Medición de lúmenes en un proyector
Medición de lúmenes en un proyector
Consideraciones generals.
En los primeros proyectores la potencia lumínica o flujo luminoso medido en lúmenes la proporcionaba el fabricante mediante sus propios sistemas de medición, posteriormente el American National Standards Institute estableció como norma la medición en ANSI lumens todavía utilizada hoy en día. Posteriormente se creó la norma internacional ISO/IEC 21118:2005 que tomaba como base para la medición de lúmenes el sistema de medición ANSI, esta norma se revisó y modificó posteriormente, actualmente la norma vigente es la ISO/IEC 21118:2012, sistema por el cual la mayoría de fabricantes de proyectores proporcionan entre otras la información de los lúmenes de un proyector.
Evidentemente esta medición se hace en laboratorio con instrumental especializado, en una sala con oscuridad total y elementos que no reflejen la luz. Este estándar internacional se aplica a la información que debe ser incluida en las hojas de especificaciones de sistemas de proyección frontal, resolución fija y con válvula de luz y proyectores de datos que tengan una entrada de ordenador capaz de proyectar la salida de imagen desde un ordenador u otros dispositivos.
También cubre los proyectores de datos que tengan un puerto de entrada de vídeo además de un puerto de entrada de ordenador. No se aplica a los equipos con un sistema de retroproyección o con sólo un terminal de entrada de vídeo.
Especifica cómo medir cada especificación de los proyectores.
Especifica cómo definir las especificaciones de cada dato, tales como mínimos de cada uno o promedio.
Mide: Luminosidad, contraste y uniformidad.
La norma admite un mínimo de cumplimiento del 80%.
Básicamente la medición de lúmenes de un proyector consiste en medir los nueves puntos centrales de un patrón y hacer la media. El problema de esta norma es que sólo especifica cómo medir los lumens en blanco de un proyector pero no sirve ni para medir la luminosidad en color ni el gammut o espacio de color del proyector. Sirvan como ejemplo estas imágenes de dos proyectores con los mismos lúmenes en blanco:
Para entender el porqué de esta diferencia de colorimetría es necesario explicar cómo funciona la tecnología de un proyector, en concreto la parte óptica.
Sistemas de proyección.
Tradicionalmente el blanco siempre se ha formado con la suma de los tres colores primarios, rojo, verde y azul (RGB), esto es así en innumerables dispositivos de visualización que trabajan con luz, como puedan ser en el caso más tradicional los monitores y televisores, y también los proyectores basados en la tecnología 3LCD, DLP de tres chips y otras como la HTPS Reflective, SXRD, LCOS y otras. Pero la mayoría de proyectores DLP utilizan un solo chip debido al alto coste de los sistemas con 3-chips, estos sistemas con 1-chip generan el blanco no tan sólo con RGB sino que además añaden otros colores como puedan ser el
cian, amarillo y en particular el blanco.
Las dos tecnologías predominantes en el mercado son la 3LCD y la DLP de 1-chip, además hay que tener en cuenta la fuente de luz, hasta ahora lo más habitual es encontrar una lámpara UHP para generar la luz blanca, pero los avances en sistemas de iluminación permiten emplear ya dispositivos SSD (Solid StateDevice) para generar luz blanca o de los colores primarios RGB utilizando como fuente luz diodos LED o láser.
En el caso de fuentes de luz SSD cada fabricante utiliza aproximaciones diferentes para generar la luz blanca e incluso sistemas ópticos distintos, también pudiendo alternar la luz de color (RGB) mediante encendido/apagado del LED/láser.
Vamos a ver cómo funciona un proyector 3LCD y un DLP de 1-chip en el que la fuente de luz es blanca ya sea por el uso de una lámpara UHP o por la combinación de un sistema de dispositivos SSD.
Proyector 3LCD
En cualquier proyector lo primero que hay que hacer es descomponer la luz blanca en los tres colores primarios RGB, en el caso del proyector 3LCD esto se hace mediante espejos dicroicos. En un proyector 3LCD tenemos un prisma formado por dos espejos dicroicos y en el que encontramos tres paneles LCD, uno para cada color RGB que nos servirá para reconstruir la imagen final a proyectar. La luz blanca llega a un primer espejo dicroico, este
espejo tiene la particularidad de estar polarizado para reflejar en el caso de la imagen la componente roja de la luz blanca y deja pasar el resto de luz. Acontinuación el haz de luz llega a un segundo espejo también dicroico, y polarizado para reflejar la componente verde y dejar parar el resto, es decir solo nos queda el azul, el resto de espejos son espejos normales. De esta forma tenemos 3 haces de color RGB que incidirán en cada uno de los paneles LCD. Para conseguir la imagen final el proyector pone en cada LCD la imagen correspondiente a cada color, así en el LCD asignado al rojo pone la información correspondiente al color rojo, el haz de luz roja pasa a través del LCD, detrás del LCD tenemos la imagen del rojo que se refleja en el prisma y se proyecta por la óptica hacia la pantalla, en el caso del LCD verde la luz pasa directamente a través del prisma, y en el azul la imagen se refleja al igual que el rojo en el prisma. De esta forma el prisma recompone la imagen con los 3 colores generando la imagen final a proyectar, los tres colores se proyectan simultáneamente. A destacar que en un proyector 3LCD se aprovecha casi el 100% de la luz
Proyector DLP de 1-chip
Los primeros proyectores DLP descomponían la luz blanca mediante el empleo de una rueda que contenía 3 filtros de colores RGB que va girando a unas determinas rpm, cuando por ejemplo la luz blanca llega al filtro rojo, el filtro deja pasar la componente roja de la luz blanca y se desperdicia el resto de luz verde y azul, lo mismo ocurre con los dos segmentos de filtro verde y azul. Con este sistema sólo se aprovecha una parte de la luz blanca.
Una vez pasada la rueda de colores se forman ráfagas de luz RGB, estás ráfagas inciden en el chip DMD (Digital Micromirror Device). Este chip está formado por miles de pequeños espejos. Cada espejo tiene dos posiciones y por vibración se consiguen los diferentes tonos.
El proyector DLP genera la imagen en la pantalla sincronizando la ráfaga de luz RGB con la información que llega al chip DMD de cada color. Como la rueda de filtros de colores gira rápidamente el ojo no es capaz de ver las transiciones color. En los proyectores DLP de 1-chip la imagen se forma secuencialmente. Mediante el empleo de una rueda de filtro de colores la perdida de luminosidad es muy importante y para compensarla los fabricantes sólo podían optar por poner una fuente de luz de mayor potencia lo que implica mayor consumo energético, más calor dentro del proyector y aumento del ruido al tener que poner más ventiladores o girar estos más rápido para disipar la temperatura interior. La alternativa que tomaron fue añadir un segmento blanco en la rueda de color de esta forma se consigue incrementar la potencia lumínica del proyector, más lúmenes, eso sí a costa de perder calidad en el color. Este segmento blanco normalmente ocupa entreun 15% y un 25% de la rueda de filtro de colores pero pudiendo llegar a mucho más tal y como puede observarse en la imagen. Posteriormente para compensar esta pérdida de color se añadieron filtros de colores adicionales en general cian y amarillo. En general los proyectores DLP de 1-chip para uso en Home Cinema de gama alta solo emplean una rueda con filtros RGB ya que lo que se necesita en estos proyectores no es mucha luminosidad pero sí reproducer los colores de la forma más fiel posible. Mediante la utilización de este sistema ya puede intuirse que los lúmenes en blanco serán la suma del rojo, verde y azul más el blanco, evidentemente los fabricantes de proyectores DLP de 1-chip sólo publican la emisión de luz blanca. Emisión de luz en color. Hemos visto que la norma ISO/IEC 21118:2012 sirve para medir la emisión de lúmenes en blanco. ¿Pero qué ocurre con el color? Esto nos hace plantear una serie decuestiones tales como:
¿Se puede medir el color a través de la luminosidad? La respuesta es que no se puede ya que las actuals especificaciones de un producto según la norma actual, tales como brillo o luminosidad (emisión de luz blanca), relación de contraste y resolución, no proporcionan información sobre la capacidad del proyector para reproducir los colores.
¿Es importante la emisión de luz en color? Por supuesto es muy importante porque el color es un indicador clave de la calidad de una imagen. Los estudios de mercado realizados por TFC Associates, eminente firma dedicada a la investigación del mercado del proyector, demuestran que la calidad de la imagen es el criterio más relevante a la hora de elegir un proyector.
¿Se puede establecer una norma para medir la emisión de luz en color? Sí, se puede establecer una norma que al igual que se mide la emisión de luz blanca o lúmenes en blanco mida la emisión de luz en color o lúmenes en color. La emisión de luz en color es un parámetro que permite medir la capacidad de un proyector para reproducir imágenes en color.
De hecho ya hay organismos trabajando y se han concretado sistemas para hacerlo, entre ellos la Society for Information Display https://www.sid.org/ tiene un comité para desarrollar definiciones y estándares, el ICDM International Committee for Display Metrology http://icdm-sid.org/, este comité formato por científicos que estudian el color ha creado un sistema para la medición de lumens en color basado en el mismo principio que la emisión de luz blanca (luminosidad). Este documento puede descargarse gratuitamente en el siguiente enlace http://icdm-sid.org/downloads/idms1.html, en el capítulo 15 trata de los proyectores y más concretamente en el 15.4 trata de cómo realizar la medición de luz en color.
Básicamente se trata de proyectar igual que la norma ISO/IEC un patrón pero en vez de realizar la mediciónsobre nueve puntos blancos lo que se hace es medir estos puntos en tres patrones alternativos de tal forma que en cada punto se mide el valor RGB para cada uno ellos. Con este sistema de medición, en los proyectores con 3 dispositivos de imagen, por ejemplo 3LCD o 3DLP entre otros, los lúmenes en blanco y los lúmenes en color son los mismos, ya que el blanco es la suma de RGB. En general los proyectores con tecnología 3LCD ofrecen en su hoja de características la luminosidad en blanco según la norma ISO/IEC 21118:2012 y los lúmenes en color según el sistema IDMS 15.4.
Ante la falta de información sobre la emisión de luz en color de los proyectores DLP de 1-chip, dos laboratorios independientes, Lumita y Intertek, realizan periódicamente la medición de la emisión en color con este procedimiento en varios de proyectores, sus resultados son publicados y también pueden descargarse en la web http://www.colorlightoutput.com/es/. En el documento descargable se puede observar en la Tabla 1 los proyectores en los que el fabricante ha facilitado los lúmenes en blanco y color, donde encontramos todos los proyectores 3LCD, evidentemente por su forma de trabajar tienen los mismos lúmenes en blanco y en color, en la Tabla 2 están los resultados obtenidos en los proyectores DLP de 1-chip, puede observarse la gran diferencia entre lúmenes en blanco y lúmenes en color. La emisión de luz en color proporciona a los usuarios una forma sencilla, precisa y fácil de evaluar las prestaciones de un proyector en términos de color, ayudando a tomar las mejores decisiones de compra. Gracias a la emisión de luz en color, los usuarios disponen de un medio para valorar las prestaciones del proyector en lo que a color se refiere y fundamentar su elección al adquirir este tipo de producto.