監控背投大屏DLP光機雙燈冷熱備份的技術(shù)分析

　　中達電通視訊部供稿

　　前言: DLP大屏被廣泛應用于各種監控和指揮調度中心，許多場(chǎng)合都要求大屏7×24小時(shí)(每周7天，每天24小時(shí))不間斷工作，在整個(gè)大屏系統中，DLP單元中投影光機的燈泡是最易損耗的部件，投影燈泡如果意外損壞，會(huì )使監控工作中斷，特別是在應急指揮過(guò)程中，將會(huì )對工作造成很大損失，因此具有雙燈結構的DLP投影光機開(kāi)始出現。全球各大DLP光機生產(chǎn)廠(chǎng)家均已推出雙燈技術(shù)，并逐漸成為DLP大屏光機的主流產(chǎn)品。各廠(chǎng)家對于雙燈備份的設計各有專(zhuān)精，因此行業(yè)內雙燈設計依技術(shù)的不同分為冷備份與熱備份，熱備份又稱(chēng)為熱耦合。為了使市場(chǎng)用戶(hù)對兩種產(chǎn)品有最適合的選擇，本文將對這兩種不同設計的技術(shù)原理與差異做出客觀(guān)的專(zhuān)業(yè)分析。

　　一、冷備份與熱備份結構原理的差異

　　雙燈冷備份設計： DLP光機中采用兩個(gè)燈泡，一個(gè)點(diǎn)亮工作，另一個(gè)做備份，當工作燈泡損壞時(shí)，備用燈泡隨即點(diǎn)亮并切換到工作位置，替換損壞的燈泡。冷備份通常采用機械移動(dòng)方式的換燈結構，其結構設計的特性是同一時(shí)間內只能輸出一個(gè)燈的光源，可以雙燈同亮但無(wú)法同時(shí)輸出亮度。

　　雙燈熱備份設計： 熱備份同樣采用兩個(gè)燈泡，具備雙燈的備份功能。但燈泡位置固定不動(dòng)，通過(guò)光學(xué)耦合棱鏡反射后輸出，不存在移動(dòng)換燈。其結構設計的特性是可以單燈輸出，也可以雙燈同亮同時(shí)輸出得到較高的輸出亮度。

冷熱雙燈備份機械結構示意圖

　　二、冷備份與熱備份的工作模式及 備份功能 比較

　　冷備份具有單燈點(diǎn)亮、雙燈同亮工作模式，只具備有限的備份功能：

　　單燈點(diǎn)亮：在一般應用情況下采用這種單燈模式，工作燈泡點(diǎn)亮，工作燈泡出現問(wèn)題時(shí)，后備燈泡會(huì )自動(dòng)點(diǎn)亮，并自動(dòng)切換到工作位進(jìn)行替換。后備燈泡從點(diǎn)亮至切換到位，不僅需要點(diǎn)亮時(shí)間，還需要換燈時(shí)間，無(wú)形中延長(cháng)了故障時(shí)間，會(huì )出現投影畫(huà)面中斷黑屏現象。

　　雙燈同亮：在重要應用情況下會(huì )采用這種雙燈同亮模式，兩個(gè)燈泡同時(shí)都點(diǎn)亮，當工作燈泡損壞時(shí)，后備燈泡可自動(dòng)切換到工作位進(jìn)行替換，節省了燈泡點(diǎn)亮的時(shí)間，但同樣存在切換時(shí)間，會(huì )出現投影畫(huà)面中斷黑屏現象。

　　熱備份具有單燈切換、雙燈高亮工作模式，具備不間斷備份功能：

　　è單燈切換模式：在一般應用情況下采用這種單燈切換模式，只有一個(gè)燈泡點(diǎn)亮工作，后備燈泡通電但不點(diǎn)亮。當工作燈泡出現故障時(shí)，備份燈泡會(huì )自動(dòng)點(diǎn)亮替換故障燈泡。需要燈泡點(diǎn)亮時(shí)間，但不需要換燈時(shí)間，具有比冷備份更短的備份燈泡切換時(shí)間，會(huì )出現投影畫(huà)面短暫中斷現象。

　　è雙燈高亮模式：在重要應用情況下可采用這種雙燈同亮模式，兩個(gè)燈泡同時(shí)點(diǎn)亮，同時(shí)輸出亮度，不僅大幅度提高了投影光機的輸出亮度，同時(shí)具有真正的不間斷備份功能，即使一個(gè)燈泡損壞，另一個(gè)燈泡仍在輸出亮度，雖然亮度會(huì )有所下降，但很顯然不會(huì )出現任何投影畫(huà)面中斷現象。而且熱備份設計具備燈泡不斷電熱插拔，可快速更換損壞燈泡恢復亮度。熱備份的這一特性在絕對不允許畫(huà)面消失、不允許遺漏任何細節的軍事指揮、災難救援、應急指揮等相關(guān)重要應用中的優(yōu)越性更加突出。

　　冷熱備份都具有輪流點(diǎn)燈功能：

　　冷熱備份都具有輪流點(diǎn)亮使用模式，雙燈輪流點(diǎn)亮切換工作，達到延長(cháng)燈泡壽命的目的，不同的是，熱備份設計在燈泡切換過(guò)程中的暫時(shí)黑屏時(shí)間比較短，冷備份則因為高壓通電中機械的移動(dòng)不能太快，需要更多時(shí)間做燈泡移位的動(dòng)作，幾秒的切換時(shí)間明顯是不可能的。

　　三、冷備份與熱備份優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　冷備份 具有更多的不穩定性：

　　冷備份采用機械移動(dòng)方式的換燈結構，由于機械結構的特性，頻繁的燈泡換位移動(dòng)必然會(huì )增大機械結構的誤差，導致燈泡中心點(diǎn)的偏移，引起光學(xué)效率的降低。而且機械結構的動(dòng)作次數也是有限的，移動(dòng)次數越多精確度越差，甚至動(dòng)作失靈。

　　冷備份雙燈同亮時(shí)，后備燈泡雖然一直點(diǎn)亮但并不輸出亮度，這樣不僅白白損耗后備燈泡的壽命、浪費能源，而且會(huì )產(chǎn)生雙倍的熱量。但冷備份的散熱卻是針對單燈工作設計的，增多的熱量將導致光機工作溫度的升高，對色彩、光機組件的壽命都會(huì )產(chǎn)生不利的影響。

　　熱備份在設計時(shí)就專(zhuān)門(mén)針對雙燈同亮進(jìn)行散熱設計，而且燈泡并非越冷，壽命就越長(cháng)，反而是要在適當的溫度范圍內，才可確保其壽命。熱備份通過(guò)合理的熱流設計可有效改善溫度問(wèn)題，燈泡散熱主要在于燈杯內部熱穩定性為主，控制風(fēng)量強度、風(fēng)扇角度和風(fēng)流走向，風(fēng)流經(jīng)燈杯內確保燈泡內各點(diǎn)溫度符合規格來(lái)進(jìn)行設計，并經(jīng)過(guò)嚴苛的Thermal和Life測試，證明并不會(huì )因熱量問(wèn)題而縮短燈泡壽命。

　　熱備份 具有良好的色彩一致性：

　　光機色彩的差異主要來(lái)自燈泡本身的色坐標不同造成的色彩差異，而非耦合棱鏡，冷熱備份都存在這種色彩差異。耦合棱鏡是類(lèi)似鏡片的一種，負責反射燈泡的光線(xiàn)，表面的鍍膜并不會(huì )對色彩有任何影響，如同鏡頭中的鏡片，依光學(xué)的設計規格來(lái)選定鏡片種類(lèi)后，光學(xué)性能便確定下來(lái)，并不存在一致性變差的問(wèn)題。熱備份和冷備份都使用了相同的燈泡架構，所以在色彩控制上并沒(méi)有差異。對其色彩一致性會(huì )變差的推論，只是不具備光學(xué)零件設計生產(chǎn)能力的廠(chǎng)商所謂理論上的猜測。

　　如果說(shuō)由于熱備份的兩個(gè)燈同時(shí)輸出就會(huì )使色溫難以調整，那么有的大屏廠(chǎng)家在單元中使用雙光機，就更是兩套完全不同的光機燈泡及不同的內部光學(xué)組件，這種應用是不是就會(huì )更加調整困難呢，事實(shí)證明不是這樣，投影疊加技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用。

　　冷備份光機往往因為兩個(gè)燈泡使用時(shí)間差異很大，切換到備份燈泡后色彩調整難度更大。而熱備份光機可通過(guò)分別針對Lamp A，Lamp B或是Lamp A+B進(jìn)行各種調整數值的記憶，從而減少雙燈間的色彩和亮度差異，極大方便現場(chǎng)工作人員進(jìn)行燈泡更換。

　　熱備份光機已在市場(chǎng)上銷(xiāo)售了近十萬(wàn)套，很多用戶(hù)在不同時(shí)間段建設二期監控大屏時(shí)，都會(huì )選擇一期工程采用的同一款熱備份光機，充分證明其穩定性得到認可。

　　熱備份 具有良好的發(fā)光效率：

　　理論上耦合棱鏡會(huì )造成一定的光效率損失，但首先該部分的損失是指與單燈光機相比，就雙燈光機本身而言，雙燈同亮的發(fā)光效率仍然是單燈的200%，其次最終的亮度輸出取決于光機的整體設計，良好的光學(xué)設計以及高效的棱鏡設計可以有效彌補理論上棱鏡造成的光損失，目前熱備份光機的單燈亮度與冷備份接近。

　　熱備份 的高亮特性具有更廣泛的應用范圍：

　　單燈在67吋以下監控大屏中表現尚可，在80吋大屏中表現并不理想?，F在監控中心規模越來(lái)越大，80吋大屏越來(lái)越多，同時(shí)現代化監控中心環(huán)境光很亮，要求大屏亮度提高，這也是有的廠(chǎng)家會(huì )因此采用更大功率的180W甚至200W以上燈泡的原因，但大功率燈泡的壽命會(huì )相應縮短。最新推出的LED光源，亮度輸出已經(jīng)達到800流明，但所有廠(chǎng)家仍然在想方設法提高亮度到1000流明以上，究其原因就是因為800流明并不能很好滿(mǎn)足80吋大屏的亮度需要。而熱備份的雙燈亮度可以達到1600流明，可充分滿(mǎn)足大尺寸需要，用于67吋以下大屏時(shí)又可以單燈使用，因此具有更廣泛的應用范圍。

　　國際市場(chǎng) 雙燈 技術(shù)比較

　　雙燈技術(shù)的出現可以追朔到大約20 年前，由于當時(shí)的技術(shù)門(mén)坎限制，只能設計出所謂的冷備份。但隨著(zhù)市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展，對“備份”的不同要求與迫切性快速提升，冷備份這種技術(shù)雖然可以符合基本要求, 但是遠遠不能滿(mǎn)足新興市場(chǎng)對“不間斷備份”要求的保障, 因此造就出新的設計思維與概念。大約十年前光機廠(chǎng)商在高技術(shù)門(mén)坎的光學(xué)技術(shù)能力上有所突破，開(kāi)始推出最新的熱備份設計產(chǎn)品，這也是目前唯一能真正達到”永不間斷”要求的設計。

　　目前市場(chǎng)上冷熱備份雙燈技術(shù)主要包括以下四種類(lèi)型：

　　燈泡旋轉方式冷備份：兩個(gè)燈泡呈扇形排列，用旋轉移動(dòng)方式換燈，雙燈可同亮，不能同時(shí)輸出;

　　線(xiàn)性屏蔽方式冷備份：兩個(gè)燈泡固定不移動(dòng)，移動(dòng)屏蔽來(lái)決定使用哪一個(gè)燈。雙燈可同亮，不能同時(shí)輸出;

　　線(xiàn)性移動(dòng)方式冷備份：兩個(gè)燈泡呈直線(xiàn)排列，用上下移動(dòng)方式換燈(有三個(gè)燈位)，雙燈可同亮，不能同時(shí)輸出;

　　熱備份：兩個(gè)燈泡固定不移動(dòng)，用高效光耦合棱鏡與電子控制點(diǎn)燈決定使用哪一個(gè)燈。雙燈可同亮，并且可同時(shí)輸出。

　　雖然幾大廠(chǎng)商最早推出的冷備份技術(shù)被沿用至今，但據此判斷熱備份不是技術(shù)主流則未免顯得有些武斷與牽強。事實(shí)上，已經(jīng)有其他廠(chǎng)家在開(kāi)始研究并推出熱備份光機。市面上約有3~4 家分別采用不同的冷備份雙燈技術(shù), 而國內采用雙燈熱備份的廠(chǎng)家也有3~4 家, 堪稱(chēng)是國內的主流。

　　結 語(yǔ)：綜合以上分析，可以清楚看出，熱備份和冷備份是兩種不同的雙燈技術(shù)，冷備份在單燈點(diǎn)亮或雙燈同亮的工作模式下都會(huì )出現畫(huà)面中斷黑屏，而熱備份以其不間斷備份和高亮度的特性逐漸成為監控大屏DLP光機的主流技術(shù)。用戶(hù)可以根據自己的使用需求做出選擇，如果是不在乎監控大屏中斷幾分鐘的一般應用可以選擇冷備份光機，如果是不能錯過(guò)任何細節或需要高亮度的重要應用場(chǎng)合，則可以選擇熱備份光機。