激光投影機將挑起“視”界大戰 概述

如今，正當作為固態(tài)光源的LED在顯示市場(chǎng)上如火如荼的時(shí)候，《計算機世界》實(shí)驗室卻將目光投向了應用前景更為廣闊的另一種固態(tài)光源—激光光源。我們相信LED光源的成功具有非凡的意義，其中一個(gè)重要的意義就是對固態(tài)光源將成為顯示光源這種必然發(fā)展趨勢的印證。2009年9月我們對國激光挑起“視”界大戰內自主研發(fā)的激光投影機的相關(guān)指標進(jìn)行了測試，測試結果令人振奮，一切都讓我們更加相信，固態(tài)光源從高、中、低端顯示光源全方位地淘汰傳統氣態(tài)光源的歷史巨輪已經(jīng)開(kāi)始轉動(dòng)，并在2009年軋出了第一條有力的轍痕，這一年注定載入史冊。

固態(tài)光源殺來(lái)

早在激光誕生之初，人們就開(kāi)始嘗試把激光引入顯示領(lǐng)域。不過(guò)受限于當時(shí)的技術(shù)，激光光源功率較小而體積過(guò)于龐大，成本異常高昂，其效果不盡如人意，只是在極小的范圍內，用激光作為掃描器件，應用于三維投影或者墻面投影，而不是一般的顯示設備，在設計上沒(méi)有考慮設備的耐久性和可靠特性。

國內和國外都在研究固態(tài)光源進(jìn)入顯示行業(yè)。LED更方便，通過(guò)簡(jiǎn)單地替代傳統的陰極射線(xiàn)管，就很方便地用在了液晶電視、顯示器上，并且因為液晶領(lǐng)域相對比較成熟，已經(jīng)有足夠的市場(chǎng)空間，國外的多數資源是投入到這個(gè)領(lǐng)域的。

至于激光，鮮有成果。而且激光的特性決定了它的用途與LED完全不一樣。激光是點(diǎn)光源，而LED是典型的面光源，兩者在適合的顯示設備方面就有差異。如果用LED作為液晶的背光尚好，若是作投影機的光源，這就有些勉為其難了，光路傳導的損失將會(huì )變得很大，并且也不容易做到亮度很高。激光的點(diǎn)光源特性，決定了激光更適合投影使用。比如通過(guò)與反射式的成像器件配合，做成投影機，那就是最好的應用模式。

但是激光本身也有一定的要求，對電源和散熱要求苛刻。電源需要專(zhuān)門(mén)的制作工藝，雖然就單個(gè)激光模塊而言，尺寸已經(jīng)相當小巧，但就整體顯示系統而言，激光投影設備的體積依然不算小，不過(guò)這一點(diǎn)正在快速地改變著(zhù)。比如500lm以下的應用中，采用風(fēng)冷就能滿(mǎn)足散熱需求的場(chǎng)所，激光模塊的優(yōu)勢就會(huì )體現得淋漓盡致的。

國外擁有類(lèi)似大功率激光器的廠(chǎng)商，在產(chǎn)品設計上也有了初步的經(jīng)驗，他們認為超過(guò)30W左右，就需要水冷了。這就制約了這樣的投影機進(jìn)入普通家庭，目前，激光投影機主要瞄準的是高端顯示領(lǐng)域。國內以中視中科為代表，他們的方案采用光源和主機分離的方式，光源通過(guò)光纖導入到機器，這樣可以很容易把傳統光源的機器改造成為激光投影機，簡(jiǎn)化了投影機改進(jìn)的步驟，同樣還給投影機增添了應用空間，在某些特定的場(chǎng)合，這種模式更適合。比如高濕度和震動(dòng)頻繁環(huán)境，或者需要低發(fā)熱低工作噪音的應用環(huán)境，把光源安排在另外一個(gè)安全的地方，反而有利于整個(gè)投影系統的可靠性提高，改善工作狀態(tài)。

雖然作為未來(lái)趨勢的激光光源對整個(gè)光源歷史來(lái)說(shuō)，還算是起步階段，但起點(diǎn)顯然已經(jīng)很高。激光作為光源早就是人類(lèi)的夢(mèng)想。當前，LED的發(fā)光效率已經(jīng)達到了100lm/w的水準，而激光能夠實(shí)現超過(guò)600lm/w的效率，是目前人造光源的極致。傳統投影機的UHP汞燈，發(fā)光效率只有60lm/w，高品質(zhì)的氙燈效率也并不高，散發(fā)的大量的熱不僅讓燈泡的壽命受到局限，同時(shí)成像器件的壽命也會(huì )受到影響。

傳統的光源使得整個(gè)投影機所考慮的散熱至少包含兩個(gè)部分：一方面是機器運作帶來(lái)熱量; 另外一方面則是光源帶來(lái)巨大熱量。這大幅度提高了機器設計的復雜度，而且工程級別投影機要求的雙燈備份也讓光路設計復雜化。

且不說(shuō)這些問(wèn)題，就是遇到要更換燈泡的維修，那也不是那么簡(jiǎn)單，何況雙燈備份也大幅度增加了投影機光路的設計難度，增加了損耗。一般來(lái)說(shuō)，超高亮度的投影機需要的短弧氙燈，功率以KW為單位，需要仔細考慮隔熱和紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)問(wèn)題，這也是固態(tài)光源不需要考慮的。所以，固態(tài)光源對比傳統光源的諸多優(yōu)勢，使其進(jìn)入投影領(lǐng)域是再合適不過(guò)了。

傳統的投影機由于光路和設計上都包含那些隔熱設計和UV鏡，如果直接套用到激光模塊上，大幅度降低了光的利用率，帶來(lái)的損失是不小的。比如多一層阻隔措施，就可能帶來(lái)5%的損失; 而隔熱設計在激光擴散之后已經(jīng)不是問(wèn)題，光線(xiàn)中根本就沒(méi)有紅外線(xiàn); UV更是不存在的。針對激光光源的這些特性對投影機內部結構進(jìn)行優(yōu)化，將有效地簡(jiǎn)化投影機的內部構造并降低成本。

激光開(kāi)數字光源先河

我們?yōu)槭裁匆眉す鈦?lái)取代傳統的光源，這是個(gè)縈繞在我腦海里的問(wèn)題，也同樣是很多人的疑問(wèn)?；蛘哒f(shuō)，激光投影機真的在視覺(jué)上就能吸引我們嗎?值得為此花費如此的成本嗎?

我看值得。就如同吃飯，山珍海味、蘿卜白菜各有所愛(ài)。除了沒(méi)有紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)問(wèn)題外，激光本身是有極強的指向性的，而且紅綠藍三原色更純，所以能夠制造出在色彩上與現實(shí)情況極為相近的色彩表現。

這如果還不夠吸引人，那就看看另外一個(gè)特點(diǎn)，激光投影機產(chǎn)品能夠帶來(lái)良好的顏色層次感，自然的高對比度大幅度提高了大場(chǎng)景的細節表現力，使得色彩更為生動(dòng)。也是因為它的指向性，投影畫(huà)面的主觀(guān)感受要比傳統投影機柔和，沒(méi)有那么刺眼。因而它的亮度寬容度也變得更高，既能實(shí)現高亮度還能實(shí)現高對比度，還能保證色彩的飽和度和層次感覺(jué)，這是現在的汞燈、氙燈投影機無(wú)法做到的。

由于激光投影系統是通過(guò)紅綠藍三原色成像疊加到物鏡上顯示的，所以通過(guò)控制三原色不同的比例便可實(shí)現顯示效果的變化，這是傳統光源無(wú)法做到的?，F在的激光光源產(chǎn)品，通過(guò)多個(gè)模塊進(jìn)行組合來(lái)實(shí)現高功率的輸出，激光的特性能夠保證激光的一致性，而且在多臺激光投影機進(jìn)行拼接的時(shí)候，也能夠很容易實(shí)現顯示的一致性。正是因為這個(gè)原因，對比傳統光源，激光光源體現了全面可調的數字化特征，光源能根據需求來(lái)進(jìn)行調制，從而能夠很輕易地實(shí)現多屏幕的無(wú)縫拼接，并長(cháng)期保持各拼接單元畫(huà)面在亮度、色彩上的一致性。

目前，在投影機構成的顯像系統中，圖像信號的部分已經(jīng)數字化，成像器件已經(jīng)數字化。在數字化條件下，非數字化的光源已經(jīng)與數字化的環(huán)境格格不入，光源邁入數字化也是必然的進(jìn)程。通過(guò)光源的數字化，在成像的終端，圖像品質(zhì)和感受才會(huì )更真切。

在測試的現場(chǎng)我們也看到，即便簡(jiǎn)單地把燈泡替換成為激光光源，投影設備的表現力已經(jīng)大幅度提高。在色彩飽和度、亮度和層次上，燈泡根本無(wú)法與之匹敵。尤其是在色彩純度和亮度，再加上對比度要求條件下，燈泡基本上只能滿(mǎn)足一部分特定需求，而我們面對激光投影的時(shí)候，差點(diǎn)忘了這是投影，那鮮花不就如同太陽(yáng)光下的鮮花嗎?在傳統的氙燈和汞燈照射下，顏色不可能如此生動(dòng)。

傳統的投影機可以通過(guò)電路上的處理把燈泡投影機的對比度和亮度提高，但是無(wú)法解決顏色層次的問(wèn)題。尤其是藍色，被看做是數字成像設備的死穴，一般來(lái)說(shuō)非常死板，沒(méi)有層次，在我們一般的投影設備中根本無(wú)法看到與湛藍天空相媲美的色彩，激光倒是能夠接近這種感受了。所以能夠在色彩上呈現巨大的反差，而不僅僅是黑白的巨大反差，這或許是激光那么驚人的根本原因。

有經(jīng)驗的讀者還會(huì )注意到，過(guò)于高的對比度和亮度的組合，將會(huì )帶來(lái)不舒服的視覺(jué)體驗，這在傳統光源中是常見(jiàn)的現象。傳統光源的光線(xiàn)無(wú)方向性，為了達到需求的對比度，光線(xiàn)的浪費比較多，導致需要很高的亮度，這樣會(huì )刺激眼睛，大幅度降低觀(guān)看舒適度。激光不同，通過(guò)光纖導出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)擴散，投射在成像器件上，還是有方向的，這些光的利用率大幅度提高，從而能夠在很高對比度的時(shí)候不需要太高的亮度，從而能夠保證眼睛的舒適程度。

加上激光的RGB三色的純度相當高，激光特性決定了光譜不漂移，從而保證整個(gè)顯示畫(huà)面的一致性。實(shí)際上，因為激光光源的特性，對鏡頭的鍍膜要求都降低了，同時(shí)透過(guò)鏡頭的熱已經(jīng)大幅度降低，可以大幅度降低鏡頭設計的難度，并且低的溫升也能保證鏡頭在使用過(guò)程中對畫(huà)面的影響降低到最小。這些優(yōu)勢讓激光投影機的畫(huà)面能夠保持一致性，投影畫(huà)面的一致性能夠超過(guò)90%。

這一切造就了最好的投影品質(zhì)，我形容激光的畫(huà)面如同流動(dòng)的清水，那么清澈而透亮，是目前顯示設備中最好的。但是因為目前的采集設備和輸出設備都是按照傳統光源光譜特性設計和調整的，所以在某些方面，激光替換上去會(huì )有過(guò)飽和的情況出現。比如紅色就是如此。傳統的采集設備能夠表現不錯的紅，但是輸出的時(shí)候紅的衰減比較厲害，燈泡的光譜在紅端以熱能喪失比較多，所以在信號上會(huì )做增強。而RGB激光的紅，本來(lái)就要超越一般燈泡，再加上電路的處理，那就有些過(guò)飽和。紅和藍兩色，其實(shí)是激光的殺手锏，它們的生動(dòng)程度與否就會(huì )影響輸出設備的表現力; 綠光的主要貢獻在于提供足夠的照度。

5W綠光激光器

1W藍光激光器

1.6W紅光激光器

色域大戰

在主觀(guān)上，我們已經(jīng)看到了激光投影機的強大威力。這次中視中科準備的是一臺Barco的電影投影機，更換了激光光源，通過(guò)光纖把模塊與投影機連接起來(lái)。相比傳統的燈泡，激光模塊體積(主要是散熱模塊)還有些大，但是在效率上已經(jīng)無(wú)與倫比了。Barco的這臺電影投影機采用氙燈，燈泡的功率4KW，標稱(chēng)壽命1000小時(shí)，更換成本接近3萬(wàn)元，鏡頭投射光通量大概15000lm。中視中科的激光模塊只需要100瓦左右，就能夠實(shí)現12000lm左右的投射亮度，壽命超過(guò)兩萬(wàn)小時(shí)，兩相比較，高下層分已不言自明。

中視中科這3年來(lái)，已經(jīng)讓激光模塊的每瓦成本降低到了10倍，隨著(zhù)技術(shù)的改進(jìn)和市場(chǎng)應用的展開(kāi)，仍然有很大的下降空間。而一個(gè)投射2000lm的投影機，只需要20W左右的激光就行了，成本是可以接受的。如果投影機專(zhuān)門(mén)為激光光源進(jìn)行設計的話(huà)，激光功率還可以適當降低。當然了，這種光源分離的方式，大幅度提高了投影機的靈活度，比如要制作不同亮度的投影機變得很簡(jiǎn)單，而不會(huì )受到設備早期設計的限制，甚至可以在后期進(jìn)行提高也沒(méi)有問(wèn)題。

激光投影機的另外一個(gè)好處就是長(cháng)期能夠保持投影的穩定性，激光模塊的壽命為兩萬(wàn)小時(shí)，是真正的長(cháng)壽命低衰減的光源。像氣體的汞燈和氙燈因為其中摻有雜質(zhì)，色溫控制不可能完美，也不可能像激光這么穩定。

有人擔心，激光這么大功率是不是有危險。我不小心透過(guò)投影機的鏡頭往里面看，沒(méi)有不適應，激光已經(jīng)被擴散，光的強度已經(jīng)比激光束大幅度下降。但是打在視網(wǎng)膜上，我們能感受到那種衍射，這是傳統光源沒(méi)有的。直視激光投影機光束給我的感受要溫和得多，也讓我意外。同時(shí)我注意到在投影機鏡頭前的溫度已經(jīng)非常低，通過(guò)光纖，激光的熱早被隔絕，而且擴散之后，光的功率密度大幅度下降，溫度自然降低了，直視也沒(méi)有問(wèn)題了。

從測試結果我們可以看到，激光的色域已經(jīng)大大超越傳統顯示設備，是激光投影能夠如此清亮動(dòng)人的根本原因。配合我們一塊測試的技術(shù)人員說(shuō)，實(shí)際上純激光出來(lái)測試的色域更大，但是經(jīng)過(guò)Barco投影機之后，可能在信號上做了一些均衡，即便測試結果沒(méi)有200%的NTSC覆蓋率，已經(jīng)相當驚人了，實(shí)測超過(guò)了170%。

在對比度方面，改造后的Barco這款投影機對比度大約為2500∶1，正是因為原生的高對比度，測試的機器在表現單色的時(shí)候，因為顏色很純正，飽和度高而且層次好，這樣的色彩生動(dòng)而且有動(dòng)感。在大場(chǎng)景的時(shí)候，因為對比度高，加上單色的純正，所以大場(chǎng)景的顏色感覺(jué)也很好，長(cháng)時(shí)間看也不累。

激光也要唱主角

激光顯示設備的到來(lái)，提高了顯示設備的門(mén)檻，在激光面前，任何其他顯示設備只能甘拜下風(fēng)。在色彩、壽命、可靠性等諸方面，擁有無(wú)與倫比的優(yōu)勢，而且在光源端實(shí)現了數字控制，這一點(diǎn)與LED類(lèi)似。

固態(tài)激光的前端也跟LED類(lèi)似，不過(guò)經(jīng)過(guò)放大環(huán)節以及聲光晶體的頻率調制，控制好輸出光的波長(cháng)。LED則是利用基板直接發(fā)光，產(chǎn)品沒(méi)有那么復雜，而控制起來(lái)也簡(jiǎn)單，包含外圍電路也簡(jiǎn)單得多?，F在LED背光顯示已經(jīng)逐步走向市場(chǎng)，LED背光電視和LED光源的投影機已經(jīng)可以買(mǎi)得到。而激光的顯示產(chǎn)品，現在成本上還比較高昂，目標客戶(hù)還局限在行業(yè)端。

國外與中視中科的同期的產(chǎn)品還有幾家，產(chǎn)品還局限在實(shí)驗室階段。與中視中科最相近的是Colorvision的激光系統，但是功率無(wú)法匹敵，他們只做到了45W左右，而中視中科的模塊可以組合成超過(guò)100W。而且，中國豐富的稀土資源，讓中國在激光領(lǐng)域有獨特的優(yōu)勢。

現在的問(wèn)題是，產(chǎn)業(yè)環(huán)境沒(méi)有啟動(dòng)，而上游的芯片產(chǎn)量比較低，沒(méi)有達到規模產(chǎn)能，所以綜合成本比較高。等上下游產(chǎn)業(yè)鏈構筑完成的時(shí)候，激光的未來(lái)會(huì )相當光明，而且隨著(zhù)成本繼續降低，激光顯示的普及恐怕就真的到來(lái)了。以普通的亮度計算，2000lm的產(chǎn)品就可以在使用成本上比現在的投影機低，而在使用過(guò)程中無(wú)需擔心更換燈泡等類(lèi)似的問(wèn)題，最重要的是，這個(gè)投影產(chǎn)品能夠一直保持這種一致性到壽命的終點(diǎn)，這是除激光之外沒(méi)有任何一種光源可以做到的。

激光本身能做的事情絕不僅限于顯示。在景觀(guān)照明以及特定的醫療領(lǐng)域，甚至美容，都能夠看到激光大顯身手。連續式激光進(jìn)入投影領(lǐng)域證明了這個(gè)產(chǎn)品的成熟，而站在潮頭浪尖的中視中科顯然比國內其他擁有類(lèi)似創(chuàng )新技術(shù)的公司在全球的地位更高，在推出這個(gè)產(chǎn)品的這一刻，已經(jīng)站在了世界的前端，足以笑傲江湖了。