投影技术发展及拼接墙单双灯系统

投影技术发展

    随着投影机技术的发展，投影机在商务上和行业的使用越来越多，对投影机的功能提出了各种不用的要求。有的要求高清晰度，有的要求色彩鲜艳，有的要求长时间工作，有的要求高亮度。为了满足用户的需求，需要采用不同的投影机甚至不同的技术来实现各种使用方案。

   在日常中，人们认为一般的投影系统就是由一台投影机和一张幕构成，也是我们常见的，随着投影技术的发展和应用越来越广泛，用户群也越来越细分，从一般的商业和个人用户到工业大型系统用户，应用的技术类型也从老式的CRT技术到现在主流的DLP技术，对于简单的投影系统大家都非常熟悉，这里主要说说工业级的大型背投拼接显示系统。

    对于用于在监控室内的应用，较常见主要还是以CRT拼接和DLP拼接为主，虽然LCD和PDP拼接在实际的监控室也有应用，但实际上并没有优势，因此在市场上很多都为DLP拼接代替。

    阴极射线管(CRT)已有100多年的发展历史，是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术，它使用内光源，也叫主动式投影方式，是利用高能电子束激励荧光体发光的电子显示器件。CRT技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度和较低成本，具有丰富的几何失真调整能力，主要有用于背投拼接的CRT监视器，但监视器的拼接尺寸也极为小，主要有21/25/29/34英寸。但是阴极射线管显示器由于体积大、重量重、电压高、易受干扰，在大屏幕显示方面的应用受到限制，随着屏面尺寸的不断增大，其重量、厚度也随之不断增大，无法满足人们对大屏幕、薄型化日益增长的要求。具体来说,在51cm以下范围CRT正受到液晶显示器(LCD) 的有力竞争,在大于100cm的范围受到彩色等离子体显示板(PDP)的挑战。在预算不充分和要求不高的时候，CRT不乏为一种很好的选择。

    液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性:在通电导通后排列有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。液晶显示技术经历了扭曲向列(TN-LCD)、超扭曲向列(STN-LCD)和薄膜晶体管阵列(TFT-LCD)三个重要发展阶段。LCD易于实现真彩、高分辨率，而且响应速度快、灰度高有效显示面积大。但也有不足之处，LCD属于非主动发光型即被动光源，显示视角小，对比度和亮度受环境的影响较大，响应速度较慢且工艺复杂。但是仍有长期困扰液晶平板显示器的三大难题：视角、色饱和度、亮度。

    PDP是伴随惰性气体等离子体放电,利用行、列矩阵电极交点发光的显示器件。具有记忆特性，高亮度、大屏幕、全彩色，高对比度和高分辨率，使图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想； 色彩还原性好，灰度丰富可超过 256级，色域与 CRT相近，对迅速变化的画面响应速度快，适用于显示动画和播放视频，但是PDP也有不足，显示屏上的玻璃极薄，不能承受过大或过小的气压，更不能承受重压。显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，功耗大，在显示器背板必须装有多组风扇用于散热。此外，PDP驱动电压高，价格也较高。

DLP技术介绍

    十年前，美国德州仪器（Texas Instruments）公司正式推出了DLP显示技术，如今在全球的投影机市场，采用DLP技术的产品的市场份额超过了50%，是非常惊人的成就。DLP显示技术是第三代背投的主导，它是将光通过过滤器投射到数码微芯片(DMD)表面，利用反射光来产生图像。DMD光效率高，亮度损失小，使得DLP系统比LCD投影显示更有效，能产生几乎无缝的高品质图像。由于实现了100%纯数字驱动，完全消除了中心亮、边角暗的普通背投存在的现象，且无扫描线、无闪烁、无辐射。DLP数字背投能够显示800×600到1400X1050分辨率甚至更高的计算机数据信号，还可以兼容目前国内正在试验的数字高清晰度电视信号显示。
DLP技术仍然继续不断发展，目前最新的产品是日本三菱公司推出的六色轮投影机。注意，这里是“六色轮”而不是“六段式色轮”，在原来红、绿、蓝的基础上加上了青、紫红、黄这三种独立色，从而使色彩还原更为精准，也就是所说的极至色彩技术。

    DLP背投成为一个简单的光学系统。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后，来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时，它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方型象素投影图像。

    目前DLP的主要分类还是以DMD的芯片为分类的标准，主要可以分为单片DMD和三片DMD,单片DMD和三片DMD中也还有单灯和双灯之分。

    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、VS-XL50系列，单灯的设计较简单，但是很实用，系统运行的稳定性很高，在一般情况下不会出现什么问题，在重量上也较轻，以及对环境的各项要求要低一些，最为突出的优点是售后的维修服务非常简便容易，并且可以为客户节省不必要的成本支出。随着使用年限的接近，灯泡亮度会随着逐渐减弱，这时可以进行选择更换灯泡。

    双灯泡系统是松下电器公司独自开发的,通常被称为BriteOptic 双灯泡系统，双灯技术是采用双灯轮流工作方式，只有一个光输出通道，两只灯泡可以轮流工作。系统由机械位移系统和辅助电子设备（点灯器等高压易坏品）构成，机械的移动产生灯泡的输出位置变换直接影响到灯泡的光输出亮度，同时机械移动时（灯泡热灯时，灯芯成半融化状态）还会产生额外的爆灯故障及降低灯泡性能和寿命。

    原理是通过让两个强光源穿过一个高精度棱镜和一个改进的光集成系统实现的，保证在各种光线条件下较佳的投影亮度。.当投影机运行在单灯模式下，运行灯泡出现故障时，灯泡延时功能将自动运行另外一个灯泡，从而保持投影机的不间断正常运行。移动的同时产生灯泡的输出位置变换直接影响到灯泡的光输出亮度及降低灯泡性能和寿命。

LCOS技术介绍

    双灯泡系统是松下电器公司独自开发的,通常被称为BriteOptic 双灯泡系统，双灯技术是采用双灯轮流工作方式，只有一个光输出通道，两只灯泡可以轮流工作。系统由机械位移系统和辅助电子设备（点灯器等高压易坏品）构成，机械的移动产生灯泡的输出位置变换直接影响到灯泡的光输出亮度，同时机械移动时（灯泡热灯时，灯芯成半融化状态）还会产生额外的爆灯故障及降低灯泡性能和寿命。

    原理是通过让两个强光源穿过一个高精度棱镜和一个改进的光集成系统实现的，保证在各种光线条件下较佳的投影亮度。.当投影机运行在单灯模式下，运行灯泡出现故障时，灯泡延时功能将自动运行另外一个灯泡，从而保持投影机的不间断正常运行。移动的同时产生灯泡的输出位置变换直接影响到灯泡的光输出亮度及降低灯泡性能和寿命。

    但更需要我们注意的我们在投影机的使用中，双灯虽然可以同时作用投影到芯片上，但是由于一般芯片比较小，所以两个灯共同工作时的亮度只能达到正常总输出亮度的140％，而不是我们通常认为的200％，但是大屏的亮度也极为明亮。当一个灯坏了，或者只开一个灯的时候，亮度为正常总输出亮度的70％。所以在这种使用模式当中，单灯的亮度是有一定损失的；单个灯泡的亮度输出是非线性方式，因此两个灯泡输出的光线一致是不可能的，所以拼接墙色彩、亮度不会一致。并在同等的费用上，系统使用时间会更长一些，消费者购买时需要关注，只买合理的不买贵的。

    LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 为投影技术的新兴技术，由于在发展高解析度方面具有相当优势，因此自2001年吸引了业界众多业者投入，其中不乏德州仪器、英特尔等这样的实力雄厚的商家，由于LCOS技术仍在起步阶段，目前并无标准制程，所以有多家厂商开发出不同的LCOS光学引擎架构，比较具有代表性的厂商有：IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…，而这十余种技术各有优劣。但由于LCOS技术本身，仍有许多技术问题有待克服，所以在行业中并没有得到很好的应用。

    LCOS与投影机技术基本显影原理相仿，主要是由卤素灯、氙气灯等发光，集光至面板，将面板的影像经反射或透射投射出影像，再经过分光、合光系统，最后将影像投射到屏幕显像。

    与LCD、DLP投影机技术相较，LCOS投影技术具有以下一些优点，为投影技术的明日之星。（1）高解析度（2）高亮度（3）及低成本。然而LCOS技术本身，仍有许多技术问题有待克服，诸如：黑白对比不佳、三片式LCOS光学引擎体积较大。虽然LCOS拥有一些技术上的优势，不过目前在市场上LCOS投影机仍占少数，主要问题在于量产技术尚未克服，零件供货上仍不稳定，因此LCOS仍需以时日才能成为投影机的主流技术。

    目前在LCOS领域主要还是以单灯和单片液晶硅为主，这种方式在一定程度上得到了发展，并在许多行业内也得到了应用，技术已经得到成熟的发展，在单片液晶硅的LCOS投影机，亮度得到了极大的提高，清晰度也并非其他技术所能达到的，但是随着技术的发展和特殊环境的要求，激发了对更高亮度和解析度的系统开发，于是出现了LCOS双灯的研究，现在也出现了LCOS双灯的系统，但是在市面上却很少能见到，并且在项目系统中，一般的工程商并不太愿意去推荐这样的双等系统，因为在技术上并未成熟会给售后带来很大的麻烦。这种方式是在早期灯泡不稳定的状态下为用户所接受，该方式只要是为防止灯泡突然炸裂（早期投影机灯泡普遍存在爆灯现象），但目前的投影灯泡质量已比较稳定，灯泡生产需经过热烤机检验，灯泡炸裂现在已非常少。

    在双灯光路系统中，其工作原理和DLP双灯的工作原理是类似的，通过增加的机械位位移系统和辅助电子设备机械的移动自由选择双灯同时使用或只使用一只灯泡，系统中会有三个灯位，当选择用一灯进行工作时，此灯通过机械系统移至中间位置，当两灯同时工作时，则会移至两侧，移动的同时产生灯泡的输出位置变换直接影响到灯泡的光输出亮度，也会产生额外的爆灯故障及降低灯泡性能和寿命。

    在双灯同时使用时也会出现以上DLP双灯系统的缺陷，因此这种使用模式当中，单灯的亮度是有一定损失的；并且生产中无法保证两个灯泡一模一样，单个灯泡的亮度输出是非线性方式，因此两个灯泡输出的光线一致是不可能的，所以全墙色彩、亮度一致不容易。并在同等的费用上，单灯的使用寿命会更长一些，利用更彻底。因此双灯系统的项目极少。

    总之，LCOS 是新一代技术的代表，现今只是技术的不成熟造成，随着LCOS在技术克服后，将是相当具有竞争优势的投影技术。不过在目前的情况下，LCOS有朝二极发展；大尺寸的背投影电视、与小尺寸的高阶可携式产品。未来在量产技术克服、成本降低后，将有机会成为前投影机的主要技术之一。