TFT-проекторы; полисиликоновые проекторы и DMD/DLP-проекторы. В зависимости от способа освещения модулятора мультимедийные проекторы подразделяют на проекторы просветного и отражательного типов. 2.1. ТFT-проекторы. В TFT-проекторах, относящихся к проекторам просветного типа, в качестве модулятора используется малогабаритная цветная активная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT. Принцип действия мультимедийного TFT-проектора
просветного типа иллюстрирует рис. 4.9. Рис. 4.9. Принцип действия мультимедийного TFT-проектора просветного типа Основным элементом установки является миниатюрная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT, как и ЖК-экран плоскопанельного цветного монитора.
Равномерное освещение поверхности ЖК-матрицы достигается за счет применения системы линз, называемой конденсором. 2.2. Полисиликоновые мультимедийные проекторы также
относятся к проекторам просветного типа и применяются в том случае, когда необходимо получить более яркое изображение. В них используется не одна цветная TFT-матрица, а три монохромных миниатюрных ЖК-матрицы размером около 1,3″. Каждая из матриц формирует монохромное изображение красного, зеленого или синего цвета. Оптическая система проектора, как показано на рис. 4.10, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в
результате чего формируется цветное изображение. Такая технология получила название полисиликоновой (p-Si). Каждый элемент полисиликоновой матрицы содержит только один тонкопленочный транзистор, поэтому его размер меньше, чем размер элемента TFT-матрицы, что позволяет повысить четкость изображения. Рис. 4.10. Принцип действия полисиликонового мультимедийного проектора просветного типа Цветоделительная система
полисиликонового проектора, состоящая из двух дихроичных (Du D2) и одного обычного (jV,) зеркал, используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый, синий). Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы подать на каждую из трех монохромных матриц световой поток соответствующего цвета. Дихроичное (цветоделительное) зеркало пропускает свет только одной длины волны
(один цвет) и представляет собой хорошо отполированную стеклянную подложку с нанесенной на него тонкой пленкой из диэлектрического материала. Система цветосмешения полисиликонового проектора состоит из двух дихроичных (D3, Z)4) и одного отражающего (N2) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК-матрицами. Полисиликоновые
Источник: referat.ru
Всматриваясь в микрозеркала. (сравнение мультимедиа-проекторов)
Надежда Рощина
Еще мало кто догадывается об этом, но современная проекционная техника просто создана для школ и студенческих аудиторий, как когда-то в забытые времена были созданы для них доска и мел. Где, как не в школе, необходимы проекторы и специальные большие экраны, ведь телевизионный и компьютерный мониторы плохо видны с последних и даже средних парт в классе, а использование видео и компьютеров на уроке становится необходимым и привычным.
Недалек тот день, когда большие экраны и проекторы станут обычными в школе и преподаватели будут удивляться, как же это они раньше без них обходились. Ведь уже сейчас стоимость недорогой проекционной системы равняется стоимости двух хороших компьютеров.
Сегодня мы поведем речь о мультимедиапроекторах, но прежде попытаемся навести порядок в своих представлениях о проекторах вообще. Разложим их «по полочкам». Всего «полочек» четыре. На первой, самой пыльной, стоят всем нам с детства знакомые ДИАПРОЕКТОРЫ, проекторы для слайдов.
В последнее время на ней появились очень интеллектуальные экземпляры — дистанционно управляемые, программируемые, с быстрой автоматической сменой слайдов, снабженные аудиомагнитофонами и прочая, и прочая. На второй «полочке» стоят ЭПИСКОПЫ — проекторы для отображения на экран непрозрачных объектов: страниц книг, журналов, фотографий и даже предметов.
На третьей «полке» – элегантные ОВЕРХЕД-ПРОЕКТОРЫ, которые проецируют изображение со специальных прозрачных пленок. На прозрачную пленку изображение можно нанести тремя способами: фломастером от руки, при помощи принтера и при помощи ксерокса. В каждом из вариантов используется свой тип пленки.
Некоторые модели оверхед-проекторов проецируют также компьютерное и видеоизображение, для этого необходимо вспомогательное устройство размером с книгу — жидкокристаллическая (ЖК) панель. И вот, наконец, четвертая «полка» — самая современная и самая солидная, на ней стоят МУЛЬТИМЕДИАПРОЕКТОРЫ. Это новое поколение в семействе проекторов.
Их работа — проецировать компьютерное и видеоизображение на большой экран. Это умеют и оверхед-проекторы при посредстве ЖК-панелей, однако мультимедиапроекторы делают это лучше — изображение получается более ярким, что позволяет применять их в больших аудиториях и получать хорошую проекцию в освещенных помещениях.
Такой представляется сегодня классификация проекторов, используемых для самых разных целей. Теперь поговорим подробнее о мультимедиапроекторах. Современные проекторы могут брать сигнал и с видеомагнитофона или телевизора, и с компьютера. И что замечательно — на экране изображение получается очень качественным: ярким и четким.
Причем мощность проекторов так велика, что затемнять помещение нет необходимости. Таким образом проектор — отличный помощник в ситуации, когда весь класс должен смотреть на экран на уроке информатики или, скажем, географии. И уже совершенно фантастические возможности открываются перед теми, кто захочет воспользоваться системой видеокамера-проектор-экран!
Можно показать крупным планом самый маленький листик или цветок, глаз лягушки или кристалл редкого минерала. Можно проводить физические или химические опыты, и всем ученикам будет очень хорошо видно, как проходит диффузия в жидкости или как осаждается медь при электролизе (замечу, что очень удобны настольные миниатюрные видеокамеры).
Важно, что мультимедиапроекторы несмотря на свое сложное устройство просты в эксплуатации, для работы с ними не требуется никаких специальных знаний и навыков. Для того чтобы подсоединить проектор и видеомагнитофон к компьютеру, нужно просто соединить их кабелем, проектор после включения сам определяет, с каким источником ему предстоит работать. При необходимости легко переключить проектор с одного устройства на другое, что дает возможность использовать одновременно и видео, и даже два компьютера. Для любителей посмотреть, «а что там внутри» — короткая справка об устройстве мультимедиапроекторов. Мультимедиапроекторы делятся на три группы, отличающиеся друг от друга технологией, способом передачи изображения на экран. Существует:
1) TFT ЖК-технология;
2) полисиликоновая ЖК-технология;
3) DMD/DLP-технология.
A — проекционная лампа
B — конденсорные линзы
C — линза Френделя
D — TFT-дисплей
E — объектив
A — проекционная лампа
B — конденсорные линзы
C — цветовой фильтр
D — DMD микросхема (зеркальная панель)
E — объектив
A — проекционная лампа
B — конденсорные линзы
C — отражательное зеркало
D — дихроичные зеркала
E, F, G — ЖК-панели
H — объектив
Вспомним, что изображение, которое мы видим на экранах многоцветным, на самом деле складывается из трех монохромных картинок: красной, зеленой и голубой (RGB). Проекторы устроены так: лампа дает мощный пучок света, который либо пропускается через миниатюрные ЖК-матрицы (в случае 1 и 2), либо отражается от специального экранчика, состоящего из миллионов крошечных электронноуправляемых зеркал (случай 3).
После чего (во всех трех случаях) попадает в объектив, а потом на экран. На матрицы или экранчик подается сигнал, пришедший из компьютера или видеомагнитофона. Для каждого цвета в проекторах, построенных по технологиям 1 и 2, существует своя ЖК-матрица. В случае 1 они сложены в пакет, называемый TFT-дисплеем, и луч проходит насквозь через этот пакет, после чего попадает в объектив.
В случае 2 луч разлагается при помощи системы специальных зеркал на красную, зеленую и голубую составляющие, которые проходят через соответствующие ЖК-матрицы, «снимая» с них информацию, после этого три разноцветных луча снова складываются в один и направляются в объектив. На экранчик из зеркал (вариант 3) красный, зеленый и синий сигналы передаются поочередно, но смена их происходит с огромной скоростью (проекторное устройство преобразует аналоговый сигнал в цифровой).
При этом белый проекторный луч с той же скоростью и синхронно с изменением цвета экранчика становится то красным, то зеленым, то голубым благодаря вращающемуся трехцветному фильтру. Экранчик, который называется DMD-чипом, направляет луч прямо в объектив, а на экране наш глаз не может различить три разноцветные картинки, они сливаются для нас в одну, полноцветную и сочную.
Свойства этих матриц (или DMD-чипа), характеристики оптической системы и мощность лампы задают качество изображения, которое мы получаем на экране. Важно подобрать проектор, разрешение матрицы которого (VGA 640х480, SVGA 800х600, XGA 1024х768, UXGA 1280х1024) будет соответствовать разрешению ваших компьютеров.
Если вы предполагаете использовать проектор вместе с компьютерами, имеющими разное разрешение графических карт, имеет смысл приобрести проектор со специальной функцией, позволяющей «сжимать» и «расширять» изображение при несовпадении разрешений компьютера и проектора. Яркость изображения зависит от величины светового потока проектора и от размеров изображения на экране.
Величина светового потока измеряется в специальных единицах — ANSI-люменах, и в зависимости от типа проектора находится в пределах 250-2100 ANSI-лм. Читатели, прилежно учившие в школе физику, помнят, что световой поток измеряется в люменах (лм).
Американский институт национальных стандартов (American National Standard Institute) задал методику определения величины светового потока для проекторов: в девяти точках экрана измеряется освещенность, усредняется и умножается на площадь изображения (для удобства расчетов выбирают изображение площадью ровно в один квадратный метр) – получается значение величины светового потока в люменах, в ANSI-люменах. Теперь попытаюсь дать сравнительную характеристику этих трех систем, причем первые две имеют принципиальное сходство, их главным элементом является ЖК-матрица (LCD).
LCD (Liquid Cristal Display), жидкокристаллический дисплей, или матрица, состоит из нескольких слоев. Один из этих слоев выполнен или из аморфного кремния (случай 1), или, как в случае 2, состоит из поликристаллического вещества — поликремния (полисиликона).
И это очень важное обстоятельство, поскольку матрица должна как можно меньше ослаблять световой поток и как можно меньше нагреваться (что происходит как раз вследствие поглощения энергии светового потока; добавлю, что существенные потери энергии светового потока происходят не только на ЖК-матрицах, но и при поляризации света). Поликремниевый слой как раз и обладает таким преимуществом по сравнению с аморфным.
Второе обстоятельство, позволяющее экономить энергию светового потока, заключается в том, что в полисиликоновых проекторах оптическая система разделяет белый луч на три составляющих, и например, красный луч нагревает только «свою» матрицу. В системах TFT белый луч проходит через пакет из трех матриц, нагревая каждую из них.
Таким образом, полисиликоновая технология позволяет более эффективно использовать энергию ламп, – при одинаковой мощности лампы полисиликоновые проекторы по сравнению с TFT дают изображение на 30% более яркое. К тому же в полисиликоновых проекторах возможно применять лампы большой мощности, не галогенные, а металлогалогенные.
Кроме яркости, качество изображения характеризует контрастность. Полисиликоновые проекторы позволяют получать в три раза более контрастное изображение по сравнению с TFT-проекторами. И все-таки не стоит думать, что TFT-проекторы плохи.
Они вполне подходят для небольших помещений, и к тому же дешевы, а полисиликоновые — отличная техника для конференц-залов, но и, конечно же, не только для них. Однако поистине революционным стало появление DMD/DLP-технологии. Потери энергии светового потока значительно сократились, система работает не «на просвет», а «на отражение», не требуется поляризации светового потока.
Световая эффективность DLP на 60% выше по сравнению с LCD. Еще одно замечательное качество DLP — способность реализовывать изображение высокого разрешения. Крошечные зеркала (16х16 мкм) разделены зазором всего в один микрон, поэтому 90% площади зеркальной панели способно отражать свет, в то время как только 70% площади ЖК-матриц пропускает свет.
Существуют одно-, двух- и трехчиповые системы DLP. С увеличением количества чипов улучшается качество проекции, но и цена, конечно, растет. Существует мнение, что на сегодняшний день наилучшим соотношением цена/качество обладают одночиповые модели DLP. Однако технический прогресс столь стремителен, что всегда можно надеяться на чудо в самом близком будущем.
Мультимедиапроекторы — очень умные машины, их конструкция обеспечивает множество удобств пользователю: дистанционное управление (с пульта производится регулировка резкости, яркости, размеров изображения), цветокоррекцию, увеличение отдельных элементов изображения. Есть проекторы и экраны, позволяющие осуществлять проекцию «на просвет», т. е. размещать проектор позади экрана.
Система установки и закрепления проекторов на рабочих местах продумана до мелочей, можно даже подвесить проектор к потолку, если в помещении для него нет места. Отдельно следует поговорить об экранах. Современные экраны — стационарные и переносные, легкие, сборно-разборные, разнообразных размеров, удобные в переноске и в то же время устойчивые и надежные.
Замечу, что хороший проектор без хорошего экрана бессилен, в то время как хороший экран способен помочь не самому мощному проектору дать качественное изображение. В заключение скажу, что есть несколько школ в Москве, для которых проекционные системы уже не диковинка, а помощники в ежедневной работе. Это школы-новостройки №№ 1948, 1950, школа 1060, УВК 1874, школа 818 СЗАО, УВК 1811 ВАО.
В УВК 1811 экран и проектор располагаются в кабинете информатики, в котором занимаются ученики младших классов, непоседливая и легко отвлекающаяся аудитория. Большой экран, на котором ВСЕ ученики видят то, что им хочет продемонстрировать учитель, помогает при объяснении нового материала, разборе ошибок, не нужно напрягать голосовые связки, призывая всех «посмотреть на монитор Миши» и бегать от компьютера к компьютеру, чтобы показать, как окрыть нужный файл.
Проектор здесь подключают обычно к компьютеру учителя. При необходимости проекционную систему переносят в другие кабинеты и делают это без привлечения «грубой мужской силы»: вес переносного экрана — 5 кг, проектор снабжен чемоданчиком для транспортировки и вместе с ним весит около 6 кг.
В школе № 818 проекционная система установлена в кабинете истории и обслуживает компьютеры и видеомагнитофон. Ученики этой школы под руководством заслуженного учителя Российской Федерации И. П. Сафоновой в рамках занятий историей и москвоведением ведут настоящую исследовательскую работу по разнообразной тематике, используя библиотеки и архивы, и оформляют свои рефераты в электронной форме — получаются настоящие мультимедийные продукты. С появлением в кабинете проекционной системы эта деятельность приобрела новое качество — каждый ученик, (а успешно выполняют такие работы в школе № 818 все, даже не самые «продвинутые» дети), видит результат своего труда на большом экране, ощущает интерес и внимание товарищей, и это очень сильно повышает мотивацию детей, способствует самоутверждению в столь полезной для их развития деятельности. Очевиден тот факт, что использование проекционной техники в учебном процессе облегчает работу учителя, повышает эффективность учебного процесса.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ:
Рощина Надежда Васильевна, методист отдела аудиовизуальной информации Института Новых Технологий образования.
Источник: www.osp.ru
Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие , страница 46
Еще одним вариантом однопанельного ЖК-проектора является вариант с применением дифракционной решетки вместо дихроичных зеркал. Это позволяет увеличить световой поток каждого из первичных цветов.
Основным недостатком проекторов на просветных однопанельных ЖК является большая потеря света в каждой из трех ЖК-панелей из-за перекрывания части светового потока проводниками и управляющими элементами.
Гораздо большего светового потока можно добиться в ЖК-проекторах, которые для модуляции потоков первичных цветов используют отдельные ЖК-панели. Из них наиболее распространены два типа:
— с использованием дихроичных зеркал для разделения потоков и обычных зеркал для их суммирования,
— с использованием отражательных зеркал и суммирующей (композитной) призмы.
 |
В схеме с дихроичными зеркалами, приведенной на рис. 7.4, световой поток от источника света с помощью системы разделяющих дихроичных зеркал делится на три световых потока RGB, которые направляются на три простые ЖК-панели с конденсорами. Проходящие через них потоки модулируются по яркости и вновь суммируются системой цветосинтезирующих дихроичных зеркал в один общий для каждого пиксела световой поток. Световые потоки от всех пикселов поступают на вход проекционного объектива и проецируются на экран.
Недостатком такого проектора является сложность конструкции, но изображение на экране отличается необычной яркостью насыщенностью. Для отвода тепла от ЖК-панелей наряду с воздушным охлаждением в оптическую схему проектора вводят инфракрасный тепловой фильтр, который устраняет попадание на панели теплового излучения (ИК-излучения) мощного источника света.
Трёхпанельные ЖК-проекторы с композитной призмой, дихроичными и отражательными зеркалами удается изготовить весьма компактными. Однако технологические сложности изготовления призмы и необходимость нанесения на панели покрытия типа черной матрицы существенно увеличивают их стоимость.
Во всех рассмотренных типах проекторов используют ЖК-панели просветного типа, для работы которых необходимы поляризационные фильтры, поглощающие значительную долю светового потока. В таких панелях использование активной технологии с введением управляющих транзисторов для каждой ячейки приводит к уменьшению прозрачности и снижению яркости.
Существенно большую яркость и повышенную разрешающую способность имеют проекторы на отражательных ЖК-панелях (Reflectiv LCD-проекторы). В них нет ограничений на применение активной технологии – формирования управляющих транзисторов на тыльной стороне матриц. В последнее время вместо используемых ранее аморфных полисиликоновых ЖК-панелей используются низкотемпературные полисиликоновые TFT-ЖК панели. В проекторах с панелями этого типа возможно как повышение эффективности использования источника света, так и увеличение светосилы оптической системы.
Размеры ЖК- матриц составляют от 0,6² до 5². Современные портативные проекторы LCD класса VPL-PX21 и VPL-PX31 фирмы Sony предназначены для оснащения конференц-залов и учебных классов и имеют массу – 7,2 кг при размерах 339х142х335 мм. Изображение может создаваться на экране с диагональю до 7 м. Световой поток VPL-PX21 равен 2800 лм, VPL-PX31 – 1800 лм ANSI. Разрешение 1280х1024 элемента. В качестве источника света используется лампа DC-UHP (газоразрядная сверхвысокой эффективности).
Проекционные УОИ на квантоскопах. В 1967 году Н.Г. Басовым, О.В. Богданкевичем и А.С. Насибовым была подана заявка на изобретение лазерной электронно-лучевой трубки, в которой вместо люминесцентного экрана установлена полупроводниковая пластина, генерирующая лазерное излучение при накачке электронным лучом.
Такой проекционный прибор на основе сканирующих полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком получил название квантоскоп (ПЛЭН).
Первый полупроводниковый лазер с накачкой поперечным электронным лучом был создан в 1964 году на основе монокристалла сульфида кадмия (CdS). В таком лазере можно осуществлять пространственно-непрерывное сканирование излучения только на одной координате.
Более перспективной является схема лазера типа “излучающее зеркало”, которая является основой квантоскопа (рис. 7.5). Активный элемент такого лазера представляет собой тонкую полупроводниковую монокристаллическую плоскопараллельную пластинку с отражающими свет покрытиями – зеркалами, нанесенными на ее плоскости. Направление излучения, выходящего через обращенное к наблюдателю полупрозрачное зеркало, перпендикулярно к пластине и составляет небольшой угол с направлением электронного пучка или же параллельно ему. Такой способ возбуждения назван продольной накачкой и позволяет осуществить пространственно непрерывное двухкоординатное сканирование лазерного излучения.
Наиболее освоенной областью применения квантоскопов является их использование в проекционных устройствах отображения информации. Благодаря высокой эффективности преобразования энергии электронного пучка в излучении, небольшим размерам активного элемента, монохроматичности и направленности излучений, существенно снижающим требования к проекционной оптике, общий к.п.д. проекционных устройств на основе квантоскопов превышает к.п.д. подобных устройств, использующих иные принципы преобразования энергии. Цветное изображение может быть получено совмещением на одном экране изображений от 3-х квантоскопов, генерирующих излучения основных цветов с высокой чистотой цвета. Применение гетероструктур Ga1-xAlxAs и CdS1-xSex позволило осуществить генерацию поперечных лазеров в красной (l=640..650 нм) и зеленой (l=520..530 нм) областях спектра в режиме квазинепрерывного сканирования.
Источник: vunivere.ru