监控大屏机芯双灯冷热备份的优缺点分析

1 前言

    监控大屏在最近几年逐渐导入双灯设计，主要是因为大屏属于7-24（一周使用七天，每天使用24小时）的使用特性，如果临时有灯泡损坏，会让监控工作中断，有时会造成很大的损失。因此厂家积极发展双灯备份技术，让灯泡损坏时，备用灯可以实时递补。另外如果让两颗灯轮流交替使用，让灯泡轮流冷却休息，也可以延长灯泡的寿命。因此双灯备份设计逐渐成为大屏机芯的技术主流。

    虽然双灯在国外早已经是标准要求与基本规格，但是在国内双灯备份还是比较新的概念，另外在国外大屏监控专业机型也鲜少看到所谓的热备份，在此冷热备份吵的火热的时候，实有必要多一些专业的文章介绍此两种技术之差异与原理。

2 冷备份热备份的定义与结构差异

   首先先定义何谓冷备份与热备份

   2.1 双灯冷备份：指大屏机芯备有两颗灯泡，一颗点亮工作另一颗做备份，当工作的灯泡损坏时，备用灯泡随即点亮并且就工作位置，接替损坏之灯泡。通常冷备份采用机械方式换灯，如灯泡旋转移动方式、灯泡线性移动方式、屏蔽线性移动方式。此种机械结构之共同特性是同一时间内，只能输出一颗灯之光源，可以双灯同亮但是无法同时输出亮度。

   2.2 双灯热备份：热备份与冷备份相同，也具备有双灯的备份功能。热备份的机械结构采用耦合棱镜方式，灯泡本身固定不移动，由耦合棱镜反射或透射不同方向来的灯光。热备份设计可以单灯输出，也可以双灯同亮同时输出得到较高的输出亮度。

   2.3 历史起源

     2.3.1 Barco公司在欧洲首先推双灯备份机种，推出1年后欧洲市场双灯就成为大屏监控机芯的标准规格。买家认知不是双灯就不是当专业机种，不合适7-24使用。

     2.3.2 多灯热耦合设计起源于高亮度的大型前投影机，主要目的在于提高投影机亮度，在超大型的屏幕上（一般可能超过200英寸以上）。

   2.4 冷热双灯备份机械结构示意图：

3 冷热备份综合优缺点比较

   3.1 热备份每个机芯之间的色彩差异性大，因为多了两个色彩变异组件

    大屏色温一致性是大屏最重要的要求之一。造成色温差异的关键因素在于机芯的光学组件，尤其是多层镀膜的组件影响最大。机芯内部灯泡反射罩、色轮、耦合棱镜都属于多层镀膜组件，有些通常高达40层镀膜以上，这些组件的些微规格差异，会造成每个机芯很大的色温变异。冷备份设计有一颗灯泡与一个色轮，要让每个箱体色彩一致已经很困难。热备份多了一个耦合棱镜与另一颗灯，肯定更困难处理，理论上色彩一致性会变差是可预期的。

   3.2 热备份的发光效率低，能源使用效率较差

由于必须让双灯同时输出，因为机械结构的空间限制，热备份的灯泡所发出的光无法全部投射到DMD上，有许多的能量变成热散发掉了。一般而言双灯同亮的发光效率约为单灯的70％左右。

   3.3 冷热备份都具备有轮流点灯功能

    冷热备份都具备双灯，都可以用程控轮流点灯使用，达到延长灯泡寿命的目的

4 热备份双灯同亮时与冷备份之比较

   4.1 热备份双灯同亮时，没有基本的备份功能

    基本上，双灯备份的设计无论冷备份热备份其主要目的是在于备份，预防灯泡万一坏掉时不会停掉工作。但是当双灯同时点亮同时工作时，那就没有备用之灯泡也就无法达到备份目的了。因此热备份虽然号称可以双灯同亮，但是实际上不可能真正使用双灯长时间工作，因此如果要保有备份之功能，双灯同亮仅能做展示用途了。

   4.2 热备份点亮双灯时，其输出亮度比冷备份高40％

    在双灯同亮时，使用者预期其亮度应该是冷备份的两倍，但是实际输出却约只有冷备份灯单的140％（1.4倍），这是因为热耦合设计的灯泡发光效率比较低的因素造成的。当然消耗的功率还是是两倍的，不会因此打折。

   4.3 热备份双灯同亮产热多效率低，机芯寿命较短

    双灯同亮时，因为两颗灯同时使用，其产生的热是单灯的两倍，然而灯泡是机芯主要的产热来源，如果双灯同亮机芯工作温度将变高是可预期的，不利于机芯的寿命。（一般而言，温度每升高10摄氏度电子组件的寿命会缩短一半）

   4.4 热备份双灯同亮时，工作温度高，灯泡寿命可能比较短

    理论上灯泡的散热好寿命就长，散热差寿命会缩短，这是习知的常识。双灯同亮的热备份因为两只灯泡同时在狭小环境中工作，产生大量的热量。工作温度过高；容易降低机器运行的稳定性，缩短灯泡的寿命。

   4.5 热备份双灯同亮时，色彩调适比较困难

    每个灯泡的色温不同亮度也不同，随使用时间增加，亮度与色温都会逐渐变化。机器安装的时候，系统整合公司必须调整色温与亮度使整屏完全一致，之后每隔一段时间亮度变化，光线的频谱飘移，大屏的色彩一致性逐渐变差，因此又需要再调整。由于此种变量主要是由灯泡的变异造成，当灯泡数量增加时，其变异之复杂度亦倍增，非常不利于色彩调整适。

5 热备份只亮单灯时与冷备份之比较

   5.1 热备份点亮单灯时，亮度比冷备份低30％

    从上节的分析看来，热备份双灯同亮根本就失去备份功能，所以仅能做展示用途，长时间正常的使用还是要用单灯的。但是在单独使用单灯时，因为光效率低的因素，热备份单灯之亮度仅约冷备份的70％。也就是说热备份的灯就其毕生的时间里有30％的光都浪费掉了。如果一般冷备份灯泡标准输出为800流明，那同样的灯用到热备份只能输出560流明。这是热备份设计比较不合理的地方。

6 国际市场技术主流与趋势

   6.1 三菱采用冷备份，两颗灯泡成扇形排列，用旋转移动方式换灯，双灯可同亮，不同时输出

   6.2 BARCO采用冷备份，两颗灯泡固定不移动，移动屏蔽来决定使用哪一个灯。双灯可同亮，不同时输出。

   6.3 科视采用冷备份，两颗灯泡成直线排列，用上下移动方式换灯，双灯可同亮，不同时输出LUMENS采用冷备份，不同时输出，且操作方式与普通单灯机型无区别；既方便了用户今后的升级换代，也降低了维护人员的工作难度。

   6.4 两颗灯泡成直线排列，用上下移动方式换灯，双灯可同亮，不同时输出

   6.5 台达采用热备份，使用两颗灯，灯泡固定不移动，用光耦合棱镜与电子控制点灯决定使用哪一个灯。双灯可同亮，并且可同时输出。

   6.6 综合以上数据，可以清楚看出，冷备份是世界潮流趋势，国际知名大厂都采用冷备份方式。

   6.7 以上数据间是2007/09/30 ；数据来源请参考本文第8.3节；设计示意图请参考本文第2.4节

7 结语

    详细分析之后，会了解热备份双灯同亮之设计除了在展示时可以比较亮之外，其它方面如灯泡寿命、能源效率、单灯亮度、色彩均匀度等都难有好的表现，因此目前国际大品牌的双灯机种，鲜少使用热备份双灯同亮的设计。但是多灯同亮的设计可以输出高亮度，很合适于需要高亮度的大型前投影机。因为监控大屏通常在80英寸以下，冷备份单灯的一般亮度输出有800~850流明，已经相当足够于监控的使用，这也是双灯同亮的设计很少见应用于大屏拼接的原因。

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