Projektory: technologie promítání obrazu

V článku se budeme postupně zabývat čtyřmi základními typy projektorů. Konkrétně DLP, LED, LCD a LCoS. Je možné se setkat ještě s jinými typy (CRT, D-ILA a SXRD), ale ty jsou dnes okrajovou záležitostí, a tak se jim nedostane takového prostoru jako ostatním.

Srdcem DLP projektorů je jeden případně více DMD čipů. DMD nebo-li Digital Mirror Display respektive Digital Micro-mirror Device je čip, na kterém jsou malá zrcátka (proto Micro-mirror v názvu). Lze se také setkat s názvem DLP čip. Poté, co lampa vyrobí světlo, projde světlo přes optickou čočku a dopadne na rotující barevný kotouč, který světlo obarví. Na kotoučku bývají minimálně tři základní RGB barvy a jedna průhledná část pro zvýšení jasu.

Na kotouči může být i více barev, namátkově žlutá či azurová. Obarvené světlo z kotouče putuje do další čočky, která nasměruje světlo na DLP čip. Pohyb kotouče a zrcadel na čipu je velmi přesně synchronizován. DLP čip vytvoří obraz pootočením zrcátek. Jedná se o reflektivní, tj. odrazovou technologii. Texas Instruments uvádí až 1024 pohybů zrcátek za sekundu. Právě takto vzniká šedá a všechny barevné odstíny. Čím déle je zrcadlo vystaveno světlu, tím světlejší odstín je.

V případě, že by barevný kotouč nebyl v DLP projektoru přítomen, bychom dostali obraz v odstínech šedi. Barevný obraz se vytvoří otáčením kotouče, kdy každým pootočením kotouče se změní barva a lidské oko ve výsledku vnímá obraz barevně, i když se ve skutečnosti jedná o střídání různě barevných snímků.

Právě tato vlastnost způsobuje tzv. duhový efekt (rainbow effect), typickou vadu DLP projektorů. Při rychlém pohybu v projekci mohou hrany pohybujícího se objektu vyzařovat jednotlivé barvy kotouče. Tento efekt je subjektivní záležitost, zda jej budete vnímat záleží na vašich očích. Z tohoto důvodu je lepší přístroj založený na DLP technologii vyzkoušet předem, ideálně s každým, kdo bude přístroj pravidelně užívat.

Duhový efekt lze omezit několika způsoby. Prvním je zvýšení počtu dílů na kotoučku. Například namísto střídání modré, červené a zelené je na kotouči šest základních barev, tj. RGBRGB kotouč. Zvýšením rychlosti otáčení kotouče také dostaneme obraz s menším duhovým efektem. Zkombinováním těchto dvou technologií získáme projektor s označením 2x (RGB kotouč s dvojnásobnými otáčkami nebo RGBRGB kotouč, který se otočí jednou za snímek) nebo 4x (RGBRGB kotouč s dvojnásobnou rychlostí) apod.

Duhový efekt nemusí trápit tříčipové řešení. Světlo z lampy je rozděleno přes hranol do tří DLP čipů. Každý čip zpracovává jednu barvu. Defekt je tak vyloučen, protože všechny barvy jsou zpracovány naráz. Tříčipové řešení má také další výhody, jako je zvýšené množství barev. Dle společnosti Texas Instruments dokáže tříčipové řešení teoreticky zobrazit až 35 bilionů barevných odstínů, což je neporovnatelně více než dokáže lidské oko vnímat. Jednočipový DLP projektor zvládne teoreticky zobrazit 16,7 milionů barev, což je srovnatelné s lidským okem.

Existuje i varianta DLP projektoru s LED diodami. LED projektory jsou DLP projektory, ve kterých je lampa nahrazena LED diodami. Největšími výhodami této technologie je nízká spotřeba, absence lampy a především malé rozměry. Zásadní nevýhodou je velmi nízká světelnost, reálně se pohybující v desítkách lumenů. To je mnohonásobně méně než běžné DLP projektory (v tisících lumenů).

Problém mřížkování sužuje i DLP projektory. Mezera mezi zrcadly na čipu se přes optiku přenese na plátno, kde je poté viditelná jako mřížka. Tento efekt je velmi dobře známý z LCD panelů a LCD projektorů. U DLP projektorů je, na rozdíl od LCD projektorů, mřížka viditelná pouze z krátké vzdálenosti (obecně je méně viditelná). Naopak vynikají výborným kontrastem, netrpí vypalováním obrazu při delším používání a mnohdy jsou také menší než jejich LCD kolegové.

 

LCD projektory pracují na odlišném principu. Srdcem LCD projektorů jsou tzv. dichroická zrcadla a LCD panely. Hlavní výhodou dichroického zrcadla je schopnost odrážet a propouštět světlo v závislosti na vlnové délce. Světlo z lampy dopadne na první zrcadlo, to propustí červenou složku a odrazí zbylé světlo. Následuje zrcadlo pro zelenou složku a nakonec pro modrou. Odražené paprsky světla pokračují samostatně do přiděleného LCD. Pro zobrazení se využívá tekutých krystalů a jedná se o transmisivní technologii.

Vestavěné LCD displeje zobrazují pouze odstíny šedi. Podle použití tří displejů (pro každou základní barvu jeden) se technologie nazývá 3LCD. Všechny složky obrazu se dále na soustavě optických, spektrálně propustných hranolů složí a pomocí projekčního objektivu zobrazí na projekční ploše. Významnou inovací je předsazeni matic s miniaturními čočkami bezprostředně před LCD panel. Jednotlivé mikročočky zúží světelný paprsek tak, aby procházel jen tou plochou, která je schopna propouštět světlo.

LCD projektory mají několik nevýhod. Jako první to je stárnutí a vypalování LCD displejů. S přibývajícím počtem vysvícených hodin klesá kvalita zobrazení. Rastr u LCD panelů je z principu znatelně viditelnější než u DLP nebo LCoS projektorů. Ke každému bodu displeje je nutné přivést napájení a tímto vzniká mřížka. Dalším velmi známým problémem je úmrtnost bodů. Mrtvé body se mohou vyskytovat již při koupi, ale mohou také vznikat při používání. Pak je tu náchylnost na prašné prostředí. Vniknutí prachu do LCD projektoru brání pouze prachový filtr. Výhodou LCD projektorů je v průměru nižší hlučnost, mají ostrý a jasný obraz a netrpí duhovým efektem.

 

Jedná se o poměrně novou technologii projektorů. Cenově jsou LCoS projektory zatím pro většinovou populaci nedostupné. Stojí za nimi několik firem, jedná se především o JVC a jejich technologii D-ILA (Direct-Drive Image Light Amplifier), dále Canon a Sony s SXRD (Silicon X-tal Reflective Display).

LCoS je hybrid mezi LCD a DLP. Snaží se z každé technologie vzít to nejlepší. LCoS projektor používá tři LCoS displeje (existuje i varianta s jedním displejem, ale v praxi se s ní nesetkáte). LCoS displej není průhledný a od LCD displeje se na první pohled liší především přímým propojení s elektronikou. Princip je kombinací LCD a DLP projektoru. Lampa vyrobí světlo, hranol rozdělí světlo z lampy na tři základní barvy, tyto světlené paprsky dopadnou na LCoS displej a od toho se, podobně jako u DLP projektorů, odrazí. Obraz na displeji je v odstínech šedi. V případě černé barvy se světlo neodrazí, čím světlejší barva, tím více světla se od displeje odrazí. Odražené světlo putuje opět do hranolu, kde se spojí všechny barevné složky a nakonec zamíří přes optiku na plátno.

Jedná se tedy o reflektivní technologii, která místo zrcátkového čipu používaného v technologii DLP, využívá čip složený z tekutých krystalů na reflexní metalické vrstvě tvořené řadou elektrod. Odbornou terminologií řečeno je optická jednotka tvořena lampou s krátkým obloukem, třemi čipy LCoS, polarizačním separátorem paprsku a optikou. Světelný paprsek z lampy je nasměrován na dichroická zrcadla, kde je rozdělen na tři základní barvy (červenou, zelenou a modrou). Přes polarizační separátor je směrován na čip LCoS.

Tekutý krystal při průchodu světla mění jeho polarizaci a světelný paprsek je pak buď odražen od reflexní metalické vrstvy s aktivovanou vertikální polarizací a přes separátor a optiku je zobrazen, nebo je separátorem jako nepolarizovaný odražen mimo optiku. Navíc zde nedochází k rainbow efektu (viditelný rozklad barev při sledování vizualizační stěny, způsobený použitím barevného kotouče technologie DLP). V současné době je jedinou podstatnou nevýhodou této technologie oproti DLP nižší kontrast.

Výhodou LCoS projektoru je vysoké rozlišení. Daní za věrný obraz je cena, která se prozatím pohybuje ve vysokých cenových hladinách. LCoS prakticky eliminuje mřížku mezi pixely, disponuje vynikajícím barevným podáním, vysokým kontrastem a nemá duhový efekt. Nevýhodou je především vysoká cena. Vzhledem k nízkému počtu výrobců se zatím nedá očekávat strmý pokles cen.

 

Známé starší jsou CRT projektory, jenž nabízí výborné parametry, ale jejich velikost velmi zužuje jejich použití. Základem jsou tři projekční obrazovky principiálně podobné těm v běžných televizních přijímačích či počítačových monitorech. Každá z nich promítá v jedné ze základních barev (červené, modré a zelené) a výsledný obraz je potom složen na projekční ploše. Tato technika patří k nejstarším a používá se dnes pouze výjimečně, a to u pevných instalací. Po jejich umístění je nutné nastavovat konvergence obrazu a navíc výsledný světelný výkon se pohybuje na velmi nízké úrovni.

V současnosti již byly překonány jinými technologiemi (LCD, DLP) a dnes nachází místo především ve speciálních aplikacích. Setkáme se s nimi v trenažérech, kde je potřeba zobrazovat na válcovou nebo kulovitou projekční plochu a navazovat obrazy ze dvou a více sousedních projektorů.

Zdroje: Wikipedia, automatizace.cz, avmedia.cz