Jak fungují projektory

Lidská přirozenost je taková, že neustále usilujeme o dokonalost. Naši prarodiče byli v dětství v sedmém nebi, když jejich rodiče zapnuli diaprojektor a zařídili si sledování pohádkových filmových pásů, visících na volné stěně bílým materiálem. O něco později se po celé republice postavilo mnoho cenově dostupných kin a v našich bytech se pevně usadily televizní přijímače. A teď se naši rodiče posadili před plátno – doma nebo v kině a se zatajeným dechem sledovali vývoj děje svého oblíbeného filmu.

Dnes můžeme říci, že mezi všemi druhy videoinformačních zobrazovacích zařízení „populární“ popularita multimediálních projektorů exponenciálně roste. Jejich funkčnost ohromuje naši představivost. Velikost obrazovky může dosahovat desítek metrů. Projektory podporují rozlišení 4K nebo dokonce 8K. Síla světelného toku umožňuje pohodlné používání zařízení na jasném slunci.

V tomto článku si povíme o hlavních zobrazovacích technologiích používaných v moderních projektorech.

Problém s projektory

Je třeba říci, že projekční zařízení, které má ve srovnání s televizory lepší vlastnosti a funkce, které nejsou dostupné, se vyrábí desítky let. Ale když přemýšlíme o tom, „neměli bychom vyměnit starou televizi za projektor“, v hlavě se nám začnou rodit argumenty „negativní, nikoli na obranu projektoru“:

  • výrobci grabberů nesmyslně navyšují prodejní ceny projektorů, jejich reálná cena by měla být minimálně o řád nižší,
  • jak a kam nainstalovat projektor? a obrazovka na protější stěně je jako bílý trn, ne že by televize byla ideálním doplňkem domácího interiéru,
  • Poradí si projektor se slunečním zářením v bytě? „Nic nevidíte“, i když obraz na televizní obrazovce za slunečného dne vybledne.

Pravda ale spočívá v tom, že projektory a vše s nimi spojené se nám jeví jako zařízení vysoké technické náročnosti. A můžete z nich dosáhnout přijatelné kvality obrazu pouze za spoustu peněz, když si nejprve prostudujete technickou dokumentaci v objemu srovnatelném s románem „Válka a mír“.

V tomto relativně krátkém textu ukážeme, že projekční technika je technika pro vás i pro mě, obyčejné lidi, a abyste ji zvládli, nemusíte absolvovat speciální technické „vysoké školy“.

Filmové projektory

Filmové projektory

Moderní projekční technika začala u filmových projektorů. Jednoduše řečeno, do těla zařízení byla instalována výkonná světelná lampa a systém zaostřovacích čoček. Film byl umístěn podél cesty pomocí speciálního páskového mechanismu a zaostřením čoček dosáhli čistého obrazu na obrazovce. Všechno! Takto naši rodiče sledovali filmy a programy – dnes se tomu říká módní slovo „videoobsah“.

READ
Jak se vypořádat s padlím na pokojových rostlinách?

Tato technika je minulostí, lze ji nalézt pouze v muzeích.

Moderní elektronický průmysl nám nabízí různé modely multimediálních projektorů. Podíváme se na ně podrobněji.

1LCD projektory

1LCD projektory

Prvním typem prorektorů postaveným na moderní elementové základně byly tzv. LCD projektory. Jejich design je velmi podobný jako u filmového projektoru. Hlavní rozdíl je v tom, že místo kotouče filmu a páskového mechanismu začali používat barevnou matrici z tekutých krystalů. Mimochodem, prakticky se neliší od těch, které jsou instalovány v moderních LCD obrazovkách monitorů, tabletů a notebooků.

Nutno říci, že 1LCD projektory nejsou nejlepšími představiteli projekční techniky. Mají řadu významných nevýhod:

  • Každý světelný bod na obrazovce (pixel) je tvořen průchodem světelného toku přes 3 RGB subpixely umístěné na matici LCD v těsné blízkosti sebe. Výsledkem je, že na plátně umístěném v dostatečné vzdálenosti od projektoru pozorujeme barevnou strukturu pixelu, která je na prezentovaných obrázcích jasně viditelná.
  • Za druhé, jas obrazovky se zvyšuje zvýšením výkonu světelných zdrojů, což zase způsobuje přehřívání matrice LCD.

3LCD projektory

1LCD projektory mají tak značné nevýhody, že již v roce 1989 výrobci projekční techniky nahradili jednu barevnou matrici třemi monochromatickými. Je logické, že projektorům využívajícím novou technologii se začalo říkat 3LCD. Z hlediska technologické dokonalosti se na rozdíl od dříve probíraných zařízení jedná o mnohem složitější zařízení.

Podívejme se na blokové schéma 3LCD projektoru a hlavní světelné dráhy.

3LCD projektory

Prostřednictvím složitého optického systému sestávajícího z řady dichroických zrcadel a světelných filtrů je paprsek ze světelného zdroje rozdělen do tří barevných složek: Red – červená, Green – zelená, Blue – modrá. Dále každá z těchto složek spadá do své vlastní (jedné ze tří) monochromatické matrice. Hlavním účelem tohoto prvku je regulovat tok potkávacího světla pod vlivem řídicího elektrického signálu. Ke konečnému vytvoření kompletního barevného paprsku dochází ve speciálním hranolu, kam dopadají barevné složky (Red, GReen, Blue) po maticích LCD.

Myšlenka neřídit světelný paprsek, ale jeho barevné složky, se ukázala jako velmi úspěšná, což zajistilo komerční úspěch 3LCD projektorů.

Jejich nejvýznamnější výhody:

  • vysoký jas a sytost obrazu,
  • všestrannost instalačních schémat,
  • mírná spotřeba energie a tvorba tepla,
  • nedostatek „duhového“ efektu typického pro 1LCD projektory.
READ
Kde mohu uložit svou ATV?

Po výčtu výhod je vhodné čtenáře seznámit s výčtem nevýhod 3LCD zařízení:

  • složitost designu způsobila zvýšení ceny promítacího zařízení,
  • projektory se vyznačují zvýšenou hmotností a zvětšenými rozměry,
  • odvod tepla vyžaduje obvody nuceného odvodu tepla, které jsou při provozu hlučné,
  • optické systémy vyžadují pečlivé nastavení,
  • Hlavním technologickým nedostatkem je nízký kontrast a nemožnost vytvořit hlubokou černou.

Projektory LCoS

Vynález technologie LCoS je výsledkem práce vývojářů na vylepšení LCD projektorů. Základní principy fungování nových projektorů zůstávají stejné. Hlavní změny se dotkly matic LCD. Pokud se dříve používaly transmisivní matrice, pak LCoS projektory začaly používat matricové prvky využívající reflexní vrstvu. Tato vlastnost určila název technologie LCoS neboli Liquid Crystal on Silicon, což znamená „tekuté krystaly na křemíku“.

Přední výrobci projekční techniky registrují vlastní zkratky, které označují použití LCoS technologií v jejich zařízeních. Například:

  • JVC – D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier),
  • Sony – SXRD (Silicon X-tal Reflective Display).

Projektory LCoS

Jaká je struktura matic LCoS a jak fungují?

Na křemíkový substrát s aktivními řídicími tranzistory je nanesena zrcadlová odrazná vrstva, která je nahoře pokryta matricí z tekutých krystalů. Nad tímto „koláčem“ jsou instalovány polarizátory – nedílný prvek matice LCD. Pod vlivem řídicího elektrického signálu řídí tekuté krystaly intenzitu světelného toku z vnějšího zdroje dopadajícího na reflexní vrstvu. Výše uvedený obrázek ukazuje, že světlo prochází vrstvou tekutých krystalů dvakrát. V důsledku toho se zlepšuje filtrace světla a zvyšuje se kontrast obrazu. Navíc u takovéto maticové struktury světelný tok neprochází „řídící mřížkou“, v důsledku čehož zcela zmizí negativní „efekt clonových dveří“. Na obrazovce se vytvoří úplný, jasný a kontrastní obraz bez nedostatků, které jsou vlastní LCD projektorům.

Taková jednoduchá prezentace návrhu projektoru na papíře však ve skutečnosti vede k vážné komplikaci návrhu zařízení.

LCD projektory

Projektory LCoS

Vysoké finanční náklady na výrobu matic LCoS a samotné projektory omezily distribuci těchto zařízení v rozpočtovém segmentu. Technologie LCoS má však řadu významných výhod, a proto se s úspěchem používá v prémiových promítacích zařízeních.

DLP projektory

Dříve diskutované technologie tvorby barevného obrazu se vyznačují určitými nevýhodami, které omezují jejich distribuci na spotřebitelském trhu.

READ
Jak vybělit bílé dlaždice na podlaze?

Ale v roce 1987 vyvinuli specialisté Texas Instruments zásadně nový systém pro vytváření barevných obrazů pro promítací zařízení. Říkalo se tomu DLP, což znamená Digitální Lroj Processing, nebo v ruštině „digitální zpracování světla“.

Můžeme říci, že tato pokročilá technologie je dnes jedinou, která umožňuje vytvářet malé projektory s vysokou kvalitou obrazu na velké obrazovce.

dmd-pixel

Hlavním uzlem, kde jsou položeny hlavní charakteristiky projektoru, je matice DMD, – “Digitální Micromirror Device” nebo v ruském překladu “Цdigitální Мikrosmirror Уkonstrukce.” V něm je ke keramické základně prostřednictvím pohyblivých prvků připevněno obrovské množství mikroskopických zrcadel, která tvoří jeden povrch s vysokým koeficientem odrazu. Každé z těchto zrcadel je pevně spojeno s paměťovou buňkou CMOS SRAM, která vlivem řídicího elektrického pole zaujímá jednu ze dvou pevných poloh, které se od sebe liší o 20°. Díky tomu se světelný tok ze světelného zdroje dopadající na mikrozrcátka odráží v jednom ze dvou směrů – do čočky nebo na povrch absorbéru světla vybaveného deskami odvádějícími teplo. Na obrazovce se tak objevují černé a bílé světelné body, ze kterých se tvoří obraz. Různé gradace šedé barvy se získají tím, že mikrozrcadlo vibruje vysokou frekvencí. Ale díky setrvačnosti našeho vidění nevidíme vibrace černého a bílého světla, ale různé odstíny šedé.

barevné kolo

Pro vytvoření barevného obrazu prochází světelný tok přes světelné filtry, které jsou realizovány ve formě rychle rotujících disků se segmenty různých barev. Pro dosažení požadovaného funkčního výkonu používají výrobci ve svých modelech DLP různé počty diskových filtrů, tři nebo více.

Princip činnosti DLP projektoru s jedním DMD čipem

Mimochodem, počet matic DMD v projektoru také není konstantní hodnota:

  • Jednoduchá matice konfigurace je typická pro levné přenosné projektory. V nich je holistický barevný obraz tvořen postupně každou barvou.
  • Trimatice Projektory jsou z hlediska hardwaru nejsložitější zařízení. Světelný tok ze světelného zdroje je rozdělen průhlednou čočkou do tří barevných paprsků, které jsou současně přiváděny do tří DMD matric. Tato zařízení se vyznačují mimořádnou čistotou barev, vysokými detaily a kontrastem.
  • В dvoubojový V projektorech se pro dva světelné toky používají dvě matice DMD: jedna pro červenou, druhá pro modrou a zelenou.
READ
Kam umístit drenážní studnu?

Dlouholeté zkušenosti s masovou výrobou a masovým používáním DLP projektorů vytvořily seznam výhod oproti projekčním zařízením založeným na jiných technologiích:

  • vysoká ostrost obrazu a hluboké černé barvy,
  • nedochází k efektu dvířek obrazovky, což se projevuje viditelností tenkých čar oddělujících barevné pixely na obrazovce,
  • větší účinnost světelného toku, který se v projektoru spíše odráží než „propouští“
  • minimální setrvačnost matic DMD,
  • Skvělé příležitosti pro vytváření kompaktních projektorů, které produkují vysoce kvalitní obraz

Závěry

Naučili jste se základy stávajících zobrazovacích technologií používaných v moderních multimediálních projektorech. Je jasné, že malý objem článku nám neumožňuje jejich podrobný popis, pohovořit o všech výhodách a nevýhodách jak technologií, tak projektorů, které je používají.

Podle našeho názoru však získané znalosti pomohou určit oblast široké škály promítacích zařízení, kde si vyberete konkrétní model podle svých přání.

Doporučuji, před koupí projektoru se poradit s naším specialistou a v případě dotazů si přečíst podrobného průvodce výběrem projektoru.