Vidéoprojecteur

Exprimé sous la forme d’un quotient « valeur en lux : 1 », soit la valeur en lux d’un signal blanc à 100 % moins valeur en lux d’un signal blanc à 0 %, le tout divisé par la valeur en lux d’un signal blanc à 0 % (un signal blanc à 0 % correspond à du noir).

Le taux de contraste est une des caractéristiques essentielles à prendre en compte dans le choix d’un vidéoprojecteur. Plus le taux de contraste est élevé, plus la qualité de l’image est optimale. Dans le choix d’un projecteur Home cinema, bien plus que la luminosité, c’est le taux de contraste qui assure la qualité de l’image. Un taux de contraste élevé permettra d’obtenir plus de détails dans les nuances et a priori des noirs plus profonds.

Exprimée en lumen

La puissance lumineuse s’exprime généralement en lumens ANSI, unité de mesure normée’. Elle va dépendre du type d’utilisation. Plus la taille de l’image souhaitée est grande et la luminosité ambiante importante, plus le projecteur doit être lumineux.

• Utilisation professionnelle

Tout dépend du type d’utilisation et en particulier du type de salle. Pour des présentations dans de petites salles de réunion, un projecteur avec 2 000 lumens suffira largement. En revanche, dans des grandes salles de conférences très éclairées, avec des écrans de grande taille, le projecteur doit être nettement plus lumineux pour projeter une image claire et lisible (au moins 3 000 lumens).

• Utilisation Home cinema

Dans le cadre d’une utilisation Home cinema, la taille de l’écran est généralement comprise entre 1,5 et 3 mètres de base. Comme dans un vrai cinéma, la qualité d’image est la meilleure lorsque l’obscurité est la plus complète possible. Pour obtenir une image d’excellente qualité, le projecteur doit afficher une luminosité comprise entre 600 et 1 500 lumens.

Exprimée en pixels :

Que ce soit en LCD (cristaux liquides) ou DLP (micro miroirs), chaque matrice est constituée de pixels, éléments de base de l’image. La définition de l’image va dépendre du nombre de pixels : plus ils sont nombreux plus la précision de l’image est censée être élevée.

Il convient néanmoins de choisir la définition de son projecteur en fonction de son besoin d’utilisation. Et les besoins sont très différents selon que l’on projette essentiellement de l’image informatique (présentations type Powerpoint, tableurs, etc.) ou de la vidéo (Home cinema).

Le critère majeur de choix est la définition qu’affiche l’ordinateur qu’on connecte au projecteur. Avec les PC portables notamment, il est plus confortable de disposer sur le projecteur de la même définition que sur l’écran interne.

Principales définitions Data (normes VESA) :

• SVGA : 800 × 600
• XGA : 1 024 × 768
• WXGA : 1 366 × 768
• SXGA : 1 280 × 1 024
• WUXGA : 1 920 × 1 200
• QXGA : 2 048 × 1 536

Le besoin de définition dépend de celle de la source ainsi que de son rapport largeur / hauteur.

Définitions des principaux standards vidéos analogiques convertis en numériques :

• PAL/SECAM en 4/3 : 768 × 576
• PAL/SECAM en 16/9 et 576i : 1 024 × 576
• NTSC en 4/3 : 720 × 480
• NTSC en 16/9 et 480p : 848 × 480

Donc, globalement, si on se contente de regarder essentiellement de l’image télé classique en 4/3, un projecteur 4/3 de définition SVGA (800 × 600) suffira amplement, une définition plus élevée n’amenant pas un gain de qualité d’image significatif.

Si on regarde beaucoup de 16/9, une définition XGA (1 024 × 768) sera plus conseillée, surtout en PAL, ou alors un projecteur de matrice spécifique 16/9, dont l’offre s’élargit de plus en plus dans diverses définitions (848 × 480, 960 × 540, 1 024 × 576).

Si on dispose d’une source TV HD, un projecteur équipé d’une matrice haute définition s’impose. Comme pour l’image data, les signaux TV HD sont des signaux graphiques de très haute définition et toujours de format 16/9, d’une qualité très supérieure au PAL, SECAM et NTSC, avec lesquels ils n’ont rien de commun.

Définitions des deux principaux standards TVHD :

• 720p : 1 280 × 720
• 1 080i : 1 920 × 1 080 (entrelacée)
• 1 080p : 1 920 × 1 080

Exprimé en décibels pondérés (dBA) :

Le niveau sonore est dû au bruit généré par le ventilateur chargé de refroidir la lampe de l’appareil. Sur la plupart des documentations des constructeurs, le niveau sonore est sous-estimé ou mesuré à l’opposé du ventilateur. Il est donc fortement conseillé d’essayer l’appareil dans les conditions voulues (et non dans un magasin).

Il faut retenir qu’une augmentation de 3 dBA double l’intensité sonore.

Pour un usage domestique (dans un salon par exemple), une valeur de 25 dBA est parfaite, avec 28 dBA comme maximum.

Cette technique dérivée des écrans à cristaux liquides (qu’on retrouve dans les montres, les jeux, les écrans, etc.) date du début des années 1990 et n’a cessé d’évoluer. La lumière d’une lampe spéciale à vapeur de métal (ou lampe métal halide) traverse ou se reflète sur trois panneaux LCD correspondant chacun aux trois couleurs fondamentales : rouge, vert, bleu. Les trois images sont ensuite recomposées pour n’en faire plus qu’une, laquelle est alors projetée sur l’écran via un objectif.

On distingue trois technologies : Le « mono-LCD », première technologie accessible pour le grand public (1994), dans laquelle un faisceau lumineux traverse un panneau à cristaux liquides équipé de filtres de couleurs ; sa résolution est divisée par 3 car il faut 3 pixels rouge-vert-bleu du panneau pour afficher 1 pixel à l’écran, cette technique bon marché est abandonnée depuis la fin des années 1990 en raison de ses faibles performances au profit des « tri-LCD », où la lumière de la lampe est décomposée vers trois miroirs dichroïques rouge-vert-bleu, puis renvoyée au travers de trois panneaux à cristaux liquides monochromes, alignés avec précision, leurs images se recomposant enfin dans un assemblage de prismes avant de traverser l’objectif.

Mono-LCD et tri-LCD sont des appareils dits « transmissifs », la lumière doit traverser le panneau, par conséquent les circuits de commande sont logés entre les pixels ce qui génère une grille opaque visible à l’écran, résolution et luminosité sont donc limitées ; pour contourner le problème certains constructeurs incorporent au panneau des micro-lentilles qui concentrent la lumière sur chacun des pixels ; d’autres ont fait le choix de la technologie du « Tri LCD réflectif ».

Basé sur une architecture proche des classiques tri-lcd, les panneaux LCD réflectifs ou LCOS ont l’aspect de petits miroirs où les circuits de commande de chaque pixel ne se trouvent plus à côté mais derrière chacun d’eux, la grille bien que présente pour isoler chaque pixel reste invisible à l’écran. Résolution et luminosité peuvent être poussées à l’extrême et deviennent applicables pour les salles de cinéma. Leurs noms technologiques diffèrent suivant les constructeurs : LCOS, nom générique (utilisé par EPSON), DILA (JVC), SXRD (SONY)[1].

Les avantages du tri-LCD sont la définition, le prix, la luminosité, l’absence de réglages complexes (convergences calées en usine), l’absence de scintillement et de lignage[1].

Les inconvénients sont le contraste souvent faible (typiquement de 400:1 à 1 500:1), parfois compensé par un mécanisme qui réduit la lumière de la lampe automatiquement suivant les images et appelé IRIS, le rendu des teintes sombres, les pertes de lumière sur les appareils trop compacts, la rémanence (taux de rafraîchissement faible), la colorimétrie, la pixelisation[1]. Un quadrillage (l’espace interpixels crée un effet de grille noir) visible de près (sauf sur les LCD réflectifs). Les cristaux liquides ne parviennent pas à bloquer complètement la lumière de la lampe (toujours allumée) sur les parties sombres de l’image, d’où des noirs grisés. Mais ce sont aussi les vidéoprojecteurs les plus répandus.

Les LCOS ont l’avantage de corriger tous ces défauts : contraste de 3 000:1 a 30 000:1, résolution en 2K (HDTV), 4K (broadcast), 8K (expérimental), niveau du noir très bas, puissance lumineuse très élevée pour les machines professionnelles ; taux de rafraîchissement élevé, couleurs réalistes. Ils ont l’inconvénient d’un tarif élevé.

Effet arc-en-ciel sur un projecteur DLP.

Ils reposent sur la technologie DLP (Digital Light Processing) développée par Texas Instruments, où chaque pixel correspond à un micro-miroir actionné par un champ électrique : la partie active peut être intégrée dans une puce DMD (Digital Micromirror Device). Chacun de ces miroirs renvoie ou non la lumière de la lampe vers l’écran. Le rapport cyclique de cet état donne la luminosité de chaque pixel variable de 0 à 100 %. En outre, un filtre tricolore RVB en rotation, situé entre la matrice DLP et la lampe, permet de projeter successivement les trois composantes de l’image finale.

Les avantages sont le contraste, l’absence de rémanence, la luminosité, l’absence de pixelisation, le rendu des teintes foncées et clair, les réglages[1]. La perte de performance lumineuse par rapport au tri-lcd est essentiellement perceptible sur la diffusion des couleurs, où la puissance de base est divisée environ par 3. Un vidéoprojecteur Tri LCD de 3000 lumens aura cette même luminosité qu'il projette du blanc ou de la couleur.

Il s'agit d'un appareil regroupant trois tubes cathodiques : un pour chaque couleur fondamentale (rouge, vert, bleu). Les trois images ainsi formées doivent « converger » très précisément, d'où une mise en œuvre assez fastidieuse et très peu polyvalente, les appareils étant très lourds et encombrants.

La durée de vie d'un tube peut atteindre entre dix mille et vingt mille heures de fonctionnement. Les machines les plus performantes atteignent une qualité d'affichage vidéo très élevée (Full HD).

Popularisés par la société Barco, ces appareils se composent de trois tubes cathodiques de petite taille (typiquement 5,5″, 6,5″, 7″, 8″ et 9″) à haute résolution et haut rendement, un tube pour chaque couleur primaire (RVB). Chacun de ces tubes, au format ⁴⁄₃, possède son propre objectif et l’image finale est obtenue par superposition des trois images primaires (synthèse additive) que l’on doit faire converger et déformer (correction de trapèze, de ballon) en raison de la position différente de chacun des tubes.

Ils ont pour avantages d’être dénués de structures visibles à l’écran (contrairement à la grille des écrans CRT ou des LCD) hormis la structure de l’image même (lignes visibles si elles sont en faible nombre). Les couleurs sont très fidèles si l’appareil est bien réglé ; le taux de contraste mesuré sur le tube oscille entre 15 000:1 et 30 000:1 suivant les modèles (mesure qui chute en fonction de la clarté de la salle). D’où leur utilisation sur des machines de petites tailles (ex. : 7″) ainsi que sur certains rétroprojecteurs avec des images d'une définition pouvant dépasser les 1280×1024 sur certaines machines à focus électromagnétique.

Les 8″ sont compatibles DATA et GRAPHICS. Tous les 8″ et 9″ sont compatibles avec les fréquences TV, HDTV et DATA/GRAPHICS (dans la limite de leurs circuits électroniques) et peuvent se voir adjoindre un multiplicateur de ligne (line doubleur video scaler en anglais voire quadrupleur) pour améliorer les sources vidéo de faible définition (Pal, Secam, NTSC). Plus les tubes sont de grande taille, plus ils sont lumineux et définis.

7″ (768 ×1 024), 8″ focus électrostatique (1 200 × 1 500, 1989-1996), 8″ focus électromagnétique (1 200 × 1 600 Barco, 1996-2002) (1 250 × 1 600 Barco, 2002-2007) (1 200 × 1 700 Sony, 1996-2002), 9″ focus électromagnétique (1 600 × 2 000 Sony, 1994-1998) (2 000 × 2 500 Barco-Sony-Electrohome, 1998-2007).

Les modèles les plus sophistiqués donnent des images d’un naturel comparable à la pellicule de cinéma.

Les inconvénients majeurs de cette technique, qui est l'une des plus anciennes (avec l'eidophore), sont dans son rapport poids/encombrement/luminosité très faible ainsi que dans la complexité des réglages de convergences électroniques et mécaniques pour superposer au mieux ces trois images, réglages qui se compliquent avec l’augmentation de la résolution, entraînant inévitablement un surcoût devenu tel que les constructeurs ont décidé d’abandonner cette technologie. On peut citer également une luminosité non uniforme (réglable sur les 9″ et certains 8″), le contraste qui ne peut s’apprécier que dans une salle noire à cause de la faible luminosité des machines (ce qui limite aussi la taille de l’écran à 2-3 mètres de base), le scintillement des lignes pour les sources en vidéo entrelacée ou les images en faible cadence (moins de 45 Hz), un recul important nécessaire avec les sources de qualités moyennes, le marquage du phosphore avec des images fixes intenses au bout de quelques dizaines d’heures[1].

Les principaux constructeurs sont Barco, Electrohome, Mitsubishi, NEC, Panasonic, Sèleco (Sim2), Sony.

Les fournisseurs de tubes sont Matsushita, Toshiba, Sony (VDC en rebuild), Thomson.

La technique la plus ancienne est celle du balayage à deux axes X-Y d’un faisceau laser sur un ou deux miroirs montés sur galvanomètre, similaire à la méthode de balayage d’un tube cathodique, elle présente l’inconvénient d’offrir une faible définition (moins de 100 lignes) due à la lenteur des galvanomètres d’où une utilisation limitée aux spectacles et dans les discothèques avec des images très géométriques en « fils de fer ». Mais c’est aussi celle retenue pour des applications nomades (picoprojecteur) comme l’intégration dans des PDA ou des téléphones portables de systèmes de projections monochromes ou couleurs ultra miniaturisés grâce aux technologies MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System). La miniaturisation des éléments permet une grande vitesse de balayage rendant possible l’affichage de signaux HDTV. La société Arasor en fait la démonstration sur un prototype de rétroprojecteur en 2007^{[réf. nécessaire]}.

LCOS pour Liquid Crystal on Silicon, est une évolution des vidéoprojecteurs LCD . Le principe est d’utiliser une surface réfléchissante en silicium recouverte d’une couche de cristaux liquides, permettant de réfléchir ou de bloquer les rayons lumineux[1] comme le font déjà les systèmes concurrent DLP.

Les avantages sont la qualité d’image plus précise et contrastée, les couleurs souvent mieux rendues[1].

L’inconvénient est le prix plus élevé.

Les vidéoprojecteurs LED utilisent une des technologies citées ci-dessus avec comme différence principale d'utiliser une matrice de LED comme source lumineuse. Les principaux avantages sont la durée de vie (~10x plus qu'une lampe au mercure) et la chaleur à dissiper par ventilation qui est moindre par rapport à une lampe classique. L'inconvénient de cette technologie est la luminosité qui reste faible <2000 lumens ANSI. Fin 2011, pour environ 500 €, en DLP 720p, on trouve des vidéoprojecteurs LED 4x moins lumineux que les sources classiques (500 lumens contre 2000)

LASER + MATRICE

Une source lumineuse peut être générée par un trio de lasers R-V-B pour fournir une lumière idéalement équilibrée aux trois panneaux à cristaux liquides (LCD), ils remplacent la traditionnelle lampe. Cette solution a été choisie par le constructeur Sony avec un rétroprojecteur à matrices SXRD et par Mitsubishi pour son prototype de rétroprojecteur HD mais avec la technologie DLP de Texas Instrument (micro-miroirs) avec une seule puce et un affichage séquentiel des couleurs. Les avantages par rapport à l’utilisation de la lampe sont : faible consommation (-70 %), luminosité et colorimétrie étendue.

VALVE DE LUMIÈRE

RUBAN À DIFFRACTION.........GLV

Sony a développé le concept GxL sur une technologie à base de circuits GLV (Grating Light Valve). Trois rubans verticaux de 1 080 pixels se chargent de moduler la lumière de trois sources laser R-V-B en la diffractant grâce aux décalages de lamelles réflectives qui constituent chaque pixel, puis un miroir monté sur un galvanomètre balaye horizontalement la surface de l’écran pour déplacer l’image de la bande de pixels aux trois couleurs superposées, la persistance rétinienne faisant le reste. Une démonstration a eu lieu en 2005 au Japon sous le nom de « Laser dream theater » avec trois projecteurs dans un format d’image extra-large sur un écran de 10 m de haut sur 50 m de long. Capable d’un taux de contraste supérieur à 10 000:1, de fréquences élevées supérieures à 60 Hz, doué d’une colorimétrie deux fois supérieure aux meilleurs phosphores et en plus robuste, cette technique qui est aussi la plus coûteuse peut satisfaire les salles les plus exigeantes. La société E&S propose une solution comparable pour les simulateurs et les planétariums.

TUBE CATHODIQUE RÉFLECTIF...ILA

Un tube cathodique est utilisé pour moduler à sa surface une couche de cristaux liquides pour faire varier la lumière incidente d’une lampe de forte puissance. La puissance lumineuse n’est plus liée au tube CRT mais à la lampe utilisée. L’image s’affiche de la même manière qu’avec un tritube avec toutefois un contraste, un taux de rafraichissement et des couleurs moins bonnes. Conçu pour les très grandes tailles d’écrans pendant les années 1980 par HUGUES-JVC, ce procédé est aujourd’hui abandonné au profit des DLP et LCOS.

Les vidéoprojecteurs DIY (Do It Yourself : « fais-le toi-même ») sont des appareils montés de manière artisanale. Un vidéoprojecteur « DIY » a besoin des éléments suivants :

• un système d’éclairage (les lampes de type HQI employées pour les aquariums sont les plus utilisées)
• deux lentilles de Fresnel (plaques en acrylique faisant office de lentilles convergentes et que l’on trouve dans les rétroprojecteurs) ;
• une dalle à cristaux liquides (provenant d’un écran d’ordinateur de type LCD) ;
• un objectif (appelé communément « triplet »).

L’avantage de ce système est l’adaptabilité, le faible coût de revient des consommables (ampoules HQI) et la possibilité de dépannage personnel.

L’inconvénient majeur reste le manque de luminosité comparé à un vidéoprojecteur industriel mais aussi la taille finale de l’appareil, en fonction de la dalle utilisée.