Zasada działania: technologia DLP i LCoS

DLP to podobnie jak LCD to również akronim, tym razem od ang. Digital Light Processing. Technologia ta została opracowana a następnie opatentowana przez firmę Texas Instruments w roki 1987. W tej technologii postanowiono na zupełnie inny schemat generowania obrazu.

Rozwiązanie opracowane przez TI opiera swoje działanie na tzw. DMD (ang. Digital Micromirror Device - cyfrowe urządzenie z mikrolustrami). Światło z lampy projektora pada na matrycę miniaturowych lusterek chipu DMD, które przez odpowiednim wychyleniem kierują je do układu optycznego projektora. Każdy piksel obrazu ma dedykowane dla siebie super-miniaturowe lusterko. Zatem chip DMD ma tych lusterek tyle, ile pikseli w natywnej rozdzielczości projektora. Zazwyczaj nie mniej niż 800x600 czyli 480000.

Jeśli lusterko danego piksela jest całkowicie wychylone, światło odbijane jest poza układ optyczny projektora i taki piksel na ekranie jest zupełnie ciemny. W ten sposób rozwiązano problem największej wady projektorów LCD, słabą czerń. Oczywiście jasnością danego piksela staruje się poprzez odpowiednio mocne odchylenie lusterka. Niemniej tak generowany obraz może być co najwyżej czarno-biały. W końcu lampa świeci na biało, a wychyleniem lustra regulujemy jasność danego piksela, ale nie jego kolor. Ten problem w DLP rozwiązano nieco inaczej.

Teoria mieszania światła mówi nam, że potrzebujemy tylko trzech podstawowych kolorów: czerwonego, niebieskiego oraz zielonego a następnie możliwości odpowiedniego ich mieszania aby wygenerować wszystkie potrzebne nam kolory. Zatem jeśli wstawimy odpowiedni filtr barwny między białą lampę, a chip DMD zyskamy możliwość generowania obrazu w kolorze filtra. Jeśli te kolory będziemy odpowiednio szybko zmieniać, cyklicznie między czerwonym, zielonym oraz niebieskim to za sprawą bezwładności ludzkiego oka na ekranie zobaczymy już automatycznie „wymieszany“ gotowy obraz. Jedyną metodą prostej i szybkiej wymiany filtrów barwnych jest umieszczenie ich na obwodzie koła i obracanie nim między lampą a chipem DMD. Tak powstało koło kolorów DLP.

Jeśli mamy już mechanizm generowania pikseli o odpowiednim natężeniu światła a także możliwości filtrowania tego światła za pomocą kolorowych filtrów, to wystarczy wszystko to połączyć do kupy i powstaje nam projektor DLP.

Niestety jak to zwykle bywa, szybko okazało się że także i ta technologia ma swoje wady. Dość skomplikowany układ optyczny projektorów opartych o technologię DLP powoduje, że świecą one ciemniej niż analogiczne projektory LCD przy lampie o takiej samej mocy. Kolejnym problemem jest niestety obracające się koło kolorów. Jako, że obraz na ekranie powstaje w sposób sekwencyjny, tj poszczególne kolory nadkładane są na siebie jeden po drugim. Istnieje prawdopodobieństwo zauważenia tego procesu i w konsekwencji obserwacji „rozwarstwionego“ obrazu. Zjawisko to nazwano efektem tęczy. Całe szczęście zdolne do jego obserwacji jest tylko niewielka część ludzi.

Technologia DLP na natomiast szereg zalet względem LCD. Pierwszą z nich wspominałem już wyżej. Jest to oczywiście znacznie lepsza zdolność reprodukcji koloru czarnego, a co się z tym wiąże znacznie lepszy współczynnik kontrastu a także żywsze kolory. Znacznie lepszy jest także współczynnik wypełnienia, tutaj sięga 90% i więcej przez co obserwacja poszczególnych pikseli jest mniej prawdopodobna. Obraz przez to wydaje się bardziej „gładki“ niż porównywalny obraz z projektora LCD a najczęściej jest znacznie ostrzejszy. Projektory wykonane w technologii DLP są zazwyczaj znacznie mniejsze od projektorów LCD, ale ta ostatnia zaleta powoli się zaciera.

Oczywiście także i tutaj pracuje się nad wyeliminowaniem wad technologicznych. Jasność projektora DLP można stosunkowo łatwo poprawić, wystarczy zastosować nieco silniejszą lampę. Większe wyzwanie stanowi eliminacje efektu tęczy. Najprostszą metodą rozwiązania tego problemu jest podniesie prędkości obrotowej koła kolorów, jeśli obraca się ono szybciej efekt tęczy jest mniej widoczny. Dodatkowo można zwiększyć ilość kolorowych segmentów koła z 3 do 6, przez co w połączeniu ze zwiększeniem prędkości obrotowej zyskujemy cztero-krotnie szybszą zmianę filtra, i znaczne zmniejszenie efektu tęczy. Nadal jednak jest to tylko półśrodek.

Ostateczne rozwiązanie tego problemu zostało zapożyczone z technologii LCD. Skoro tam można było rozszczepić światło na trzy kolory bazowe, dlaczego nie zrobić tego w projektorach DLP? Po takim zabiegu wystarczy zastosować trzy chipy DMD, po jednym dla każdego koloru i efekt tęczy zniknie raz na zawsze. Niestety to rozwiązanie jest jeszcze stosunkowo mało popularne, przez co bardzo drogie. W teorii jednak umożliwia uzyskanie niemal idealnego obrazu, a za ideał trzeba słono zapłacić. W międzyczasie na rynku powoli pojawia się trzeci konkurent, w postaci technologii LCoS

• Technologia LCoS

Omówiliśmy już dwie najpopularniejsze technologie obrazowania w projektorach multimedialnych. W praktyce technologia LCD bazuje na przepuszczaniu światła przez panele ciekłokrystaliczne w celu generowania obrazu. DLP bazuje na odbijaniu światła od mikro-luster i w ten sposób generuje obraz. Ze względu na skrajnie różne podejście do tematu, każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety - a co jeśli spróbować by je połączyć w taki sposób aby wyciągnąć największe zalety każdej z tych technologii bez ich największych wad?

Takie założenie stara się osiągnąć technologia LCoS ang. Liquid Crystal on Silicon - ciekłe kryształy na krzemie. LCoS jest najmłodszym uczestnikiem wyścigu o konstrukcję idealnego projektora. Technologia ta jest na tyle nowa, że do tej pory na rynku istnieje niewiele jej praktycznych aplikacji. Dopiero w 2006 opracowano metody masowej produkcji paneli LCoS. Jednak jej założenia są bardzo ciekawe.

Idea LCoS bazuje na specjalnego rodzaju matrycach ciekłokrystalicznych napylonych na substratach sylikonowych, które z kolei bardzo dobrze odbijają światło. Cała powierzchnia panelu LCoS odbija światło a sterowanie jasnością odbywa się przez otwieranie i zamykanie ciekłych kryształów napylonych warstwę wyżej. To rozwiązanie jest tańsze, niż konkurencyjne mikro-lustra, a przynajmniej w teorii ma wiele ważnych zalet.

Przede wszystkim tak wykonane panele osiągają stosunkowo wysokie rozdzielczości, a ze względu na ich unikatową konstrukcję mają też bardzo wysoki współczynnik wypełniania. Większy niż 90% oferowane przez technologię DLP i znacznie większy niż 70% oferowane przez LCD. Wysoka rozdzielczość i duże wypełnienie przekładają się rewelacyjnej jakości obraz. Technologia LCoS w zasadzie od początku była rozwijana z myślą o konstrukcji bazującej na oddzielnie przetwarzanych kolorach bazowych, zatem nie ma mowy o efekcie tęczy znanym z projektorów DLP.

W chwili obecnej największą wadą technologii LCoS jest odziedziczona po LCD słaba zdolność reprodukcji koloru czarnego. Rynkowe konstrukcje osiągają współczynnik kontrastu najwyżej 800:1 podczas gdy topowe projektory DLP osiągają 5000:1 i więcej. Czas pokaże czy inżynierom pracującym nad rozwojem tego rozwiązania uda się przezwyciężyć tą jedyną jak na razie poważną wadę tej technologii.

• Obiektyw

Ostatnim kluczowym elementem budowy rzutnika jest obiektyw. W zasadzie od momentu wynalezienia zasada działania tego elementu nie zmieniła się. Obiektyw składa się z szeregu soczewek, w zależności od konstrukcji może być od kilku do nawet kilkunastu. Jako ostatnie ogniwo na drodze wiązki światła wydobywającej się z projektora, ma kluczowe znacznie na jakość uzyskanego obrazu. Na nic się zdadzą technologiczne rewelacje w module obrazującym, jeśli szkło będzie kiepskiej jakości. Wpływ obiektywu na uzyskiwany obraz został szczegółowo opisany a następnym rozdziale: Najważniejsze cechy projektorów.