Электронно-лучевые проекторы: устройство и история развития

Введение

Более старый тип видеопроектора, использующий небольшие, высокоинтенсивные ЭЛТ в качестве элементов формирования изображения.

ЭЛТ-проектор – это видеопроектор, использующий небольшую, высокояркую электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) в качестве элемента формирования изображения. Изображение затем фокусируется и увеличивается на экране с помощью линзы, расположенной перед лицевой панелью ЭЛТ. Первые цветные ЭЛТ-проекторы появились в начале 1950-х годов. Большинство современных ЭЛТ-проекторов цветные и имеют три отдельные ЭЛТ (вместо одной цветной ЭЛТ) и собственные линзы для получения цветного изображения. Красная, зеленая и синяя составляющие входящего видеосигнала обрабатываются и направляются на соответствующие ЭЛТ, изображения с которых фокусируются их линзами для формирования общего изображения на экране. Было реализовано несколько различных конструкций, включая конструкцию линз ЭЛТ «прямого» типа и ЭЛТ Schmidt, которая использовала фосфорный экран, освещающий перфорированное сферическое зеркало, все это внутри вакуумной электронной лучевой трубки. Изображение в плоской ЭЛТ Sinclair Microvision просматривается с той же стороны фосфора, на которую попадает электронный луч. Другую сторону экрана можно напрямую подключить к радиатору, что позволяет проектору работать при гораздо более высокой мощности, чем в более распространенных ЭЛТ-устройствах. Хотя системы, использующие проецируемое видео, в свое время почти исключительно использовали ЭЛТ-проекторы, они в значительной степени были заменены другими технологиями, такими как LCD-проекция и цифровая обработка света. Улучшения в этих цифровых видеопроекторах и их последующая повышенная доступность и привлекательность привели к резкому снижению продаж ЭЛТ-проекторов к 2009 году. По состоянию на 2012 год производство новых устройств практически прекращено, хотя ряд установщиков продают восстановленные устройства, как правило, более дорогие модели с диагональю 8 и 9 дюймов. Некоторые из первых проекционных ЭЛТ были изготовлены в 1933 году, а к 1938 году ЭЛТ-проекторы уже использовались в кинотеатрах.

Недостатки

Проекторы CRT значительно больше и тяжелее, чем сопоставимые проекторы LCD и DLP. Настройка и регулировка проекторов CRT требует гораздо больше времени, чем проекторов на основе ЖК-дисплея и DLP. Абсолютная яркость ANSI, достижимая проекторами CRT, ниже, чем у сопоставимых проекторов с ламповой или лазерной подсветкой LCD, LcOS и DLP. Например, самые яркие проекторы CRT для домашнего использования выдавали 1500 ANSI люмен. В отличие от этого, по состоянию на 2020 год проекторы для домашнего использования способны выдавать 2600 или более люмен. Однако яркость и контрастность измеряются по-разному для разных типов проекторов. Кроме того, некоторые пользователи считают чрезмерно яркие изображения неудобными для просмотра и поэтому предпочитают регулировать мощность лампы до более низкого значения. Хотя максимальная достижимая яркость ниже на проекторе CRT, высокое контрастное соотношение CRT облегчает регулировку настроек контрастности/яркости без получения вымытого изображения от излишне мощной лампы. Яркие проекторы подходят для больших помещений. Низкокачественные или неправильно настроенные проекторы CRT могут страдать от расхождения цветов или геометрических искажений (например, прямые линии могут не всегда выглядеть идеально прямыми, особенно в углах). Однако проекторы CRT предлагают больше возможностей для корректировки и устранения геометрических неточностей. Это отличается от других технологий проекторов, где проблема моаре возникает из-за корректировок, основанных на программном обеспечении и применяемых непосредственно к растру DMD. Поскольку проекторы CRT используют монохромные трубки, геометрические настройки не должны совпадать с растром на поверхности трубки, так как растр генерируется самим электронным лучом. Настройки геометрии, основанные на программном обеспечении, в цифровых проекторах не только создают нечеткое и масштабированное изображение, но и заставляют изображение электронно буферизироваться и обрабатываться, что добавляет задержку ввода. Проекторы CRT потребляют больше энергии и обходятся дороже в эксплуатации, чем LCD и DLP. Однако они сопоставимы с плазменными дисплеями, которые также обеспечивают аналогичное качество изображения и производительность. В отличие от LCD или DLP проекторов, CRT проекторы более подвержены выгоранию, если они установлены на относительно высокое значение контрастности и/или отображают статическое содержимое в течение длительного времени. Это может привести к проблемам с однородностью яркости на проекторах, которые часто используют как соотношение сторон 4:3, так и широкоэкранный формат, а также к изменению цветовой температуры, поскольку синий (и зеленый) люминофор изнашивается быстрее, чем красный. Выгорание также является проблемой при транспортировке или покупке/продаже проекторов CRT, поскольку в разных местах и с разными настройками используются разные участки поверхности электронно-лучевых трубок. Проекторные ЭЛТ могут быть с воздушным или жидкостным охлаждением. Проекторные ЭЛТ с воздушным охлаждением имеют плоскую переднюю поверхность, которая также служит контейнером с охлаждающей жидкостью, и между поверхностью ЭЛТ и плоской задней линзой, используемой для проецирования изображения, сформированного ЭЛТ, на экран, есть воздушный зазор. Проекторные ЭЛТ с жидкостным охлаждением имеют вогнутую поверхность с охлаждающей жидкостью и (на стороне, обращенной к электронной пушке ЭЛТ) экран, вогнутый внутрь с дихроическим покрытием, которое увеличивает светоотдачу, а кривизна соответствует вогнутой задней линзе проектора, уменьшая ореолы вокруг изображения. Между ЭЛТ и линзой также нет воздушного зазора. Гликоль гигроскопичен (поглощает влагу) даже через силиконовые уплотнения, используемые в ЭЛТ для удержания гликоля. Это означает, что со временем в гликоле может оказаться слишком много воды, что приведет к разрушению стекла контейнера при его расширении из-за нагрева. Это в основном влияет на ЭЛТ с воздушным охлаждением, поскольку в них воздушный пузырь находится в том же пространстве, что и контейнер, в то время как ЭЛТ с жидкостным охлаждением меньше подвержены этому, поскольку у них есть отдельные гибкие силиконовые сильфоны, которые образуют воздушный пузырь. Гликоль также может реагировать с алюминием в системе охлаждения ЭЛТ и кристаллизоваться в течение многих циклов охлаждения и нагрева, образуя «грибок ЭЛТ», который ухудшает качество изображения, поскольку его оптические свойства отличаются от окружающего гликоля.

CRT projectors are both considerably larger and heavier than comparable LCD and DLP projectors. CRT projectors require far more time to set up and adjust than LCD and DLP based projectors. Absolute ANSI brightness achievable with CRT projectors is lower than with comparable lamp or laser illuminated LCD, LcOS and DLP projectors. As an example, the brightest CRT projectors for home use were capable of 1,500 ANSI lumens. In contrast, as of 2020 projectors for home use are capable of 2,600 or more lumens. However, brightness and contrast is measured differently between different types of projectors. In addition, some users find overly bright images uncomfortable to watch, and therefore choose to adjust the lamp output power to a lower value. While maximum achievable brightness is lower on a CRT projector, a CRT's contrast ratio makes it easier to adjust contrast/brightness settings without getting a washed out picture from a lamp that is unnecessarily powerful. Bright projectors are suitable for venues. Low end or poorly tuned CRT projectors may suffer from color divergence or geometric distortion (for example, straight lines may not always appear completely straight, especially near the corners). However, CRT projectors offer more options for adjusting and counteracting geometrical inaccuracies. This is in contrast to other projector technologies, where moiré is an issue due to adjustments being software based and applied directly to the DMD raster. Because CRT projectors use monochrome tubes, geometry adjustments do not have to line up with a raster on the tube faces, as the raster is generated by the electron beam itself. Software based geometry adjustments in digital projectors do not only create an unsharp and scaled picture, it also forces the picture to be electronically buffered and processed, which adds input lag. CRT projectors use more power/cost more to run than LCD and DLP units. It is, however, comparable to plasma displays, which are also comparable in picture quality and performance. Unlike LCD or DLP projectors, CRT projectors are more prone to burn in, if set to relatively a high contrast value and/or displaying static content for extended periods of time. This can lead to issues in brightness uniformity on projectors that frequently use both a full 4:3 and widescreen aspect ratio, as well as a change in colour temperature as the blue (and green) phosphors wear faster than the red. Overall burn in is also a problem when moving or buying/selling CRT projectors, as different locations and different setups end up using different portions of the surface of the picture tubes. Projector CRTs can be either air or liquid coupled. Air coupled projector CRTs have a front flat face that also acts as a container with coolant, and there is an air gap between the face of the CRT and the flat back lens used for projecting the image formed by the CRT onto a screen. Liquid coupled projector CRTs have a curved inwards face with coolant and (on the side that faces the CRT's electron gun) a screen that is curved towards the inside with a dichroic coating, the coating increases light output while the curvature conforms it to the curved back lens of the projector, reducing image halos. There is also no air gap between the CRT and the lens. Glycol is hygroscopic (absorbs moisture) even through the silicon seals used in the CRTs to contain the glycol. This means that eventually the glycol can have too much water, breaking the glass of the container when it expands due to heat. This mainly affects air coupled CRTs as in these the air bubble is on the same space as the container while liquid coupled CRTs are not as affected since they have separate flexible silicone bellows which form the air bubble. The glycol may also react with the aluminum in the CRT cooling system and crystallize over many cooling and heating cycles creating CRT fungus, which degrades image quality since its optical properties are different than that of the surrounding glycol.