СР_Т4. Проекционные аппараты

Проекционный аппарат (проектор) (от латинского projicio — бросаю вперед) — оптико-механический прибор для проециро­ вания на экран увеличенных изображений различных объектов.

Принцип действия проекционных аппаратов заключается в проецировании с помощью оптической системы на экран изоб­ражения объекта, нанесенного на тонкой полупрозрачной плен­ ке, при освещении его мощной проекционной лампой. В результа­ те изображение может быть показано большой аудитории.

Современные проекционные аппараты служат для демонстра­ции прозрачных объектов: диапозитивов (кодопроекторы), диа­ фильмов (диапроекторы), непрозрачных (эпипроекторы), а так­ же тех и других (эпидиапроекторы). Проекционные аппараты при­меняются для презентаций, в качестве технических средств обуче­ ния. Поскольку в настоящее время весомая часть информации на­ходится в электронном виде, возникла необходимость проециро­ вания на экран изображения с экрана монитора.

Конструкции и принципы действия модуляторов отличаются большим разнообразием, хотя в основном они построены на базе ЖК-панелей. Все компьютерные проекторы можно разбить на две группы:

• универсальные проекторы (оверхед-проекторы) об­ щего назначения; в качестве источника изображения в них ис­ пользуется специальный внешний модулятор — ЖК-панель;

• мультимедийные проекторы со встроенным моду­ лятором.

На компьютерный проектор подается RGB -сигнал, снимаемый с выхода видеоадаптера ПК, а также обычный видеосигнал, ис­точником которого может быть бытовая или полупрофессиональ­ная видеоаппаратура. Проекторы, в которых в качестве входного используется только видеосигнал, называются видеопроекторами.

Оверхед-проектор ( Over Head Projector — проектор, располо­женный над головой) — проекционный аппарат, в котором изоб­ражение от источника проецируется на экран при помощи на­клонного проекционного зеркала. Конструктивно в зависимости от места размещения проекционной лампы оверхед-проекторы разделяются на отражательные и просветные.

Отражательные проекторы представляют собой ма­ логабаритные устройства, предназначенные для проецирования изображений, нанесенных на специальную прозрачную пленку. Отражательные проекторы не могут использоваться совместно с ЖК-панелями, поскольку мощность проекционной лампы у них невелика.

Просветные проекторы отличаются тем, что у них проекционная лампа размещается под рабочей поверхно стью устройства внутри его основания, мощность лампы уве­ личена в десятки раз и имеется ее принудительное охлаждение с помощью вентилятора, как показано на оптической схем . Это позволяет использовать в качестве источника изображения не только прозрачные пленки, но и менее про­ зрачные ЖК-панели.

ЖК-панель, подключенную к видеоадаптеру ПК, устанавли­вают на прозрачную рабочую поверхность проектора как про­зрачную пленку. Световой поток от проекционной лампы через специальную фокусирующую линзу освещает ЖК-панель и, про­ходя через нее и рассеивающую линзу, поступает на проекцион­ное зеркало.

По конструкции и габаритам ЖК-панель напоминает дисплей ПК типа Notebook , причем на ее корпусе расположены органы управления параметрами изображения.

Качество изображения, формируемого оверхед-проектором, подключаемым к компьютеру, определяется характеристиками ЖК-панели, которые аналогичны характеристикам плоскопанель­ ных ЖК-мониторов: размер, максимальное разрешение, количе­ ство воспроизводимых оттенков цветов, яркость. В зависимости от разрешения экрана различают ЖК-панели следующих типов с соответствующим максимальным разрешением экрана: VGA -па­ нели (640x480); SVGA -панели (800 х 600); XGA -панели (1024x768); SXGA -панели (1280х 1024).

В VGA -панелях, рассчитанных на небольшую аудиторию, в качестве экрана используется пассивная ЖК-матрица, основан­ ная на применении технологии DSTN ; в более качественных па­нелях используется активный TFT -экран.

В мультимедийном проекторе проекционная лампа, ЖК-матрица и оптическая система конструктивно размещаются в одном корпусе, что делает их похожими на диапроекторы, предназна­ченные для просмотра слайдов или диафильмов. По принципу действия мультимедийный проектор не отличается от оверхед-проектора: изображение создается с помощью мощной проекци­онной лампы и встроенного в проектор электронно-оптического модулятора, управляемого сигналом видеоадаптера ПК, а затем посредством оптической системы проецируется на внешний эк­ран. Основным отличием в мультимедийных проекторах является конструкция модулятора и способы построения и переноса изоб­ражения на экран. В зависимости от конструкции модулятора про­екторы бывают следующих типов: TFT -проекторы; полисилико­ новые проекторы и DMD / DLP -проекторы.

В зависимости от способа освещения модулятора мультимедий­ ные проекторы подразделяют на проекторы просветного и отражательного типов.

В TFT -проекторах, относящихся к проекторам просветного типа, в качестве модулятора используется малогабаритная цветная ак­ тивная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT .

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.

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 миниатюр­ ных ЖК-матрицы размером около 1,3". Каждая из матриц форми­ рует монохромное изображение красного, зеленого или синего цвета. Оптическая система проектора, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в ре­ зультате чего формируется цветное изображение. Такая техноло­ гия 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.

Цветоделительная система полисиликонового проектора, со­стоящая из двух дихроичных ( D_u D ₂ ) и одного обычного ( Ni ) зеркал, используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый, синий). Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы по­ дать 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 ( D ₃ , D ₄ ) и одного отражающего ( N ₂ ) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК-матрицами.

Полисиликоновые проекторы обеспечивают более высокое ка­ чество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравне нию с проекторами на основе TFT -матриц. Они более надежны в работе и долговечны, поскольку три ЖК-матрицы работают в менее напряженном тепловом режиме, чем одна. Благодаря этому поли­ силиконовые проекторы можно использовать при проецировании изображения на большой экран в таких помещениях, как конфе­ ренц-залы, кинотеатры.

ЖК-проекторы отражательного типа предназначены для рабо­ты в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток.

В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология DMD / DLP , разработанная фирмой Texas Instruments .

В DMD / DLP -проекторах отражательного типа излучение ис­ точника света модулируется изображением при отражении от мат­ рицы. В DMD / DLP -проекторах в качестве отражающей поверхно­ сти используется матрица, состоящая из множества электронно- управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм. Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падающий на него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попада­нии света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглоти­тель — темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой DMD ( Digital Micromirror Device — цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, — DLP ( Digital Light Processing — цифровая обработка света).

Для получения цветного изображения используются проекто­ ры двух вариантов: с тремя или одной DMD -матрицей.

В одноматричных DMD / DLP -проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех бы­ стро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Мо­ нохромные кадры образуются при последовательном освещении DMD -матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока от проекционной лампы через вращающийся диск с красным, зеленым и синим светофильтрами. Управление микрозеркалами синхронизировано с поворотом светофильтра.

По сравнению с ЖК-технологиями технология DLP обладает следующими преимуществами: практически полным отсутствием зернистости изображения, высокой яркостью и равномерностью ее распределения. К недостаткам одноматричных DMD -проекто ров следует отнести заметное мелькание кадров.

Вопросы для самоконтроля:

1. Проекционные аппараты;

2. Оверхед- проекторы и ЖК панели;

3. Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация;

4. Принципиальные схемы TFT - проекторов;

5. Принципиальные схемы полисиликоновых проекторов;

6. Принципиальные схемы D - ILA , DMD / DLP - проекторов. Их достоинства и недостатки;

7. Принцип действия 3 D - проекторов;

8. Основные характеристики мультимедийных проекторов.