Lézer projektorok
Az egészen pici projektorok, vagy ahogy manapság mondjuk, a pikoprojektorok kétféle fényforrást használnak: nagyobb részük LED-ekkel m?ködik, néhány gyártó azonban el?nyben részesíti a lézert. A lézervetít? ötlete azonban jóval korábbi, amin nem is csodálkozhatunk, hiszen sok el?nye van annak, hogy monokromatikus (gyakorlatilag egyetlen hullámhosszon emittált) és koherens R, G, B lézersugarak keverésével tudjuk el?állítani a színes képet. A gyakorlati megvalósítás, és f?leg az olcsó, piacképes lézerprojektor még ma is csak a miniat?r szegmensben elérhet?, és ez is újdonságnak számít. M?ködési elv Próbáljuk meg el?ször végiggondolni, hogy mi minden kell egy lézerprojektorhoz, és milyen problémák merülhetnek fel! Kell mindenekel?tt három lézerforrás az R, G, B alapszínekhez. A kilencvenes évek végén a szilárdtest lézerekkel az infravörös tartományban tudtak hatékonyan lézersugárzást kelteni. Ebb?l úgy lett látható (vörös, zöld, kék) lézer, hogy a más-más hullámhosszon a közeli infravörös tartományban m?köd? lézerdiódák frekvenciáját megkétszerezték, ugyanis bizonyos kristályok alkalmasak a frekvenciakétszerezésre (nemineáris optika). Ez egyébként megvalósítható speciális szennyezettség? optikai szállal is. Amennyiben az alapszínek eltérnek a hagyományos megjelenít?k (pl. képcs?) alapszíneit?l - és a valóságban a legtöbbször ez a helyzet -, szükség van egy külön „színtranszformációs” fokozatra, amely a lézer-alapszínek alkotta színháromszöget ráigazítja a szabványos színháromszögre. A három lézer fényer?sségét ezután valamilyen módon modulálni kell a megjeleníteni kívánt képtartalommal. Erre többféle módszer van, úgymint az elektrooptikai (a polarizációs sík elforgatása elektromos térrel), az akuszto-optikai (optikai közeg s?r?ségének változtatása akusztikus hullámmal), továbbá a bels? árammoduláció. A három modulált lézersugarat optikai úton egyetlen kollineáris sugárrá kell egyesíteni, amelynek színe pillanatról pillanatra követi a forrás adott képpontjának színét a megfelel? R, G, B arányokkal. Ezen a ponton következik talán a legnehezebb feladat: a lézersugarat a képalkotási szabványoknak megfelel?en vízszintesen és függ?legesen el kell téríteni a kép kirajzolásához, ezt pedig – szemben az elektromágneses térrel jól kezelhet? elektronnyalábbal (l. képcs?) – csakis optikai úton lehet megtenni. Kell tehát egy optika eltérít? egység, amelynek kimenetén megjelenik a vetítési felületet pásztázó lézersugár. Szemben tehát a hagyományos projektorokkal (amelyek a klasszikus kivetítési elv szerint a készülék belsejében képpontokból építenek fel egy viszonylag kisméret? képet, majd ezt egy optikai rendszer segítségével vetítik ki), a lézerprojektorok esetében a kép közvetlenül a vetít?felületen jön létre, a pillanatról pillanatra változó színes lézersugár segítségével. A mai lézerprojektorok A lézeres pikoprojektorok (és a pikoprojektorok általában) a legújabb technológiát képviselik, és ismét bebizonyítják a régi igazságot, miszerint a nagy dolgok néha igen kicsiben készülnek. Ezek az apró vetít?k mobilkészülékekbe kerülhetnek beépítésre, miközben szinte bárhol képesek relatíve nagyképerny?s megjelenítésre, persze egyel?re korlátozott fényer?vel. Írásunk további része a Microvision cég PicoP nev? képengine-jér?l szól, amely kéttengely? (biaxiális) MEMS pásztázó lézertechnológiát használ. Hogy mi a kéttengely? MEMS pásztázó eszköz? – az írásból rövidesen kiderül. A más elven m?köd? pikoprojektorokhoz képest nagy el?ny (mint ahogy arról már volt szó), hogy a pásztázó lézeres pikoprojektoroknak nincs kötött fókusza, azaz tetsz?leges térbeli alakzatra is ugyanúgy éles kép vetíthet?, mint egy teljesen sík felületre. A lehetséges alkalmazások száma szinte végtelen. A nagyobb formátumú mobil eszközökben való általános használatának elterjedése mellett a pikoprojektorok rögtönzött üzleti bemutatók vagy tudományos megbeszélések vizuális elemeként is igen hasznosak lehetnek. A szakért?k a pikoprojektorok gyors elterjedését jósolják. A lézeres pikoprojektor-technológia jelenlegi els? számú fejleszt?je, a Microvision cég elérhet?vé tette a PicoP Evaluation Kit (PEK) nev? termékét és támogatási szolgáltatását, amely az ún. PicoP képengine-en alapuló fejlesztés. Pásztázó lézer Az alább mellékelt ábra bemutatja a Microvision PicoP m?ködési vázlatát. Az elvi felépítés igen egyszer?, egy vörös, egy zöld és egy kék lézerb?l áll, melyek amúgy is koherens fényét egy-egy lencse (ezek nincsenek rajta a sematikus ábrán) fogja össze nagyon kis apertúrájú nyalábokká. A három lézer fényét ezután optikai úton egyesítik, így modulálatlan állapotban fehér fénynyaláb jön létre. Egy egyszer? síktükörrel a fénysugarat egy „kéttengely?” MEMS (Microelectromechanical Systems) pásztázó tükörre („szkenner”) vetítik, amely a rasztert rajzolja fel, azaz a lézersugár optikai eltérítését végzi. Ez az integrált elektromechanikai-optikai eszköz, pontosabban a benne lév? tükröcske függ?leges és vízszintes tengely körül is igen finom, vezérelt mozgásra képes. Az alapszínekre bontott képtartalom az RGB lézersugarakat modulálja képpontról képpontra, természetesen az egyesített nyaláb mozgatásával, eltérítésével szinkronban. A teljes vetít? engine (IPM - Integrated Photonics Module) mindössze 7 mm magas és 5 cm³ a teljes térfogata. Az egyszer? kialakításnak számos el?nye van. A lényeg az, hogy (a pásztázó rész kivételével) az optikai engine mindig csak egyetlen képpont el?állításával foglalkozik. A három lézer meghajtása (modulálása) pontról pontra létrehozza a megfelel? kevert színt, kiváló min?ségben, az RGB lézerekkel elérhet? színtartományban. Az alapszínek nem szekvenciálisan váltják egymást (mint pl. az egychipes DLP projektorokban), hanem egyidej?leg jelennek meg. A hatásfok magas, mivel a lézerek csak annyi energiát fogyasztanak, amennyi az adott képpontokhoz éppen szükséges. A m?ködési elvb?l következ?en a kontraszt is magas lesz, ugyanis a fekete pixelek esetében a lézerek teljesen ki vannak kapcsolva. A pixelprofilt úgy alakították ki, hogy nagy felbontású, gyakorlatilag végtelen fókuszú és nem pixeles jelleg? lesz a kép. A pixelr?l pixelre történ? képalkotás – mint említettük – magas optikai hatékonyságot is hoz magával, szemben a hagyományos projektortechnológiákkal. Az egyszer? optomechanikai kialakítás „ára” viszont a meglehet?sen komplex elektronika. Úgy is fogalmazhatunk, hogy a megjelenítés komplexitása az elektronika felé tolódott el. A képpontok pontos elhelyezése (vagyis a vízszintes és függ?leges eltérítés vezérlése), és a lézersugarak képpontonkénti modulációja (meghajtás) ugyanis az elektronikára hárul. Végtelen fókusztávolság A Microvision PicoP engine-ben nincs vetít?objektív. A vetített lézersugár közvetlenül a MEMS pásztázó eszközb?l lép ki és hozza létre a képet a projektorral szemben, bármilyen felületen, amelyet a sugárnyaláb elér. A kilép? sugár éppen csak annyira széttartó, hogy a képméret növekedését megfelel?en kövesse a képpontok méretének növekedése. Az eredmény pedig egy tetsz?leges távolságban éles kép. A lézervetítés különlegessége abból ered, hogy a kép vetítésének feladatát megosztják a kis apertúrájú, egyetlen képpontot reprezentáló, élesre állítást nem igényl? kvázi-koherens fénynyaláb és a kétdimenziós MEMS eltérít?-pásztázó egység között, amely a képet az egyedi képpontokból felrajzolja. A gyakorlatban a MEMS pásztázó egysége egy igen gyorsan m?köd? optikai eltérít? rendszer, amely vízszintesen 43°-os eltérítésre képes. A hagyományos (nem koherens fénnyel dolgozó) projektoroknál a vetít?objektívnek kompromisszumot kell létrehoznia a mélységélesség, az elfogadható fényer? és vetítési távolsággal megfelel?en változó képméret között, miközben a teljes fénymodulátor eszköz (LCD, DLP stb.) képét egyszerre kell kivetítenie. A mélységélesség így meglehet?sen kicsi marad, és az élesség pontos beállítására igen érzékeny a rendszer. A fent leírt m?ködési elvb?l következ?en a lézerprojektornál – els? hallásra bármilyen meglep? – ez a probléma fel sem vet?dik. Csupán azt kell szem el?tt tartani (és a lézerforrást közvetlenül követ? optikai rendszert ennek megfelel?en megtervezni), hogy a vetítési távolság növelésével a pixelméret pontosan lineárisan növekedjen – ekkor a kép mindig éles lesz, bármilyen élességállítás nélkül. A felhasználó számára a fent mondottak azt jelentik, hogy a hagyományos projektor élességét állandóan utána kell állítani, ha megváltozik a vetítési távolság, és a kép egyes részei életlenek lesznek, ha olyan felületre kell vetíteni, mely nem egyenletes távolságban van a készülékt?l. Ilyen lehet pl. egy sík felület is, ha a vetítés iránya nem pontosan mer?leges, de egy tetsz?leges, háromdimenziós felület is.
2011-10-02