Technologie w projektorach

Obecnie produkuje się projektory biurowe i domowe w aż czterech technologiach, przy czym tylko dwie z nich można uznać za masowo stosowane - LCD i DLP. Nie oznacza to jednak, że projektory CRT i LCOS wyszły już z użycia, bo mimo że są to urządzenia niszowe, w określonych zastosowaniach znakomicie się sprawdzają. Warto zatem wiedzieć, na jakich zasadach opierają się poszczególne rozwiązania i jakie mają wady oraz zalety.

Obecnie produkuje się projektory biurowe i domowe w aż czterech technologiach, przy czym tylko dwie z nich można uznać za masowo stosowane - LCD i DLP. Nie oznacza to jednak, że projektory CRT i LCOS wyszły już z użycia, bo mimo że są to urządzenia niszowe, w określonych zastosowaniach znakomicie się sprawdzają. Warto zatem wiedzieć, na jakich zasadach opierają się poszczególne rozwiązania i jakie mają wady oraz zalety.

Projektory LCD

Projektory przybierają najróżniejsze formy. Na zdjęciu bardzo wąski, kinowy NEC HT410, wyposażony w panoramiczny przetwornik DLP.

Projektory przybierają najróżniejsze formy. Na zdjęciu bardzo wąski, kinowy NEC HT410, wyposażony w panoramiczny przetwornik DLP.

Urządzenia wykonane w technologii LCD tworzą obraz za pomocą trzech ciekłokrystalicznych matryc LCD. Dawniej stosowano także rozwiązania z pojedynczym panelem ciekłokrystalicznym, jednak obecnie standardem stały się konstrukcje trójpanelowe. Matryce oświetla pojedyncza lampa o dużej mocy. Następnie serie wielobarwnych odbić świetlnych zostają przepuszczone przez filtry, a biały promień lampy zamienia je na strumienie świetlne, odwzorowujące trzy podstawowe barwy - czerwoną, zieloną oraz niebieską. Każdy z tych strumieni nakierowany jest na jeden z paneli ciekłokrystalicznych. Obrazy z poszczególnych paneli LCD są następnie nakładane na siebie i przepuszczane przez obiektyw. W ten sposób sygnał ze źródła (komputer, DVD itp.), po odpowiedniej obróbce, zostaje wyświetlony na ekranie ustawionym przed projektorem. W wypadku technologii LCD kluczowe znaczenie dla jakości generowanego obrazu ma zastosowanie wysokiej jakości matryc LCD. W tej technologii, tak jak przy wyborze monitorów LCD, należy sprawdzić, czy panele nie mają martwych pikseli. Największym, właściwie "samotnym graczem" na rynku matryc LCD do projektorów jest obecnie koncern Seiko-Epson. Dostarcza je do ponad 90 procent produkowanych na świecie projektorów LCD, w związku z tym od wiedzy i inwencji inżynierów japońskiej firmy w dużym stopniu zależy rozwój technologii ciekłokrystalicznej w projektorach. Obecnie najlepsze projektory wyposażane są w czwartą (D4) lub piątą (D5) generację matryc. Różnią się one od poprzedniczek przede wszystkim większą trwałością (przez matrycę przepuszczane są silne, skupione strumienie światła, więc pracuje w bardzo trudnych warunkach), wyższą rozdzielczością oraz wyższym współczynnikiem kontrastu. Lepsza rozdzielczość i kontrast mają związek z innowacjami wprowadzanymi w każdej generacji paneli - zmniejszaniem połączeń między powierzchnią odwzorowującą poszczególne piksele. W efekcie uzyskujemy obraz o większej spójności, w wysokiej rozdzielczości tak jednolity, że nie odbiega od generowanego przez projektory DLP. Do niedawna właśnie ta cecha była istotną zaletą urządzeń DLP. Podobnie jest dzisiaj, ale dotyczy to wyłącznie urządzeń o rozdzielczości poniżej 1024x768 pikseli. Projektory LCD o rozdzielczości pionowej powyżej 1200, 1300 pikseli generują obraz doskonale skoncentrowany, jednolity. Oczywiście mniejsze odległości pomiędzy pikselami matrycy to także wyższy kontrast oraz większa jasność. W ciągu ubiegłego roku w branży projektorów LCD nastąpił ogromny skok technologiczny. Jeszcze niedawno generowały obraz o współczynniku kontrastu rzędu 400:1, teraz średnia w urządzeniach biurowych sięga 800:1, a modele kinowe, dzięki specjalnej obróbce obrazu, uzyskują kontrast 2000:1 i wyższy.

Schemat działania projektora LCD

Schemat działania projektora LCD

Najnowsze matryce Epsona wykonane są w technologii HTPS TFT (high-temperature polysilicon) i oferują rozdzielczość równie wysoką, jak najnowsze procesory DMD. Jednocalowy miniaturowy panel SXGA+ wyświetla obraz w rozdzielczości 1400x1050 pikseli, a technologia HTPS sprawia, że czas reakcji matrycy jest dużo krótszy niż w starszych generacjach paneli. Najbardziej zaawansowane matryce HDTV piątej generacji oferują pełną rozdzielczość 1080P (1920 x 1080 pikseli), są miniaturowe - mają 0,9-calową przekątną - i w porównaniu do starszej generacji (D4) paneli o tej samej rozdzielczości, lecz większych - z przekątną 1,3-calową - generują obraz o współczynniku kontrastu wyższym o 20 procent.

Projektory DLP

Na schemacie widać, w jaki sposób obraz wyświetlany jest przez projektor wykonany w technologii DLP z trzema przetwornikami DMD.

Na schemacie widać, w jaki sposób obraz wyświetlany jest przez projektor wykonany w technologii DLP z trzema przetwornikami DMD.

Technologia projekcji cyfrowej DLP została opracowana przez inżynierów amerykańskiej firmy Texas Instruments. Do cyfrowej obróbki światła wykorzystywany jest specjalny mikroprocesor. Układ DLP składa się z milionów mikroskopijnych luster (jedno na każdy piksel), które kierując promień światła, przechodzący następnie przez kolorowy układ optyczny, tworzą właściwy obraz. Zwierciadła wykorzystywane w technologii DLP są kwadratami o boku 16 mikronów, a przerwy między nimi mogą wynosić najwyżej mikron. Niezaprzeczalną zaletą stosowania technologii DLP jest możliwość uzyskania obrazu, który wydaje się pozbawiony jakichkolwiek połączeń. Na uzyskanie takiego efektu pozwala niezwykła bliskość względem siebie każdego z aluminiowych mikroluster, których 90 procent powierzchni własnej skutecznie odbija światło w celu wytworzenia obrazu.

Zaawansowane projektory stacjonarne korzystają z trzech układów DMD i wtedy każdy z nich odpowiada za reprodukcję jednego z trzech kolorów podstawowych. To eliminuje potrzebę stosowania kolorowego wirującego koła i oczywiście poprawia jakość obrazu. Niestety, ceny tego typu modeli są kilkakrotnie wyższe niż produktów popularnych, z jednym procesorem DMD - w tym wypadku pełnokolorowy obraz powstaje z wykorzystaniem obrotowego systemu filtrującego. Wejściowy sygnał jest rozkładany na trzy kolory. Dane są następnie przesyłane do pamięci RAM w układzie. Koło o trzech składowych barwach, czerwonej, zielonej, niebieskiej, obraca się z częstotliwością 60 Hz, wytwarzając 180 kolorowych pól na minutę. Sygnał wideo jest skorelowany z danymi w pamięci RAM układu DMD, co powoduje odpowiednie zmiany położenia luster (wychylenie do 12 stopni). Odbity obraz przechodzi następnie przez układ optyczny. Dzięki dużej częstotliwości oko ludzkie integruje wszystkie trzy podstawowe barwy i widzimy pełnokolorowy obraz.

DLP kolejnej generacji, czyli sekwencyjne koło barwne i dynamiczne filtrowanie

Prototypowe koło filtrujące SCR. Różnice w porównaniu do tradycyjnych kół barwnych widać już na pierwszy rzut oka - paski kolorów ułożone są na wzór spirali Archimedesa.

Prototypowe koło filtrujące SCR. Różnice w porównaniu do tradycyjnych kół barwnych widać już na pierwszy rzut oka - paski kolorów ułożone są na wzór spirali Archimedesa.

Obecne metody uzyskiwania pełnej palety barw w obrazie generowanym przez projektor to techniki rozdzielania światła na trzy barwy podstawowe i manipulacja tymi składowymi na poziomie modulatora (procesora DMD). Technologia SCR ma pozwolić na uzyskanie takiego samego efektu finalnego, ale bez konieczności użycia ruchomych elementów - z wyjątkiem koła kolorów. Rezultatem ma być obraz o jakości spotykanej dzisiaj w bardzo drogich projektorach, wyposażonych w trzy przetworniki DLP i pozbawionych filtrującego koła. Opracowanie projektora pracującego w takiej technologii jest celem inżynierów Texas Instruments od dłuższego czasu. Obecnie skoncentrowano się na dopracowaniu technologii sekwencyjnego koloru. W metodzie tej szybki procesor DMD tworzy trzy lub więcej obrazów przypadających na każdą klatkę wideo. Są przełączane na tyle szybko, że ludzkie oko odbiera to jako pełnokolorowy obraz. Tę metodę stosuje się w jednoprzetwornikowych projektorach DLP, dostępnych obecnie na rynku.

Jaśniej i bez efektu tęczy

Kolejną metodą uzyskania pełnokolorowego obrazu przy wykorzystaniu tylko jednego modulatora światła jest dopracowywane obecnie w laboratoriach "przewijanie koloru" (color scrolling). Ma ono kilka istotnych zalet. Po pierwsze, wszystkie kolory są przetwarzane przez modulator jednocześnie, co znacznie redukuje "wycieki" światła, występujące przy stosowaniu sekwencyjnego koła. Drugą, najistotniejszą zaletą jest uniknięcie błędów synchronizacji barw, nazywanych efektem tęczy. Zjawisko to spowodowane jest działaniem koła filtrującego, które etapami, bardzo szybko wyświetla różnobarwne obrazy, odbierane następnie przez ludzkie oko jako pełnokolorowe. Niestety metoda ta nie jest doskonała i występujące błędy w synchronizacji składowych obrazu powodują widoczne, męczące dla części odbiorców niezgranie barw.

Koło SCR wykorzystuje liczne powierzchnie optyczne i poruszające się optyczne komponenty operujące zakresem barw modulatora. Mechanicznie jest ono bardzo skomplikowane i w praktyce okazuje się nieco mniej efektywne niż sugerują założenia teoretyczne.

Budowa projektora DLP z kołem SCR

Oferta procesorów DLP.

Oferta procesorów DLP.

Koło SCR ma wzór tzw. spirali Archimedesa. Powinno być tak dopasowane, żeby jedna warstwa RGB pokrywała kolejną sekcję RGB. Koło to porusza się z prawie stałą prędkością, możliwe jest również dodanie do podstawowych barw - czerwonej, zielonej i niebieskiej - białego lub przezroczystego pola, które zwiększy intensywność strumienia światła generowanego przez projektor podczas wyświetlania obrazów o niskim nasyceniu barw.

Spiralny wzór tworzony jest przy użyciu specjalnej techniki fotolitograficznej, która pozwala na zbudowanie bardzo precyzyjnego wzoru trzech powłok dichroicznych (filtr dichroiczny przepuszcza tylko światło określonej barwy). Liczba pasków kolorów RGB określa prędkość, z którą obraca się koło. Koło, które ma wiele zestawów RGB, może obracać się wolniej z zadanym współczynnikiem skanowania, czyli częstotliwością, przy której dany kolor wykonuje pełny ruch na modulatorze. Koło SCR jest tak umieszczone, że refleksywna dichroiczna spirala znajduje się bardzo blisko wyjściowej części integratora.


Zobacz również