TSanyi írta: ↑2023.03.01., szer. 22:11
... Lassan összeáll a tökéletes projector! ...
Kedvesek vagytok, köszönöm, az Apaci72 Úr által kreált kép is nagyon tetszik ... de a valóságban ez csak "játék". Semmi olyat nem találtam ki/fel, ami ne lenne már évek óta közismert a projektorokat tervező mérnökök számára, tehát levédetni sem lehet semmit. Ha valamit is hozzátettem ezekhez a dolgokhoz az elmúlt években, az csak a pedagógiai vonal, azaz hogy népszerűsítettem a (hitem és az optika általam ismert törvényei szerint) legjobb projektorokat.
Viszont szerintem vicces dolog a fizika/optika törvényei alapján számításokat végezni, majd a való életben észrevenni, hogy ezek a dolgok tényleg működnek. Pl. egy ideje mondogatom, hogy a tüköralagút nem a legjobb megoldás ha a fényt kell összegyűjteni és/vagy homogenizálni, mivel a (hagyományos) tükör minden visszaveréskor elnyel valamennyi fényt, aminek melegedés és a fényerő csökkenése a következményei. Vagy legalábbis ezt mondja az elmélet.
Építettem hát egy provizórikus, lencsékkel működő rendszert a zöld LED számára (a tesztgépben az a leggyengébb). A lencsék más gépekből származtak, de szerencsére találtam egy olyan kombinációt, ami a LED felületét kb. akkora méretre képezte le, amekkora a LED-ek előtt levő tüköralagutak mérete. A fény homogenizálásának feladatától most "eltekintettem", ami nyilván nem korrekt műszakilag, mivel a tesztelt LED (aktívan hagyott) világító felülete két részből állt, közöttük fekete elválasztó vonallal. Ha ennek a képét egyszerűen rávetítjük a DMD felületére, látszani fog a kép közepén a függőleges fekete csík ... de erre kitaláltam egy egyszerű megoldást: a LED nem pontosan a lencsék fókuszsíkjában volt. Magyarul a LED képe rendkívül "homályosan" lett a DMD felületére leképezve, így várhatóan nem nagyon látszik majd az elválasztó vonal. Persze így a LED szélei sem élesek, azaz a kép peremén sötétedés lesz, mert a fény egy része kikerül a DMD felületéről ... de hát egy "deszkamodell" esetén ezekkel nem törődünk.
Teljes meglepetésemre a dolog a gyakorlatban is működött. Persze a képen látszott körben a magenta elszíneződés (a DMD felületén kívülre került zöld fény itt hiányzott a képből) és középen a LED chip-ek osztásvonala is felfedezhető volt a képfelületen, de a dolog alapvetően mégis működött.
A tesztelt zöld LED a gép eredeti, "őskori" (legalább 9 éves), 6 chip-es LED-jéből 2db chip volt (a másik 4 chip kábelét elvágtam). Ez a LED ma már semmire sem jó, gondoltam ha valami rosszul sül el, inkább ez menjen tönkre, mint a modern LED-ek. Ennek a LED-nek viszont komoly előnye, hogy a 2 chip együtt közel olyan formájú, mint a DMD, így a fényfoltja szépen illeszkedik a DMD-re.
Még sosem láttam arra példát, hogy ezek a gépek a gyári LED-ekkel 400 lumen-nél nagyobb fényerőt produkáltak volna (és ekkor mind a 6db chip világított a zöld LED-en). A 2 chip-re "butított" zöld LED-del a fényerő kb. 250 lumen volt, de már egy picit módosított tüköralagúttal, ami valamivel javította a fényhasznosítást. Érdekesség, hogy a LED ezekben a gépekben nem megy tönkre attól, hogy elvágdossuk a chip-ek kábelét, mert a LED-vezérlő tápfeszültsége csak egy picivel magasabb a szükséges minimumnál. Ha megszakítjuk a LED chip-ek egy részének az áramellátását, a maradék szépen tovább működik, nem lesznek azok sem túlterhelve, csak enyhén nő a rajtuk (egyenként) átfolyó áram. A magasabb áramhoz szükséges magasabb nyitófeszültséget a LED-vezérlő nem képes produkálni, ez a limitált feszültség pedig azt biztosítja, hogy egy-egy LED chip esetleges hibája sem okoz nagyobb problémát a gép működésében, csak a fényerő csökken valamennyit. Csodálatos, hol tart már a tudomány... :-)
A kísérlet célja az volt, hogy lássuk: mennyit javul a fényerő ha lencséket használunk a LED fényének "kezelésére" tüköralagút helyett. Az eredmény siker: kb. 90%-kal nőtt a mért fényerő. Ezt a kép közepén próbáltam mérni, ahol a zöld fény intenzitása valamivel kisebb volt (a LED chip-ek osztásvonala miatt). Többször is megmértem, mert először nem akartam hinni a műszernek, de az mindig ugyanazt mutatta.
Gondolhatjuk, hogy ez túl szép ahhoz, hogy igaz legyen ... de ez nem igaz. Most kell visszagondolni az eddigi ismeretekre:
Ezeknek a gépeknek a maximális elméleti fényhasznosítása 58% volt. A most tesztelt LED-felület mérete csupán HARMADA az eredetinek, ez a méret "könnyedén" 100% ELMÉLETI fényhasznosítást tesz lehetővé.
Ha tehát a LED fényét a most használt lencsék 100%-ban össze tudják gyűjteni (ez persze a gyakorlatban nem lehetséges, de közelíteni azért lehet) akkor pusztán ez már elégséges 100/58 azaz 1,72x-es fényerőhöz, ami magyarul 72% javulás. Ezzel a mért 90% nagyobb részét már meg is magyaráztuk.
A maradék különbség 1-2db tükörfelületről történő visszaverődés vesztesége. Ebben sincs semmi varázslat.
A koncepció tehát működik, a kisebb LED felület előnyei (jobb fényhasznosítás, jobb kontraszt) valóban kihasználhatóak lencsék segítségével, optikailag ez már megoldott feladat. A fény homogenizálására használhatunk egy üvegtestet, ez nem okoz lényeges veszteséget, csak meg kell tervezni és le kell gyártani.
Viszont a most tesztelt rendszer lényegében levegőben lógó optikai alkatrészek halmaza volt. Ezt rendesen meg kell építeni mechanikailag: meg kell tervezni és 3D nyomtatóval le kell gyártani a szükséges alkatrészeket, megoldani a rögzítésüket a gépben, hűteni kell őket, biztosítani kell az optikai alkatrészek mechanikai beállításának lehetőségét, stb.
A lencsés rendszer méret szempontjából hosszabb, mint az eredeti kis tüköralagutak. A vörös LED mögött nem igazán van hely a gépben ahhoz, hogy ezt a LED-et ennyivel "hátrébb" mozgassuk a saját optikai tengelye mentén. A kék LED esetén pedig ezt a LED vezérlő tápegysége teszi kb. lehetetlenné. Viszont elvben ezek a LED-ek működhetnek úgy, hogy jól méretezett üvegtestre cseréljük az előttük levő tüköralagutakat. Ezzel a megoldással optikailag megközelíthetjük a lencsés rendszer hatékonyságát mind Etendue, mint fényhasznosítás szempontjából, de még kérdés, hogy az üvegtestek vékonyka belépő oldala mennyire melegszik majd fel működés közben ... illetve hogy ez hogyan hat majd vissza a LED-re. Ezek a LED-ek elvben hátulról hatékonyan hűthetőek, a LED test jobb termikus csatolásával (pl. folyékony fémet tartalmazó hűtőpaszta alkalmazásával) ennek a megoldásnak elvben működnie kellene, de ezt még tesztelni kell a gyakorlatban. Ha itt gond adódik, akkor kompletten ki kell szedni a LED-blokkot a gépből és mindhárom LED elé lencséket tenni, de akkor a gép kívülről nem nagyon fog hasonlítani az eredeti önmagára ... úgyhogy remélem erre nem lesz szükség.
Ezt a (2014-ben gyártott zöld LED-el mért) kb. 500 lumen fényerőt már összehasonlíthatjuk más, hasonló LED-eket használó, de profik által tervezett, gyári gépek (műszerrel mért) fényerejével. Na, ez majd lefagyasztja a mosolyt az arcunkról...
A 2015-ben debütált LG PF1500 egy helyes kis 1080p projektor, ami ezeknek a LED-eknek a csupán egyetlen generációval újabb (és kisebb testű) változatát használja. Azt a gépet 760 lumen-re mérték egy tesztben, kalibrálás után, a legfényesebb módban. Namost sajnos ez sokkal nagyobb különbség, mint amennyinek így leírva látszik, mivel abban a gépben 0,47"-es kis DMD "makett" van. Számításaim szerint az elméleti maximális fényhasznosítása maximum kb. 66%. Az LG fényességét tehát kb. 1,5x-ös szorzás után kellene összehasonlítani az én gépemmel. 760lumen*1,5 az ... izé ... 1140. Mondhatjuk, hogy SOKKAL több, mint a nálam mért érték. Ez picit elkeserítő lenne, ha nem vennénk figyelembe, hogy:
Nem tudjuk, mennyi áram folyt át nálam a LED chip-eken. A gép eredetileg 5A-re állítja őket darabonként, de a 4 chip kikapcsolása utáni érték ismeretlen. Mivel a fényességük nem nőtt sokat, valószínűleg még így is jóval alatta voltak a gyárilag definiált 8A-nek. Márpedig az LG biztosan maximumon hajtja őket (vagy talán felette) amikor a legfényesebb módba kapcsolják.
A másik megoldás, amivel a fényerő növelhető, hogy hosszabb ideig égetjük a gyengébb LED-et, így kompenzálva a kisebb fényerejét. A világítási időket a fényerők arányában elosztva kapjuk a legnagyobb fényességet a vásznon ... de egy DLP gépben a (színcsatornánként) megjeleníthető bit-mélység is az időtől függ. Ha valamelyik szín kevesebb időt kap, akkor abban a színben poszterizálás jelenik meg a képen. A világítási időkkel tehát csak akkor szabad "játszani", ha a nagyobb fényerő érdekében megengedhető a képminőség romlása. Ehhez a kérdéshez nyilván másképp áll az LG, mint pl. a PD/Barco ... :-)
Az LG gép DMD-je 17 fok billenési szögű mikrotükröket használ, ezért elvben nem 2x12, hanem 1x17 fokos kúpszögben érkező fényt tud hasznosítani. Ha ezt kihasználták az LG mérnökei, akkor a fényhasznosítás lehet jobb a fent említett 66%-nál (a kontraszt meg borzalmas). Az LG lencséjéről azonban nem tudok információt szerezni. Szerintem ha magát a gyárat kérdeznénk meg, hogy "F per hányas" a lencse, akkor is csak néznének, mint aki nem látott még hülyét. :-)
Az LG-ben (szerintem) nincsenek síktükrök. A Barco-ban kettő is van, HA ezek hagyományos tükrök, akkor ez is eredményez fénycsökkenést. De mivel itt előre tudható a fény beesési szöge, elég fura lenne ha nem valami dielektrikus bevonatú tükröket használtak volna ... szóval remélhetőleg ez csak pici különbség a gyakorlatban.
Az LG optikája borzalmasan primitív, mind a megvilágításban, mint a vetítő lencsében kb. fele annyi lencsetag van, mint egy Barco-ban. A kevesebb tag kevesebb optikai felületet, azaz kevesebb fényveszteséget is jelent egyben ... de hát az LG-ben nincs rendes zoom, lens shift, stb. A lens shift-hez TIR prizma kell, ami nyilván szintén fényt veszít, tudtommal tipikusan 8% körül, de hát enélkül meg nehéz egy gépet elhelyezni egy házimoziban. Mindent összevetve szerintem egy 15-20% fényveszteséget a Barco-ban simán a bonyolultabb (telecentrikus) optikai rendszer és a TIR prizma számlájára írhatunk, de hát ez az ára a plusz szolgáltatások meglétének. Valamit valamiért.
Az LG esetén nem tudni, hogy tisztán RGB módban vetít-e a mért üzemmódban, vagy esetleg utánozza a fényesebb színkerekeket, azaz egyszerre kapcsol be több LED-et (másodlagos alapszíneket is vetítve, de ad absurdum mindhárom LED-et is bekapcsolhatja egyszerre, a színkerekek "fehér" szegmensét utánozandó). Ha egyszerre több LED is áram alatt van, az drasztikus fényerő-növekedést jelent.
Akkor most összegezzük a fentieket:
- az FL35 "Graphics" módba kapcsolva 30% plusz fényerőt kap, ami azonnal kb. 650 lumen
- a bonyolultabb optikai rendszer nélkül lenne (650/0,8) azaz kb. 810 lumen a fényerő
- ha nálam 6A folyt át egyenként a LED chip-eken, akkor ezt a maximális 8A-re növelve kapnánk vagy 25% plusz fényerőt (nem teljesen lineáris a kapcsolat) ami lenne kb. 812*1,25 azaz 1015 lumen
- a maradék kb. 10% különbség simán magyarázható a LED-ek világítási idejének az optimalizálásával (a színenkénti bit-mélység rovására az LG-ben).
Ja, a műszaki korrektség kedvéért megemlítendő, hogy TALÁN a kis LG pici mikrotükrei gyorsabban tudnak billegni és az őket "billegtető" áramkörök is valószínűleg sokkal gyorsabbak (de hogy modernebbek, az biztos) így ott a rövidebb idő is elégséges lehet alapszínenként ugyanannyi bit megjelenítésére a vásznon.
A fentiek alapján a "kevesebb, mint fele" fényerő igazából kb. ugyanannyi lenne, ha hajlandóak lennénk megkötni azokat a kompromisszumokat, amelyeket az LG gép megköt a fényesség növelésére. De NEM vagyunk hajlandóak!
Tisztán RGB színekkel vetítve sokkal jobb a kép, ezért én maradok a "VizSim" módnál. A "mindent tudó" optikai rendszer is (szerintem) megéri a fényveszteséget, tehát azt sem cserélném be plusz fényerőre, akkor sem, ha tehetném. Főleg mivel telecentrikus optika nélkül az íriszek "szűkítgetése" sem lenne könnyen megoldható, tehát nem tudnánk a kontrasztot javítani, hiába kicsi a modern LED-ek felülete.
Viszont a végleges megoldásban nyilván maximum közelében lesznek hajtva a LED-ek, meg hát azok sokkal modernebbek is lesznek, azaz ugyanannyi áramból több fényt termelnek majd.
Sajnos nehéz pontosan megmondani, hogy a most kipróbált, korabeli zöld LED (2 chip-je) pontosan milyen fényes a modern LED-ekhez képest. A korabeli specifikációk minimum értékével számolva kb. 3400 lumen fényt kellene nekik termelni, maximumon. Az ugyanekkora méretű, de modern LED-ek esetén ez az érték 7000 lumen, tehát HA a fényességek aránya valóban ennyi (ami valószínűtlen, mert ezek csak a minimális fényességek a speckóban, a valóság mindig más) akkor a modern változat dupla, azaz kb. 1000 lumen fényességet produkálna. Ez már nagyon hasonló az LG elméleti értékéhez, de közben megmaradt a fejlett optikai rendszer, a tisztán RGB színek, stb.
Az én LED-jeim azonban ennél picit nagyobbak, de csak picivel, így a fényhasznosítás gyakorlatilag azonos lehet. Ezek zöld változata elvben 9000 lumen-t kellene, hogy produkáljon az optikai rendszer bemenetén, ami elméletileg 1280 lumen fényáramot jelentene a vászon irányában. Feltéve persze, hogy a vörös LED is képes az ehhez szükséges fény megtermelésére, de szerintem az menni fog, csak jól kell hűteni szegénykét. A kék LED fényes, mint az ökör, azzal biztosan nem lesz gond.
Ha a valóság végül akár csak köszönő viszonban is lesz a fenti fényességekkel, akkor kb. értelmetlen lesz a nagyobb LED-ek használata, kivéve ha valakinek az átlagnál nagyobb fényességre van szüksége (pl. nagy vászon, kertmozi). Az enyémnél 1 mérettel nagyobb, 4 chip-es LED-ek használatával az elméleti fényerő 1800 lumen környéke lenne, de ahhoz már át kell alakítani a gép elektronikáját is, ami plusz macera. Mivel azok felülete már lényegesen nagyobb, a fényhasznosítás nem lesz ugyanolyan (legfeljebb 90% körül, ami azért még mindig elég jó) de csak maximumra nyitott íriszekkel lehetne kihasználni a plusz fényességet (szűkített íriszekkel a plusz fény egyszerűen fennakadna azokon és csak az áramot ennék jobban a nagyobb LED-ek de nem lenne fényesebb a kép a vásznon). Személy szerint én ennek sok értelmét nem látnám, kivéve a kertmozi esetét. De hát ízlések és pofonok...
A következő lépés, hogy egy olyan gépbe építem be (ideiglenesen) a jelen optikai rendszert, amiben a másik két LED is relatíve fényes. Ezúttal már egy modern zöld LED lesz a lencsék mögött és a fény homogenizálását is megcsinálom, első körben egy rövidke kis tüköralagúttal (mivel azt gyorsan tudok otthon építeni). Ha ez rövid, csak kevés alkalommal verődik majd vissza a falán a fény, így a veszteség is pici lesz. Viszont remélhetőleg a kép sem lesz úgy elszíneződve helyenként, ahogy az első próba alkalmával volt, tehát várhatóan ennek már egy élvezhető kép lesz az eredménye. A végleges megoldás nyilván egy üvegtest, azonban nem tudom, hogy ennek milyen hosszúnak kell lenni ahhoz, hogy a kép tökéletes legyen, ennek kitesztelésére a tüköralagút is jó megoldás.
Ha ez is működik, akkor jöhet a kék- és vörös LED-ek elé az üvegtestek gyártása és tesztelése. És ha az is működik, akkor nagy vigyor lesz az arcomon... :-)
Meglátjuk...
GyP
Akár a moziszobás vagy hangsugárzós topikban, hogy itt le negyen off. 
