No title

Ing. Vladimír Vít

TELEVIZNÍ TECHNIKA projekèní a velkoplošné zobrazování

Praha 2000

ANOTACE Kniha D je ètvrtou èástí ze ètyøsvazkového díla TELEVIZNÍ TECHNIKA a vychází postupnì jako 4. publikace po knihách B, C a A. Je rozdìlena do tøí rùzných èástí zpracovávajících rozdílnou látku ze tøí oblastí televizního pøenosového øetìzce. V úvodu první èásti (D1) pojednávající o projekèním a velkoplošném zobrazování se probírají fyzikální základy optiky. Pak následuje popis televizorù se zadní projekcí a to s obrazovkami i s kapalnými krystaly. Dále se uvádìjí televizní projektory pro pøední projekci a to se tøemi objektivy (obrazovkové) i s jedním objektivem (s kapalnými krystaly). Na nì navazuje digitální zrcátková projekce, jakož i projekce laserovým paprskem a zaøízení s prostorovým zesilovaèem svìtla. Výklad je vìnován i velkoplošnému zobrazení pomocí plasmové obrazovky a mozaikových projekèních stìn (Jumbotronu). Uvádí se i starší projekèní systém Eidophor a na závìr také stav vývoje prostorové reprodukce obrazu. Druhá èást (D2), která vychází oddìlenì od první èásti (D1), se zamìøuje na televizní studiovou techniku. Seznamujeme se v ní se zpracováním obrazového signálu v televizním studiu, s digitálními formami pøenosu a s kompresí obrazových signálù. Pojednání o studiovém zaøízení pak pokraèuje popisem kamer vèetnì snímání z filmu, dále pak režijním zpracováním vysílaných poøadù vèetnì virtuálního studia, popisem synchronizace a formátù magnetického záznamu. V èlánku o studiových mìøicích metodách se uvádí význam vysílání mìøicích øádkù. Tøetí èást (D3) rovnìž zvl᚝ vydávaná pojednává o pøenosu televizního signálu mezi studiem a místem pøíjmu. Týká se to smìrových (rádio-reléových) spojù, a to pozemních i družicových, pevných i pohyblivých. Následuje pojednání o zemských vysílaèích analogového i digitálního signálu (DVB-T) i o konstrukci družicových transpondérù vèetnì typù vysílacích elektronek. V dalších èláncích se popisují vysílací antény a jejich napájeèe, jakož i televizní pøevadìèe a opakovaèe. Kniha D1 je urèena servisním technikùm z oboru reprodukce obrazu projekèními a velkoplošnými zaøízeními, knihy D2 a D3 pak technikùm obsluhujícím televizní studiová a vysílací zaøízení. Všechny tøi èásti knihy D zaujmou i všechny zájemce a studující obor sdìlovací techniky.

Ing. Vladimír Vít

TELEVIZNÍ TECHNIKA - projekèní a velkoplošné zobrazování Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù. Pøedkládané ilustrace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Veškerá práva vyhrazena. © Ing. Vladimír Vít, Praha 2000 Nakladatelství BEN - technická literatura Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - projekèní a velkoplošné zobrazování BEN - technická literatura, Praha 2000 ISBN 80-86056-74-0

PØEDMLUVA Vážený ètenáøi, pojednání o reprodukci televizního obrazu pozorovaného divákem by nebylo úplné, kdybychom se nevìnovali velkoplošným zobrazováním urèeným pro vìtší poèet divákù. Tento druh obrazové informace jakožto poslední èlánek v televizním pøenosovém øetìzci i jako monitor poèítaèových zpracování èi reprodukcí 3D nabývá v poslední dobì významu, takže je pøedmìtem intenzivního výzkumu. Klasické komerèní televizory s vakuovými obrazovkami poskytují maximální úhlopøíèku obrazu 70 cm, výjimeènì 90 cm. Po ustálení konstrukce tìchto televizních pøijímaèù se v poslední dobì vývoj zamìøil na reprodukce obrazu s úhlopøíèkou vìtší než 1 m. Vynucuje si to široké využití nejen poskytovat velké televizní obrazy, ale hlavnì zobrazovat informace pro vìtší poèet lidí, a již na pøednáškách, konferencích èi pøi øízení dopravy na ulicích, nádražích a letištích nebo pøenášet sportovní obrazové scény na velkých stadionech. O tom se pøesvìdèujeme i pøi návštìvì rùzných výstav, kde nás upoutají dìlené obrazové stìny se zadní projekcí ve velkých halách èi malé pøímé projektory s kapalnými krystaly v menších pøedvádìcích firemních stáncích. Tyto projektory jsou obvykle multiscanové monitory poèítaèù pøedávajících informace napø. z diskù CD. V poslední dobì nalézáme na tìchto výstavách ploché plasmové panely s velkými obrazy s úhlopøíèkou až 1,5 m. Proto je obsahem této èásti knihy D popis funkce velkoplošných a projekèních zaøízení. Pro hlubší pochopení obrazové projekce všeho druhu zde podáváme teoretické výklady z optiky. Úvodní èást vìnujeme popisu èoèkových soustav tvoøících hlavní souèást projektoru, tj. objektivu. Projektory s kapalnými krystaly i prostorové zesilovaèe svìtla vyžadují vybrané statì o polarizaci svìtla a o principu dichroických zrcadel. Po teoretické úvaze o geometrické optice a polarizaci se vìnujeme projektorùm s pøední i zadní projekcí a to s vakuovým obrazovkami i s kapalnými krystaly. V další èásti knihy se popisují ostatní druhy projekce, tj. zrcátkové, laserové i projekce s prostorovými zesilovaèi svìtla. Samostatnou èást tvoøí skládané projekèní stìny a již s dílèími projektory se zadní projekcí pøi støednì velkých stìnách nebo i velkoplošné mozaikové stìny (Jumbotron a ostatní stìny s jednotkami LED). Z úcty k prùkopnickým snahám o velkoplošné zobrazování televizních programù se zmiòujeme také o starším nákladném projekèním systému Eidophor s dutým zrcadlem. Rozvoj poèítaèové techniky a nová technologie plochých plasmových obrazovek usnadòují vývojové práce na tøírozmìrné reprodukci obrazu. Proto o ní uvádíme na závìr krátký pøehled. Snahou autora i nakladatelství knihy bylo maximálnì aktualizovat údaje o popisovaných zaøízeních pøi koneèné redakci. Na závìr této pøedmluvy bych chtìl podìkovat pøednì nakladatelství BEN – technická literatura vedenému panem Liborem Kubicou za pokraèování ve vydávání seriálu Televizní technika dokonalou a tím nákladnou barevnou formou. Zásluha o to i mùj dík patøí i obìtavému kreslièi panu Jaroslavu Duškovi a panu Davidu Nováèkovi za vynikající redakèní zpracování knihy. Nemenším díkem za technickou dokumentaci jsem povinován firmám zabývajícím se projekèním a velkoplošným zobrazováním (Sony, Schneider, Philips, AV Media). Zvl᚝ velkou podporu mi poskytly firmy Sony Czech a AV Media, zejména vstøícný pøístup jejich technických pracovníkù, kteøí upøesnili a doplnili názvy a data popisovaných zaøízení. Zásluhu na poskytnutí vhodné literatury má Èeské vysoké uèení technické v Praze, kde zvl᚝ dìkuji doc. ing. Emilu Košálovi, Csc. Dìkuji i panu Luïkovi Minaøíkovi a ing. Petru Kubovi za pøísun zahranièní literatury. V Praze v øíjnu 1999

Ing. Vladimír Vít

OBSAH Pøedmluva ................................................................................................................... 5 Obsah .......................................................................................................................... 6 1.0 2.0 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.10.1 3.10.2 3.10.3 3.11 3.12 3.13 3.13.1 3.13.2 3.13.3 3.13.4 3.13.5 3.13.6 3.13.7 3.13.8 3.13.8.1 3.13.8.2 4.0 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3 4.2.3.4 4.2.4 4.2.5

6

VÝVOJ VELKOPLOŠNÉHO ZOBRAZOVÁNÍ ...................................................... 9 ZÁKLADY OPTICKÉHO ZOBRAZOVÁNÍ ......................................................... 12 GEOMETRIE OPTICKÉHO ZOBRAZOVÁNÍ - PAPRSKOVÁ OPTIKA ........... 17 Vztahy mezi prostorem pøedmìtovým a obrazovým ................................................ 18 Definice hlavních rovin, hlavních bodù a uzlových bodù ........................................ 22 Konstrukce obrazu k danému pøedmìtu ................................................................... 24 Centrované optické soustavy .................................................................................... 24 Paprsek procházející kulovým rozhraním dvou rùzných prostøedí .......................... 26 Tlustá èoèka .............................................................................................................. 28 Tenká èoèka spojka ................................................................................................... 33 Tenká èoèka rozptylka .............................................................................................. 35 Centrovaná soustava tenkých èoèek ......................................................................... 35 Vady èoèek ................................................................................................................ 40 Chromatická vada a její odstranìní ........................................................................... 41 Sférická vada (aberace) ............................................................................................. 42 Astigmatismus, tvarové zkreslení a zklenutí obrazu ................................................ 43 Duté kulové zrcadlo .................................................................................................. 44 Dichroické zrcadlo - interference v tenké vrstvì ...................................................... 46 Polarizace svìtla ....................................................................................................... 47 Základní vlastnosti polarizovaného svìtla ................................................................ 47 Odraz a lom rovinné vlny v izotropním prostøedí .................................................... 50 Šíøení svìtla v anizotropním prostøedí ...................................................................... 51 Dvojlom .................................................................................................................... 52 Opticky aktivní látky ................................................................................................ 55 Polarizaèní zaøízení ................................................................................................... 56 Elektrooptické vlastnosti kapalných krystalù ........................................................... 57 Modulátory intenzity svìtla ...................................................................................... 57 Modulátory s fázovou destièkou ............................................................................... 57 Modulátory se stoèenými kapalnými krystaly .......................................................... 59 ZAØÍZENÍ S VAKUOVÝMI PROJEKÈNÍMI OBRAZOVKAMI ........................ 60 Projekèní televize se Schmidtovou optikou .............................................................. 60 Promítání ze stínítka tøí projekèních obrazovek na oddìlenou odraznou plochu ..... 63 Základní požadavky na umístìní a polohu projektoru staršího typu ........................ 64 Projekèní plocha ....................................................................................................... 67 Projekèní obrazovky ................................................................................................. 70 Základní vlastnosti .................................................................................................... 70 Jas projekèní obrazovky ........................................................................................... 70 Ochrana proti rentgenovým paprskùm ..................................................................... 71 Speciální úpravy projekèní obrazovky pro zvýšení jasu a kontrastu optickou vazbou ....................................................................................................................... 72 Objektiv projekèních obrazovek ............................................................................... 75 Nastavení fokuzace (zaostøení) obrazu na projekèní ploše ....................................... 77 Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

4.2.5.1 4.2.5.2 4.2.5.3 4.2.5.4 4.2.6 4.2.6.1 4.2.6.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.2.1 4.3.2.2 4.3.3 4.3.4 4.3.4.1 4.3.4.2 4.3.4.3 4.3.4.4 4.3.5 5.0 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.4 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 7.0 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 8.0 8.1 8.2

Vychylovací a konvergenèní jednotka ...................................................................... 79 Fokuzaèní jednotka ................................................................................................... 79 Seøizování 4 a 2pólovými magnetovými kroužky .................................................... 81 Nastavení magnetické fokuzace a dynamické 4pólové soustavy AQP a DQP ......... 82 Odstranìní zkreslení obrazu na projekèní ploše následkem rùznì šikmé projekce tøemi obrazovkami ..................................................................................... 86 Jednoduchá nastavení geometrických zkreslení analogovými obvody .................... 86 Nastavení konvergence, tj. krytí obrazù R, G, B v projektoru Sony ........................ 91 Zadní projekce na prùsvitné stínítko tøemi projekèními obrazovkami ..................... 97 Optické uspoøádání ................................................................................................... 97 Prùsvitné stínítko pro zadní projekci ........................................................................ 97 Fresnelova èoèka ...................................................................................................... 98 Èoèková (lentikulární) drážkovaná deska .............................................................. 102 Korekce nerovnomìrného rozložení jasu na stínítku .............................................. 105 Konvergence obrazù pøi zadní projekci .................................................................. 107 Pøíklad na analogové nastavení krytí ...................................................................... 107 Postup pøi analogovém nastavování konvergencí ................................................... 114 Pøíklad na zapojení pro digitální nastavení geometrie a konvergencí v zaøízení se šasi RX-1 Sony .................................................................................. 117 Postup pøi digitálním nastavování geometrie a konvergencí v zaøízení se šasi RX-1 ............................................................................................................ 121 Ochrana obrazovek proti poškození stínítka ........................................................... 121 PROJEKTORY S KAPALNÝMI KRYSTALY LCD ............................................. 124 Panel LCD .............................................................................................................. 125 Uspoøádání projektoru s kapalnými krystaly .......................................................... 129 Zapojení a zpùsob èinnosti obvodù pro zobrazení LCD ........................................ 134 Pøemìna øádkování ................................................................................................. 134 Rozšíøení vertikálního okénka ................................................................................ 139 Korekce gama ......................................................................................................... 140 Budicí stupeò pro panely LCD ............................................................................... 143 Zapojení a èinnost obrazového panelu LCX007CL ............................................... 148 Èasovací generátor ................................................................................................. 152 Nastavení obrazu v projektoru LCD ....................................................................... 157 STÌNY S TELEVIZNÍMI PROJEKTORY ........................................................... 157 Princip rozdìlení promítaného obrazu do jednotlivých èástí stìny ........................ 158 Zapojení a funkce pamìtí pro rozdìlení obrazu ...................................................... 160 Promìnné øízení skladby obrazových stìn ............................................................. 162 Zvláštnosti reprodukce na obrazových stìnách ...................................................... 163 PLASMOVÉ OBRAZOVKY ................................................................................ 164 Plasmatron firmy Sony ........................................................................................... 165 Plasmová obrazovka firmy Fujitsu ......................................................................... 168 Podstata ryzí plasmové obrazovky ......................................................................... 169 Vytvoøení obrazu ..................................................................................................... 171 Øízení jasu .............................................................................................................. 172 REFLEXNÍ ZRCÁTKOVÉ PROJEKTORY DLP ................................................. 174 Základní vlastnosti .................................................................................................. 175 Sestava zrcátkové buòky DMD .............................................................................. 175

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

7

8.3 8.4 8.5 8.5.1 8.5.2 8.5.3 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 10.0 10.1 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 11.0 11.1 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.2.1 11.2.2.2 12.0 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.5.1 12.5.2 Dodatek 13.0 14.0 15.0 16.0

Funkce zrcátkové buòky DMD ............................................................................... 178 Elektrické zapojení zrcátkového panelu ................................................................. 182 Druhy zrcátkové projekce ....................................................................................... 183 Jednoèipový mód .................................................................................................... 183 Tøíèipový mód ........................................................................................................ 184 Dvouèipový mód .................................................................................................... 185 LASEROVÁ PROJEKCE ...................................................................................... 186 Akusticko-optický modulátor ................................................................................. 188 Laserové zdroje svìtelných paprskù ....................................................................... 189 Øádkování se zrcadly na bubnu .............................................................................. 192 Projekce na nerovné plochy .................................................................................... 195 Neobvyklé použití laserové projekce ...................................................................... 196 AKTIVNÍ MOZAIKOVÉ ZOBRAZOVACÍ PLOCHY ........................................ 198 Složení jednotek Trini-lite ...................................................................................... 202 Elektrické zapojení jednotek Jumbotronu .............................................................. 207 Pøívod signálù na zobrazovací plochu Jumbotronu a jejich ovládání ..................... 212 Obrazová øídicí jednotka ICU ................................................................................. 214 Sekce øízení obrazu ICS ......................................................................................... 215 Ovládání sekce ICS v øídicí jednotce ICU .............................................................. 217 SYSTÉM EIDOPHOR A SYSTÉMY SE ZESILOVAÈI SVÌTLA ILA ............... 218 Systém Eidophor .................................................................................................... 218 Zaøízení s prostorovými svìtelnými zesilovaèi ILA - reflexní projektor R-LCD ... 219 Princip prostorového svìtelného zesilovaèe ........................................................... 220 Konstrukce barevného projektoru se zesilovaèi ILA .............................................. 222 Projektor se tøemi objektivy.................................................................................... 223 Projektor s jedním objektivem ................................................................................ 224 STEREOSKOPICKÉ ZOBRAZENÍ 3D ................................................................ 226 Princip prostorového vidìní a zobrazení ................................................................ 226 Stereoskopické zobrazení 3D s použitím brýlí ....................................................... 227 Stereoskopické zobrazení bez brýlí ........................................................................ 229 Stereoskopické zobrazení se sledovaèem polohy hlavy (oèí) ................................. 232 Prostorové zobrazení pøi pøední a zadní projekci ................................................... 235 Prostorové zobrazení pøi pøední projekci ................................................................ 235 Prostorové zobrazení se zadní projekcí .................................................................. 237 ................................................................................................................................ 240 MÌØENÍ SVÌTELNÉHO TOKU METODOU ANSI ........................................... 240 POÈÍTAÈOVÉ ZOBRAZOVACÍ FORMÁTY ..................................................... 240 ZVÌTŠENÍ SVÌTELNÉ ÚÈINNOSTI PROJEKTORÙ LCD .............................. 241 STÌNY S DIODAMI LED ..................................................................................... 243

Závìr ................................................................................................................................ 244 Literatura ................................................................................................................................ 245 Rejstøík ................................................................................................................................ 247 Opravy chyb v knize A „Televizní technika - pøenosové barevné soustavy“ .......................... 250 OBRAZOVÁ PØÍLOHA - Pøíklady využití prezentaèních a projekèních technologií ........... 251 PREZENTACE FIREM A VÝROBKÙ .................................................................................. 269

8

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura