его цель — ознакомить читателя с физическими основами и заинтересовать технологиями ведущих производителей. Дискуссионный стиль изложения предусматривает авторские трактовки, а статья — свободу для критики.

Элементарная физико-биология

Свет — это реакция глаза на «видимую» часть спектра электромагнитного поля, волны которого, как известно, состоят из взаимно-перпендикулярных векторов электрической и магнитной составляющих. Считается, что видимый спектр находится (условно и в среднем) в пределах от 400 до 700 нм, при этом у некоторых людей наблюдаются небольшие отклонения в стороны «шире-уже». Когда мы говорим «400-700 нм», речь идет только о зрении человека, у других существ эти параметры могут быть совершенно другими: куры совершенно не видят в темноте, совы — наоборот.

light.jpg

Чувствительность глаза к видимому спектру разная: максимум в районе 500-550 нм, по мере приближения к краям диапазона она падает. Интересный вопрос: почему мы не видим в инфракрасном диапазоне? Можно сказать — так эволюционировало наше зрение за много лет, но есть и логика: суммарная интенсивность собственного теплового излучения глаза заметно выше, чем интенсивность прямого солнечного света, попадающего в глаз через средний зрачок. Если бы сетчатка воспринимала инфракрасное излучение, мы бы ничего не видели, кроме мощного теплового шума. Ультрафиолетовое излучение сетчатка также не детектирует, но, к сожалению, слабо защищена от вредного воздействия такими фильтрами, как водянистая влага и хрусталик. Кроме того, чувствительность сетчатки к коротковолновому излучению выше, нежели к длинноволновому, поэтому в темноте красный кажется черным, а синий — серым.

График распределения интенсивности излучения сложного света по длинам волн (или частотам) называется спектральной плотностью мощности. С точки зрения физического прибора эта функция однозначно идентифицирует световой поток, и совсем неоднозначно — с точки зрения глаза как биологического прибора. Действительно, белый цвет заданной яркости может быть и суммой двух чистых спектральных цветов (т.е. соответствующих монохроматических излучений), и суммой нескольких сложных цветов. Да и сам сложный цвет, однозначно идентифицируемый глазом, может быть получен как сумма весьма разных наборов спектральных составляющих физического излучения («метамерия»).

Важно помнить, что свет и цвет — не совсем физические понятие. Есть источник электромагнитного излучения, включая видимый диапазон. Есть наблюдатель — есть свет. Нет наблюдателя — нет света: только электромагнитное излучение, которое бесстрастно фиксирует прибор. Есть другой наблюдатель — снова есть свет, но несколько другого цвета. С точки зрения спектрального прибора излучение однозначно определяется конкретным спектром. Для наблюдателя спектр и интенсивность излучения не есть стопроцентная истина о том, что он видит. Когда угли в мангале теряют свечение, свет исчезает, но инфракрасное излучение (еще какое!) продолжает готовить шашлык. Высоко в горах невидимый ультрафиолет — если забыть про очки — убьет зрение. Хотя снег вроде бы такой же яркий, как на равнине. Наконец, нарисуйте вечером при свете ламп накаливания дневной пейзаж, затем с удивлением рассмотрите его при дневном свете. Как сказали бы наши братья из созвездия яркой и голубой Вещи, "ваши фильмы D65 неприлично желтят".

Волшебная лампа

Роль источника света в проекторах особая. Почему?

Первое. Без лампы в проекторе изображения не будет вообще. Можно возразить такой безапелляционности: в панелях без подсветки тоже. Но въедливый знаток вспомнит трансфлективные дисплеи в смартфонах, прекрасно работающие без подсветки на прямом солнце.

Второе. Лампа в проекторе — более высокотехнологичное устройство, нежели подсветка в панели. Почему? В большой панели подсветка распределена по большой площади — либо вытянутой боковой, либо матричной. В проекторе источник света (на примере ртутной лампы высокого давления) должен быть по возможности как можно более точечным, а параболическая система отражателя, формирующая поток параллельных лучей, составляет с лампой единый модуль.

Третье — надежность. Локальное тепловыделение для мощных источников света в проекторах — огромно, требуются более сложные системы охлаждения, чем в панелях. В ответственных случаях (инсталляционные проекторы) для надежности и увеличения ресурса применяется резервирование и сложное управление питанием.

Четвертое. Значимость мощности лампы для проектора — если речь идет о больших помещениях — не нуждается в обосновании. Проектор — единственное средство для создания масштабных изображений, одним из главных качеств которого является яркость — функция светового потока проектора и площади изображения. Более того — контрастность изображения в условиях засветки также в определенной мере зависит от светового потока.

Пятое — стабильность. Если проектор самый популярный, с ртутной лампой, то не секрет, что лампа в смысле светового потока и ее спектральных характеристик непрерывно деградирует. Для больших изображений это критично, для изображений, где важна точность цветопередачи — вдвойне.

Двигатель и топливо

Свет от лампы является для проектора «топливом» — основой, но вовсе не сутью будущего изображения. Данное «топливо» должен переработать «движок» — оптический блок и электроника проектора. Из первичного потока света необходимо создать базовые излучения — линейно независимые векторы R, G, B, если мы говорим о трехкомпонентном цветовом пространстве. А уж их линейные комбинации с соответствующими коэффициентами и формируют конкретный цвет.

Если вам как начинающему художнику вдруг подарят большую коробку красок, внутри которой сиротливо болтаются три тюбика, юмор вы оцените. Но именно так, «расточительно», использует проектор богатейшую палитру лампы, выделяя из широкого спектра три узких полосы. И делает это он с парадоксальной целью — воссоздать из трех синтезированных «фонариков» — красного, зеленого и синего — опять же богатейшую палитру, но уже финального изображения.

Зависит ли качество картинки проектора от типа источника света? Строго говоря — нет, вернее, эти понятия слабо коррелированы. Есть хорошие проекторы на ртутных лампах, проблемные светодиодные, странные лазерные, великолепные ксеноновые. Переставьте определения и получите комбинаторику других жизненных сочетаний. Бывают проекторы очень яркие, но яркость — единственное достоинство их картинки. Бывают — на основе самой современной подсветки, но откровенные «дихроматы» по изображению, при этом цветная «хромота» бодро сочетается с высокой ценой.

Один из примеров — качество базовых излучателей RGB. Чем они «чище», т.е. уже по спектральному составу, тем ближе вершины цветового треугольника к кривой чистых спектральных цветов, а цветовой охват проектора шире. Спектральные плотности мощности таких излучателей — узкие высокие «пики». Если воспроизвести с помощью генератора сигналов эти базовые цвета на экране, мы увидим чистые, густые и глубокие красный, зеленый и синий. Соответственно, дополнительные цвета — голубой, пурпурный и желтый, точки которых лежат на серединах сторон цветового треугольника, также подкупают совершенством.

Теперь заглянем к производителю, которого не заботит чистота базовых цветов — было бы ярче и в меру контрастно. Точный красный с генератора выглядит на экране подозрительно. Он, конечно, красный, но напоминает застиранную футболку — скорее бледно-розовую, нежели рубиново-сочную, как из магазина. Измерив спектр, мы увидим расплывшуюся вширь кривую, хотя и с максимумом в районе 700 нм — где положено. На графике цветности цветовой треугольник такого проектора будет маленький, а площадь — цветовой охват — квадратично меньше, чем богатство оттенков из предыдущего абзаца. Если и далее ухудшать качество базовых излучателей, их линии спектральной плотности мощности деградируют в прямые, цветовой треугольник стянется в точку, а проектор станет черно-белым.

Более того, в недорогих 1-чиповых проекторах, где искусственные приемы в системе управления цветом — необходимое зло, часто страдают яркости конкретных базовых цветов, хотя белый, что называется, на уровне. А что,  говорит производитель, у нас несколько тысяч люмен, источник света — самый современный, технологии которого — тема передовых публикаций, цена оправдана, и точка!

Бензин, солярка, керосин

При проектировании источника света исследуют какое вещество как излучатель и какая технология обладают нужными свойствами для наилучшего решения задачи. Примеры из быта. Для чтения лучше подходит естественное освещение с непрерывным спектром (рассеянный солнечный свет), или достаточно яркое вечернее (лампы накаливания). Люминесцентные же лампы или ртутные энергосберегающие для длительного восприятия текста нехороши — из-за спектра, зато подходят для автомеханических работ в гараже. Светодиодные фары впечатляют эффективностью, но многие водители — для адекватного восприятия ночной местности предпочитают «ксенон» или «галоген». Мертвенно-бледно, зато ярко, или тускло, но правдоподобно — нередко выбирают то, что важнее, если вариант «все включено» отсутствует.

Рассмотрим излучения химических элементов — атомарные спектры.

Athom_Spectrum.jpg

Мы видим, что они линейчато-полосатые, это связано с квантовой природой излучения, количеством электронов и особенностями перехода их на другие энергетические уровни. Разумеется, в газонаполненных лампах используются соединения с более насыщенным спектром, но этот хрестоматийный пример кое-что объясняет. В спектре многих элементов - если бы они были основой ламп проекторов - просто не хватает «фракций» для построения базовых излучателей R, G, B — 700, 550 и 400 нм. Скажем, из натрия с его двумя одинокими желтыми линиями «выдоить» нечего, а вот ксенон — щедр на цвета и равномерен по спектру, поэтому его уже в чистом виде можно «разжигать» и фильтровать нужные участки спектра.

Если же мы используем доступный материал, но с бедным спектром, очевидно, что помимо пассивных элементов — фильтров и пр. — в оптический тракт необходимо интегрировать дополнительные активные (переизлучающие) компоненты, например, люминофоры, а первичный источник заставим работать поставщиком энергии для решения спектральных задач. Или же обратиться к идеям самых смелых производителей, предлагающих гибридные решения. Утрируя, можно так описать принцип работы устройства из доступных компонентов. Бензин из топливного бака частично работает напрямую, другая его часть поступает в установку для синтеза спирта, который тоже работает в условиях, где бензин не оптимален. А когда ни то, ни другое не справляется, вступает в действие электроэнергия. И машина в целом едет.

На бумаге легко создать источник света с идеальными характеристиками. На деле же командует прагматика — цены материалов и технологий, состояние технического прогресса и маркетинговые планы. Так было со светодиодами и лазерами: сэмплы передовых проекторов давно представлялись на ведущих выставках, но до серии было еще далеко.

Ртуть

uhp.jpg

Самым распространенным источником света в проекторах является ртутная лампа высокого давления (UHP) — это «фонарь» для подавляющего большинства «офисников», инсталляционных и Hi-end аппаратов для Домашнего Кинотеатра. Известных производителей несколько, продукция отработана, хотя производители проекторов старательно не афишируют, чей OEM-заказ внутри их аппаратов: «лампа от надежного поставщика».

О надежности. В старые времена, когда на проектор давали гарантию полгода или год, забота о запасной лампе была бедой — месяц гарантии. Ртутные лампы выходили из строя по разным причинам, часто внешним — пыль, табачный дым, неаккуратное обращение с работающим проектором… Сейчас ситуация вполне комфортная — от года гарантии, а реальный ресурс заметно больше. К тому же, помимо фильтров, в проекторах появились передовые технологии защиты (Filter Free, улучшенная система охлаждения и пр.).

Собственно лампа — это крохотная, несколько мм, колбочка: мы уже говорили, что источник должен быть как можно более точечный. Но отдельно она не поставляется - как единый модуль с параболическим отражателем и корпусом.

Колбочка типовой мощности 200 Вт выделяет много тепла. Поэтому роль системы охлаждения проектора критична. Если проектор маленький, при той же мощности лампы, вентилятор небольшого диаметра старается на совесть, создавая средне- и высокочастотные обертоны звукового спектра. 30-35 дБ совершенно неприемлемы в ДК.

Но Hi-end проекторы, к счастью, солидных размеров. Внутри корпуса — не только большие и менее оборотные вентиляторы: их несколько, что позволяет распределить и оптимизировать шумовой выход. В результате — 20 дБ, но не в них дело, а в спектре, где почти нет раздражающего нытья системы охлаждения малого собрата той же мощности. В Hi-end акустике появляется смысл.

Ртутная лампа не только хорошо греет, но и хорошо светит. В фотометрии лучистый (энергетический) поток 1 Вт для монохроматического излучения 555 нм соответствует 683 лм.

Сколько люмен F (т.е. именно света, что мы видим, а не физические ватты) можно получить из спектра лампы, можно рассчитать по известной формуле

Vidnost_1.jpg

F = 683•∑ F•V(λ),

где F — спектральная плотность мощности (энергетическая, т.е. сколько Вт излучения отдает лампа на данной длине волны λ), а V(λ) — кривая видности (спектральная чувствительность глаза в зависимости от длины волны).

Спектр ртутной лампы, хотя и изобилует всплесками, достаточно непрерывен, чтобы получить нужные нам узкополосные (монохроматические) излучения фильтрацией, например, дихроичными зеркалами.

HG_spektrum.jpg Не весь свет, который может выдать лампа, выходит из объектива в виде полезного резюме, поэтому, заявляя о величине светового потока проектора, производитель подразумевает потери — на поляризацию, внутренние поглощения неиспользуемых потоков и недостатки конкретных технологий. Но ведущие производители стараются КПД улучшать.

Не следует слепо следовать маркетинговым призывам — во что бы то ни стало увеличить световой поток, типа «ярче - лучше», неважно в каком проекторе. Конечно, если речь о тяжелом инсталляционном проекторе для большого освещенного конференц-зала, то 8-10 тыс. ANSI лм — благо, а двухламповая конфигурация — еще лучше.

Но порой лишние люмены, в лучшем случае — переплата денег, в худшем — в тягость картинке. Если вы проектируете ДК высокого уровня, в основе которого, например, топ-модели JVC и Sony, а картинка проецируется на экран Stewart, то полезно следовать рекомендациям экспертов. Чтобы кинотеатральное изображение было правдоподобным, оно должно соответствовать стандартам, а проектор — откалиброван. Методики ISF определяют оптимальную яркость картинки — 14 фут-ламберт для классического затемненного кинозала. Для типового ДК, экрана 130" и расстояния проекции 5 м светового потока 1000-2000 ANSI лм хватит с избытком. Встречаются любители 5 и более тыс. люмен в таких же условиях. Не запрещается. Но это уже не кино, а видео или имитация большого телевизора. Если вы смотрите кино в освещенном помещении, да еще со светлыми стенами, стандарт яркости изображения повышается до 50-60 фут-ламберт. Здесь действительно — лишние пару тыс. люмен пригодятся. Но тогда это уже не Домашний Кинотеатр, а мультимедийная комната, честнее говоря — гостиная.

kevin_jonas_theater_front.jpg

Достоинствами проекторов на ртутных лампах являются:

  • приемлемая цена решения и доступность ламп вследствие массового производства;
  • хорошо изученное сочетание "технология лампы – технология проектора";
  • приличный световой поток (популярный диапазон — до 10 000 лм);
  • относительно среднее тепловыделение;
  • приемлемый спектральный состав для реализации хорошей системы управления цветом.

Недостатки:

  • увеличенное время разогрева (для перехода в рабочее состояние) и остывания (для выключения);
  • недостаточно низкое тепловыделение, чтобы избежать затрат на тепловые фильтры и сложную систему охлаждения;
  • длительное время для перехода проектора в стационарное состояние после включения;
  • непрерывная деградация со временем светового потока и спектральных характеристик, требующая периодических калибровок;
  • относительно невысокая стойкость к воздействиям окружающей среды, в т.ч. механическим.

Ксенон

Когда яркость изображения играет ключевую роль, в дело вступают мощные ксеноновые лампы. Одним из королей яркости и масштаба изображения при академических требованиях к стандартам является компания Christie Digital. Мы сейчас не обсуждаем «космические» проекты, вроде световой инсталляции на здании МГУ с участием 64 проектора и других шоу — это стоит упомянуть для оценки потенциала бренда: мы способны летать к звездам, поэтому, будьте уверены, самолеты нам под силу.

Для чего может понадобиться «серьезный» световой поток?

  • для гарантированного качества изображения — особенно большого и особенно в условиях значительного внешнего освещения, например, в системах публичного отображения информации (Digital Signage);
  • для обеспечения гарантированного уровня информативности и восприятия делового контента в конференц-залах и пресс-центрах;
  • для поддержания соответствующего стандартам кинематографии уровня освещенности экрана в средних и больших коммерческих кинотеатрах;
  • для компенсации недостатков проекционной поверхности;
  • для демонстрации специального контента, например, рекламного, или реалистичного — в крупных симуляторах;
  • для применения проекции там, где видеостены не справляются с задачей — из-за цены решения, затрат на инсталляцию или качества изображения (например, не допускаются зазоры между фрагментами изображения);
  • удовлетворения иных и особых требований заказчика — например, убежденного на 120%, что в его домашнем кинозале картинка должна быть в 2 раза ярче рекомендованной ISF. Ему, заказчику, так нравится.

Читая спецификации, мы редко обращаем внимание на допустимые диапазоны диагоналей изображения и проекционных расстояний. Обычно срабатывают средние значения, а максимальная диагональ — скажем, 7 м — воспринимается как «надо же было что-то производителю написать через черточку». Нет, эти числа «сознательные». Производитель, зная телесный угол проекции, рассчитывает — при какой диагонали изображения световой поток «размажется» по экрану так, что допустимая яркость упадет ниже требований стандарта. И эти расчеты, как правило, относятся к «тепличным» условиям — затемненному помещению.

Большой световой поток позволяет обойти эти ограничения. А в сочетании со сшивкой фрагментов мы можем получить одновременно и масштабное, и яркое изображение. Условно (пороги разнятся в зависимости от трактовки) к большому световому потоку можно отнести 10 000 лм и выше.

Christie_xenon.jpg

Ксеноновые лампы инсталляционных проекторов «премиально» светят, но и «премиально» греют. Тепловыделение, требующее серьезной системы охлаждения — не единственная издержка изобилия люмен. Потребление по току — «знатное», 15А на лампу — нормально. Если вы планируете протестировать сшивку с участием двух «десятитысячников», не грех проинспектировать розетку, провода и автомат. Ксеноновые лампы, по сравнению со ртутными, солиднее в размерах, и увы — в ресурсе проигрывают.

Но сочетание светового потока с приятным равномерным спектром окупает издержки. Стоит заметить, что режим «Ксенон» (или подобное название) в настройках кинотеатрального проектора на ртутной лампе — всего лишь симуляция и коррекция спектра ртутной лампы с целью имитировать спектр ксеноновой. Разумеется, замена неполноценная.

Ощутить разницу между 2 и 10 тысяч. люмен можно в затемненном домашнем кинозале, выключив свой проектор для ДК и тут же подав картинку с Christie Mirage на тот же экран. «Светло, как днем!» Документальный фильм об испытаниях ядерного оружия будет смотреться крайне реалистично. Но, все же лучше предоставить ксеноновым «гиперболоидам» соответствующее поле деятельности.

christie-mirage-wu7k-m_lowleft1.jpgroadie-4k-main1.png

Светодиод

Развитие в середине XX века новых областей физики и появление полупроводниковых устройств ощутили в первую очередь обычные граждане: вакуумную лампу заменил транзистор. Нет смысла описывать, как работает p-n-p переход — об этом исчерпывающе расскажут классические монографии и статьи по физике. Но оказалось, что у светодиода как полупроводникового прибора, излучающего в видимом диапазоне, великолепный КПД и еще более — ресурс.

А именно: количество излученного света по отношению к энергетическим затратам — приличное, средняя наработка на отказ исчисляется десятками тысяч часов, а стабильность характеристик — заметно лучше, чем у классических «горячих» ламп.

В последнем тезисе скрыт и главный недостаток основной массы светодиодных проекторов — они мало греют, в смысле сдержанного тепловыделения, но и… мало светят, несмотря на упомянутый выше хороший энергетический КПД. Долгое время 1000 светодиодных лм считалось весьма и весьма заметным световым потоком, тогда как банальный и дешевый «ртутный офисник» в том же корпусе выдавал 3000 лм.

Полезно сделать небольшое «лирическое» отступление. Наглядно оценить КПД — выходной световой поток/ подводимая мощность лучше на примере классических метало-галогеновых ламп или обычных ламп накаливания. Посмотрев на упаковку 40 Вт лампы, мы видим 400 лм выхода света, а на упаковке 60 Вт лампы — уже 700 лм. Что выгоднее? Конечно 60 Вт (разумеется, если счета за электроэнергию не растут синхронно с котировками валют). Это легко понять. Нагрев спираль слабо, мы получим сплошь инфракрасное излучение без видимого спектра — Ватты есть, люмен — 0. Продолжая до красного каления, имеем спектр, сосредоточенный в длинноволновой части. На определенном этапе «ваттовой накачки» спектр выровняется, затем максимум переместится в коротковолновую часть — к синему. Процесс чем-то напоминает уровень жидкости при ускорении сосуда, меняющему направление движения. Далее греть бессмысленно. А нам бы — золотую середину.

Нить накала — не идеальное приближение абсолютно-черного тела, но все же иллюстрации наглядны.

l-shoy02-04.jpgl-shoy02-02.jpgl-shoy02-03.jpg

Катализатором развития светодиодов как источников света для проекторов стали ультрапортативные аппараты — «пикопроекторы», почти карманные устройства. Конкурентов у форм-фактора не было, так как реализация на основе ртутной лампы в таком скромном объеме не рассматривалась.

Одним из пионеров направления «светодиодный пикопроектор» стала компания Vivitek, выпустив модель Qumi.

Vivitek_QumiQ7_RightHero_600px.jpg

В отличие от ближайших конкурентов Qumi представлял собой не игрушку с 15 или 30 лм, разрешением VGA и композитным входом, а полноценный бизнес-инструмент и основу мобильного кинотеатра. Это и разрешение HD, и полноценный HDMI, и приличный световой поток 300 лм, и встроенные «офисный» с мультимедийным «плееры», позволяющие обходиться без ПК при проведении презентаций, и многое другое (об этом лучше прочесть на сайтах myqumi.com или Vivitek-russia.com).

Но решение в первую очередь позиционировалось как истинно мобильное и долговечное. Действительно, быстрое включение и выключение, произвольное положение в пространстве работающего проектора, номинальный ресурс — 30 000 часов. Эти преимущества светодиода как источника света позволяют Qumi стать элементом проекта системной интеграции и рекламной инсталляции — светим на пол или потолок, в наклонном положении, сшиваем фрагменты изображения с помощью нескольких Qumi, реализуем компактную и яркую обратную проекцию на пленку — в витрине супермаркета, плюс — работаем круглосуточно.

Нашлось и применение, казалось бы, скромным 1000 лм. Как мы писали выше, для классического затемненного ДК площадью 20-30 м2 световой поток 1-2 тыс. лм не только оптимален — он рекомендуется экспертами для необходимой яркости изображения.

На практике реальный (измеренный) световой поток светодиодного проектора может быть меньше заявленного процентов на 20. А в отличие от ламповых «коллег» светодиодные могут вести себя необычно: если «ртуть» выходит на стационарный уровень через некоторое время после разогрева, то «светодиод» сразу показывает максимум, затем немного сбавляет. Не стоит думать, что несколько десятков тысяч часов ресурсов — период абсолютной стабильности характеристик светодиодов: они также деградируют. Но относительно ртутной лампы, светоотдача которой может упасть вдвое через 3000 ч. светодиод практически вечен, читай — морально устареет несколько поколений моделей, прежде чем забота о люменах станет актуальной.

Интереснее другое. Спектр типового белого светодиода неравномерен: спектральная плотность мощности подчеркивает свою особую природу парой ярко выраженных максимумов, особенно в «зеленом» районе 600 нм.

LED_Spectrum.jpg

Как любопытный факт — кривая видности глаза (чувствительности к спектральным составляющим) имеет очень похожую форму. Наблюдая за современными светодиодными фарами новых поездов метро, невольно восхищаешься этим очень ярким белым светом. Отчасти объяснение в том, что центральная часть видимого спектра, к которой глаз наиболее чувствителен, «усилена» таким же подъемом спектра светодиода. Свет белый, несмотря на заметную неравномерность спектра. Но странный белый. Получить похожий можно, проведя на графике цветности прямую через точку белого D65 и сложив симметричные взаимно-дополнительные цвета.

Если не заботиться о системе управления цветом светодиодного проектора, странности вылезают в виде переизбытка зеленого. Измеренный цветовой охват (измеренный цветовой треугольник) такого «недоработанного» аппарата будет выпячен вверх — к зеленому, а неопытный пользователь будет хвалить «очень живую сверхреалистичную зелень травы». Хотя у откалиброванного проектора трава просто реалистична, безо всяких «сверх», а цветовой охват соответствует треугольнику sRGB.

Однако ведущие производители, экспериментирующие с сочетанием «светодиодный – для Домашнего Кинотеатра», как правило, предоставляют в меню средства для калибровки.

LED_projector_Gamut_02.jpg

Лазер

CIE_Diagram_Saturation.jpg
(Нажмите на фото для увеличения)

Лазер или оптический квантовый генератор — пожалуй, то, к чему надо стремиться. Выше мы обсуждали важность качества базовых (Primary) излучателей R,G,B, формируемых внутри оптического блока проектора. Чем более монохроматичны основные «фонарики», тем шире цветовой охват устройства.

Ширина кривой спектральной плотности мощности лазерного излучения — нанометры: ничего с помощью фильтров и формировать не надо, можно использовать напрямую. Разумеется, даже если мы поместим вершины «лазерного» цветового треугольника как можно дальше друг от друга и прямо на кривой чистых спектральных цветов, значительная часть генеральной совокупности цветов, видимых человеком, все равно останется неохваченной — таков механизм аддитивно-векторного трехкомпонентного цветового пространства. Но цветовые охваты Adobe RGB, DCI и свежие ITU REC 2020 с BTU 1886 для Ultra HD кое о чем говорят — мы движемся вперед, к тому, чтобы увидеть на экранах настоящего розового фламинго. Создатели нового цифрового контента и разработчики 4К-устройств знают об этом, готовы нас «сподвигнуть» на очередные материальные вложения и поразить результатом.

Типов лазеров много: газовые (аргоновые, гелий-неоновые), твердотельные (рубиновые), иные, и даже — с ядерной накачкой, вероятно летающие на спутниках со времен СОИ. Но в проекторах используют маломощные лазерные диоды, сравнительно недорогие.

Laser_LED_spectrums.jpg
(Нажмите на фото для увеличения)

По сути, лазерный диод — тот же светодиод, но с оптическим резонатором, усиливающим излучение строго определенной длиной волны (в пределах интервала 1 нм). В масштабе графика всего видимого спектра лазерные «импульсы» — просто «палки», напоминающие «дельта-функцию». По сравнению с лазерной линией ранее изящная кривая спектра светодиода теперь — безобразно расплывшийся в стороны горб.

В борьбе за чистоту цветов есть проблемы. Светодиодный горб, хоть и безобразен, но под ним много площади, а значит — энергетических ватт и люмен на выходе. Интегрируя же лазерную дельта-функцию, мы получим «пшик». Эврика — поднять лазерную «палку» до высоты Манхэттена, читай, использовать мощный лазер — не очень проходит по цене. В проекторах для ДК поступают проще: используют много лазерных диодов, суммируя свет. Говорят, три рубашки теплее рубашки тройной толщины, в нашем случае — светлее и дешевле.

В качестве примера приведем опыт Christie, чье лазерное решение напоминает ход «сразу из пешек — в дамки». Это лазерные проекторы 6P (P — Primary, обозначение базовых излучателей R,G,B). 3 лазерных P — понятно, но 6? Дело в том, что данная разработка специально позиционирована под активную 3D-проекцию, бичом которой, как известно, являются заметные потери яркости в 3D-режиме, по сравнению с 2D. На каждый, левый и правый, канал — по персональному блоку 3P, и проблема потерь решена шикарно.

Christie_6H.jpg

Преимущества проекторов на лазерных источниках света:

  • потенциально широкий цветовой охват,
  • ресурс источника света — от 20 тыс. часов,
  • хорошая стабильность характеристик (по световому потоку и цветопередаче),
  • невысокое тепловыделение,
  • быстрая готовность к работе после включения и быстрое выключение,
  • возможность выноса модуля за пределы проектора и передаче светового потока по оптоволокну.

Недостатки:

  • завышенная цена, вследствие новизны технологии и маркетинговых алгоритмов,
  • недостаточно хорошая изученность сочетания данного модуля подсветки с основными технологиями — в смысле совершенства систем управления светом.

Лазер и фосфор

Полностью «лазерные» проекторы прекрасны, как чистый породистый виски. Но нередко производитель оценивает стоимость решения и простоту реализации так, чтобы результат на экране также был хорош, но платить можно меньше. Почему бы не использовать коктейль?

Основой — главным источником света — большинства современных лазерно-люминофорных проекторов по-прежнему является лазерный диод. Причем синий. Он напрямую используется как базовый синий излучатель — Blue. А другие «primary» — R и G надо откуда-то взять.

Для этой цели применяют технологию вторичного излучения. Часть синих лазеров освещают фосфорную пластину (в форме кольца), рождая переизлученный спектр с максимумом в желтом, а затем, с помощью фильтров вырезают из «крыльев» спектра базовые источники — красный и зеленый.

Синий лазер выбран не случайно, так как энергия фотона пропорциональна частоте:

E = ħ×ν,

где ħ — постоянная Планка. Т.е. коротковолновое излучение выгодно для получения вторичного спектра.

Что интересно, «лазерно-фосфорная» технология, в общем, не нова, но акценты на нее расставлены недавно. Ее применяют как совместно с DLP-технологией (Christie GS серия), так и в проекторах Hi-end для ДК (Sony VPL-GTZ1).

В проекторах Christie GS на основе DLP и лазерно-фосфорного источника используется описанная выше технология с рядом дополнительных деталей.

GS-Series7.jpg

Christie_GS_scheme.jpg

При позиционировании серии упор делается на хорошую цветопередачу и цветовой охват — минимум ITU Rec. 709 (sRGB), высокую динамическую контрастность — 2 000 000:1, и большой ресурс — 20 000 часов. Главное здесь не абсолютный «гипотетический» срок службы, а большое время до того, как фактический световой поток снизится на 50% от первоначального.

С ресурсом лазерных диодов — все ясно: высок. Более того, конфигурация из нескольких лазерных диодов еще более увеличивает надежность: выход из строя одного-двух — не фатально (сравним с «одинокой» ртутной лампой). Это своего рода 8-моторный стратегический бомбардировщик. Что касается фосфора — и здесь с ресурсом все неплохо (вспомним старые хорошие кинескопы, которые не «садились» годами).

Внедрить лазерно-фосфорную идею решилась и Sony — в «святая святых», топ-сегмент проекторов для ДК, да еще с разрешением 4К и заодно с инновационной рефлекторно-офсетной ультракороткофокусной оптической системой. Мы о проекторе Sony VPL-GTZ1.

vplgtz1_600px.jpg

Здесь в качестве первичного источника работают 24 «синих» лазерных диода, с тем же разделением обязанностей по группам: часть — напрямую, для непосредственного (через диффузионный элемент) формирования базового синего B, часть облучает фосфорную пластину, регенерируя вторичный спектр, из которого «добываются» базовые R и G.

Проектор предлагает превосходную картинку с оригинальным разрешением 4К (в основе — 3 матрицы SXRD и прецизионная оптическая система), световой поток 2000 лм, цветовой охват не хуже DCI (это очень много) и контрастность — опечатки нет — бесконечность к одному. В этом одна из заслуг лазерного источника света. Темные сцены и черная бездна межгалактических пространств должны выглядеть как в жизни, разумеется, если помнить, что контрастность изображения сильно не любит паразитной засветки на экран. Вершина покорена, но острословы говорят, что лучше ∞:1 может быть только контрастность ∞: 0,5. Значит, есть над чем работать.

Из доступных вариантов можно рассмотреть лазерно-фосфорный Epson LS1000 на основе панелей 3LCD reflective, аналогов SXRD от Sony и D-ILA JVC.

epsonls10000.jpg

Epson_LS1000_Gamut.jpg

Его оригинальное разрешение — Full HD, световой поток — 1 500 лм. Используются 2 синих лазерных диода, с разделением функций, уже описанной выше. Проектор сертифицирован ISF и THX, а цветовой охват шире Adobe RGB.

Ирисовой диафрагмы нет, динамическая контрастность также заявлена на грани фантастики — ∞:1. Но здесь Epson корректен, уточняя, что оригинальная контрастность представляет собой «земные» 70 000:1, что очень неплохо.

Гибриды и другие ноу-хау

Новогодняя елка, подсвеченная разноцветной гирляндой, действительно красива, но по принципам подсветки существенно отличается от проектора. В первом случае: больше лампочек — лучше, во втором — только три. Т.е., если мы предложим проектору гирлянду, он ею не воспользуется, переработав уже готовую красоту в свои собственные 3 «лампочки» — R, G, B максимально строгой чистоты цвета.

Но иногда бывают исключения. Речь о технологии Christie 4D Color.

Как мы поняли выше, выходной световой поток и цветопередача — как правило, конкурирующие субстанции, а разработчик — дабы проектор получился сбалансированным — постоянно оттачивает мастерство арбитра. Вам светло или красочно? — звучит в основном директивно. Но 4D Color по утверждению Christie предлагает «и шашечки, и ехать».

3LCD_optical_layout.jpg

Итак, пусть перед нами схема работы обычного 3LCD-проектора с ртутной или ксеноновой лампой.

Невидимые части спектра отфильтрованы еще на входе в оптический блок, далее — по традиционной технологии дихроичные зеркала формируют базовые R, G, B источники. Дихроичные фильтры работают по методу «отсечки» верхних и нижних частот, вырезая нужную полосу спектра. Например, в типичной конфигурации первый пропускает «синюю», отражая остальной спектр, который идет на следующий фильтр, в свою очередь, имеющий другую полосу пропускания — он пропускает «красный», но отражает «зеленый». Наборы «корректных» длин волн попадают каждый на свою ЖК-панель, потоки, модулированные потоки сводятся призмой в единый, что выходит из объектива и формирует финальное изображение.

Christie_4D_1.jpg

Все бы стандартно, но на практике дихроичные системы формируют не спектрально-чистые цвета (см. теорию чистоты цвета в предыдущих главах), а вершины треугольника цветового охвата недалеко уходят от центра — точки белого. Хотим больше цветов — раздвигаем вершины в стороны, теряя световой поток. И наоборот.

Christie_4D_2.jpg Как выглядят энергетические провалы на графике спектральных плотностей мощности базовых R, G, B?

Мы видим, что наиболее подвержен вредной «скважности» участок между кривыми R и G — в этой «расщелине» часть оригинального светового потока лампы потеряна навсегда. Надо ее заполнить — причем подходящей «краской».

Эта «краска», естественно, желтая (в середине спектра).

Christie добавляет ее вот так:

Christie_4D_RGBY.jpg

Добавлена четвертая LCD-панель для «желтого» потока, располагающаяся перед «зеленой» панелью. Данный «бутерброд» обслуживает одинаково хорошо и необходимую для системы управления цветом «зеленую», и «желтую» полосы спектра, не вмешиваясь в соседнюю «красную» и сохраняя достаточную чистоту красного базового излучателя.

Не стоит нагружать воображение представлением многомерных пространств и базисных векторов, перечитывая фантастические новеллы о домах-тессерактах. Нет, цветовая модель осталась трехмерной — RGB. Речь лишь о блестящем искусственном технологическом приеме.

Четвертую панель назвали Color Control Device, нагрузив процессор аналитикой цветового содержания каждого пикселя: сколько желтого излучается и сколько желтого не хватает. При этом дополнительная фильтрация обеспечивает чистоту зеленого, необходимого для формирования зеленой составляющей изображения.

Результат ожидаем. Как видим, революций — гигантского увеличения цветового охвата — не произошло, но он возрос заметно: на 20%. А световой поток, потерянный в «обычных» 3LCD, удалось реанимировать на 10%. Вроде бы немного, но эксперты утверждают, что картинка 4D Color и по яркости и по цвету выглядит заметно «дружественнее».

Christie_4D_Gamut.jpg

Заключение

Влияет ли источник света проектора на качество изображения? Можно ответить туманно — а что такое «качество», подразумевая, что паровоз на угле едет лучше, чем на дровах. Корректнее спросить: на какие конкретно качества влияет источник света?

Если нужна гарантированная яркость масштабного изображения для приложений интеграции и публичных шоу, то сильно влияет. Вспомним Christie c ее 72 000 лм. Если нужна высокая контрастность, то — частично влияет. Если внешняя засветка сильная и экран посредственный, то мощный и слабый проекторы выступят одинаково на «троечку». Но познала же Sony бесконечность контрастности, вооружив свой GTZ1 лазерами? Если нужны реализм цветопередачи и впечатляющий охват, то — сильно помогает и порой решает проблему. Три лазера, и на экране — 50 оттенков розового.

Но всегда стоит помнить, что лампа, лазер и светодиод — ключевые, но все же отдельные участники создания изображения в проекторе. А правильно определить роли всех трех элементов обязан талантливый производитель.

Как сделать шоу мирового масштаба: разбираем Евровидение Как сделать шоу мирового масштаба: разбираем Евровидение
В событиях такого масштаба как Евровидение всегда огромный интерес вызывает техническая сторона организации мероприятия.
Организаторы ISE – о том, чего ждать от proAV смотра 2017 Организаторы ISE – о том, чего ждать от proAV смотра 2017
В 2017 году выставка ISE обзавелась новым демонстрационным залом и сразу двумя дополнительными павильонами.
40000 кв. м, 4 млн. лм, 200 проекторов: Москва бьет свой же рекорд 40000 кв. м, 4 млн. лм, 200 проекторов: Москва бьет свой же рекорд
Уже в шестой раз фасады зданий Москвы стали холстами для масштабных видеопроекций участников фестиваля "Круг света".
Невидимая технология, гибридная среда и другие чудеса «Круга света» Невидимая технология, гибридная среда и другие чудеса «Круга света»
В рамках Московского международного фестиваля "Круг света" 24 и 25 сентября состоялась двухдневная образовательная прогр...
ISE 2016: куда движется рынок проекционного оборудования? ISE 2016: куда движется рынок проекционного оборудования?
По данным исследований Futuresource Consulting проекционное оборудование – одна из самых привлекательных категорий на выставке.
Coolux Pandoras Box: чтобы уверенно двигаться вверх Coolux Pandoras Box: чтобы уверенно двигаться вверх
На вопросы АВ Клуба отвечают Сергей Дудников, отвечающий за продажи Coolux в России и Дмитрий Челноков, ведущий инженер компании.
Все статьи
Видео
Видеомэппинг и Шекспир: урок визуализации волшебства
WOW-проекция, которая перешла черту нереального
Все видео
Создание мультимедийной инсталляции в океанариуме Создание мультимедийной инсталляции в океанариуме
Создание мультимедийной инсталляции в рамках глобального проекта Москвариум в условиях ограниченного пространства.
Оснащение Музея бронетанковой техники: с заделом на будущее Оснащение Музея бронетанковой техники: с заделом на будущее
В Прохоровском районе Белгородской области состоялось торжественное открытие уникального Музея бронетанковой техники.
Искривленная стена – как экран сцены университетского театра Искривленная стена – как экран сцены университетского театра
Процессор RGB Spectrum MediaWall 2900 – основной элемент оснащения многоцелевой аудитории университетского театра Лицеум.
3D мэппинг на макет современной Казани в музейном зале 3D мэппинг на макет современной Казани в музейном зале
Завершены монтажные работы и проектирование по проекту одного из залов Музея «Городская панорама» в Казани.
Невероятный звук и 3D мэппинг для open air оперы Невероятный звук и 3D мэппинг для open air оперы
Компания "Имлайт" осуществила техническое оснащение постановки open air оперы «Сказание о невидимом граде Китеже и деве ...
Масштабная инсталляция в музее-заповеднике "Куликово поле" Масштабная инсталляция в музее-заповеднике "Куликово поле"
Компания «Эй Три Ви» спроектировала и установила аудиовизуальные и мультимедийные системы для музея-заповедника “Куликово поле”.
Все кейсы
COOLUX: Как удивить заказчика? Открываем Coolux Pandoras Box…
COOLUX: Как удивить заказчика? Открываем Coolux Pandoras Box…
Презентация с вебинара от 26/11/2015, формат А4, альбомная, 41 полоса.
COOLUX: Ваши способности. Наши инструменты
COOLUX: Ваши способности. Наши инструменты
Брошюра по медиа-серверам и сопутствующему программному обеспечению, формат А4, 32 полосы
Все файлы
3D мэппинг как вишенка на торте: о мультимедиа и кулинарии
Степанов Евгений
“В этой публикации мы рассмотрим все аспекты создания 3D мэппинга на торт: разработку контента, технические средства, стоимость проекта...”
Степанов Евгений
Руководитель отдела продаж - Dream Laser
Coolux – очень гибкая система, как в работе, так и в цене
Дудников Сергей
“Развитие мэппинга сделало необходимым и развитие инструментов, позволяющих создавать удивительные проекционные эффекты. ”
Дудников Сергей
Директор представительства Coolux в России
Взгляд 4D: новые технологии в музеях
Костоева Виктория
“Технологии мультимедиа все больше сближают современные музеи с развлекательными площадками и парками аттракционов.”
Костоева Виктория
Обозреватель Forbes и The Art Newspaper Russia
Все мнения