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  毋庸置疑,家用投影机的出现,让我们足不出户就能享受大屏影音效果带来的震撼享受,但投影机固有的缺点,例如:灯泡寿命有限、观影环境要求遮光良好、投射面增益值要求较高、图像色彩表现力不及高品质LCD或PDP平板电视等,都在一定程度上影响投影机的适用面和普及程度。国内外主要的投影机生产及研发厂商,从来没有停止对投影机的技术改进,尽管投影机的光机核心发展为DLP、LCD、LCoS几大不同的投影模式,但由于光源供给并非发生根本变化,依然只能减轻前面提到的制约家用投影仪的几大重要缺陷,无法去从很本上解决问题,直到激光投影技术的诞生,它以全新的设计思路,为我们展现出更为光明、鲜艳、真实的视觉世界。
  激光投影和激光光源投影技术
  正如LED平板电视与LED背光平板电视一样,激光投影和激光光影投影技术并非完全相同的概念。从理论上讲,目前市场上已上市或即将上市的家用或教育领域用激光投影仪,基本都属于激光光源投影技术,它依然采用了传统的DLP或者LCD光机核心,唯一不同的,只是背光源的改变,要想说清楚这个,我们先来看看何为激光投影显示技术。
  人类所处的真实世界是一个五彩斑斓的世界,那么,如果用数字化的方式来计算我们所能看到的所有色彩,按红绿蓝(RGB模式)三基色进行配比,以1个Byte二进制字节表示一个颜色分量来进行排列组合计算,自然界大约拥有256×256×256=16777216种颜色。
  在现有的投影模式中,由于传统背光源大都采用汞灯或是氙灯,其亮度的提升是以其发热量以及使用寿命为前提的,而且由于这两类光源光谱太宽,即便是采用滤光板处理,也无法得到完全纯正的三基色(RGB,红绿蓝)源光,因此,传统投影机只能表现自然界中30%左右的人眼可识别色彩。
  激光投影显示技术是以红、绿、蓝(RGB)三基色高纯净激光为光源的显示技术,可以真实再现客观世界最丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力。激光显示色域覆盖率可达90%,即NTSC标准的200%以上(LCD的最大色彩覆盖范围仅为NTSC标准的109%),实现人类有史以来最完美的色彩还原。可以预见,激光显示将成为下一代显示即大色域全色显示时代的主流技术。
  激光投影显示技术大致可分为两种,一种是可以完全抛弃光学透镜模式,采用类似于CRT电子枪逐点扫描技术的纯粹扫描激光投影模式,另一种是利用激光作为光源,沿用现在流行的投影光机核心的激光光源投影模式,两者相比较,很明显,第二种激光投影模式的实现模式更为简单,目前也使用更为广泛。
  如何得到高纯度的红、绿、蓝三基色激光光源,是实现激光投影的关键。所有半导体激光都是由激光管聚焦产生的,但由于没有直接发绿光的激光管,因此,获得纯净的绿色激光源成为激光投影初期非常重要的工作。目前最常用的解决办法,是将红色激光经过激光晶体的增益谐振,得到纯净的绿色激光。具体实现方式如下:绿光模组由激光晶体和非线性晶体结合在一起,在激光谐振腔中,利用808nm波长的LD泵浦光经过激光晶体的增益作用生成1064nm的激光,再经过非线性晶体的倍频作用就可以产生532nm的绿色激光。Nd:YV04晶体是目前用于制作激光二(LD)泵浦的全固态激光器工作物质中最为有效的激光晶体之一,KTP(磷酸氧钛钾)晶体是目前众多非线性晶体中综合性能最好的晶体之一,两者结合做成激光谐振腔,LD(808nm) Nd:YV04得到1064nm KTP得到532nm绿激光。目前的绿光激光模组技术已比较成熟,具备模块化、集成化的特点,生产成本大大降低。
  扫描激光投影技术
  要实现这种类型的激光投影,至少需要两个前提条件首先是实现三种颜色的激光:其次是需要能够实现激光逐点扫描。在前面的文章中,我们已经阐述了如何实现第一个前提,接下来,我们只需实现激光逐点扫描即可。
  扫描激光投影技术,与以前我们所熟知的CRT技术原理基本一致,CRT显示技术是通过外加磁场,对电子枪所发射的电子束(单枪三束或三枪三束)进行偏转控制,使其按照从上到下、从左到右,以逐行或者隔行扫描模式,依次高速击中屏幕背面已事先涂抹好的构成每个实际成像像素点的三原色磷光粉点,通过分别改变三束电子束的轰击强度,调节三原色磷光粉点的发光强度,形成不同的色彩,扫描激光投影技术亦是如此。唯一不同的,我们所要控制的,是三束不同颜色的激光,不再需要额外的发光磷粉,从图像成像及色彩构筑上更为简单。
  我们知道,激光最大的特点就是波长固定、不宜发散、指向性强,因此,要在传输过程中不断改变激光的发射方向亦非易事。目前控制激光束的技术很多,我们仅以商业化技术中比较著名Symbol公司技术作简要说明。Symbol的这项技术通过在激光发生器前配用高频率的棱状反射玻璃,通过其均匀高速旋转折射,有规律地改变激光束在投射面的水平投射位置,实现水平扫描,从而构成激光投影画面的水平像素,由于在目前16:9或者4:3图像模式中,垂直方向像素相对较少,因此只需配备相对转速较低的棱镜即可实现垂直方向扫描行的改变。
  扫描激光投影技术的最大好处是实现了对激光的直接控制,投影机结构简单,无需再使用传统投影机的投射镜头,也不需要额外的光源设备,是拥有高自由度的成像模式。激光的不宜发散、指向性强特性让最终成像面可远可近,不需要聚焦调节,即便是在不规则的平面也能轻松完成投影,非常适宜于在户外广场、不规则大型建筑物表面使用。
  激光光源投影技术
  价格因素是阻挠新技术产品迅速普及的关键性因素,因此,目前市售的激光光源投影机又可分为两类:其一是三色激光光源投影机,另一种是单色激光光源投影机,接下来,我们一一做个简要剖析。
  三色激光光源投影机,其核心显示系统主要由三基色激光光源、光机核心和透镜系统三部分组成。光机核心则主要由红绿蓝三色光阀、合束×棱镜、投影镜头和驱动电路组成,光阀驱动使光阀上分别生成红、绿、蓝三色对应的小画面,然后分别引入三色激光光源混合投影到屏幕上,即产生全色显示图像。充当光阀及驱动源的可以是各种现有成熟投影光机核心组件,如LCD、DLD、LCOS、GLV等。
  其工作原理如下图所示:红、绿、蓝三色激光分别经过扩束、匀场、消相干后入射到相对应的光阀上,光阀上加有图像调制信号,经调制后的三色激光由X棱镜合色后入射到投影物镜,最后经投影物镜投射到屏幕,得到激光显示图像。
  从简单意义上理解,也就是在一台三色激光光源投影机内部有三台分别为红、绿、蓝三基色激光单色投影机,他们投射出的画面经过最终混合后通过光学透镜直接投射到屏幕上,从而实现全彩色投影画面。很明显,三色激光光源投影机内部结构复杂、价格昂贵,但效果很好。
  单色激光光源投影机,这里我们需要特别说明,我们此处所提到的单色激光光源投影机,并非指最后投射出的画面只有一种颜色,而是指这种投影机的光源只采用单色光源(红或者蓝),然 后通过技术手段,在激光传输的过程中改变激光的颜色,然后再投射到光机核心上,从而得到五彩缤纷的最终图像效果,右面这张图,为我们展现出它玩魔术般的工作原理:
  在整个激光传输过程中,起到改变颜色作用的关键部件是色轮。以BenQ刚刚推出的LX60ST激光投影机为例,该款机型采用蓝色激光作为单色光源,蓝色的激光从激光二级管产生后经过透镜系统照射到费氏色轮(即反射式色轮)上,与普通DLP投影机中使用的5色色轮不同,LX60ST采用了8区四色(红绿黄蓝)色轮,每一个色彩区块表面涂抹了不同配方的含磷荧光粉图层,这些荧光物质在蓝色激光的照射下能产生不同颜色的光源,这些经照射后产生的光源通过色轮两侧的透镜聚光后,再通过光纤管散射到DLP光机核心表面,形成图像后,最终通过透镜镜头投射出画面。不难判断,因为仅仅使用单色激光作为光源,这一类型的激光光源投影机价格相对更为平易近人,但色轮表面荧光粉发光效率的衰减周期将决定这一类型投影机的最终使用寿命。
  无法拒绝,激光投影的优点大搜集
  技术的改进是为了让我们的使用体验更加完美无暇,除去色域更加宽广、色彩更为真实这两个优点外,激光投影还有哪些让人激动的特性呢?
  ■更高的光通量
  一般来说,采用汞灯或者氙灯光源的投影机,最高的光通量仅能达到30000流明左右,此时,所采用的汞灯或者氙灯瓦数已高达6000~7000W,使用寿命也仅仅只有几百个小时,可以说,传统投影机要想达到足够的光通量,是依靠能源的大量浪费来实现的。激光投影机则不同,激光是源自激光二极管产生的冷光源,不存在发热量过大而使其温度过高的问题,所以只需要通过增加激光器数量,就能很轻松的将激光投影机单机的光通量达到50000流明以上,得益于其发热量极低的优势,密集空间内激光器数量的增加对其单个激光器的使用寿命并不会造成什么影响,所需要考虑的,仅仅是激光器增加所带来的成本而已。因此,无论是色彩明亮的室外场所,亦或是灯光暗淡的专业电影院,激光投影机都能展现出极好的投射效果。
  ■更长的光源兔维护时间
  按照目前大部分1500ANSI流明家用投影机的设计模式,以采用UHE灯泡为例,通常其设计理论使用寿命为2000小时/3000小时(全节能工况),由于使用环境不同,这类型的灯泡,很可能在1000小时左右就会产生衰减,当然,运气差的话,也许几十个小时灯泡就报销了,按此计算,正常情况下,1年半左右就必须考虑更换灯泡。激光投影机的光源免维护时间则显得更加贴心,由于采用温度极低的二极管激光冷光源,其光源寿命可达20000小时以上,是传统投影机灯泡使用寿命的10倍以上,而且这个寿命值不会因为投影机设计流明值的提升有任何改变,这意味着无论是10000流明还是50000流明的激光投影机,其光源寿命都能达到20000小时以上,真正可以做到长期免维护使用。
  ■更持久的色彩表现力
  任何有附加光源的投影机都会因为使用时间的增加出现色彩衰减的情况,无论是现在使用的汞灯、氙灯或者是激光光源,但相比较之下,由于采用汞灯、氙灯的投影机机内工作温度极高,除光源本身的衰减外,高温带来内部其他光机核心设备的老化速度也不容忽视,这一点,在三片式LCD投影机中格外明显,机身中的蓝色LCD板在高温下的老化速度最快,直接造成最后成像颜色发黄偏色。
  激光投影机所使用的是激光器寿命可达20000小时以上,理论上,即便是其超过20000小时,激光器效率(寿命)达到80%后,其衰退过程也是缓慢的,还能保持较好的图像显示效果。与此同时,因为激光是属于冷光源,在工作过程中产生的热量几乎可以忽略不计,不会由于发热量过大而造成其他光机成像部件的老化、衰减,所以,激光投影机的光源低衰减特性和冷光源特性使得其输出的画质长期保持高亮度、色饱和度和对比度,画面色彩始终亮丽如新。
  ■更安静的运行工况
  从接触投影机的第一天,我们往往都会被告知,投影机工作时温度较高,需要辅助散热风扇进行风冷散热,同时,在关机后的一段时间内,散热风扇依然会保持运作确保机内残余热量散出,在此期间,不易直接关闭并移动投影机。所以,一直以来,我们在享受投影机给我们带来的震撼享受时,也必须忍受散热系统在头顶发出的嗡嗡声。
  激光投影中激光光源本身的发热量低,散热系统就非常简单,而且,即便是因为高光通量的缘故需要使用更多的激光器光源,我们还可以借助激光的指向性及不易衰减的特征,采用光源与光机核心分离的设计模式,只需将处理后纯净的激光通过光纤管远距离传输至光机核心即可,这样一来,有散热噪音的光源部分可远距离隐藏至幕后,而投影现场,只有安静的光机核心部分。
  ■更环保的使用理念
  采用汞灯或氙灯的投影灯泡,不但生产过程中会消耗大量的有害重金属,使用寿命结束后,废弃的灯泡如不妥善处理而是随意丢地,其中蕴含的重金属也会对环境造成极大的破坏。激光投影机是采用半导体材质的二极管激光器作为光源,在生产和使用的过程中不会有任何的废水、废气、重金属的排放,对环境的污染太大降低,因此,激光投影机可看作为“最环保的投影设备”。
  技术迈向成熟,让激光投影步入家庭指日可待
  其实,激光投影并非刚刚出现的新事物,早在2006年,激光投影机就已经有较为成熟的技术与产品面世了,只是因为造价高昂、体积庞大,所以主要用于大型高端商用场合(2008年北京奥运会就多处采用了激光投影技术),近年来在国外的一些高端电影院内,也能看到激光投影机的身影。随着技术进步和绿光激光器组件的批量生产,激光投影机向中低端商用及家用的普及步伐也逐渐加快。特别是激光光源投影机的出现,既延续了传统光机核心技术成熟、价格低廉的优点,又能融合激光投影色域宽广、高效低能耐用的特点,更进一步拉低了家用投影机步入激光时代的门槛。尽管目前市场上这一类型的投影机产品还不算多,但我们相信,稍假以时日,随着行业主流投影厂商的迅速介入,家用激光投影机产品势必将逐渐取代英雄迟暮的汞灯/氙灯光源投影机,成为投影爱好者们的新宠。
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