Technikálie: Jak pracují digitální projektory

0

Prvními přístroji, které bychom téměř mohli označit za projektory, byly promítačky diapozitivů, filmových pásek a zpětné projektory. Všechny tři ovšem mohly promítat jen obraz z pevného média (pásky, diapozitivu nebo fólie). Zařízení, která byla schopná převádět elektronický signál na obraz (a tedy opravdu spadají do kategorie projektorů), byly až CRT projektory.

Poměrně brzy však začal vývoj jiných technologií, zejména kvůli hlavní tehdejší nevýhodě CRT – nízké svítivosti. S vývojem začal už roku 1968 Eugene Dolgoff a úspěch s prvním LCD projektorem slavil roku 1984. Později založil také první firmu vyrábějící tato zařízení a jako průkopník v této oblasti je Dolgoff držitelem mnoha patentů a členem několika standardizačních organizací.

 

Později se objevila také technologie DLP (digitální zpracování světla), která měla za sebou podstatně delší vývoj a vylepšování. Vyvinuta byla roku 1987 Larrym Hornbeckem, za což později dostal významné ocenění od Společnosti inženýrů pohyblivých obrázků a televize. DLP je technologie používaná ve všech segmentech (od domácích projektorů až po kinoprojektory) a spolu s LCD dnes ovládá v podstatě celý trh.

Klíčové parametry projektoru

Mezi základní parametr projektoru patří, podobně jako u monitorů, rozlišení. Kromě dnes již starých CRT projektorů je rozlišení pevně zadáno při výrobě. Jakéhokoliv nižšího rozlišení je pak dosahováno interpolací, která obvykle dosahuje lepších výsledků než u monitorů, a to díky rozptylu světla. K tomu dochází v souvislosti s pozorováním obrazu na větší vzdálenost.

Dalším velmi důležitým parametrem je svítivost, která přímo ovlivňuje, na jakou maximální vzdálenost lze obraz sledovat. To pochopitelně závisí také na světelných podmínkách – rozdíl mezi neosvětlenou a osvětlenou místností je značný. Vzdálenost od podložky pak ovlivňuje i velikost obrazu. Je však nutné si uvědomit, že projektor s větší svítivostí bude s největší pravděpodobností i fyzicky větší, aby mohl pojmout větší zdroj světla a byl lépe chlazen. Přímým důsledkem je i vyšší spotřeba energie.

Stará technologie CRT

Dodnes zůstávají rozšířené hlavně tři zmíněné technologie, dosluhující CRT a trh ovládající LCD s DLP. Technologie CRT se příliš neliší od katodových televizorů a monitorů – elektrony unikající termoemisí z nažhaveného vlákna jsou stlačeny do úzkého paprsku, který je pak vychylován a pravidelně v řádcích dopadá na vrstvu luminoforu. Luminofor se pak v místě dopadu paprsku rozsvítí, přičemž barva a intenzita světla jsou závislé na parametrech paprsku.

Hlavním rozdílem oproti monitorům je však to, že projektor má trubice tři (pro každou barvu jednu), namísto jedné trubice se třemi paprsky. To umožňuje dosáhnout větší svítivosti (každá barva může svítit na maximálním výkonu, u monitoru je výkon třetinový pro každou barvu). Obraz se skládá až na plátně, což může být u některých méně kvalitních zařízení problém – překryv není dokonalý a jednotlivé obrazy mohou být mírně posunuté. Dalším problémem levných přístrojů bylo zakřivení geometrie v rozích. Všechny pak trápila vyšší spotřeba energie, velikost, hmotnost a nižší svítivost.

Na druhou stranu výhodou byla již zmíněná flexibilita rozlišení a obnovovací frekvence. CRT projektory také většinou podávají lepší černou barvu. Navíc mají minimální odezvu a nedochází u nich k „duhovému efektu“ jako u projektorů DLP.

Projektory s technologií LCD

LCD projektory se od klasických LCD monitorů liší také poměrně málo. O LCD technologii jsme psali v čísle 3/2011, proto jen krátké shrnutí.

Při použití dvou polarizačních filtrů, které vzájemně mají rovinu polarizace stočenou o 90 stupňů, neprojde skrze žádné světlo. Tekuté krystaly však mají schopnost rovinu polarizace stáčet a světlo tak může druhým filtrem ve větší či menší míře projít (podle úrovně stočení).

Podobně jako CRT projektory mají i ty LCD obvykle tři destičky s tekutými krystaly, pro každou základní barvu jednu. Důvod je poměrně jasný – zatímco monitor má mnoho buněk na velké ploše, projektor má totéž rozlišení na malé destičce. Takto malé destičky LCD destičky s vysokým rozlišením by však nebylo možné rozumně vyrábět a navíc by docházelo k pohlcování vždy dvou barev na každém subpixelu (to by způsobovalo značnou energetickou ztrátu vedoucí k silnému zahřívání destičky). Narazíte-li tedy na projektor, který má jen jeden LCD panel, s největší pravděpodobností bude mít jen nízké rozlišení a svítivost.

Bílé světlo z metalhalidové výbojky je krystalem či filtry rozděleno na tři základní barvy, LCD destičky zregulují jejich intenzitu, takže světlo se pak opět spojí a vyjde z projektoru jako jeden svazek dopadající na stínítko.

DLP i LCD projektory používají v podstatě tutéž techniku podsvícení, výbojky jsou totiž schopny poskytnout vysokou svítivost při poměrně dlouhé životnosti. Potíž je však s postupnou degradací (podobně jako u domácích zářivek) a velkým odpadním teplem. Ztráta sice není tak velká jako u běžných halogenových žárovek, ale stále většina projektorů vyžaduje jeden ventilátor pro chlazení samotné výbojky.

Zajímavé DLP projektory

DLP projektory jsou technicky nejzajímavější. Používána je opět verze s jedním či třemi čipy (společně nebo zvlášť pro základní barvy). Na povrchu čipu jsou naneseny pixely jako mikroskopická zrcátka, která je možné velmi rychle otáčet a tím světlo odrážet skrz optiku ven z projektoru (nebo do rohu komory, kde je pohlceno).

U jednočipových projektorů existují dvě techniky ovládání základních barev. Jednodušší technikou je nově nasazované osvětlování LED, kdy vždy svítí velmi krátkou dobu jedna barva, a tuto barvu pak zrcátka regulují. Poté svítí druhá barva a zrcátka regulují ji, takže cyklus se neustále opakuje se všemi barvami.

Druhou metodou je použití rotujícího kotoučku, na kterém jsou umístěny úseky s jednotlivými základními barvami. Přes kotouček projde vždy jen světlo o barvě daného úseku. Po dobu, kdy světlo této barvy prochází, dochází k jeho regulaci zrcátky. Při změně barvy je opět regulována tato další barva. Tříčipové projektory fungují podobně jako LCD projektory se třemi destičkami, ovšem s tím rozdílem, že regulace barev je zde prováděna zrcátky, nikoli tekutými krystaly.

Budoucí vývoj projektorů

Další vývoj bude směřován především ke zmenšováním projektorů. Na trh se dostávají miniaturní (kapesní) projektory podsvícené LED, a to u obou technologií – LCD i DLP. Ve vývoji jsou diody s větším výkonem, což umožní i konstrukci projektorů s větší svítivostí a současně menší velikostí.

Dalším pozitivním důsledkem bude snížení spotřeby energie a snížení hlučnosti. Vzdálenější budoucnost pak bude i u projektorů nepochybně přístrojům, které umožní promítání 3D obrazu.

Slovníček

Polarizace je speciální jev, kdy světlo jakožto elektromagnetické vlnění má jistou rovinu, ve které kmitá. Běžně každý jeden paprsek kmitá jinak, lze jej však zpolarizovat, tedy převést do stavu, kdy všechny mají rovinu polarizace stejnou

CRT (Cathode Ray Tube) je trubice katodového záření; tím jsou termoemisní elektrony urychlené elektrickým polem

Luminofor je látka schopná pohltit energii a vyzářit ji v podobě světla. Luminoforem jsou pokryty samotné plochy vydávající světlo u CRT zobrazovacích zařízení, ale také třeba plasmové panely či nejrůznější zářivky a výbojky

Subpixel je dílčí složkou pixelu. Každý pixel LCD či plasmových displejů nebo CRT obrazovky se skládá ze tří menších subpixelů. Jeden pro každou základní barvu RGB (červená, zelená, modrá)

Interpolace je metoda, pomocí níž lze zobrazit snímky v menším rozlišení na panelech s větším rozlišením. S pomocí speciálního algoritmů dochází k dopočítání chybějících pixelů

Technikálie: Jak pracují digitální projektory

Ohodnoťte tento článek!