投影技術(shù)發(fā)展及拼接墻單雙燈系統(tǒng)

投影技術(shù)發(fā)展

    隨著投影機技術(shù)的發(fā)展，投影機在商務上和行業(yè)的使用越來越多，對投影機的功能提出了各種不用的要求。有的要求高清晰度，有的要求色彩鮮艷，有的要求長時間工作，有的要求高亮度。為了滿足用戶的需求，需要采用不同的投影機甚至不同的技術(shù)來實現(xiàn)各種使用方案。

   在日常中，人們認為一般的投影系統(tǒng)就是由一臺投影機和一張幕構(gòu)成，也是我們常見的，隨著投影技術(shù)的發(fā)展和應用越來越廣泛，用戶群也越來越細分，從一般的商業(yè)和個人用戶到工業(yè)大型系統(tǒng)用戶，應用的技術(shù)類型也從老式的CRT技術(shù)到現(xiàn)在主流的DLP技術(shù)，對于簡單的投影系統(tǒng)大家都非常熟悉，這里主要說說工業(yè)級的大型背投拼接顯示系統(tǒng)。

    對于用于在監(jiān)控室內(nèi)的應用，較常見主要還是以CRT拼接和DLP拼接為主，雖然LCD和PDP拼接在實際的監(jiān)控室也有應用，但實際上并沒有優(yōu)勢，因此在市場上很多都為DLP拼接代替。

    陰極射線管(CRT)已有100多年的發(fā)展歷史，是實現(xiàn)最早、應用最為廣泛的一種顯示技術(shù)，它使用內(nèi)光源，也叫主動式投影方式，是利用高能電子束激勵熒光體發(fā)光的電子顯示器件。CRT技術(shù)成熟、圖像色彩豐富、還原性好、全彩色、高清晰度和較低成本，具有豐富的幾何失真調(diào)整能力，主要有用于背投拼接的CRT監(jiān)視器，但監(jiān)視器的拼接尺寸也極為小，主要有21/25/29/34英寸。但是陰極射線管顯示器由于體積大、重量重、電壓高、易受干擾，在大屏幕顯示方面的應用受到限制，隨著屏面尺寸的不斷增大，其重量、厚度也隨之不斷增大，無法滿足人們對大屏幕、薄型化日益增長的要求。具體來說,在51cm以下范圍CRT正受到液晶顯示器(LCD) 的有力競爭,在大于100cm的范圍受到彩色等離子體顯示板(PDP)的挑戰(zhàn)。在預算不充分和要求不高的時候，CRT不乏為一種很好的選擇。

    液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性:在通電導通后排列有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。液晶顯示技術(shù)經(jīng)歷了扭曲向列(TN-LCD)、超扭曲向列(STN-LCD)和薄膜晶體管陣列(TFT-LCD)三個重要發(fā)展階段。LCD易于實現(xiàn)真彩、高分辨率，而且響應速度快、灰度高有效顯示面積大。但也有不足之處，LCD屬于非主動發(fā)光型即被動光源，顯示視角小，對比度和亮度受環(huán)境的影響較大，響應速度較慢且工藝復雜。但是仍有長期困擾液晶平板顯示器的三大難題：視角、色飽和度、亮度。

    PDP是伴隨惰性氣體等離子體放電,利用行、列矩陣電極交點發(fā)光的顯示器件。具有記憶特性，高亮度、大屏幕、全彩色，高對比度和高分辨率，使圖像更加清晰，色彩更加鮮艷，感受更加舒適，效果更加理想； 色彩還原性好，灰度豐富可超過 256級，色域與 CRT相近，對迅速變化的畫面響應速度快，適用于顯示動畫和播放視頻，但是PDP也有不足，顯示屏上的玻璃極薄，不能承受過大或過小的氣壓，更不能承受重壓。顯示屏的每一顆像素都是獨立地自行發(fā)光，功耗大，在顯示器背板必須裝有多組風扇用于散熱。此外，PDP驅(qū)動電壓高，價格也較高。

DLP技術(shù)介紹

    十年前，美國德州儀器（Texas Instruments）公司正式推出了DLP顯示技術(shù)，如今在全球的投影機市場，采用DLP技術(shù)的產(chǎn)品的市場份額超過了50%，是非常驚人的成就。DLP顯示技術(shù)是第三代背投的主導，它是將光通過過濾器投射到數(shù)碼微芯片(DMD)表面，利用反射光來產(chǎn)生圖像。DMD光效率高，亮度損失小，使得DLP系統(tǒng)比LCD投影顯示更有效，能產(chǎn)生幾乎無縫的高品質(zhì)圖像。由于實現(xiàn)了100%純數(shù)字驅(qū)動，完全消除了中心亮、邊角暗的普通背投存在的現(xiàn)象，且無掃描線、無閃爍、無輻射。DLP數(shù)字背投能夠顯示800×600到1400X1050分辨率甚至更高的計算機數(shù)據(jù)信號，還可以兼容目前國內(nèi)正在試驗的數(shù)字高清晰度電視信號顯示。
DLP技術(shù)仍然繼續(xù)不斷發(fā)展，目前最新的產(chǎn)品是日本三菱公司推出的六色輪投影機。注意，這里是“六色輪”而不是“六段式色輪”，在原來紅、綠、藍的基礎上加上了青、紫紅、黃這三種獨立色，從而使色彩還原更為精準，也就是所說的極至色彩技術(shù)。

    DLP背投成為一個簡單的光學系統(tǒng)。通過聚光透鏡以及顏色濾波系統(tǒng)后，來自投影燈的光線被直接照射在DMD上。當鏡片在開的位置上時，它們通過投影透鏡將光反射到屏幕上形成一個數(shù)字的方型象素投影圖像。

    目前DLP的主要分類還是以DMD的芯片為分類的標準，主要可以分為單片DMD和三片DMD,單片DMD和三片DMD中也還有單燈和雙燈之分。

    因受技術(shù)和成本的限制，2002年以前所有的投影單元都幾乎采用單燈工作結(jié)構(gòu)，到目前為止還有很多投影顯示單元還是采用這種結(jié)構(gòu)，這種光學結(jié)構(gòu)也是目前背投電視中普遍采用的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
                                        
    因單燈光學結(jié)構(gòu)中只有一個燈泡，所以設計簡單、體積小，其代表有三菱的VS-XL20、VS-XL50系列，單燈的設計較簡單，但是很實用，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性很高，在一般情況下不會出現(xiàn)什么問題，在重量上也較輕，以及對環(huán)境的各項要求要低一些，最為突出的優(yōu)點是售后的維修服務非常簡便容易，并且可以為客戶節(jié)省不必要的成本支出。隨著使用年限的接近，燈泡亮度會隨著逐漸減弱，這時可以進行選擇更換燈泡。

    雙燈泡系統(tǒng)是松下電器公司獨自開發(fā)的,通常被稱為BriteOptic 雙燈泡系統(tǒng)，雙燈技術(shù)是采用雙燈輪流工作方式，只有一個光輸出通道，兩只燈泡可以輪流工作。系統(tǒng)由機械位移系統(tǒng)和輔助電子設備（點燈器等高壓易壞品）構(gòu)成，機械的移動產(chǎn)生燈泡的輸出位置變換直接影響到燈泡的光輸出亮度，同時機械移動時（燈泡熱燈時，燈芯成半融化狀態(tài)）還會產(chǎn)生額外的爆燈故障及降低燈泡性能和壽命。

    原理是通過讓兩個強光源穿過一個高精度棱鏡和一個改進的光集成系統(tǒng)實現(xiàn)的，保證在各種光線條件下較佳的投影亮度。.當投影機運行在單燈模式下，運行燈泡出現(xiàn)故障時，燈泡延時功能將自動運行另外一個燈泡，從而保持投影機的不間斷正常運行。移動的同時產(chǎn)生燈泡的輸出位置變換直接影響到燈泡的光輸出亮度及降低燈泡性能和壽命。

LCOS技術(shù)介紹

    雙燈泡系統(tǒng)是松下電器公司獨自開發(fā)的,通常被稱為BriteOptic 雙燈泡系統(tǒng)，雙燈技術(shù)是采用雙燈輪流工作方式，只有一個光輸出通道，兩只燈泡可以輪流工作。系統(tǒng)由機械位移系統(tǒng)和輔助電子設備（點燈器等高壓易壞品）構(gòu)成，機械的移動產(chǎn)生燈泡的輸出位置變換直接影響到燈泡的光輸出亮度，同時機械移動時（燈泡熱燈時，燈芯成半融化狀態(tài)）還會產(chǎn)生額外的爆燈故障及降低燈泡性能和壽命。

    原理是通過讓兩個強光源穿過一個高精度棱鏡和一個改進的光集成系統(tǒng)實現(xiàn)的，保證在各種光線條件下較佳的投影亮度。.當投影機運行在單燈模式下，運行燈泡出現(xiàn)故障時，燈泡延時功能將自動運行另外一個燈泡，從而保持投影機的不間斷正常運行。移動的同時產(chǎn)生燈泡的輸出位置變換直接影響到燈泡的光輸出亮度及降低燈泡性能和壽命。

    但更需要我們注意的我們在投影機的使用中，雙燈雖然可以同時作用投影到芯片上，但是由于一般芯片比較小，所以兩個燈共同工作時的亮度只能達到正常總輸出亮度的140％，而不是我們通常認為的200％，但是大屏的亮度也極為明亮。當一個燈壞了，或者只開一個燈的時候，亮度為正�？傒敵隽炼鹊�70％。所以在這種使用模式當中，單燈的亮度是有一定損失的；單個燈泡的亮度輸出是非線性方式，因此兩個燈泡輸出的光線一致是不可能的，所以拼接墻色彩、亮度不會一致。并在同等的費用上，系統(tǒng)使用時間會更長一些，消費者購買時需要關(guān)注，只買合理的不買貴的。

    LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 為投影技術(shù)的新興技術(shù)，由于在發(fā)展高解析度方面具有相當優(yōu)勢，因此自2001年吸引了業(yè)界眾多業(yè)者投入，其中不乏德州儀器、英特爾等這樣的實力雄厚的商家，由于LCOS技術(shù)仍在起步階段，目前并無標準制程，所以有多家廠商開發(fā)出不同的LCOS光學引擎架構(gòu)，比較具有代表性的廠商有：IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…，而這十余種技術(shù)各有優(yōu)劣。但由于LCOS技術(shù)本身，仍有許多技術(shù)問題有待克服，所以在行業(yè)中并沒有得到很好的應用。

    LCOS與投影機技術(shù)基本顯影原理相仿，主要是由鹵素燈、氙氣燈等發(fā)光，集光至面板，將面板的影像經(jīng)反射或透射投射出影像，再經(jīng)過分光、合光系統(tǒng)，最后將影像投射到屏幕顯像。

    與LCD、DLP投影機技術(shù)相較，LCOS投影技術(shù)具有以下一些優(yōu)點，為投影技術(shù)的明日之星。（1）高解析度（2）高亮度（3）及低成本。然而LCOS技術(shù)本身，仍有許多技術(shù)問題有待克服，諸如：黑白對比不佳、三片式LCOS光學引擎體積較大。雖然LCOS擁有一些技術(shù)上的優(yōu)勢，不過目前在市場上LCOS投影機仍占少數(shù)，主要問題在于量產(chǎn)技術(shù)尚未克服，零件供貨上仍不穩(wěn)定，因此LCOS仍需以時日才能成為投影機的主流技術(shù)。

    目前在LCOS領域主要還是以單燈和單片液晶硅為主，這種方式在一定程度上得到了發(fā)展，并在許多行業(yè)內(nèi)也得到了應用，技術(shù)已經(jīng)得到成熟的發(fā)展，在單片液晶硅的LCOS投影機，亮度得到了極大的提高，清晰度也并非其他技術(shù)所能達到的，但是隨著技術(shù)的發(fā)展和特殊環(huán)境的要求，激發(fā)了對更高亮度和解析度的系統(tǒng)開發(fā)，于是出現(xiàn)了LCOS雙燈的研究，現(xiàn)在也出現(xiàn)了LCOS雙燈的系統(tǒng)，但是在市面上卻很少能見到，并且在項目系統(tǒng)中，一般的工程商并不太愿意去推薦這樣的雙等系統(tǒng)，因為在技術(shù)上并未成熟會給售后帶來很大的麻煩。這種方式是在早期燈泡不穩(wěn)定的狀態(tài)下為用戶所接受，該方式只要是為防止燈泡突然炸裂（早期投影機燈泡普遍存在爆燈現(xiàn)象），但目前的投影燈泡質(zhì)量已比較穩(wěn)定，燈泡生產(chǎn)需經(jīng)過熱烤機檢驗，燈泡炸裂現(xiàn)在已非常少。

    在雙燈光路系統(tǒng)中，其工作原理和DLP雙燈的工作原理是類似的，通過增加的機械位位移系統(tǒng)和輔助電子設備機械的移動自由選擇雙燈同時使用或只使用一只燈泡，系統(tǒng)中會有三個燈位，當選擇用一燈進行工作時，此燈通過機械系統(tǒng)移至中間位置，當兩燈同時工作時，則會移至兩側(cè)，移動的同時產(chǎn)生燈泡的輸出位置變換直接影響到燈泡的光輸出亮度，也會產(chǎn)生額外的爆燈故障及降低燈泡性能和壽命。

    在雙燈同時使用時也會出現(xiàn)以上DLP雙燈系統(tǒng)的缺陷，因此這種使用模式當中，單燈的亮度是有一定損失的；并且生產(chǎn)中無法保證兩個燈泡一模一樣，單個燈泡的亮度輸出是非線性方式，因此兩個燈泡輸出的光線一致是不可能的，所以全墻色彩、亮度一致不容易。并在同等的費用上，單燈的使用壽命會更長一些，利用更徹底。因此雙燈系統(tǒng)的項目極少。

    總之，LCOS 是新一代技術(shù)的代表，現(xiàn)今只是技術(shù)的不成熟造成，隨著LCOS在技術(shù)克服后，將是相當具有競爭優(yōu)勢的投影技術(shù)。不過在目前的情況下，LCOS有朝二極發(fā)展；大尺寸的背投影電視、與小尺寸的高階可攜式產(chǎn)品。未來在量產(chǎn)技術(shù)克服、成本降低后，將有機會成為前投影機的主要技術(shù)之一。