вавава. Технические средства информатизации. Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины Технические средства информатизации
 Скачать 3.96 Mb.
|
Тема 4.2. Проекционные аппараты.План. Оверхед-проекторы и ЖК-панели. Мультимедийные проекторы. TFT-проекторы. Полисиликоновые проекторы. ЖК-проекторы отражательного типа. Проекционный аппарат (проектор) (от латинского projicio— бросаю вперед) — оптико-механический прибор для проецирования 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 пленке, при освещении его мощной проекционной лампой. В результате изображение может быть показано большой аудитории. Первый проектор изобрел немецкий физик и математик Афанасий Кирхер в 1640 г., назвав свой аппарат «волшебный фонарь». Аппарат, в котором источником света служила свеча, позволял создавать на экране теневые проекции изображения людей, животных или предметов, вырезанных из картона. Современные проекционные аппараты служат для демонстрации прозрачных объектов: диапозитивов (кодопроекторы), диафильмов (диапроекторы), непрозрачных (эпипроекторы), а также тех и других (эпидиапроекторы). Проекционные аппараты применяются для презентаций, в качестве технических средств обучения. Поскольку в настоящее время весомая часть информации находится в электронном виде, возникла необходимость проецирования на экран изображения с экрана монитора. Современные проекционные аппараты, подключаемые к ПК, позволяют проецировать на большой экран изображение с экрана монитора. В компьютерных проекторах в качестве источника проецируемого изображения используется специальный электронно-управляемый модулятор, на который подается сигнал от видеоадаптера PC. Такой модулятор выполняет функцию диапозитивной пленки или слайда в обычном проекторе и используется в качестве управляемого светофильтра, модулирующего световой поток от проекционной лампы. 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) общего назначения; в качестве источника изображения в них используется специальный внешний модулятор — ЖК-панель; • мультимедийные проекторы со встроенным модулятором. 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. 1. Оверхед-проекторы и ЖК-панели Оверхед-проектор (OverHeadProjector — 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 малогабаритные 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 (рис. 4.8) отличаются тем, что у них проекционная лампа размещается под рабочей поверхностью устройства внутри его основания, мощность лампы увеличена в десятки раз и имеется ее принудительное охлаждение с помощью вентилятора, как показано на оптической схеме рис. 4.8, а. Это позволяет использовать в качестве источника изображения не только прозрачные пленки, но и менее прозрачные 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.  Рис. 4.8. Просветный оверхед-проектор: а — оптическая схема; б — общий вид Общий вид проектора дан на рис. 4.8, б. Качество изображения, формируемого оверхед-проектором, подключаемым к компьютеру, определяется характеристиками ЖК-панели, которые аналогичны характеристикам плоскопанельных ЖК-мониторов: размер, максимальное разрешение, количество воспроизводимых оттенков цветов, яркость. В зависимости от разрешения экрана различают ЖК-панели следующих типов с соответствующим максимальным разрешением экрана: VGA-панели (640x480); SVGA-панели (800 х 600); XGA-панели (1024x768); SXGA-панели (1280 х 1024). В VGA-панелях, рассчитанных на небольшую аудиторию, в качестве экрана используется пассивная ЖК-матрица, основанная на применении технологии DSTN; в более качественных панелях используется активный TFT-экран. Помимо основной задачи — преобразования электрического сигнала от видеоадаптера в изображение на экране с целью его последующего проецирования на большой внешний экран, отдельные модели ЖК-панелей обладают рядом дополнительных возможностей, полезных, например, в учебном процессе, при проведении презентаций: дистанционное управление (ДУ); возможность увеличения изображения в целом или его фрагмента. При реализации функции «Указка» ЖК-панель на своем экране формирует маркер, напоминающий указатель мыши, положением которого можно управлять с помощью пульта ДУ. Функция «Замораживание» предусматривает запоминание и фиксацию на экране текущего изображения на время подготовки компьютера или презентационной программы к показу следующего сюжета. Для управления работой ЖК-панели может использоваться дистанционная мышь, соединенная с адаптером, подключенным к последовательному порту компьютера при помощи кабеля или по радиоканалу. 2. Мультимедийные проекторы. 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; 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 (DuD2) 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 проекторы обеспечивают более высокое качество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравнению 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 полисиликоновые проекторы можно использовать при проецировании изображения на большой экран в таких помещениях, как конференц-залы, кинотеатры. 2.3. ЖК-проекторы отражательного типа. Предназначены для работы в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток. В дорогих профессиональных ЖК-проекторах, предназначенных для работы в больших аудиториях, используется другой принцип действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток. В результате удается решить две главные задачи — снизить до минимума разогрев ЖК-матрицы и добиться исключительно мощного светового потока. Принцип работы отражательных ЖК-проекторов заимствован у появившихся в 50-х годах мощных светоклапанных проекторах системы эйдофор (Eidophor). В качестве отражающей поверхности в этих проекторах использовался слой прозрачной вязкой жидкости (масла). Модуляция отраженного светового потока обеспечивалась за счет деформации этой поверхности при помощи падающего на нее электронного пучка. Нетрудно понять, что такое "жидкое" зеркало крайне неудобно в эксплуатации, поэтому разработчики стали искать другие способы модуляции отраженного света. В настоящее время наиболее освоенными являются технологии ILA и DMD/DLP. Технология ILA (ImageLightAmplifier — Усилитель света от изображения) была разработана совместно корпорациями Hughes Aircraft и JVC, хотя в настоящее время оборудование данного типа полностью контролируется японской компанией JVC. Проектор ILA, по аналогии с полисиликоновым, также имеет три модулятора для монохромных изображений основных цветов, которые затем совмещаются для получения цветного изображения. Схема светомодулирующего блока такого проектора представлена на рис. 4.11.  Рис. 4.11. Модулятор отражательного проектора типа ILAОдним из главных компонентов модулятора является зеркало-поляризатор, одновременно выполняющее функции зеркала, поляризатора и анализатора. Световая волна, падающая на него под углом 45°, разделяется на две составляющие: одна с поляризацией, параллельной поверхности зеркала, и другая—с поперечной поляризацией, перпендикулярной к поверхности зеркала. Первая составляющая свободно проходит через зеркало, а вторая (полезная) — полностью отражается в направлении модулятора, выполненного на основе ЖК-панели особой конструкции. Эта ЖК-панель лишена матричной структуры и является сплошной. В качестве элементов, управляющих поляризацией участков ЖК-панели, выступают не тонкопленочные транзисторы, как в TFT-матрице, а участки фоторезистивного слоя, на котором создается потенциальный рельеф, повторяющий спроецированное на него изображение. Между фоторезистивным слоем и ЖК-панелью размещается диэлектрическое зеркало, которое выполняет роль основной отражающей поверхности. Внесение в отраженный свет дополнительных поляризационных сдвигов, повторяющих потенциальный рельеф (спроецированное на фоторезистивный слой изображение), будет влиять на степень прохождения отраженного света через зеркало, т. е. эквивалентно модуляции отраженного потока. Благодаря отсутствию зернистой структуры ЖК-панели можно получить исключительно четкое изображение, а низкие потери на разогрев и поглощение света обеспечивают фантастический для обычных ЖК-проекторов световой поток — примерно до 12 000 лм! Однако необходимость в наличии встроенной проекционной системы и очень сложная конструкция модулятора значительно влияют на габариты и массу (от 120 до 500 кг), а также на стоимость проектора (до 250 000$), что, естественно, ограничивает его применение. Более того, проекторы ILA предназначены для работы с аналоговым видеосигналом (обусловлено конструкцией встроенного проектора), поэтому относятся к классу видеопроекторов. Развитием технологии ILA применительно к мультимедийным проекторам стала технология D-ILA (DigitalILA), также разработанная специалистами фирмы JVC. Основу проекторов D-ILAсоставляет так называемая отражательная (Reflective) ЖК-, или R-ЖК-панель. Ее главное отличие от обычной ЖК-матрицы состоит в том, что электроды, управляющие поляризацией ячеек, имеют квадратную форму. Они выполняют роль зеркал.  Рис. 4.12. Схема модулятора проектора D-ILA За счет этого коэффициент отражения R-ЖК-панели для белого света доходит до 95%. По сравнению с обычной TFT-панелью, R-ЖК-панель обеспечивает более высокие яркость, четкость и контрастность изображения. Кроме того, на R-ЖК-панель вместо аналогового видеосигнала подается цифровой сигнал, поэтому не нужен встроенный проектор. В результате схема модулирующего канала проектора D-ILA (рис. 4.12) оказывается гораздо проще, чем схема проектора ILA. Конструкция проектора D-ILA (рис. 4.13) напоминает конструкцию полисиликонового проектора с той разницей, что вместо просветных TFT-матриц в нем используются отражательные R-ЖК-панели совместно с блоком поляризатора-анализатора.  Рис. 4.13. Схема проектора D-ILA Технология D-ILA является перспективной, поэтому в настоящее время выпуск проекторов D-ILA наладили, помимо фирмы JVC, несколько конкурирующих фирм (InFocus, Pioneer, Panasonic и др.). В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология DMD/DLP, разработанная фирмой TexasInstruments. В DMD/DLP-проекторах отражательного типа излучение источника света модулируется изображением при отражении от матрицы. В DMD/DLP-проекторах в качестве отражающей поверхности 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 (DigitalMicromirrorDevice— цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, — DLP(DigitalLightProcessing — цифровая обработка света). Как правило, в одной DMD-матрице содержится около 848 х 600 = 508 800 микрозеркал, что превосходит SVGA-разрешение (800x600 = 480 000 пикселов). Для получения цветного изображения используются проекторы двух вариантов: с тремя или одной DMD-матрицей. Трехматричный проектор, схема которого дана на рис. 4.14, по способу формирования цветного изображения аналогичен полисиликоновому (см. рис. 4.10).  Рис. 4.14. Схема трехматричного отражательного мультимедийного проектора DMD/DLP/ В одноматричных DMD/DLP-проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех быстро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Монохромные 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, как это показано на схеме од-номатричного проектора (рис. 4.15). 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-проекторов следует отнести заметное мелькание кадров.  Рис. 4.15. Схема одноматричного отражательного мультимедийного проектораОднако эти приемы все же полностью не устраняют два главных недостатка ЖК-проекторов просветного типа — разогрев матрицы и сравнительно низкую яркость изображения. Даже с использованием технологии PBS и микролинзовых растров недостаточная прозрачность пикселов матрицы не позволяет получить мощный световой поток (световой поток ЖК-проекторов просветного типа обычно не превышает 500—600 лм). Контрольные вопросы. Назначение и классификация проекционных аппаратов. Раскрыть принцип работы и характеристики Оверхед-проекторов и ЖК-панелей. Конструктивные особенности мультимедийных проекторов, их классификация. Описать структуру TFT-проектора, его характеристики. Принципы работы ЖК-проекторов отражательного типа. Раскрыть особенности технологий ILA и DMD/DLP. |