|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Источники света | |
Показать Flash-меню
Поиск по сайту и форму Поставь ссылку на этот сайт:  код HTML |
Из источников света реальное применение в проекторах нашли 3 вида: Галогенные лампы Чаще всего установлены в оверхед-проекторах. Выглядят привычно - стеклянная колба и натянутая внутри вольфрамовая нить. Часто включаются через понижающий трансформатор на 12-24 В. Преимущества: 1. Низкая стоимость (преимущество сомнительное, если учесть срок службы). 2. Конструкция оверхеда уже заточена под эти лампы, не надо заморачиваться. Недостатки: 1. Низкая светоотдача в пересчете на ватт потребляемой мощности. Следствие - для получения приемлемой яркости необходимы лампы мощностью 400-1000 Вт, из-за чего дико возрастает тепловыделение и повышаются требования к охлаждению. 2. Низкая цветовая температура. Т.е. свет имеют "желтый" оттенок. Некоторые производители для выравнивания спектра придают стеклу колбы голубоватый оттенок. Яркость лампы при этом, разумеется, слегка падает. 3. Короткий срок службы (от десятков до пары сотен часов). Ксеноновые лампы Преимущества: 1. Равномерный спектр излучения 2. Высокая светоотдача 3. Очень маленький размер дуги, почти точечный источник света Недостатки: 1. Требуют сложной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). Готовые ПРА дорогие, самодельные - сложны в изготовлении. 2. В спектре имеется УФ в больших количествах. Случай реального успешного использования - пока единичный, в проекторе от paramon5. Схема ПРА обсуждалась здесь. Металлогалогенные газорязрядные лампы Наиболее эффективные и популярные источники света. Лампа имеет внешнюю стеклянную колбу, внутри которой размещена маленькая кварцевая колба - "горелка". К горелке подведены два электрода. Внутрь под большим давлением закачан специальный газ, а также некоторое количество соединений металлов. От их состава зависит спектр излучения лампы. Свет излучается парами металлов в "горелке" при прохождении через них дугового разряда. Причем лампе для выхода на полную яркость необходимо некоторое стартовое время, чтобы металлы, сконденсировавшиеся при комнатной температуре на стенках колбы, перешли в газообразное состояние. Пока лампа "разгорается", ее спектр излучения меняется. В самодельных проекторах используются металлогалогенные лампы, предназначенные для уличного и коммерческого освещения. В промышленных проекторах тоже используются металлогалогенные лампы. Отличие последних - маленькие габариты, более ровный спектр, меньшее время разгорания и баснословно высокая цена. Для функционирования лампы необходимы дополнительные устройства (пускорегулирующая аппаратура, ПРА). Чтобы поддерживать и ограничивать ток в лампе, используется дроссель. А чтобы поджечь дугу, требуется импульсное зажигающее устройство (ИЗУ), формирующее высокое напряжение (3,5 киловольт). Существуют также электронные устройства (ЭПРА), совмещающие в себе регулятор тока/напряжения и ИЗУ. Эти устройства дороговаты для нашего применения. Преимущества: 1. Отличная цветопередача. 2. Высокая светоотдача при приемлемом тепловыделении. 3. Большой срок службы (тысячи часов). 3. Доступная ПРА, простая схема включения. Недостатки: 1. Большие габариты. 2. Увеличение веса проектора из-за наличия дросселя (3-5 кг). 3. Большинство моделей требуют горизонтального рабочего положения (не слишком серьезный недостаток).
Прежде чем двигаться дальше, настоятельно рекомендую прочесть ликбез по металлогалогенным лампам.
Как выбрать лампу? При выборе металлогалогенной лампы необходимо определиться со следующим: 1. Тип лампы. Металлогалогенная (не натриевая, не ртутная и т.п.). По отечественной классификации - ДРИ. 2. Световой поток / мощность. Прежде всего, несколько определений: Освещенность - отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. Единица измерения - люкс (лк). Освещенность - характеристика, определяющая фактическое восприятие человеком изображения. Очевидно, освещенность тем больше, чем больше световой поток проектора и чем меньше размер экрана. Световой поток - среднее значение энергии, переносимой электромагнитными волнами видимого диапазона в единицу времени через произвольную поверхность. Световой поток измеряется в Люменах (Лм, Lm). В частности, Световой поток проектора - весь свет, излучаемый проектором и попадающий на экран. Измеряется по методике ANSI и обозначается, как правило, ANSI-Lm ("Ан-Си-Люмены"). Не зависит от размера экрана. В противовес этому, световой поток лампы - это весь видимый свет, излучаемый лампой по всем направлениям. Таким образом, чем больше световой поток лампы, тем больше световой поток проектора, тем больше освещенность экрана. Световой поток от лампы напрямую зависит от мощности (W). Реально в самодельных проекторах используются лампы 250 и 400 Вт. Меньше - получается совсем тусклая картинка. Больше - нет особой необходимости. Для приемлемого восприятия изображения на экране в полной темноте необходима освещенность не менее 100 Лк (= 100Лм/м2). Для экрана площадью около 3 кв.м. световой поток долен быть не менее 300 Лм. Реально от лампы до экрана долетает около 1% исходного светового потока лампы (расчет см. ниже). Лампа 250 Вт дает до 20000 Лм светового потока. На экране остается 200 Лм. 400 Вт дает 27000-42000 Лм. На экране имеем 270-420 Лм. Так что мое личное мнение - 400 Вт и точка :). 3. Цветовая температура. Цветовая температура (ЦТ) характеризует спектр излучения лампы. Измеряется в Кельвинах (К). Для получения наиболее естественного изображения спектр должен приближаться к спектру дневного света. Такой свет имеет цветовую температуру 5000-6000 К. Чем ниже цветовая температура, тем свет ближе к желтому. Чем выше - тем ближе к синему. Например, лампа накаливания имеет цветовую температуру 3200 К. Для нашего проектора годятся лампы с ЦТ более 4000 К. Я использовал лампу с ЦТ 6100. Кстати, чем выше цветовая температура, тем меньше световой поток металлогалогенной лампы в расчете на единицу мощности. Вместе или вместо цветовой температуры для лампы иногда указывается коэффициент цветопередачи (Ra). Он измеряется в процентах и означает, насколько цвета некого абстрактного предмета, освещенного имеющейся лампой, соответствуют его реальным цветам (т.е. цветам при освещении этого же предмета эталонным источником). Характеристика несколько запутанная. Нам достаточно знать, что чем она выше, тем лучше. 4. Размер и форма горелки. Из раздела Оптика мы знаем, что горелка должна иметь минимальные размеры. Нам подходят лампы с короткой цилиндрической горелкой длиной и шириной не более 2,5-3 см. 5. Размер внешней колбы, тип цоколя. У пригодных для наших целей металлогалогенных ламп наиболее распространены два типа цоколя: E40 и Fc2.
Лампы E40 обычно более громоздкие, чем Fc2. Однако последние дороже.
Сводная таблица подходящих ламп
* При работе с дросселем для МГ ламп ** При работе с дросселем дла натриевых ламп Вот как выглядят лампы в реальности (спасибо Storage за картинку):
Немного об УФ излучении
Техника безопасности при работе с МГ лампами 1. Первое и основное -- не смотреть на горелку лампы без защитных приспособлений. Чревато ожогом. На себе не испытывал. Вот информация от пары пострадавших. Сам не врач, подтвердить или опровергнуть не могу. Цитирую полностью, как есть: Ikar-77:
wwest:
2. Горелка и внешняя колба иногда взрываются. Особенно в конце срока службы. Будь на чеку, береги лицо и другие части тела :) 3. Наружная колба нагревается выше 300 градусов. Не трогай руками. 4. Лампа излучает уйму тепла. При неблагоприятных обстоятельствах возможно оплавление / обугливание предметов, находящихся в непосредственной близости от колбы. Имей в виду.
Как выбрать дроссель? Каждый производитель лампы указывает два параметра - мощность лампы и ток лампы. Мощность зависит от напряжения на лампе и тока через нее. Дроссель поддерживает ток и напряжение на лампе в заданных пределах. "Поддерживает" - сказано громко, т.к. обычный электромагнитный дроссель лишен интеллекта. Скорее "ограничивает". Дроссели имеют стандартные характеристики и могут отличаться между собой конструкцией корпуса, массой, температурным режимом, наличием термопредохранителя, классом защиты, "отношением" к условиям окружающей среды и т. п. А ток и напряжение лампы зависят от ее конструкции и состава газов/металлов внутри колбы. Это я к тому, что реально задача выбора дросселя очень проста. В случае с 250 Вт лампой нам нужен просто "дроссель для 250 Вт металлогалогенной лампы" или "дроссель для 250 Вт ДРИ". Если у нас лампа 400 Вт, ее можно попробовать включить через дроссель для натриевой лампы (больше мощность, световой поток, меньше цветовая температура, индекс цветопередачи и срок службы) или через дроссель для металлогалогенной лампы. Соответственно нам понадобится "дроссель для 400Вт ДНаТ" или "дроссель для 400Вт ДРИ". Еще дроссель может издавать шум (жужжать). Что отечественные, что импортные. Причем заранее сказать, что жужжат дроссели какой-то конкретной марки, нельзя. Все зависит от конкретного экземпляра. Так что на всякий случай лучше договориться с продавцом о возможности возврата.
Подходящая импортная ПРА (дроссели и зажигающие устройства, ИЗУ)
*** дальше буквы и цифры, обозначающие модификации. Например, габариты корпуса, кол-во крепежных отверстий, наличие термозащиты (для дросселей), таймера (для ИЗУ) и проч. Подробнее см. даташиты производителей. Что касается отечественной продукции, информацию собирать довольно сложно. По отзывам, неплохие ИЗУ делает НИТИ Лантан (СПб). У меня самого такое, проблем пока нет. Дроссели делают, например, Кадошкинский завод Лисма-КЭТЗ. Еще вот ссылочка на параметры отечественных дросселей. У меня стоит финский Helvar E400. Все-таки ставить или не ставить компенсирующий конденсатор?
Каким проводом соединять лампу и ПРА? Тоже вопрос неоднозначный. Одни говорят, что нужны провода из области аэрокосмических технологий в специальных оболочках, экранах и т.п. во избежание пробоя изоляции и дальнейшего пожара. Другие (и я отношусь к их числу), что это паранойя и для напряжения 3,5 кВ подойдут обычные провода в ПВХ изоляции. Наверняка можно сказать следующее. 1. Провод должен быть медным и иметь сечение не менее 0,75 мм2. Никаких графитов, силиконов и прочих автомобильных аксессуаров, только медь. 2. В цепи на входе должен стоять предохранитель на 5 А. Либо плавкий, либо биметаллический. Выключатель питания также должен быть рассчитан на этот ток. 3. Все соединения проводов должны выполняться либо пайкой, либо с помощью винтовых клеммников. ИМХО, высоковольтный импульс даже в случае эпизодического пробоя изоляции сам по себе не способен привести к последствиям. Последствия возможны лишь при полном разрушении изоляции и возникновении короткого замыкания. От этого и будет защищать предохранитель. Лучше уделить максимальное внимание надежности соединений и температурному режиму всех компонентов, особенно дросселя. Сам использовал провод сечением 1 мм2, другого под рукой не было. До настоящего времени каких-либо нештатных ситуация (в т.ч. пробоя изоляции) не выявлялось. Как рассчитать фактический световой поток проектора? Фактически мне не известно, чтобы кто-то объективно измерял световой поток самодельного проектора, так что привожу теоретические расчеты. Чтобы посчитать световой поток, нужно сначала выяснить, какая часть света от лампы попадает на матрицу (остальное поглощается стенками корпуса), какая часть затем поглощается в матрице и что в итоге удается собрать объективом. 1. Использование светового потока лампы. Световой поток, попадающий на матрицу, зависит от охватываемого ей телесного угла лампы. А он, в свою очередь, зависит от площади матрицы и расстояния до нее. Для простоты расчета будем считать лампу ламбертовским источником (излучающим равномерно по всем направлениям), а прямоугольную матрицу заменим на круг равной площади. Если матрица имеет площадь S = a * b, где a и b - длина и ширина матрицы, а равный ей по площади круг S = Pi * Rk^2, где Rk - радиус круга, получаем: Rk = sqrt(a * b / Pi) (1) Плоский угол расхождения лучей, охватываемых таким кругом, находящимся на расстоянии h от лампы, будет равен G = arctan(Rk / h) = arctan( sqrt(a * b / Pi) / h ) (2) Телесный угол, образованный вращением плоского угла вокруг своей оси, будет равен O = 4 * Pi * sin^2(G/2) (3) Почему, написано здесь. Учитывая, что телесный угол полной сферы, по которой распределен общий поток лампы Ф, равен 4*Pi, получаем, что поток Фо, приходящийся на телесный угол O, с учетом формул (2) и (3), будет равен Фо = Ф / (4*Pi) * O = Ф * sin^2(arctan(sqrt(a*b/Pi)/h)/2) (4) 2. Прочие потери / поглощения/ рассеивания В матрице свет поляризуется. Идеальный поляризатор пропускает 50% света. Будем считать, что наш неидеальный - 45%. Пиксели матрицы состоят из субпикселей трех цветов - красного, синего и зеленого. Цветные субпиксели получаются при помощи светофильтров соответствующих цветов. Считая эффективность всех светофильтров одинаковой, получаем, что суммарно светофильтры задерживают 2/3 потока и пропускают лишь 1/3, т.е. 33%. Пусть с учетом потерь на жидких кристаллах и подложке 28%. После матрицы свет частично рассеивается и не весь попадает в объектив. Оценить эти потери очень тяжело. Возьмем от балды 30%. Остается 70%. Итого эффективность оптической системы Э = 0,45 * 0,28* 0,7 = 0,088, т.е. 8,8%. Формула (4) принимает вид Фо = Ф * sin^2( arctan( sqrt(a * b / Pi) / h )/2) * Э (5) Назовем (sin^2( arctan( sqrt(a * b / Pi) / h )/2) * Э) коэффициентом использования потока К (КПД, проще говоря). Например, для матрицы 15" (a=305, b=229), расположенной на расстоянии 190 мм от лампы, получаем К = sin^2(arctan(sqrt(305*229/3,14)/190)/2) * 0,088 = 0,009, т.е. около 1% Для лампы с исходным потоком 42000 Лм на экране получим 420 Лм. Вот такой вот хреновый КПД. Если удастся найти хороший сферический отражатель, коэффициент вырастает в 1,8 - 1,9 раза. В реальности не все так страшно. В своем проекторе я использовал лампу HQI-BT 400/D с потоком 27000 Лм с отвратительным отражателем (т.е. практически без отражателя). На экране размером 236 х 133 см в темноте яркость изображения субъективно вполне достаточна. Можно ли использовать светодиоды (LED) в качестве источников света? Действительно, на первый взгляд заманчиво: гигантский срок службы, низкий потребляемый ток. Вместо лампы и одной френели ставим панель светодиодов и наслаждаемся. Но так ли все радужно? Итак, имеем белый светодиод заявленной силой света 15 кандел углом расхождения пучка света 30 градусов. Для простоты считаем, что диод расположен на оптической оси, светит сквозь матрицу в объектив, причем матрица ничего не рассеивает. При радиусе линзы объектива 30 мм и расстоянии до объектива 360 мм, получаем реально используемый угол = arctan(30/360) * 2 = 9,52 градусов, остальной свет пролетает мимо объектива. По формуле (3) телесный угол равен 4*Pi*sin^2(9,52/2/2) = 0,022 стерадиан. Световой поток равен силе света, умноженной на телесный угол. Таким образом, 1 диод выдает нам 15*0,022=0,33 Лм. Вспоминаем, что МГ лампа с учетом КПД системы 1% дает нам 420 Лм на экране. От одного диода с учетом потерь на матрице получим 0,33*0,088 = 0,029 Лм. Выходит, что для получения 420 Лм нужно 420/0,029 = 14482 диода. Конечно, есть суперяркие диоды с яркостью по 100-150 кандел (например, luxeon), а в будущем появятся еще ярче. Однако их стоимость пропорциональна яркости, к тому же паспортная светоотдача (без учета того, что мы не используем весь пучок), не превышает 45 Лм/Вт. У МГ ламп этот показатель составляет 70-90 Лм/Вт. Выходит, как ни крути, использование светодиодов не дает выигрыша ни в яркости, ни в тепловыделении, ни, тем более, в стоимости. Еще аргументы изложены мной здесь. Там же ссылка на работающий экземпляр светодиодной панели из 325 диодов. Воочию его работу я не видел. На всякий случай сводная таблица светоотдачи различных источников света от Arthurka.
Далее: источники изображения >
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|
 |
E40 - похож на цоколь обычных лампочек накаливания, только имеет больший размер. Фарфоровый патрон под такой цоколь имеет длину 7 см и диметр 5 см.
Fc2 - два контакта с каждого конца стеклянной колбы лампы. Для них необходимы специальные держатели.
В OSRAM утверждают, что их лампы имеют УФ фильтр. Для "уменьшения охрупчивания пластиковых деталей корпусов светильников". Какая-то часть УФ ("мягкий УФ"), видимо, все равно в излучаемом спектре остается. Это излучение пока никем объективно не измерено (мне об этом не известно), поэтому вопрос влияния УФ на пользователя проектора и на LCD матрицу пока остается открытым. PHILIPS и GE в своих проспектах прямо пишут, что их лампы предназначены для использования только в светильниках, имеющих защитные стекла, фильтрующие УФ. Так что в любом случае рекомендуется между матрицей и лампой устанавливать какой-то фильтрующий элемент -- обычное силикатное стекло 5-10 мм, I-стекло, стеклопакет, специальный УФ фильтр, купленный за бугром и т.п.
