投影显示单元灯泡结构及特点

    控制室对DLP投影显示墙最基本的要求就是能24/7连续不间断工作，而在整个DLP大屏幕显示系统中，投影显示单元中的灯泡是最薄弱的环节，也是唯一的易耗品。为解决投影灯泡的易损问题，投影显示单元也经历了单灯工作结构、双灯同时工作结构、双灯切换工作结构3代的发展过程，以下我们逐步看一看各发展阶段的技术和特点：

一、单灯工作结构：

    因受技术和成本的限制，2002年以前所有的投影单元都几乎采用单灯工作结构，到目前为止还有很多投影显示单元还是采用这种结构，这种光学结构也是目前背投电视中普遍采用的结构，其结构示意图如下：

　　因单灯光学结构中只有一个灯泡，所以设计简单、体积小。其代表有三菱的VS-XL20系列、科视的RPMX-100U背投模块以及台达和扬明的背投引擎。虽然单灯结构能带来成本的节约，但其缺点也非常明显：

    1、不能应付紧急情况的需要：如重要会议,领导视察,应急指挥等不能中断的应用场合。

    2、更换灯泡时间较长：投影单元中的光学引擎是精密设备，并带有高压和高热，灯泡损坏时，正常操作需断电冷却后更换灯泡，用户实际更换时间远大于厂家标称的更换灯泡3-5分钟。

    3、随时需专业人员调整：更换灯泡后，新灯泡参数和报废灯泡参数不同，需专业技术人员调整整墙的亮度、色度等参数，非常不便。

    4、备用灯泡的购买和存放：为保证投影显示单元的24/7工作，必需购置一定数量的备用灯泡，同时对用户存放灯泡地点也有专业的要求。

二、双灯同时工作结构：

    为使投影单元的薄弱环节—灯泡达到冗余备份，科视率先在控制室投影单元中采用了双灯结构的背投模块，其设计原理为在机器中采用了两个UHP灯泡，两个灯泡既可以同时工作，也可以单独工作。其结构示意图如下：

    双灯同时工作结构来源于会议室常用的工程投影机，因这类型的工程投影通常需要非常高的亮度，在一个灯泡不能达到所需亮度时，采用两个，四个灯泡同时工作能获得非常高的亮度输出，适应会议室的明亮环境，但其缺点也限制了在控制室的广泛应用，在控制室应用的主要缺点表现为：

    1、全墙色彩、亮度难调整均匀：因为每个灯泡的光谱和亮度都是非线性变化的，不能达到完全的一致，所以控制室的各投影显示单元都有独立的色彩和亮度调整电路来保持整个显示墙的亮度和色彩一致。双灯同时工作中，单位时间投影显示单元的色彩和亮度变化值是单灯系统的2倍。

    2、灯泡亮度系数利用不高：双灯同时工作的原理是两只灯泡同时点亮，两束通过汇聚棱镜汇聚后形成一束光再照射到DMD芯片上，由于汇聚棱镜的光损失及其它光路的光损失，再加上DMD芯片狭小面积限制，双灯同时工作的亮度不是“1+1”的叠加，而大约是双灯理论总亮度的140%。当一个灯泡损坏或者只开一个灯泡使用的时候，亮度为正常输出的70%。

    3、使用不方便：因为双灯同时工作时的亮度利用系数不高，所以在真正使用中会出现奇怪的现象：同时使用双灯，亮度太高刺眼，而只使用一只灯泡工作，亮度又不够。特别是如在双灯同时工作状态下，系统中如有一个灯泡损坏，为达到整个显示墙的亮度、色彩一致性，那么需要关闭所有其它投影单元中的一个灯泡。

    4、使用不经济：如只使用一个灯泡，因亮度不够，显示性能性价比不如单灯独立系统，如果两个灯同时工作，则用户的运行成本又会增加了一倍（灯泡是运行中的主要设备成本）。

三、双灯切换工作结构：

    双灯切换工作结构并不只是增加一个灯泡那么简单，其核心技术包括故障自动检测、双灯光学及物理精确定位、冗余参数存储，冗余电源等，双灯切换工作结构既解决了投影显示单元的灯泡冗余备份，又能保持良好的显示性能，所以这种方式是控制室投影显示墙的最完美解决方案。、目前主流的投影单元厂家都推出了基于双灯切换工作结构的投影显示单元，如Barco的Over View D系列、三菱的VS-XLW20系列、艾恩光电的MDC-D系列等。其结构示意图如下：

    双灯切换工作方式具有以下几点优点：

    1、保证重要情况下的稳定使用

    由于一般用户无法正确估计灯泡的使用时间，并且灯泡损坏具有不确定性，而灯泡的损坏往往可能造成在重要会议,应急指挥,重要监控情况下投影显示单元的黑屏现象。双灯冗余备份系统在这种情况下就非常好的解决了这个问题，在短短的几秒钟内，系统就可将备份灯泡替换到光输出位置，保证投影显示墙的不间断稳定工作。

    2、有效减少维护成本。

    灯泡是投影显示墙中的易耗品。灯泡的定期更换是投影显示墙中的重点内容。双灯备份在很大的程度上缩短了更换灯泡从报修到完成的一个周期，可以在不影响用户正常使用的情况下进行坏灯的更换。从而有效减少了客户维护的成本。灯泡的交替使用实际延长了单个灯泡的使用寿命，可以有效的提高灯泡的使用寿命10%-15%，间接降低了使用成本

    不同厂家的双灯切换工作结构有不同的工作模式，下面以艾恩光电的MDC-D系列为例进行简单的说明。艾恩光电的MDC-D系列采用两只UHP灯泡，并分别对每只灯泡都预留了独立的参数设置存储空间，在切换到不同的灯泡时，调用不同的参数，保证整个投影显示墙的色彩和亮度的一致均匀。双灯切换工作结构有三种工作模式：

    1、热备份模式：两个灯泡都为工作状态，其中一个灯泡负责投影机芯的光输出任务，另一个灯泡在线冗余等待，在工作灯泡出现问题的时候可以立刻替换，最小缩短切换时间。

   2、冷备份模式：一个灯泡为工作状态，备用灯泡不工作。当系统侦测到工作灯泡出现故障或手动切换时，将备用灯泡切换成工作状态，主用灯泡变为备用状态。冷备份模式灯泡切换时间比热备份时间较长，时间约为3秒。

   3、经济模式：两只灯泡以设定的时间间隔交替使用（默认时间间隔为500小时），由于有序的进行灯泡的切换，避免某只灯泡长时间的不间断工作，使灯泡可以得到有效休息间隙，延长灯泡工作时间。

    总结：DLP大屏幕拼接显示墙的灯泡结构经历了3个发展阶段，目前双灯切换工作方式已逐渐成为市场的主流，在欧美等发达地区获得了广泛的应用，但由于以前双灯系统高昂的价格，限制了其在中国控制室中的广泛应用，相信随着双灯系统价格的不断下降，必将会在中国控制室领域掀起一个应用高潮。