Stř edoškolská odborná činnost 2006/2007 Obor 10 elektrotechnika, elektronika, telekomunikace a technická informatika Nízkorozpočtový DIY projektor Autor: Tomáš Trýska Gymnázium J. Vrchlického, Nár. mučedníků 347 339 01 Klatovy, 7. ročník Konzultant práce: Ing. Jaroslav Kadlec Gymnázium J. Vrchlického, Nár. mučedníků 347 339 01 Klatovy Odborný posudek: RNDr. Miroslav Panoš, Ph.D. Gymnázium J. Vrchlického, Nár. mučedníků 347 339 01 Klatovy Klatovy, 2007 Plzeňský kraj 1
Prohlašuji tímto, že jsem soutěžní práci vypracoval samostatně pod vedením Ing. Jaroslava Kadlece a uvedl v seznamu literatury veškerou použitou literaturu a další informační zdroje včetně internetu. V Klatovech dne 17. 3. 2007 Tomáš Trýska 2
Odborný posudek Odbornou práci studenta sedmého ročníku Gymnázia J. Vrchlického v Klatovech Tomáše Trýsky lze rozdělit na dvě části. První se obecně zabývá principem konstrukce projekční techniky, konkrétně pak zaměřeným na návrh amatérské stavby datového projektoru. V druhé (obsáhlejší) části se student, na základě výsledků své badatelské a rešeršní činnosti, pustil do konkrétní stavby datového projektoru. Zde se musel vypořádat s problematikou, která mnohonásobně přesahuje rámec nejen gymnaziálního učiva, ale lze i říci, že i některých specializovaných středních škol. Celá stavba je podrobně popsána v konstrukční části této práce. Všechny zde uvedené kroky realizace jsou dobře zdokumentovány, autor popisuje jak výhody tak i případné nevýhody navržených postupů. Student si zde prošel celou genezí projekčního zařízení od návrhu až po technickou realizaci včetně návrhů a realizace jednotlivých konstrukčních částí. Protože se obdobnou problematikou nezabývám, bohužel nedokáži detailně posoudit, zda zvolený způsob řešení jednotlivých částí je skutečně nejvhodnější. S ohledem na to, že že projektor funguje a při ověřování jeho činnosti resp. dosažených zobrazovacích parametrů nebyly shledány žádné závady, lze soudit, že autor zvolil správný způsob řešení. V závěru celé práce mě potěšilo, že student i přes úspěšné završení celé stavby projektoru nezůstal ukolíbán svým úspěchem a zcela konkrétně a věcně navrhuje další reálné návrhy na možná rozšíření (korekce KeyStone1) či případná vylepšení (automatické dochlazování výbojky) vzniklého zařízení. Jako velmi pozitivní hodnotím, že za touto odbornou středoškolskou činností je vidět nejen text výsledků rešeršní či badatelské činnosti, ale i fungující prototyp projekčního zařízení, ve kterém jsou zohledněny jak aspekty funkčnosti, tak i bezpečnosti provozu takového zařízení. Písemná část práce pro mne byla rozhodně přínosem, protože je psána jasně, srozumitelně a vyčerpávajícím způsobem. Pokud jde skutečně o autorovo dílo (i když jistě čerpal ze zdrojů uvedených v závěru práce), asi by stálo za úvahu opublikovat tuto část v nějakém technickém populárním časopisu. 1 Obrazová korekce pro možnost promítání obrazu z jiného, než normálového směru ke středu projekčního plátna. 3
Celá práce je, jak jsem již naznačil, psána srozumitelně. Po formální stránce působí uceleným dojmem. Jazyková i grafická stránka práce je až na pár drobností (rozdílná kvalita použitých obrázků, či občasné použití výrazu z obecné češtiny) na dobré úrovni. Opomenu li problematiku použitého materiálu (sololitové montážní prvky) či otázku samotného layoutu některých prvků (viz obr. 6. str. 15), což je s ohledem na fakt, že se zatím jedná o prototyp, pochopitelné, mám k práci jen dvě připomínky: 1. Bohužel z práce přímo nevyplývá, jak dalece student řešil problémy, které vznikly při návrhu a realizaci tohoto projektoru, samostatně popř. s pomocí vedoucího a konzultantů projektu. 2. Díky tomu, že při stavbě projektoru byl použit starý 14 LCD display, který je svým způsobem mezi zobrazovacími jednotkami skutečnou raritou, je tím téměř znemožněna jakákoliv reprodukovatelnost stavby navrženého zařízení (Což je jistě škoda). Možná by bylo vhodnější tento nestandardní LCD display nahradit nějakou v současnosti běžně dostupnější (i když asi dražší) zobrazovací jednotkou. V Klatovech 16. března 2007 RNDr. Miroslav Panoš, Ph.D. 4
Poděkování Během stavby tohoto projektoru se objevily různé potíže a problémy, se kterými mi pomáhali rodiče, lidé z gymnázia a kamarádi. Velké díky si taktéž zaslouží p. Václav Kajer údržbář na gymnáziu a pánové z fóra http://dvlachy.ic.cz/phpbb2/, kteří mi velmi ochotně radili s různými potížemi při stavbě. Nebýt těchto lidí, zůstal by tento projekt nejspíš jen někde na papíře. 5
Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 1. 2. Úvod Teorie zobrazování, projekční techniky a princip DIY projektoru 2.1. Teorie zobrazování a projekční techniky 2.2. Princip DIY projektoru Funkční části 3.1. LCD displej 3.2. Výbojka a příslušenství k ní 3.3. Kulový reflektor 3.4. IR filtrační sklo 3.5. Fresnelovy čočky 3.6. Objektiv 3.7. Chlazení 3.8. Skříň projektoru Stavba projektoru 4.1. LCD displej 4.2. Výbojka a příslušenství k ní 4.3. Kulový reflektor 4.4. IR filtrační sklo 4.5. Fresnelovy čočky 4.6. Objektiv 4.7. Chlazení 4.8. Skříň projektoru Zapojení projektoru 5.1. Ovládací panel 5.2. Bezpečnostní zapojení výbojky 5.3. Spínaný zdroj a chlazení Popis ovládání projektoru Technické parametry Plány do budoucna Závěr Informační zdroje Fotodokumentace Rozpočet a finance Seznam př íloh: 6 7 8 8 8 8 9 10 10 11 11 12 13 13 14 14 15 17 17 18 19 20 20 21 22 22 22 23 23 23 24 24 25 29
1. Úvod Pravděpodobně nejsem sám, kdo by měl rád doma v pokoji domácí kino, ale při jejich běžné ceně to je pro mě, jako studenta, nemožné. Jedno z možných řešení je tvorba vlastního DIY projektoru, který si člověk může postavit doma na koleně za zlomkovou cenu komerčního řešení a může ho v kvalitě projekce bez větších problémů předstihnout. Jediná daň za ní je vysoká hmotnost přístroje, která se může bez potíží pohybovat kolem 50 kg. O výrobě tohoto projektoru jsem přemýšlel již nějakou dobu a po přečtení příspěvků ohledně tohoto tématu na fórech http://forum.pctuning.cz a http://dvlachy.ic.cz/phpbb2/ jsem se rozhodl pro výrobu. Původní záměr byl vyrobit jej za použití mého 15, dnes již bývalého, stolního LCD monitoru. Bohužel, než došlo ke stavbě, monitor jsem při stěhování poškodil a tím i dosti významně oddálil stavbu. Jelikož jsem si dal za cíl vyrobit projektor za co nejnižší finanční obnos, tak jsem prohledával různé bazary a aukční servery. Shodou náhod jsem na http://aukro.cz objevil starší 14 LCD monitor s již nefunkčním podsvětlením, což pro mne znamenalo mnohem výhodnější nákup, než kdybych kupoval zcela funkční nebo dokonce nový monitor. Mimo jiné, 14 LCD monitor již nejde běžně sehnat, protože takto malá úhlopříčka se v LCD provedení vyráběla velmi krátce. Všechny komponenty jsou koupené nebo získané v České republice, což v nemalé míře snižuje výslednou cenu. Jediné části, které jsem koupil nové jsou výbojka, příslušenství k ní, ventilátory a monitorovací panel. Výroba celého projektoru probíhala postupně, a to od loňského léta, kdy jsem začal pomalu shánět součásti na stavbu. Kompletní sestavení jsem provedl až na přelomu února a března, kdy jsem též provedl zkušební projekci. Od té doby došlo ještě k několika drobným změnám v systému chlazení a odvodu horkého vzduchu, který je teď mnohem účinnější, než předtím. Obraz je na vysoké úrovni a směle může konkurovat komerčním projektorům. Na následujících stránkách budu používat zkratku DIY, která je akronymem anglických slov Do It Yourself, což v překladu znamená Udělej to sám a používá se u výrobků dělaných doma na koleně. 7
2. Teorie zobrazování, projekční techniky a princip DIY projektoru Projektory můžeme rozdělit například na diaprojektory, zpětné projektory a dataprojektory. 2.1. Teorie zobrazování, projekční techniky Diaprojektory pracují tak, že světlo z lampy prosvítí diapozitiv a přes soustavu čoček v objektivu vykreslí obraz na promítací plochu. Zpětný projektor, protože zobrazuje větší plochu, musí používat o něco složitější techniku. Pod průsvitkou jsou umístěny fresnelovy čočky. První z nich rozloží obraz pod celou průsvitku a druhá soustředí přes průsvitku do objektivu, který paprsky světla zalomí a promítne na projekční plochu. Obě dvě fresnelovy čočky jsou obvykle slepené nebo svařené. Dataprojektor je kombinací předcházejících dvou s tím rozdílem, že nepromítá statický obraz, ale to, co je do něj odesláno přes kabel z počítače, případně jiného zdroje signálu. Dataprojektory jsou buď typu LCD nebo DLP. U LCD typu se obraz promítá přes miniaturní LCD displej, tzn. obdobně, jako u DIY projektoru. DLP technologie používá soustavu mnoha miniaturních zrcátek, které kmitají a odrážejí paprsky na barevný filtr. Tato technologie lépe nakládá se světelnými paprsky, ale kvalita obrazu je na nižší úrovni, to znamená, že DLP projektor je nevhodný k promítání fotografií nebo videí, ale výborný na projekci textu v méně zatemněné místnosti. 2.2. Princip DIY projektoru Tento dataprojektor pracuje na obdobném principu jako zpětný projektor, tzn. prosvětlování předlohy, LCD panelu, a jeho následném promítnutí na nějakou promítací plochu. I svojí konstrukcí se velmi podobá zpětnému projektoru Meotar či Epirex, ze kterých částečně vychází. Dalším důležitým parametrem je orientace skříně a použití zrcadel. Můj projektor je orientovaný na výšku a používá jedno optické zrcadlo u objektivu. Orientace na výšku je velmi výhodná z důvodu malého zabraného prostoru. 8
3. Funkční části K výrobě DIY projektorů se používají tyto součásti: LCD displej Výbojka a příslušenství k ní kulový reflektor tepelné filtrační sklo fresnelovy čočky objektiv a zrcadla materiál na skříň Výše uvedené součásti je nutné složit dle optických zákonů a zapojit dle předpisů a norem pro elektrická zařízení do vhodné skříně. Na obrázku níže nejsou z názorných důvodů zachovány optické zákony. 8 6 7 8 8 12 obr. 1 Schéma konstrukce 1 výbojka 2 zapalovač 3 tlumivka 4 fresnelovy čočky 5 LCD displej 6 optické zrcadlo 7 objektiv 8 ventilátory 9 AT zdroj 10 ovládací panel 11 výfuk 5 4 11 1 2 3 10 9 9
3.1. LCD displej LCD1 displej je jedna z nejdůležitějších součástí DIY projektoru. Vhodným výběrem jde docílit velmi kvalitního výstupního obrazu. V mém případě ale nebyla přílišná možnost vybírat. Důležitými parametry při výběru LCD displeje jsou velikost obrazu, kontrast, rychlost odezvy a použití FFC2 propojek. 3.1.1. Velikost obrazu Podle velikosti obrazu se velmi často odvozuje velikost skříně, avšak v mém případě je skříň větší z důvodu možnosti rozšíření a obohacení o počítač, takže ve skříni je dostatek místa pro základní desku formátu ATX a další komponenty důležité pro běh počítače. 3.1.2. Kontrast Dalším poměrně důležitým parametrem je kontrast. Hodnota kontrastu zjednodušeně vypovídá o poměru mezi nejsvětlejším a nejtmavším bodem obrazu. Čím větší toto číslo je, tím je rozdíl větší. Při velmi vysokých hodnotách LCD nepropouští buď téměř žádné světlo nebo skoro vše. I přes vysoký kontrast se na LCD displeji ztrácí kolem 70% světla z výbojky. Současné LCD panely dosahují hodnot od 250:1 po 1000:1. 3.1.3. Odezva Doba odezvy je hodnota, která přibližně udává, jak rychle se je schopen krystal v LCD displeji pootočit z jedné polohy do druhé, to znamená z tmy na plnou světelnost. Tato hodnota je ale často jen marketingový tah a monitory s 2 ms odezvou mohou mít klidně odezvu přes 20 ms. Pro běžné sledování je dostačující odezva kolem 30 ms, ale nižší skutečná není na škodu. Mnohé moderní LCD displeje s krátkou odezvou používají techniku Overdrive3, čímž ale trpí barevnost a obraz tak může být viditelně horší, než u pomalejších panelů. 1 LCD Liquid Cristal Display displej z tekutých krystalů 2 FFC Flat Flex Cable plochý pružný kabel 3 Overdrive technika jak rychleji otočit krystal v LCD displeji a snížit tak odezvu 10
3.1.4. FFC propojky FFC propojky se užívají pro spojení LCD displeje s řadičem. Mnohé monitory bohužel tyto FFC propojky obsahují a znemožňují tak stavbu DIY projektoru. V zahraničí jsou k sehnání různé prodlužovací kabely, ale u nás se musíme zatím spoléhat na informace z různých fór nebo štěstí, že právě ten můj monitor ji nebude obsahovat. V mém případě LCD panel propojku obsahuje, ale ta je duplicitní, protože displej správně zobrazuje i pokud tato propojka není zapojená. Této duplicity jsem využil a do obrazu tak nezasahuje žádný předmět. 3.2. Výbojka a př íslušenství k ní Výbojka je velmi důležitá součást projektoru. Světlo jí vydávané prosvětluje displej a přes objektiv se obraz vykresluje na zvolenou projekční plochu. Jako nejvhodnější výbojka se osvědčila metalhalogenidová výbojka OSRAM Powerstar HQI TS 400W/D, protože při 400W příkonu dává cca 4x více světla než projekční halogen a to při chromatičnosti světla shodnou s denním světlem. Obecně všechny tyto výbojky mají dosti krátký oblouk, takže je lze považovat za bodové zdroje světla. Použít ale jdou i jiné výbojky lišící se příkonem, světelným výkonem, chromatičností světla nebo jinými parametry. V poslední době začínají tyto výkonné 400W výbojky vyráběné quartz technologií nahrazovat 150W keramické výbojky, které by měly poskytnout obdobný světelný výkon. Podle čísel to ale zatím tak nevypadá. Aby mohla vůbec výbojka svítit, jsou k ní třeba tlumivka a zapalovač. Tlumivka omezuje proud procházející výbojkou, protože jinak by se proud neustále zvyšoval a došlo by ke zničení výbojky. Další součástí je tyristorový zapalovač. Pokud je výbojka chladná, není v ní dostatečný tlak a síťové napětí není schopné zažehnout výboj. Zapalovač při startu vytvoří vysoké napětí, cca 5kV, kterým vyvolá zapálení elektrického oblouku. Toto napětí je do výbojky dodáváno dokud není ve výbojce správný tlak. Poté dojde k odpojení zapalovače a oblouk již hoří na síťové napětí. K odpojení dochází během zhruba 2 3 minut po zažehnutí výboje. Další součástí je kompenzační kondenzátor. Ten by měl vyrovnávat napěťové rázy vyvolané výbojkou a kompenzovat fázový posun napětí a proudu. V mém případě není použit. 11
3.3. Kulový reflektor Kulový, nebo též sférický, reflektor je vlastně kulové zrcadlo. Může být vyrobené buď z optického skla nebo z kovu leštěného do vysokého lesku. Jako kovový reflektor jsem použil naběračku. Ta je vyrobena z poměrně silného nerezového plechu a měla by bez problémů vydržet velmi vysokou teplotu produkovanou výbojkou. Hořák výbojky je v ohnisku reflektoru a protože je průhledný, procházejí paprsky vyzářené do prostoru za výbojku zpět na displej. Takto se využije odhadem 30 40% světla, které by jinak přišlo vniveč. 3.4. IR filtrační sklo Toto sklo se liší od běžného skla tím, že do určité míry pohlcuje, nebo odráží infra červené záření neboli tepelné záření. Tím jde dosáhnout výrazného snížení teploty na LCD displeji. V mém případě je použito originální sklo z Meotaru 2A, které ale nemá příliš uspokojivé výsledky, jaké by mělo mít sklo IR filtrační. Z toho pro mne vyplývá potřeba někde lepší IR sklo sehnat nebo nechat pokovit to současné, protože LCD displej se zatím dosti hřeje, což mu příliš neprospívá a jelikož se na displeji ztrácí cca 70% záření, je použití tohoto skla více než vhodné. 3.5. Fresnelovy čočky Fresnelovy čočky jsou tenké čočky, které ale mohou dosáhnout velké optické mohutnosti díky své zvláštní struktuře. Na obrázku 2 můžete porovnat rozdíl mezi běžnou a fresnelovou čočkou. Obr. 2 Rozdíl mezi běžnou a fresnelovou čočkou 12
Jelikož je ale vždy něco za něco, tak fresnelovy čočky mají jako daň za malou tloušťku nižší kvalitu obrazu. Je to způsobené množstvím soustředných kružnic, které se mohou objevit ve výsledném obraze, což je nežádoucí. Jelikož je zaostření velmi přesné a roli hraje každý milimetr, dává se LCD displej alespoň 10 mm od fresnelovy čočky, čímž se tyto rušivé kružnice eliminují. V projektoru se obvykle vyskytují dvě tyto čočky jedna zrovnoběžní světlo z výbojky a druhá ho nasměruje do objektivu. Jsou dvě možnosti, jak se použijí. Buď fresnel 1 displej fresnel 2, a nebo sendvič fresnel 1 fresnel 2 displej. První varianta má výhodu v nezkreslení úhlu pohledu a možnost keystone1 korekce a druhá má lepší kvalitu obrazu. Já jsem využil druhou variantu, protože můj displej má velkou desku řadiče. Do budoucna ale uvažuji, že vyzkouším i metodu sendvič, protože můj displej má malé úhly pohledu a při úplně temné obrazovce se nahoře a dole vyskytují o trochu světlejší partie. 3.6. Objektiv Objektiv je poslední optický prvek v projektoru. Bez něj bychom nemohli zaostřit výsledný obraz. Objektivy rozlišujeme podle množství a typů použitých čoček. Čím má objektiv více čoček, tím obvykle bývá výsledný obraz kvalitnější. V projektorech se obvykle používají dvou nebo tříčočkové objektivy. U méněčočkových objektivů můžeme pozorovat obrazové vady, například sférickou a chromatickou aberaci. 3.6.1. Sférická aberace Sférická aberace je optická vada, kdy se paprsky na krajích čočky lámou pod jiným úhlem než v jiných částech čočky. Tato vada způsobuje, že paprsky z okrajových částí čočky se protnou ještě před ohniskem (Obr. 3). Obr. 3 Sférická aberace 1 keystone korekce korekce lichoběžníkového obrazu 13
3.6.2. Chromatická aberace Další častou vadou je již zmíněná chromatická aberace. Ta se projevuje obdobně, jako v předchozím bodě zmíněná sférická aberace, jen s tím rozdílem, že se paprsky nelámou různě podle vzdálenosti od optické osy, ale podle vlnové délky daného paprsku. To znamená, že krátkovlnné paprsky se lámou více, než dlouhovlnné (Obr. 4). Na obrázku 5 je vidět náprava další čočkou. Obr. 4 Chromatická aberace Obr. 5 Náprava chromatické aberace 3.6.3. Další parametry Dále se u objektivů sleduje průměr objektivu, ohnisková vzdálenost (f) a úhel pohledu (FOV), který určuje maximální velikost promítané předlohy, na kterou jde zaostřit. Tento úhel závisí na průměru objektivu. 3.7. Chlazení Chlazení je u projektoru tohoto typu velmi důležité, poněvadž v domácích podmínkách není možné dosáhnout takové účinnosti, jako u běžně prodávaných komerčních projektorů. Jak již bylo uvedeno výše, na LCD displeji se zadrží kolem 70% světla a to se přemění na teplo. Proto je displej nejvíce chlazenou součástí. 3.8. Skř íň projektoru Všechny uvedené součásti musí být osazeny do vhodné skříně, aby při provozu nedošlo k jejich poškození, ani poškození okolí projektoru například požárem od nevhodně kryté výbojky a podobně. Ve skříni jsou využity kovové a dřevotřískové součásti, vlastní skříň je dřevotřísková s nažehlenými hranami. Celá skříň je navržena modulárně, aby bylo možně v budoucnosti vyměnit jakoukoliv součást za vynaložení minimálního úsilí. 14
4. Stavba projektoru Jak již bylo v předchozím bodě uvedeno, všechny součásti jsou osazeny modulárně, to znamená, že každá součást má svou vlastní desku uchycenou na čtyřech půl metru vysokých závitových tyčích umístěných v rozích modulů. 4.1. LCD displej Mnou použitý LCD displej je 14 Keymat 711A. Displej má jediný vstup a to analogový D SUB. Displej je uchycený v dřevotřískové desce se sololitovým držákem řadiče, A/D převodníku a ovládacího panelu displeje (Obr. 6). Obr. 6 Modul LCD displeje 15
4.2. Výbojka a př íslušenství k ní Na stavbu tohoto projektoru, respektive modulu osvětlení, je použita výbojka OSRAM Powerstar HQI TS 400W/D, tlumivka Vossloh Schwabe NaHJ 400.006 a zapalovač Vossloh Schwabe Z400 MK. Výbojka je osazena v keramických paticích spolu s kulovým reflektorem a tepelně odolným sklem v horkovzdušném tunelu použitém z Meotaru 2A. Úpravy spočívaly ve vyřezání děr pro výbojku, neboť ta je širší, než tunel, zavření zadní stěny a vyvedení výfuku trubkou do L. Tento výfuk končí v otvoru v zadní stěně projektoru. Jelikož byl horkovzdušný tunel již vybaven ventilátorem na síťové napětí o průměru 12 cm, který byl ale hlučný, použil jsem stejně velkou tišší variantu na 12V. Na následujících obrázcích je výbojka s příslušenstvím (Obr. 7), schéma zapojení výbojky (Obr. 8) a horkovzdušný tunel (Obr. 9). 2 4 1 3 Obr. 7 Výbojka a příslušenství 1 2 3 4 Výbojka OSRAM Powerstar HQI TS 400W/D Tlumivka Vossloh Schwabe NaHJ 400.006 Zapalovač Vossloh Schwabe Z400 MK Patice typu FC2 16
Zapalovač byl zvolen tak, aby zapadal 230V do sady produktů firmy Vossloh Schwabe, ~ čímž je zajištěna kompatabilita součástí. Kondenzátor Tlumivka Zapalovač 5 kv Obr. 8 Zapojení výbojky Obr. 9 Horkovzdušný tunel Jelikož výrobce udává, že výbojka podává vyšší světelný tok na tlumivce pro sodíkové výbojky, použil jsem ji. Zde je tabulka parametrů výbojky za užití této tlumivky: Proud procházející výbojkou Spotřeba Chromatičnost světla Světelný tok Světelný výkon Svítivost Index Ra Skupina barevnosti 4,1 A 440 W 5 200 K 37 000 lm 90 lm/w 1 400 cd/cm2 90 1A 17
4.3. Kulový reflektor Sférický reflektor je uzavřen spolu s výbojkou v horkovzdušném tunelu. Jak již bylo uvedeno v bodě 3.3., použil jsem jako reflektor nerezovou naběračku, která je vyrobena z poměrně silného nerezového plechu. Tento reflektor je uchycený šroubem k desce, na které je horkovzdušný tunel, výbojka a zapalovač (Obr. 10). Obr. 10 Modul osvětlení 4.4. IR filtrační sklo Jako IR filtrační sklo je použito originální sklo z Meotaru, které ale pravděpodobně není IR filtrační, neboť propouští velké množství tepelného záření. Na internetu jde sehnat i přímo IR filtrační sklo, ale to nemá potřebné rozměry. V nejbližší době plánuji nechat to současné pokovit. 18
4.5. Fresnelovy čočky Fresnelovy čočky jsou použité ze zpětného projektoru Meotar. Jejich ohniskové vzdálenosti jsou 220 a 330 mm. Jsou k sobě svařené, pravděpodobně již od výroby. Tento sendvič má též svůj vlastní modul (Obr. 11). Obr. 11 Modul fresnelových čoček 19
4.6. Objektiv Objektiv (Obr. 12) je doublet použitý z Epirexu včetně optického zrcadla, které svými rozměry přesně sedí k použitému LCD displeji. Jelikož objektiv má ohniskovou vzdálenost 415 mm, musel jsem dát zdroj světla blíže první fresnelově čočce, aby byl celý obraz správně prosvětlený. Čočky v objektivu mají průměr 12 cm. Obr. 12 Objektiv 4.7. Chlazení Na chlazení projektoru je použito celkem 8 ventilátorů, z toho jeden je integrovaný ve zdroji, který mimo vlastního zdroje, který se téměř nezahřívá, chladí i tlumivku. Největší ventilátor, s průměrem 12 cm, je použit na chlazení výbojky. Displej je chlazen celkem třemi ventilátory, 2 na něj foukají z vrchu a jeden tlačí chladný vzduch mezi LCD displej a dvojici fresnelových čoček. Na nasávání je použit mimo třech šesticentimetrových kruhových otvorů ve dně pouze jeden ventilátor pod objektivem. Ten ochlazuje vrchní část projektoru a dodává chladný vzduch ventilátorům, které chladí displej. Poslední dva ventilátory jsou použity vzadu na vrchu pro odsávání horkého vzduchu ze skříně projektoru. Jelikož jsou v projektoru použity pouze tiché nízkootáčkové ventilátory, je celý projektor tichý. 20
4.8. Skř íň projektoru Skříň je vyrobená z 18 mm dřevotřískových desek a jak již bylo napsáno dříve, osazení komponent je vyřešeno modulárně, a to proto, aby bylo možné v budoucnu vyměnit jakoukoliv komponentu za novější, nebo lepší (např. LCD displej). Pokud bychom se podívali odspodu, co všechno obsahuje, na samém dně je zdroj pro ventilátory a tlumivka, nad zdrojem je deska s horkovzdušným tunelem s výbojkou, nad touto deskou jsou obě fresnelovy čočky a nad nimi LCD displej. Objektiv je přichycen přímo na přední desku. V budoucnosti plánuji osadit tento projektor vlastním HTPC (Home Theatre Personal Computer), který bude umět používat softwarovou keystone korekci, případně rozdělit fresnelovy čočky a změnit trochu vnitřní uspořádání. To současné v měřítku 1:5 najdete na straně 8. 5. Zapojení projektoru Zapojení tohoto projektoru je poměrně jednoduché. Na vstupu jsou pouze dva kabely napájení a obraz. Uvnitř projektoru je napájení rozděleno pro jednotlivé komponenty a to tak, že pokud není zapnuté chlazení, nejde rozsvítit výbojka. Je to jeden z prvků bezpečnosti projektoru. Displej se zapíná nezávisle na chlazení i výbojce. Více napoví následující diagram (Obr. 13). Obraz Napájení 1 0 LCD displej 1 0 Zdroj pro ventilátory Ventilátory 1 0 Výbojka Monitorovací panel Ventilátor výbojky Čidla teploty Obr. 13 Diagram zapojení projektoru 21
5.1. Ovládací panel Ovládací panel je na pravém dolním boku projektoru a jsou na něm vypínače pro chlazení, výbojku a LCD displej, vstup analogového signálu D SUB, monitorovací panel, zdířka pro připojení napájecího kabelu a hlavní pojistka. 5.1.1. Monitorovací panel Monitorovací panel Eurocase funguje jako jeden z bezpečnostních prvků, protože hlídá, zda se točí ventilátor u výbojky. Pokud by došlo k jeho poruše, začal by vydávat poměrně silný nepříjemný pískavý zvuk. Dále zobrazuje 3 teploty s přesností na 0,1 C, mezi teplotami se přepíná tlačítkem MODE. Panel dále umožňuje výběr mezi C a F. Jelikož je to ale monitorovací panel pro PC, jsou čidla označena jako CPU, VGA a HDD. Čidlo CPU je vsunuto mezi modul s fresnelovými čočkami a modul LCD displeje. Další čidla jsou umístěna na dně a na modulu výbojky. 5.2. Bezpečnostní zapojení výbojky Jelikož je výbojka velikým producentem tepla uvnitř projektoru, je nutné její chlazení a chlazení dalších komponent. Ventilátor, který chladí výbojku je napojen a monitorován. Další ochrana je, že pokud by selhal zdroj pro ventilátory, vypne relé výbojku. V budoucnosti počítám zapojení termostatu. Bohužel v současné době není možné, aby monitorovací panel při zastavení hlavního ventilátoru okamžitě vypnul výbojku. 5.3. Spínaný zdroj a chlazení Na napájení ventilátorů a monitorovacího panelu používám spínaný AT zdroj. Tento zdroj je schopen dodávat výkon až 200W, já využívám cca 15W. S přechodem a integrací HTPC použiji ATX zdroj a dochlazování. 22
6. Popis ovládání projektoru Projektor se uvede do chodu sepnutím červeného vypínače. Tím se aktivuje chlazení. Sepnutím oranžového vypínače aktivujeme výbojku. Kdykoliv můžeme zeleným vypínačem zapnout nebo vypnout LCD displej. Ten jde ovládat nezávisle na předchozích dvou vypínačích. Všechny vypínače signalizují svou funkci rozsvícením kontrolky příslušné barvy. Výbojka se nezapne, dokud není zapnuté chlazení, což do jisté míry zabezpečuje nechtěné zapomenutí nezapnutí zdroje pro ventilátory. 7. Technické parametry Výbojka OSRAM Powerstar HQI TS 400W/D Tlumivka Vossloh Schwabe NaHJ 400.006 Zapalovač Vossloh Schwabe Z400 MK AT zdroj 200W Fresnelovy čočky 220 a 330 LCD displej Keymat 711A Objektiv Epirex 3,6 / 415 ventilátory Xilence (2x 80 mm, 2x 92 mm, 1x 120 mm), Akasa (1x 80 mm) a 2 neznámého výrobce (60 a 80 mm) Spotřeba celého projektoru se pohybuje někde kolem 450 W. 8. Plány do budoucna Poněvadž tento projektor původně neměl být jako SOČ, nespěchal jsem s jeho stavbou. To se razantně změnilo v okamžiku, kdy mi kamarádi řekli, že stavbu mám zdokumentovat a sepsat jako SOČ. To bylo někdy v půlce února. Do konce měsíce jsem měl hotovou skříň a postupně jsem celý projektor složil dovnitř. Protože je ale stavba jako taková běh na dlouhou trať, není ani teď projektor zcela kompletní. Přemýšlím, jak udělat dochlazování a další bezpečnostní prvky. Též plánuji vyzkoušet 150W keramickou výbojku, která by, pokud by se dala použít, výrazně snížila spotřebu a přiblížila tak tento projektor komerčním produktům. 23
9. Závěr Při dílčím i finálním promítání jsem ověřil, že projektor funguje správně a podle mých představ. Kvalita obrazu je na slušné úrovni a srovnatelná s komerčně vyráběnými projektory. V průběhu stavby jsem si ověřil v praxi optické zákony a zapojení elektronického zařízení tohoto typu. Výsledkem mé práce je plně funkční projektor o rozlišení 1024 x 768 px schopný promítat obraz na libovolnou projekční plochu, a to ve vzdálenosti od 2 metrů. 10. Informační zdroje Přímo k této tématice mi není známa žádná česky psaná kniha, a proto jsem použil internetové diskuze a servery zaobírající se DIY tématikou. České fórum o DIY projektorech http://dvlachy.ic.cz/phpbb2/ Anglické fórum o DIY projektorech http://lumenlab.com/forums/ Fórum PC Tunningu http://forum.pctuning.cz 24
1. Fotodokumentace Obr. 14 Projektor zepředu Obr. 15 Projektor zezadu 25
Obr. 16 Ovládací panel Obr. 17 Ventilátory pro výfuk horkého vzduchu 26
Obr. 18 Kolečka Obr. 19 Detail pixelů 27
Obr. 20 Zkušební obrazec Obr. 21 Zkušební fotografie 28
2. Rozpočet a finance Výbojka + příslušenství LCD displej Ventilátory Ovládací panel Spojovací materiál, závitové tyče, Poštovné za komponenty Materiál, fresnelovy čočky a objektiv Celkem 1500 Kč 500 Kč 500 Kč 700 Kč 100 Kč 600 Kč zdarma odpad cca 3900 Kč 29