technologie projekcyjne

Tekst został opublikowany w oryginale na łamach magazynu PC World Komputer.
tytuł: "Technologie w pigułce"

Dwie dominujące obecnie technologie w projektorach to DLP i LCD. W ciągu ostatniego roku oba rozwiązania niebywale rozwinięto technologicznie i wciąż trudno wskazać wyraźnego lidera. Pojawiły się też pierwsze projektory wykorzystujące diody LED zamiast tradycyjnych lamp.

Z trzech technologii stosowanych obecnie w projektorach biurowych i domowych tylko dwie można uznać za masowo wykorzystywane - LCD i DLP. Obie zażarcie walczą o prymat na rynku, co dla klientów oznacza coroczne obniżki cen i dostęp do coraz doskonalszych produktów. Niektórzy producenci oferują także projektory LCOS (Sony nazywa swoje panele oparte na tym rozwiązaniu SXRD), lecz są to modele niszowe, stosowane głównie w projektorach najwyższej klasy, zarazem najdroższych.

Projektory LCD

 
Budowa projektora LCD.
 
Budowa układów optycznych projektorów LCD opiera się na obrazie tworzonym za pomocą trzech ciekłokrystalicznych matryc LCD. W przeszłości stosowano rozwiązania także z pojedynczym panelem ciekłokrystalicznym, jednak obecnie standardem stały się konstrukcje trójpanelowe. Matryce oświetla jedna lampa o dużej mocy. Następnie serie wielobarwnych odbić świetlnych zostają przepuszczone przez filtry, a oświetlający biały promień lampy zamienia wielobarwne odbicia 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.), poddany odpowiedniej obróbce, zostaje wyświetlony na ekranie ustawionym przed projektorem. W wypadku technologii LCD kluczowe znaczenie dla jakości obrazu ma zastosowanie dobrych matryc LCD. Tak jak przy wyborze monitorów LCD, należy zwrócić uwagę, czy panele LCD nie mają martwych pikseli. Największym, właściwie liderem produkującym matryce LCD do projektorów jest obecnie koncern Seiko-Epson, dostarczający panele do ponad 90 procent projektorów LCD produkowanych na całym świecie. W związku z tym od wiedzy i inwencji inżynierów japońskiej firmy w dużym stopniu zależy rozwój technologii ciekłokrystalicznej do projektorów. Obecnie najlepsze modele wyposażane są w piątą generację matryc. Różnią się od poprzedników, po pierwsze, większą trwałością (przez matrycę przepuszczane są silne, skupione strumienie światła, więc pracuje w skrajnie trudnych warunkach), wyższą rozdzielczością oraz wyższym współczynnikiem kontrastu. Lepsza rozdzielczość i kontrast mają związek z innowacjami wprowadzanymi w każdej kolejnej generacji paneli. Jest to zmniejszanie łączeń pomiędzy pikselami matrycy. Rezultatem jest bardziej spójny obraz, w wysokiej rozdzielczości tak jednolity, że nie odbiega od generowanego przez projektory DLP. Do niedawna właśnie ta cecha była ich istotną zaletą, obecnie jednak dotyczy to wyłącznie urządzeń o niskiej rozdzielczości, poniżej 1024x768 pikseli. Projektory LCD o wysokiej rozdzielczości generują obraz doskonale skoncentrowany, jednolity. Oczywiście mniejsze łączenia między pikselami matrycy to także większy kontrast oraz jasność. W ciągu ubiegłego roku technologia produkcji projektorów LCD bardzo się rozwinęła. Jeszcze niedawno urządzenia te generowały obraz o współczynniku kontrastu rzędu 400:1, a teraz średnia w urządzeniach biurowych sięga 800:1, modele kinowe zaś po zastosowaniu dynamicznych przesłon i nowych matryc osiągają kontrast 7000:1 i wyższy. Najnowsze matryce Epsona wykonane są w technologii HTPS TFT (high-temperature polysilicon) i pozwalają na uzyskanie równie wysokiej rozdzielczości, jak najnowsze procesory DMD. Najbardziej zaawansowane matryce HDTV piątej generacji oferują pełną rozdzielczość 1080P (1920x1080 pikseli), mają miniaturową wielkość, 0,9 cala, i generują obraz o współczynniku kontrastu o 20 procent wyższym niż panele starszej generacji (D4) o tej samej rozdzielczości, lecz większym rozmiarze - 1,3 cala.

Projektory DLP

 
Od lampy po ekran - mechanizm działania projektora DLP z jednym procesorem DMD.
 
Technologię projekcji cyfrowej DLP opracowali inżynierowie amerykańskiej firmy Texas Instruments. Do obróbki cyfrowej światła służy 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 nie mogą liczyć więcej niż mikron. Niezaprzeczalną zaletą technologii DLP jest możliwość uzyskania obrazu, który wydaje się pozbawiony łączeń. Na uzyskanie takiego efektu pozwala niezwykła bliskość 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 poprawia obraz. Niestety, ceny tego typu modeli są kilkakrotnie wyższe niż produktów z jednym procesorem DMD. W najpopularniejszych z nich pełnokolorowy obraz jest tworzony z wykorzystaniem obrotowego systemu filtrującego. Koło o kilku segmentach (w zależności od zaawansowania modelu o 3-7 składowych barwach) obraca się bardzo szybko. Wejściowy sygnał jest rozkładany na trzy kolory. Dane są następnie przesyłane do pamięci RAM w układzie. Wiązka białego światła przechodzi przez obrotowy filtr, a następnie jest odwzorowywana na układzie DMD. Sygnał wideo jest skorelowany z danymi w pamięci RAM układu, co powoduje odpowiednie zmiany położenia luster (wychylenie do 12 stopni). Odbity obraz przechodzi następnie przez układ optyczny. Dzięki dużej częstotliwości odświeżania obrazu oko ludzkie integruje wszystkie trzy podstawowe barwy i widzimy pełnokolorowy obraz. Najprostsze modele projektorów DLP wyposażone są w procesory SVGA - rozdzielczość 800x600 pikseli (proporcje 4:3), natomiast proste projektory kinowe mają przetworniki 480P o rozdzielczości 854x480 pikseli. Bardziej zaawansowane produkty wyposażane są w układy 576P (kontrast jak w układzie DarkChip2), oferujące 576 linii poziomych, 1024 pionowe oraz 720p (1280x720 pikseli) i najnowsze o rozdzielczości 1280x768 pikseli (proporcje 16:10). Z kolei ciekawy procesor SX+ oferuje rewelacyjną rozdzielczość, aż 1400x1050 pikseli. Topowy model 1080P oferuje pełną rozdzielczość, czyli 1920x1080 pikseli.
Najnowszy panel XGA Epsona należący do matryc D5 czyli piątej generacji. Jego zaleta to mniejsze łączenia pikseli, co wpływa na wyższy kontrast i lepszą spójność obrazu.
 

Projektory LCOS

 
Schemat budowy projektora LCOS.
 
Skrót LCOS oznacza Liquid Crystal on Silicon. W porównaniu do technologii LCD i DLP, LCOS można nazwać połączeniem zalet obu pomysłów na generowanie obrazu. Projektory te, podobnie jak LCD opierają się najczęściej na trzech układach reprodukujących trzy podstawowe kolory. Ciekłe kryształy są jednak umieszczone na odbijającej powierzchni luster, a więc jest to technologia odbijająca, a nie przepuszczająca światło. Właściwie ciekłe kryształy również przepuszczają lub odbijają światło, ale nie przechodzi ono przez panel, a odbija się od powierzchni lustra. Układy LCOS oferują bardzo wysoką rozdzielczość - najczęściej SXGA+ 1400x1050 piksele, a obecnie także 1920x1080 pikseli (czyli tzw. pełne HD 1080p). Dzięki temu obraz jest bardzo precyzyjny. Druga zaleta związana jest z minimalnymi przerwami między pikselami. Piksele widoczne na ekranach modeli LCD, a nawet DLP na obrazach z projektorów LCOS praktycznie się nie pojawiają. W dodatku nie trzeba przepuszczać obrazu przez filtr (jak w urządzeniach DLP). Pozwala to uniknąć występującego niekiedy efektu tęczy, który zdaniem części widzów całkowicie dyskwalifikuje modele DLP. Trzecia zaleta to jeszcze większe wygładzenie krawędzi pikseli niż w modelach DLP. W połączeniu z bardzo dobrym odwzorowaniem barw wszystkie te cechy sprawiają, że obraz z projektora LCOS cechuje duża naturalność, a charakter prezentacji zbliżony jest do modeli kinowych. Są to produkty bardzo skomplikowane w produkcji, a co za tym idzie - droższe od konkurencyjnych rozwiązań. Obecnie przetworniki LCOS stosuje się m.in. w projektorach JVC, Canon oraz wzorcowych modelach Sony do kina domowego.

Diody LED

Projektory LED to póki co ciekawostka. Mogą pracować na baterii, a długowieczność diod pozwala oszczędzić na ich wymianie. Wady to niska jasność i przeciętna jakość obrazu.
 
Projektory do kina domowego, z racji swojego przeznaczenia, nie muszą świecić jasno. Dzięki temu mogą lepiej niż modele biurowe odtwarzać barwy, a przede wszystkim dysponują większą gamą odcieni szarości i czerni. Pracują także cicho, bo niewielka jasność to mniejsze nagrzewanie wnętrza projektora, a zatem wolniejsza praca wen-tylatorów. Przenośne projektory biu-rowe, zazwyczaj (pomijając prezentacje wymagające wiernego odtwarza-nia barw), nie są tworzone z myślą o maksymalnej wierności kolorów. Tu liczy się jasność, bo najczęściej projekcja odbywa się w terenie, nierzadko w nasłonecznionych pomieszczeniach. Duża jasność to mocno nagrzewające się lampy i głośniejsze niż w projektorach kinowych układy chłodzenia. Przeciętny czas życia lampy w nowoczesnych projektorach oceniany jest na ok. 2-3 tys. godzin. W tym czasie jej jasność nie powinna spaść w projektorze o więcej niż 50 procent w stosunku do stanu wyjściowego. Lampy są drogie, np. nowa lampa do projektora za 2500 zł może kosztować ok. 1500 zł, co jednak nie powinno odstraszać przeciętnego użytkownika. Żywotność lampy zainstalowanej w projektorze do kina domowego wynosi 3000-5000 godzin. Przyjmując, że będziesz oglądać dziennie jeden film, trwający średnio 2 godziny, lampa o żywotności 3500 godzin wystarczy ci prawie na 5 lat, a o żywotności 5000 godzin - na prawie 7 lat. Jeśli jednak uważasz, że to za mało, kup projektor wykonany w nowej technologii LED. Diody LED opracowano w latach 60., jednak dopiero teraz zaczynają święcić triumfy w wielu nowych zastosowaniach, np. w reflektorach nowoczesnych samochodów czy jako zamiennik podświetlenia katodowego w najbardziej zaawansowanych monitorach LCD.

Diody LED mają wiele zalet, oto najważniejsze z nich:

• mały pobór prądu,
• mała wartość napięcia zasilającego,
• duża sprawność,
• małe rozmiary,
• duża trwałość.

Stosowane w obecnych na rynku projektorach diody LED mają trwałość 10 tysięcy godzin, czyli w praktyce właściwie nie wymagają wymiany. Są to modele tricolor LED, umożliwiające generowanie trzech podstawowych barw (czerwonej, zielonej, niebieskiej), które w odpowiedniej kombinacji pozwalają uzyskać dowolny kolor. Dzięki temu można zapomnieć o efekcie tęczy, czyli wadzie DLP, wytykanej jednogłośnie przez producentów projektorów LCD (stosuje się w nich trzy panele LCD, dlatego efekt tęczy się nie pojawia).

Diody LED mają 10-12 W mocy, a dla porównania moc lampy stosowanej w projektorze o jasności ok. 2000 ANSI lumenów wynosi 200-300 W. Nie nagrzewają się tak mocno, jak tradycyjne lampy, mają niewielkie wymiary, a co za tym idzie - pozwalają na produkowanie miniaturowych projektorów. Ważą one ok. 0,7 kg i ze względu na niewielkie zapotrzebowanie diod na energię mogą pracować na bateriach blisko 2 godziny. Niestety, obecnie oferowane modele z diodami LED nie spełniają oczekiwań. W pełnym zaciemnieniu gwarantują jasność pozwalającą na wyświetlanie wyraźnego obrazu o 40-calowej przekątnej, czyli niewielkiego, a w dodatku słabo odwzorowują barwy. Należy je uznać za eksperyment technologiczny i czekać na bardziej dopracowane modele. Obecne nie sprawdzają się ani w zastosowaniach domowych, ani podczas prezentacji biznesowych.