Videoproiettori, come funzionano?

Ligra DS | Videoproiettori, come si compongono e come funzionano?

DLP

Per lungo tempo, la tecnologia DLP (acronimo di Digital Light Processing) – inventata e brevettata da Texas Instruments nel 1987 – è stata la migliore disponibile per i sistemi di videoproiezione. 

L’immagine viene creata da microscopici specchi disposti in una matrice su un circuito integrato a semiconduttore, chiamato Digital Micromirror Device (DMD). Ogni piccolo specchio rappresenta un pixel e quindi il loro numero corrisponde alla risoluzione dell’immagine proiettata.

Per capire come funziona un videoproiettore DLP a singolo chip può essere utile visualizzare lo schema seguente, partendo proprio dalla sorgente luminosa:

La luce emessa dalla lampada viene convogliata, tramite una lente condensatore, attraverso i segmenti rosso, verde, blu e bianco di una ruota colore rotante ad alta velocità. 

In questo modo si creano impulsi di luce colorata che illuminano il chip DMD e che vengono poi riflessi dai minuscoli specchi sulla superficie dello stesso per creare l’immagine. Il cervello umano combina queste immagini sequenziali rossa, verde e blu con l’impulso di luce bianca per percepire il colore. 

Alcune persone possono tuttavia distinguere i singoli colori di base proiettati sequenzialmente, anziché vedere il colore previsto, e questo genera il cosiddetto effetto rainbow (arcobaleno).

DLP a 3 Chip

Per ridurre, o addirittura eliminare, l’effetto rainbow si può ricorrere a vari sistemi, ma la soluzione più efficace è la tecnologia a 3 chip DMD, che ne fa una variante più costosa della tecnologia DLP a singolo chip.

In un sistema a 3 chip, la luce bianca generata dalla lampada passa attraverso un prisma che la divide nelle tre componenti rossa, verde e blu. Ogni chip DMD è associato a ciascuno dei tre colori. 

La luce colorata che riflettono i micro-specchi viene poi ricombinata attraverso una particolare struttura ottica, chiamata prisma dicroico e fatta passare attraverso la lente di proiezione per formare un’immagine proiettata a colori di notevole qualità.

 

LCD (3 LCD)

Un videoproiettore LCD contiene, sempre più comunemente, tre pannelli separati di cristalli liquidi, uno per ogni componente del segnale video (rosso, verde e blu). Il chip, o i chip DMD, sono qui sostituiti da pannelli LCD.

In un videoproiettore a triplo pannello LCD, la luce bianca proveniente dalla lampada viene divisa nei tre colori fondamentali (rosso, verde e blu) utilizzando altrettanti specchi. Ognuno dei tre flussi di luce, opportunamente convogliato ai rispettivi pannelli LCD, passa attraverso gli stessi per creare le componenti dell’immagine rossa, verde e blu, che vengono quindi ricombinate attraverso il solito prisma dicroico, prima della proiezione, per formare un’unica immagine a colori completa.

 

LCoS e le sue varianti

LCoS, acronimo di Liquid Crystal on Silicon, è una tecnologia più recente rispetto a quelle sin qui menzionate; nasce per risolvere sia i problemi legati alla tecnologia DLP che LCD.

Si tratta di un display a cristalli liquidi a matrice attiva miniaturizzato, detto anche micro-display, che utilizza uno strato di cristalli liquidi sopra un backplane di silicio riflettente. 

A differenza dei pannelli LCD utilizzati nei videoproiettori a singolo o triplo chip, i pannelli LCoS lavorano per riflessione.

 

Questa tecnologia è più costosa di quelle viste sinora, ma offre anche una serie di vantaggi. Il videoproiettore D-ILA (acronimo di Digital Direct Drive – Image Light Amplifier) sviluppato da JVC e SXRD (acronimo di Silicon X-tal Reflective Display) sviluppato da Sony rappresentano una particolare implementazione della tecnologia LCoS.

Dalla lampada alle sorgenti d’illuminazione a stato solido (SSI)

Le tecnologie sino ad ora descritte, cioè DLP e LCD, hanno tradizionalmente sempre avuto in comune la medesima sorgente luminosa, la lampada, un elemento fondamentale nei videoproiettori. 

Col tempo si è pensato a soluzioni più affidabili, poiché essendo la lampada una componente soggetta ovviamente ad usura, la sua durata media varia tra le 2000 e le 6000 ore, mentre il costo è compreso fra i 200 e i 500 Euro, in certi casi anche oltre.

Per questo, nel corso del tempo si è introdotta l’illuminazione tramite sorgente Laser. 

I primi videoproiettori di questo tipo utilizzavano un laser blu e avevano dei limiti nella fedeltà di riproduzione dei colori che ne limitava il campo d’utilizzo alle presentazioni aziendali testuali. Nel corso del tempo, sono stati realizzati proiettori Laser RGB che hanno esteso il campo delle possibili applicazioni ai settori più critici, dove è richiesta una eccellente resa del colore.

Nel disegno sopra, la ruota al fosforo serve per generare una luce bianca che viene poi scomposta nelle tre componenti RGB indirizzate, mediante una serie di specchi, ai tre pannelli LCD. Nella soluzione sotto, invece, sono stati adottati 3 diversi fasci laser indipendenti: 

Una sorgente di luce laser ha il vantaggio di un consumo energetico ridotto rispetto alle lampade tradizionali e richiede di essere sostituito dopo circa 20.000 o addirittura 30.000 ore, un intervallo di tempo molto più lungo rispetto a qualsiasi lampada per proiettore. 

Se confrontato a quello delle lampade tradizionali, l’avvio del laser è praticamente istantaneo e la luminosità rimane costante durante tutto il ciclo di vita di questi prodotti. E, soprattutto, la tecnologia laser priva di mercurio non richiede l’intervento di specialisti per la gestione né smaltimento alla fine del ciclo di vita.

 Già dal 2010 sono state studiate anche soluzioni ibride che adottano contemporaneamente sorgenti Laser e LED.

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