Reverse engineering su un proiettore laser: come funziona?

Luca Fontana

7.10.2019

Traduzione: Leandra Amato

Immagini: Manuel Wenk

I proiettori laser RGB sono il futuro. Per spiegarti meglio perché e come funzionano questi dispositivi, abbiamo sacrificato un proiettore da 6000 franchi. Smontarlo è stato un gioco da ragazzi. Rimontarlo, tutta un’altra storia.

I proiettori sono un pezzo di tecnologia incredibile. In pratica, un proiettore non è altro che una scatola. Con una lampada all’interno, che emette luce su un chip o su un LCD. Da lì, questo fascio di luce passa attraverso una lente e poi appare sulla tela. E questa è la magia del cinema.

Ah, se solo fosse così semplice.

Mentre nell'articolo precedente mi interessava soprattutto come viene creata l'immagine all’interno di un proiettore, oggi vorrei dare un'occhiata più da vicino alla tecnologia dell'illuminazione. Più precisamente, quella di un proiettore laser. Il nuovo proiettore LG Ultra Short Throw mi ha dato l'opportunità di farlo.

Sono riuscito a smontare il proiettore e testarlo per scoprire tutti i segreti aziendali di LG segreti della sua tecnologia di illuminazione. Ho preso questa missione molto seriamente e purtroppo, una volta terminato l’esperimento, non sono più riuscito a rimontarlo. Mi dispiace, non potrò testare il proiettore. Ma guardiamo il bicchiere mezzo pieno: abbiamo foto superbe e molto rare del funzionamento interno di un proiettore laser.

Bene, iniziamo.

Il presente: un laser nel proiettore

I proiettori laser hanno la particolarità di utilizzare un laser al posto della solita lampada come sorgente luminosa. Non un laser stile James Bond in «Agente 007 - Licenza di uccidere», ma decine di piccoli diodi laser raggruppati in un unico grande fascio di luce. Un laser singolo più potente potrebbe essere usato in modo improprio. O causare ustioni e abbagliare per sbaglio.

In linea di principio: più diodi ci sono, più luminosa è la luce. La cosa è particolarmente interessante per la qualità dell'immagine in ambienti luminosi. Soprattutto perché i diodi hanno una durata di vita più lunga. Una lampada UHP ha una durata di circa 4000 ore, mentre i diodi laser possono funzionare fino a 20 000 ore.

Proiettore laser DLP con ruota cromatica al fosforo

Nei proiettori DLP, l'immagine viene creata utilizzando un chip DMD di circa 1 x 1,5 cm. La sua superficie è costituita da milioni di specchi microscopici disposti in una griglia, che possono essere controllati individualmente e rappresentano ciascuno un pixel. Quando il pixel deve irradiare luce, il suo specchio viene inserito nel fascio di luce in modo che la luce venga riflessa sull'obiettivo.

Il colore del pixel proviene dalla ruota cromatica, perché la luce bianca originale deve essere «colorata».

I proiettori laser hanno un problema: i laser emettono una luce leggermente bluastra. Non perché non sia possibile produrre diodi che emettono luce bianca, ma perché questi ultimi sono più costosi e hanno una durata di vita più breve.

Per questo motivo, davanti alla ruota cromatica viene posta una ruota al fosforo: la luce laser blu ad alta energia stimola lo strato di fosforo, che emette una luce gialla. La luce gialla viene poi condotta attraverso la ruota cromatica e «colorata» in rosso e verde. Le componenti spettrali della luce laser blu sono conservate: la luce rossa, verde e blu arriva sul chip DMD e da lì sullo schermo.

Proiettore laser LCD con specchi dicroici

In linea di principio, i proiettori LCD funzionano esattamente come i televisori LCD. La luce arriva sui pannelli LCD da dietro; questi ultimi sono composti da milioni di pixel, che generano l'immagine. L'unica differenza è che nel proiettore non c'è solo un panello LCD: ce ne sono tre.

Ognuno di questi tre pannelli LCD rappresenta un colore primario: rosso, verde o blu. La luce che colpisce il pannello LCD da dietro è dello stesso colore del pannello. Nei proiettori LCD, invece, la luce non è colorata, ma divisa nelle sue componenti spettrali: luce bianca composta dai colori rosso, verde e blu. La luce è divisa da specchi dicroici. Questi possono riflettere o trasmettere componenti spettrali selezionati, come il rosso o il verde.

Ma con la luce laser, su un proiettore LCD o DLP, abbiamo lo stesso problema: all'inizio è blu. Quindi si aggiunge una ruota al fosforo per trasformarla in luce bianca. Non si ottiene mai un bianco puro, però ci si avvicina.

Sopra: la ruota al fosforo davanti al modulo laser è illuminata dal laser blu, che fa brillare il fosforo e converte la luce blu in luce giallastra. Poi, gli specchi dicroici – rappresentati dalle barre turchesi oblique – dividono lo spettro della luce giallastra in rosso e verde, mentre il blu del laser viene riflesso direttamente sul pannello LCD.

Sotto: il modulo laser che brillerebbe direttamente sullo specchio dicroico se fosse acceso. Quello che manca qui è la ruota al fosforo. Questo perché la foto ritrae il proiettore laser RGB, dove la ruota al fosforo non è più necessaria. Ti dirò di più su questo punto più avanti.

Alla fine, tutti i raggi luminosi passano attraverso un prisma: la «X» turchese nell'illustrazione qui sopra. Nel prisma, le immagini rosse, verdi e blu sono combinate in un'unica immagine a colori, che passa attraverso l'obiettivo e arriva alla tela.

I proiettori laser DLP e LCD hanno un unico svantaggio: solo il colore blu proviene direttamente dal laser. Il rosso e il verde esistono solo in combinazione con il fosforo. Se facessimo un diagramma dell'immagine prodotta dal proiettore con le sue diverse componenti spettrali, sarebbe così:

Sopra: le parti blu sono numerose e particolarmente sottili. Dal punto di vista ottico, il risultato è un blu molto puro e intenso. Il verde e il rosso, invece, sono a banda larga e quindi molto più chiari.

Per produrre un'immagine SDR, questo non è un problema. La maggior parte dei proiettori laser corregge la mancanza di rosso e verde utilizzando un potente software di gestione del colore Per produrre un'immagine HDR, cioè un'immagine con spazi di colore elevati che danno un'immagine più contrastante con colori naturali, le cose si fanno più complicate. Ecco perché i proiettori laser compatibili HDR sono così rari.

Il futuro: proiettori laser RGB

I proiettori laser RGB non utilizzano un modulo laser con luce laser blu, ma tre: due moduli blu e un modulo rosso. Una lente chiamata «G-Refiner», posta davanti a uno dei due moduli blu, trasforma la luce blu in luce verde.

Nel proiettore laser RGB LG, con il suo chip DMD, si presenta così:

E nella pratica? Non sono sicuro al 100% di dove siano i diodi laser. Gli ingegneri, che lo sanno sono in Corea del Sud, dove i proiettori sono prodotti o almeno progettati.

Ti spiegherò la mia teoria tra un attimo. Questo è quello che ho trovato quando ho rimosso alcune viti:

Suppongo che i due moduli laser blu siano in alto a destra e sul lato destro, dove la luce è bluastra e arancione. La lente davanti ai diodi a destra è più grande delle altre, quindi sospetto che sia la lente G-Refiner a convertire la luce laser blu in luce verde. Nell'immagine, l'arancione deriva sicuramente dal fatto che ho rimosso il coperchio: la lente divide la luce ambientale che normalmente non passa attraverso la custodia.

I diodi laser rossi dovrebbero trovarsi nell'angolo superiore sinistro. Nello specchio dicroico verde, i tre raggi di luce si incontrano e si riflettono sul chip DMD. O almeno, questa è la mia teoria.

Purtroppo, non posso verificare l'accuratezza della mia teoria. Dovrei collegare il proiettore e accenderlo, ma non so se è una buona idea con i laser esposti.

In ogni caso, il proiettore non funzionerà più: per dare un’occhiata al suo interno e osservare il percorso della luce, ho dovuto usare la forza in luoghi dove non era assolutamente necessario farlo. Ad esempio, sul modulo di raffreddamento. Nell'immagine qui sotto, puoi vederlo in alto a destra: una scatola scanalata con connessioni in rame.

Il modulo di raffreddamento, nel frattempo, è deceduto. Il video producer Manu stava per scattare la foto successiva quando i due moduli laser sono passati attraverso le lenti.

In ogni caso dovevamo fotografare i diodi separatamente e il modulo di raffreddamento bloccava l'accesso alle viti, perciò l’avremmo dovuto smontare comunque. Ma stai certo che quello che facciamo, lo facciamo per la scienza, non per il puro piacere di distruggere.

Ma se hai altre teorie sul funzionamento del proiettore, scrivilo nei commenti. Se sei sicuro della tua ipotesi, possiamo scrivere insieme il resto di questo articolo.

Quello che posso dire con certezza, però, è che, grazie ai due moduli aggiuntivi, non c'è bisogno ruote al fosforo o ruote cromatiche, come di solito accade con i proiettori DLP. Così, il rosso e il verde nell'immagine del proiettore RGB sono puri come il blu. Questo si traduce in spazi di colore significativamente più grandi rispetto ad altri proiettori. Inoltre, viene eliminato l'effetto arcobaleno comune ai proiettori DLP nelle scene rapide di azione.

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Quelle che hai visto in questo articolo solo immagini estremamente rare dell'interno di un proiettore. Forse sono le uniche che esistono. Avrei dovuto pensare a testare il proiettore prima di smontarlo, perché rimontarlo non è così semplice. Anzi, direi quasi impossibile.

Tuttavia, penso che ne sia valsa la pena. A questo punto ho una domanda per te: cosa vuoi che smonti dopo averlo testato la prossima volta? Sei interessato a questo tipo di articoli? Se la risposta è sì, vedrò cosa posso fare. Non tutti i produttori sono inclini a farmi smontare uno dei loro prodotti di punta pezzo per pezzo,

ma chiedere non costa nulla.

Luca Fontana

Senior Editor

Luca.Fontana@digitecgalaxus.ch

La mia zona di comfort consiste in avventure nella natura e sport che mi spingono al limite. Per compensare mi godo anche momenti tranquilli leggendo un libro su intrighi pericolosi e oscuri assassinii di re. Sono un appassionato di colonne sonore dei film e ciò si sposa perfettamente con la mia passione per il cinema. Una cosa che voglio dire da sempre: «Io sono Groot». più

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