优势全覆盖激光PK传统投影光源_技术学园

　　经过二十多年的发展，投影机走到今天可以说遇到了不小的瓶颈，而且整个投影机领域从来有没有像今天这般期待技术的革命。由于投影机传统光源的因素，无论是亮度、色彩还是功耗等多方面，已经无法达到更高的高度，因此对于固态光源的革命已经到来。

　　固态光源是光源技术的一次革命，是一次跨越式的发展，同时也是未来的趋势。也许笼统的介绍固态光源，读者还很难理解，但如果说出近期异常火爆的LED光源以及与之成为搭档的激光光源，就更具体一些了。应该说LED光源与激光光源作为固态光源的两种技术，各有各的优势和应用领域，LED光源可以将投影机体积做得更小、更加环保。但LED产品也有其局限性。例如，在投影机最重要的技术指标亮度输出、光通量方面，目前采用LED光源的产品普遍不高，因此就限制了其应用范围，只适合在较小场景内使用。

　　与此同时，为了适用于环境光较强、观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所，激光光源也就孕育而生，成功的与LED光源组成了未来光源技术革命的生力军。而且目前已经有激光光源的产品投入到实际应用当中，2008年7月20日至2008年9月17日，北京奥运会和残奥会主运行中心(MOC)采用北京中视中科光电技术有限公司自主研发具有国际先进水平的激光前投影设备作为主显示器件，为赛事的指挥调度提供了有利支持。采用了激光光源的投影设备打破了传统投影的应用局限，体现了卓越技术性能，经过60天，每天超过12小时的全程使用，该设备运行稳定，色彩艳丽逼真，提高了MOC视频显示系统的显示效果。由于激光投影机在大屏幕、高亮度显示、色彩艳丽、无需更换灯泡、长久高画质等方面的卓越特点，成为“科技奥运”的一大亮点。下面笔者将就激光光源与传统光源相比的一系列优劣进行简单的讲解。

激光光源的特点

　　激光光源作为晶体/半导体结构的高指向性冷光源，在色彩纯度、发光效率、光利用率、长寿命、低衰减以及低功耗、低发热、高安全性等各个方面远远优于氙灯光源，只是受制于当前的高成本，需要较大的一次性资金投入，目前还没有得到广泛应用。

高纯度、大色域

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色域覆盖率图

　　激光光源充分利用了激光波长可选择和高光谱亮度的特点，因此显示图像具有更大的色域，其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上，可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上；且激光是线谱，具有很高的色饱和度，彻底突破前3代显示技术色域空间的不足，实现人类有史以来最完美色彩还原，使人们通过显示终端看到我们最真实、最绚丽的世界。

　　激光光源由于使用纯度非常高的红、绿、蓝三原色光源，能实现远远大于传统NTSC或DCI最小色彩范围的色彩空间，能展现大部分人眼可以识别的色彩。而无论采取哪种白场色度标准，对于红、绿、蓝三原色可以分别精确控制的激光光源很容易实现.而目前大多数投影机使用的氙灯光源就需要通过滤色器来控制，不仅降低了光源的光利用效率，而且对色度不容易做到灵活的调整控制管理。

长寿命、低衰减、高可靠性

　　属于传统光源代表的氙灯灯泡内充满超高压氙气，工作在高温、高压、高电流状态下，对运行环境及电源等要求很高。

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高端投影机使用的超高压、超短弧氙灯

　　激光器为晶体、半导体结构，工作在低压、常温、低电流状态下，采用数字电路精确控温，运行在通常环境下，不存在炸灯风险。

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激光器典型结构图

　　通常，应用于高端市场的投影机使用3000W–7000W氙灯，标称使用寿命在1500–5000小时之间。

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氙灯灯泡保修时间

　　而采用激光光源的投影机使用的激光器寿命要远远长于氙灯，其理论寿命在2万小时以上，固体激光器可达5万小时。目前应用于激光投影光源的红、绿、蓝固态激光器质保时间在2万小时以上。而且在激光领域，描述激光器寿命用功率输出达标称的80%来测算，即降低到标称输出的80%就认为达到寿命，也远高于描述灯泡所用的半衰期寿命规格，在整个质保时间范围内衰减幅度也远远低于灯泡光源。

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氙灯与激光光源寿命曲线

高亮度、高效率、低功耗、低发热

　　从目前最顶级的巴可或科视的工程机型上我们可以看到，目前氙灯最大输出功率已可做到6000-7000瓦，可以实现25000到30000流明的光通量输出;而在常见的投影机上，要保证10000流明左右的光通量，其也需要标配2000-3000瓦灯泡才行，而无论是哪一种高端产品，其大功率灯泡的使用费用是非常昂贵的。激光光源采用多台中高功率红、绿、蓝激光器叠加输出高功率，从理论上讲没有极限功率限制，因此激光光源可以实现单台投影机50000流明以上的光通量输出。目前在巴可或科视的3片DLP技术投影机上，使用光功率总计约150瓦的红、绿、蓝激光器就可以实现15000流明光通量输出，如果实现30000流明的光通量输出，只需要增加激光器的数量就可以，即30000或更高流明输出的激光光源寿命与10000流明的一致，并不增加单位成本。同理，50000流明亦不增加单位成本。

　　从氙灯光源的光谱特性上可以看到，可见光能量大约只能占到氙灯输出总光能量的1/3–1/2，即氙灯光源光能利用效率最高也只有30-50%。

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氙灯光谱能量分布图

　　而激光投影机采用的激光器产生光波长线宽小于1nm的高纯度光，作为显示光源，红、绿、蓝三原色激光器发出的光可以100%被投影机利用。而且激光作为高汇聚光的特性，使得无需使用反光碗来收集光束，用光纤将多个激光器发出的光耦合集成效率可以达到95%以上。

　　激光光源的总体能量利用效率要远远高于任何灯泡光源，从而使得激光光源在相同光亮度输出时，功耗远远低于氙灯灯泡，同时激光器的发热量更加远远小于灯泡光源。

安全性

　　氙灯灯泡内充满超高压氙气，工作在高温、高压、高电流状态下，对运行环境及电源等要求很高。而激光器为晶体、半导体结构，工作在低压、常温、低电流状态下，采用数字电路精确控温，运行在通常环境下，更安全更易用。激光光源不存在炸灯问题，大幅降低高端工程投影应用的风险，但在人们通常的观念当中，认为大功率高汇聚的激光存在安全隐患，这类安全问题对于常规激光器确实存在，可对于专门针对投影机进行过光整形的激光光源却不存在。

　　激光是英文“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的各单词的头一个字母组成的缩写词，是“受激发辐射光放大”的简称，它具有发散度小、波长单一、相干性好、能量密度高等突出特点。

　　激光由于发生原理的因素，其发出的光为单向性光，激光器可以发出几乎不发散的近似平行光，这使得激光可以在非常小的面积内汇聚大量光能量，也就是能量密度极高。就如同使用凸透镜聚集太阳光可以烧东西一样，激光器产生的光即使打到几公里外，光斑直径只有也只有几厘米，这种能量高度集中的激光光束有可能对人体造成损害，如眼睛或皮肤。

　　但是如果通过光学装置将激光器发出的光扩散，使其能量密度降低，这样的激光与相同波长、相同能量密度的自然光并没有太大区别，二者对人体的危险程度相同。

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激光投影光路示意图

　　激光投影机的光源，采用红、绿、蓝三种可见光激光，经过专门的扩束整形设备后，将激光发散角扩大，使其具有与氙灯光源相近的能量密度，而不再是能量密度高出氙灯光数万倍的激光，此时的低能量秘密度单色光已经不具有刚从激光器出来时的危险性，也就是说从激光投影机镜头投出的光与从任何普通灯泡光源投影机镜头投射出的光具有同样的安全性能指标。

优势全覆盖激光PK传统投影光源
正在运营的激光影厅

　　毫无疑问，以激光光源技术为代表的新一代固态光源技术革命将带来投影机高速发展的春天。而且这一天已经为期不远，2008年随着由中视中科自主开发的激光前投影设备成功应用于奥运主运营中心(MOC)，及同年由中视中科提供设备与技术支持的全球首家激光影院的揭幕，标志着我国激光显示技术已经率先进入到商业应用尝试阶段。我们相信，当业已成熟的激光显示技术与巨大的显示市场相结合，激光显示技术巨大的商业价值将绚丽绽放。

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