Alternatív fényforrások projektorokban

 

2014. augusztus

 

Elvileg megállapodhatnánk ugyan abban, hogy minden olyan projektort, amelyben lézer található, elnevezünk lézerprojektornak. Ezzel azonban nagy kavarodást keltenénk, mert a lézert néhány éve LED-ekkel és/vagy foszforral kombinálva használják vetítők fényforrásának részeként, ugyanakkor önállóan is megjelent a projektorskála legalsó végén (pikoprojektorok) és legfelső végén is (extra nagy teljesítményű 3D digitális moziprojektorok). Ráadásul önállóan is többféle szerepkörben működhet: „csak” fényforrásként a hagyományos technológiai keretben, vagy a képet is kirajzoló pásztázó lézerként. Hát akkor mit is nevezzünk lézerprojektornak?

 

Nem központi témája ennek az írásnak, de ejtsünk néhány szót a "jó öreg" UHP (Ultra High Pressure – ultra nagy nyomású) higanylámpáról, amely immár kb. csaknem két évtizede elsődleges fényforrása a digitális projektoroknak, kivéve néhány különleges rendeltetésű, illetve extra nagy fényerejű gépet, pl. moziprojektorokat, amelyekben nem UHP, hanem  xenonlámpa dolgozik. A xenonlámpában is nagy nyomás uralkodik, de kb. csak tizedakkora, mint az UHP lámpákban.

Az UHP lámpának sok, más néven futó módosulata van, pl. UHB, UHE, UHM, NSH, SHP stb.

 

                     Osram gyártmányú nagynyomású higanylámpa, tükörrel, tokba szerelve

 

Az UHP lámpának (bővebb leírása oldalunkon itt található) azonban sok előnye mellett van néhány olyan hátránya, amely a projektor-fejlesztőket már régóta arra készteti, hogy megpróbáljanak továbblépni. Talán a legnagyobb hátrány a viszonylag rövid élettartam, pontosabban a magas ár/élettartam arány. Igaz, a lámpagyártók egyre tartósabb lámpákat készítenek, ma már nem ritka a 6-7000 óra élettartam (takarékos Eco üzemmódban), de sajnos a lámpák fényereje jóval előbb csökkenni kezd, gyakran már 1000-1500 óra után célszerű cserélni őket, ha kényesebb alkalmazásról van szó. A csere maga ugyan rendkívül egyszerű, nem igényel szakértelmet, mert az izzó az ellipszoid vagy paraboloid tükörrel együtt egy könnyen kihúzható/betolható házban van, az ár azonban úgy 40.000 – 120.000 Ft között mozog, de a nagyobb projektoroknál ennél is jóval magasabb lehet. Néhány más hátránya is van a lámpának, de ezekre most nem térünk ki.

 

A lecke tehát már egy ideje fel van adva, és a folyamat – hosszabb távon a hagyományos lámpa „leváltása” – egy ideje elkezdődött, és az utóbbi időben felerősödni látszik. Azért attól nem kell tartanunk, hogy az UHP lámpa a közeli jövőben a múzeumi vitrinekbe kerülne, mivel egyrészt van egy fényerő-tartomány (kb. 3000 és 40000 lumen között), amelyben egyelőre egyáltalán nincs, vagy csak korlátozottan, illetve jóval magasabb áron van versenytársa, másrészt egy ilyen nagyszabású technológiai átállás akár egy évtizedet (vagy még hosszabb időt) is igénybe vehet. Gondoljunk csak a CRT történetére, amelynek „kihalását” már a nyolcvanas évek végére várták (és még legalább 20 évet élt).

 

Az új fényforrások és alkalmazásuk

 

Időrendben elsőként, kb. nyolc éve a LED-ek jelentek meg alternatív fényforrásként a projektorokban, tehát ez a megoldás nem is mondható nagyon újnak. Kezdettől fogva három alapszínű, R, G és B LED alkotja a teljes fényforrást.

A közel monokromatikus LED szinte ideális kijelző-fényforrás lenne, többek között az alapszínek keskeny spektruma és a csaknem 100%-os telítettségű színnek köszönhetően, azonban sajnos a mai napig nehezen leküzdhető teljesítmény-korlátai vannak, különösen a zöld LED esetében.

 

                   Projektorokhoz fejlesztett, különböző teljesítményű R, G, B LED-ek (Luminus)

 

Én az első LED-es projektorral (Toshiba TDP-FF1) 2007-ben találkoztam, de akkor már a Mitsubishi és a Samsung is gyártott LED-es vetítőt. A készülék akkumulátorral együtt kb. 0,7 kg volt (ez szép eredmény volt abban az időben), de a fényerőt a gyártó nem is merte megadni, mert jóval 100 lumen alatt volt. A Toshiba csak három évvel később hozott egy újabb típust (TDP-F10), amelynek fényereje a specifikáció szerint elérte a 100 ANSI lument. Nem sokkal később a Toshiba teljesen megszüntette a projektorgyártást.

 

Időközben, és ezt követően persze más cégek, mint az Acer, a BenQ, az InFocus, az LG, a NEC, az Optoma, a Panasonic, a Philips, a Vivitek stb. is kihoztak különféle mini-, mikro-, piko- vagy ultrahordozható LED-es projektorokat, lassan, de folyamatosan növekvő fényerővel. Sőt, a házimozi-projektorokra (is) specializálódott néhány gyártó egészen jó minőségű, sőt kiváló (de roppant drága) LED-es vetítőket is kifejlesztett, mert 7-800 lumen (kalibrálva) már bőven elegendő a házimozi kategóriában.

 

A legnagyobb névleges fényerő egyébként e sorok írásakor 1500 lumen, de ez az adat a specifikációkban újabban a „LED brightness” vagy „LED lumen” nevet viseli, ami némileg megtévesztő. A Tisztelt Olvasó erről a fából vaskarika fogalomról bővebben olvashat az egyik tesztünkben. A LED-ek fejlesztése azonban tovább folyik, és egy-két éven belül a fényerő elérheti a 2000 lument is. A LED projektorok tehát pillanatnyilag lefedik a kb. 10 -1500 lumenes szegmenst, de egyelőre ez utóbbi a maximum. A LED-ek bármelyik (LCD, LCoS, DLP) technológiával kombinálhatók, de ténylegesen az egychipes DLP projektorokban a legkézenfekvőbb az alkalmazásuk, mivel lehetővé teszik a forgó színkerék elhagyását.

 

A pillanatnyi állapot szerint legnagyobb fényerejű,  RGB LED-ekkel működő, 1500 lumenes hordozható prezentációs DLP projektor: az Optoma ML 1500

 

A fényerő-probléma leküzdése jegyében a Casio – szintén már jó pár éve – megjelent az ún. hibrid LED/lézer DLP projektorokkal, és azóta is ezt a technológiát fejleszti. Valójában LED/lézer/foszfor technológiáról kell beszélnünk. Az első, ún. Green Slim sorozatban (XJ-A…) vörös LED-et és kék lézert használt a Casio: a kék lézer adta egyrészt a kék alapszínt, másrészt a lézer egy forgó tárcsára felvitt foszforréteg gerjesztésével állította elő a zöldet. Ezzel a módszerrel rögtön 2000 – 2500 lumenig lehetett menni a fényerővel.

 

Felül: A Casio első hibrid projektorsorozatának működési elve. Vörös LED, kék lézer és zöld foszforkerék fénye szekvenciálisan kapcsolgatva vesz részt az alapszínek létrehozásában

Alul: A Casio első hibrid projektorsorozatának egyik Green Slim típusa

 

A Casio nemsokára kissé módosított a technikán, és két LED-et (vörös és kék) és kék lézert, továbbá a korábbi megoldáshoz hasonlóan forgó foszforkereket épített be az újabb projektorokba. Ugyanis mind a vörös, mind a kék LED viszonylag egyszerűen gyártható, a zöld alapszínt pedig – amelynél a legfájóbb a teljesítmény-korlát, nem LED-del, hanem a kék lézerrel gerjesztett foszforral állítja elő. A fényerő a javított módszerrel azért is nagyobb lehetett, mert a kék lézer teljes energiáját a zöld alapszín előállítására lehetett fordítani. A „Pro” sorozat legerősebb típusai (XJ-H1700/1750) 4000 ANSI lument tudnak produkálni.

 

Felül: A módosított Casio hibrid fényforrásának vázlata. A vörös LED mellett itt egy kék LED-et is alkalmaznak, a kék lézer pedig „csak” a zöld foszforréteget gerjeszti

Alul: Az ezt a fényforrás-típust alkalmazó Casio Pro sorozat egyik típusa. A fényerő 4000 lumen

 

A Casio javára írandó, hogy bátran vállalta az úttörő szerepet, a szakma pedig jó ideig óvatosan kivárt. A Casio projektorai a prezentációs kategóriában sikeresek lettek, a cég ma már csakis hibrid projektorokat gyárt, összességében huszonegynéhány típust, ezen kívül stacking összeállításokat is kialakított a nagyobb fényerő-igények kielégítésére.  

Egy-két éve egyre több gyártó lép ugyanerre az útra, köztük pl. a Sanyo céget (kiváló projektorgyártó volt) magába olvasztó, és elég konzervatívnak mondható Panasonic is, de több más céget is sorolhatnánk.

A Panasonic 2012-ben kihozta az első két, 3500 lumenes hibrid típusát (PT-RZ370 és PT-RW330), majd nem sokkal később a 4000 lumenes PT-RZ470 és PT-RW430 modelleket. A projektorcsalád a SOLID SHINE nevet kapta. Idén pedig a cég bemutatta a tovább javított 6000 lumenes változatokat (PT-RZ670 és PT-RW630), és a tervek szerint a fényerőt tovább szeretné növelni 10.000 lumenig, illetve még tovább. (Persze az még nem tudható, hogy ezekben lesz-e LED is, vagy csak lézer-foszfor kombináció.)

 

Felül: A Panasonic SOLID SHINE hibrid projektorcsaládjának első tagja, a PT-RZ370, illetve PT-RW330 (ezek csak felbontásban különböznek)

Alul: A fényforrás alkotóelemei: vörös LED, kék LED, kék lézerdióda és zöld foszforral bevont forgótárcsa

 

Mint látjuk, a lézer mint fényforrás kezdettől fogva megjelent a hibrid projektorokban, de ettől még nem hívhatjuk őket „lézerprojektornak”, hiszen a LED, a lézer és a foszfor egyaránt részt vesz a kép előállításához szükséges fény létrehozásában.

 

A következő stáció a lézer és a foszfor kombinációja LED nélkül. Ismét a kék lézer adja a  gerjesztő fényt, a foszfortárcsa pedig sárga, vagy vörös és zöld foszforral van bevonva (az utóbbi két szín additív módon a sárgát keveri ki). Az eredmény ugyanaz: a kék és a sárga, mint kiegészítő színek együttesen fehéret adnak, ezt lehet tovább bontani a szokásos RGB alapszínekre. A lézerforrás esetében valójában a legtöbbször sok lézerdiódából összeállított „lézertömbről” van szó.

 

                      Példa a lézer-array kialakítására: 24 kék lézerdiódát tartalmaz a lézertömb

 

3LCD technológiára az első lézer-foszfor projektort (VPL-FHZ55) a Sony fejlesztette ki, a prototípust 2013-ban mutatta be az amsterdami ISE kiállításon, tesztje ITT olvasható. A cég az első 3LCD „lézerprojektornak” nevezte készülékét, az elsőség valódi, az elnevezés azonban megtévesztő. A szakma az ilyen vetítőket lézer-foszfor projektoroknak nevezi, és DLP technológiával a lézer-foszfor kombináció ugyanúgy használható, mint LCD-vel. Csakhamar meg is jelentek az ilyen konstrukciók, pl. a Digital Projection nevű cég 12000 lumenes lézer-foszfor fényforrású DLP projektora. A fényerő-tartomány a lézer-foszfor projektorok esetében 2000 – 12000 lumen.

 

Felül: A Sony lézerprojektorának, pontosabban lézer-foszfor projektorának működési vázlata: a kék lézer és az általa gerjesztett sárga foszfor fénye (mivel komplementer színek) fehér fényt hoz létre, amelyet a továbbiakban optikailag ugyanúgy dolgoz fel a 3LCD projektor, mintha hagyományos lámpa fénye lenne

Alul: A Sony első 3LCD lézer-foszfor projektora, a VPL-FHZ55

 

A DLP technológiával kombinált első lézer-foszfor prezentációs projektor két altípusát 2012 elején a BenQ hozta piacra (LW61ST/LX60ST). Az LW61ST-t mi is teszteltük. Belső felépítéséről nagyon keveset tudunk, annyi biztos, hogy az elsődleges fényforrás egy 24 db kék lézerdiódából álló tömb, amely egy foszforral bevont tárcsát gerjesztve állítja elő a fehéret, amelyből a szokásos módon egy hatszegmenses színkerék szűri az alapszíneket. Ettől függetlenül ez a projektor sem „lézerprojektor”, hanem lézer-foszfor projektor. A készülék fényereje 2000 ANSI lumen.

 

Az első DLP prezentációs "lézerprojektor" a szintén lézer-foszfor kombinációt hasznosító BenQ LW61ST 

 

A „valódi” lézerprojektorok

 

A lézer vetítéstechnikai alkalmazása azonban egyfelől sokkal korábbi, mint akár a hibrid, akár a lézer-foszfor projektorokba való beépítése, és „tiszta” formájában – amikor mindhárom alapszínt lézerek adják – manapság sajátos módon a legkisebb pikoprojektorokban (Microvision), és a legnagyobb és egyben legkorszerűbb moziprojektorokban (Barco, Christie) használják. A lézerprojektor elnevezést ezeknek a vetítőknek illik fenntartanunk. A helyzetet kicsit árnyalja, hogy a lézer szolgálhat „csak” fényforrásként a projektoron belül, azaz a mozigépeknél pl. helyettesíti a xenonlámpák fehér fényéből „kihasított” R, G, B alapszíneket, vagy pedig – és ez nagy különbség – maga a képinformációval modulált R, G, B lézersugarakból egyesített pásztázó sugár rajzolja a képet az ernyőre. Logikusan tehát ez utóbbi típust „pásztázó lézerprojektornak” hívhatjuk.

 

Felül: A Microvision pásztázó lézerrel működő pikoprojektorának működési elve. A zöld alapszínt infravörös lézersugár frekvenciakétszerezésével állítják elő (SHG = second harmonic generator). A vízszintes és a függőleges eltérítést egy kb. 1 mm-es rezgő/billegő tükör (MEMS eszköz) végzi. Az egyszerűsített vázlat nem tünteti fel a videovezérlő, lézermeghajtó, MEMS meghajtó stb. elektronikai egységeket, illetve áramköröket. A tljes leírás megtalálható a néhány sorral lejjebb hivatkozott cikkünkben

Alul: A Microvision SHOW WX pikoprojektor típusa   

 

Az utóbbi módszernél, amit jelenleg csak a nagyon kis teljesítményű (10-15 lumenes) pikoprojektorokban használnak, a lézersugár vízszintes és függőleges eltérítését is egyetlen pici MEMS eszköz végzi. Bár korábban a Németországban kifejlesztett, tükördobbal vízszintesen, egy torziós tükörrel pedig függőlegesen, optikai úton eltérített pásztázó lézersugaras vetítőknek a nagyteljesítményű géposztályban is komoly szerepet szántak, az élet erre az elképzelésre rácáfolt – néhány példányt még használnak speciális területeken, de földi halandó nemigen találkozik velük, illetve a képükkel.

 

A Barco és Christie éppen mostanában piacra kerülő, hatalmas teljesítményű mozis lézerprojektoraiban a technológia maradt a 3-chipes DLP, 3 lézerforrással (R, G, B alapszínek), illetve 3D projektor esetében 6 lézerforrással (R1, G1, B1, illetve R2, G2, B2 alapszínek), és a lézer „csupán” a fényforrás szerepét játssza. Ez utóbbit nevezik 6P technológiának (6 primary, azaz 6 alapszín, értsd 2 eltérő RGB színhármas). Ezeknek a digitális mozis lézerprojektoroknak a natív felbontása 4K, és a fényforrásokat a Christie esetében két fejegység fogja össze, ahonnan optikai szálakon vezetik a fényt a vetítőfejekbe – ez illeszkedik a Christie Duo vetítési konfigurációba. A Barco viszont a teljes 6P lézeregységet integrálja a vetítőgépbe.

 

A 3D vetítés elve mindkét esetben a Dolby 3D-vel meggyező, azaz a két szemnek szánt információt úgy választják szét, hogy a bal/jobb csatornákban eltérő alapszíneket használnak, ám ezek előállításához nincs szükség forgó Dolby szűrőtárcsára. A szétválasztás a nézőnél úgy történik, hogy a szemüveg két „lencséje” eltérő színszűrő-hármas. A kapott kép teljesen szellemkép-mentes.

Több bemutató után idén június 13-án üzembe helyezték a világ első tartósan telepített Christie lézerprojektort a Shanghai Film Art Centerben. A 6P 3D kettős lézerprojektor max. 60.000 lumen fényáramot vetít egy 23 m széles, 1,4-es nyereségű vászonra. A kontrasztarány 3000:1. A Barco-tól pedig az a júniusi hír érkezett, hogy a második legnagyobb holland mozilánc (JT Bioscopen) országszerte 21 multiplex moziba rendelt DP4K-60L (szintén 60.000 lumenes) 6P 3D lézerprojektorokat.

 

Sanghajban ünnepélyes keretek között avatták fel a Christie 60.000 lumenes 6P 3D lézerprojektorát (Shanghai Film Art Center)

 

Talán érdemes még megemlíteni, hogy az IMAX saját 3D lézerprojektor-rendszert fejleszt, a NECSEL cég lézertechnológiájának felhasználásával.

Az előrejelzések szerint a lézerprojektorok fényárama hamarosan elérheti a 100.000 lument, vagyis 35-40.000 lumen fölötti fényigény esetén ez lenne a racionális választás egyéb (nemcsak mozi) célokra is. Ennek nagy akadálya azonban az egyelőre „csillagászati” ár, hiszen pl. 2 db 30.000 lumenes lámpát stackingbe rendezve a 60.000 lument 1 db lézerprojektor árának töredékéért megkapjuk. Egyelőre.

 

Az RGB lézerprojektor fejlesztésében szintén élenjáró Barco a lézeres megvilágító egységet közös házban helyezte el a DLP engine-nel és a vetítő egységgel. A DP4K-60L 4K felbontású 3D projektor szintén 60.000 lumenes, akárcsak a Christie lézerprojektora. A gigantikus fényerő természetesen 2D-ben értendő

 

Mire jutottunk?

 

Foglaljuk össze, hogy a lámpa „kiváltására” folyamatosan fejlesztés alatt álló fényforrásokat önállóan vagy kombinálva használva milyen csoportokba sorolhatjuk a „lámpa nélküli” projektorokat:

 

LED projektorok: Mind a három színcsatornában LED-ek adják az alapszíneket, lézer egyáltalán nincs ebben a konstrukcióban. (Fényerő: 10 - 1500 lumen.)

 

Hibrid projektorok: Legalább egy színcsatornában LED a fényforrás, és legalább egy (másik) színcsatornában lézer + foszfor adja a fényt. A harmadik csatorna lehet LED, lézer, vagy lézer és foszfor. (Fényerő: 2000 - 6000 lumen.)

 

Lézer-foszfor projektorok: Fényforrásként lézert + lézerrel gerjesztett foszfort (foszforral bevont forgó tárcsát) használ. A lézer minden esetben kék. A foszfor vagy sárga, vagy vörös és zöld. Az előbbi esetben dikroikus szűrő állítja elő a sárgából a vöröset és a zöldet. LED egyáltalán nincs a projektorban. (Fényerő: 2000 - 12000 lumen.)

 

Lézerprojektorok: Minden fényenergia lézer fényforrásokból származik. A kép előállításához három alapszínű (RGB) lézer szükséges. A lézerprojektor nem szokványos változata a pásztázó lézerprojektor, ahol nincs mikrodisplay, hanem az egyesített lézersugár optikai eltérítéssel rajzolja ki a képet. Ez a megoldás azonban ma már csak a nagyon kis teljesítményű pikoprojektorokban használatos (fényerő: 10 - 20 lumen), míg az előbbi – a 3-chipes DLP technológiával kombinálva – a legnagyobb teljesítményű digitális moziprojektorok minden eddiginél tökéletesebb megvalósítása. (Fényerő: 40000 - 100000 lumen.)

 

N. Á.