激光投影機(jī)將挑起“視”界大戰(zhàn) 概述

如今，正當(dāng)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(jì)算機(jī)世界》實(shí)驗(yàn)室卻將目光投向了應(yīng)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(duì)固態(tài)光源將成為顯示光源這種必然發(fā)展趨勢(shì)的印證。2009年9月我們對(duì)國(guó)激光挑起“視”界大戰(zhàn)內(nèi)自主研發(fā)的激光投影機(jī)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)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(tǒng)氣態(tài)光源的歷史巨輪已經(jīng)開始轉(zhuǎn)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(cè)。

固態(tài)光源殺來

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

國(guó)內(nèi)和國(guó)外都在研究固態(tài)光源進(jìn)入顯示行業(yè)。LED更方便，通過簡(jiǎn)單地替代傳統(tǒng)的陰極射線管，就很方便地用在了液晶電視、顯示器上，并且因?yàn)橐壕ьI(lǐng)域相對(duì)比較成熟，已經(jīng)有足夠的市場(chǎng)空間，國(guó)外的多數(shù)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(shè)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(jī)的光源，這就有些勉為其難了，光路傳導(dǎo)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。比如通過與反射式的成像器件配合，做成投影機(jī)，那就是最好的應(yīng)用模式。

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

國(guó)外擁有類似大功率激光器的廠商，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上也有了初步的經(jīng)驗(yàn)，他們認(rèn)為超過30W左右，就需要水冷了。這就制約了這樣的投影機(jī)進(jìn)入普通家庭，目前，激光投影機(jī)主要瞄準(zhǔn)的是高端顯示領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)以中視中科為代表，他們的方案采用光源和主機(jī)分離的方式，光源通過光纖導(dǎo)入到機(jī)器，這樣可以很容易把傳統(tǒng)光源的機(jī)器改造成為激光投影機(jī)，簡(jiǎn)化了投影機(jī)改進(jìn)的步驟，同樣還給投影機(jī)增添了應(yīng)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(yīng)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(tǒng)的可靠性提高，改善工作狀態(tài)。

雖然作為未來趨勢(shì)的激光光源對(duì)整個(gè)光源歷史來說，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的夢(mèng)想。當(dāng)前，LED的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到了100lm/w的水準(zhǔn)，而激光能夠?qū)崿F(xiàn)超過600lm/w的效率，是目前人造光源的極致。傳統(tǒng)投影機(jī)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(tǒng)的光源使得整個(gè)投影機(jī)所考慮的散熱至少包含兩個(gè)部分：一方面是機(jī)器運(yùn)作帶來熱量; 另外一方面則是光源帶來巨大熱量。這大幅度提高了機(jī)器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，而且工程級(jí)別投影機(jī)要求的雙燈備份也讓光路設(shè)計(jì)復(fù)雜化。

且不說這些問題，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(jī)光路的設(shè)計(jì)難度，增加了損耗。一般來說，超高亮度的投影機(jī)需要的短弧氙燈，功率以KW為單位，需要仔細(xì)考慮隔熱和紅外線、紫外線問題，這也是固態(tài)光源不需要考慮的。所以，固態(tài)光源對(duì)比傳統(tǒng)光源的諸多優(yōu)勢(shì)，使其進(jìn)入投影領(lǐng)域是再合適不過了。

傳統(tǒng)的投影機(jī)由于光路和設(shè)計(jì)上都包含那些隔熱設(shè)計(jì)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，帶來的損失是不小的。比如多一層阻隔措施，就可能帶來5%的損失; 而隔熱設(shè)計(jì)在激光擴(kuò)散之后已經(jīng)不是問題，光線中根本就沒有紅外線; UV更是不存在的。針對(duì)激光光源的這些特性對(duì)投影機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將有效地簡(jiǎn)化投影機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造并降低成本。

激光開數(shù)字光源先河

我們?yōu)槭裁匆眉す鈦砣〈鷤鹘y(tǒng)的光源，這是個(gè)縈繞在我腦海里的問題，也同樣是很多人的疑問?；蛘哒f，激光投影機(jī)真的在視覺上就能吸引我們嗎?值得為此花費(fèi)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。除了沒有紅外線、紫外線問題外，激光本身是有極強(qiáng)的指向性的，而且紅綠藍(lán)三原色更純，所以能夠制造出在色彩上與現(xiàn)實(shí)情況極為相近的色彩表現(xiàn)。

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(jī)產(chǎn)品能夠帶來良好的顏色層次感，自然的高對(duì)比度大幅度提高了大場(chǎng)景的細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，使得色彩更為生動(dòng)。也是因?yàn)樗闹赶蛐裕队爱嬅娴闹饔^感受要比傳統(tǒng)投影機(jī)柔和，沒有那么刺眼。因而它的亮度寬容度也變得更高，既能實(shí)現(xiàn)高亮度還能實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度，還能保證色彩的飽和度和層次感覺，這是現(xiàn)在的汞燈、氙燈投影機(jī)無法做到的。

由于激光投影系統(tǒng)是通過紅綠藍(lán)三原色成像疊加到物鏡上顯示的，所以通過控制三原色不同的比例便可實(shí)現(xiàn)顯示效果的變化，這是傳統(tǒng)光源無法做到的。現(xiàn)在的激光光源產(chǎn)品，通過多個(gè)模塊進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)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(tái)激光投影機(jī)進(jìn)行拼接的時(shí)候，也能夠很容易實(shí)現(xiàn)顯示的一致性。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，對(duì)比傳統(tǒng)光源，激光光源體現(xiàn)了全面可調(diào)的數(shù)字化特征，光源能根據(jù)需求來進(jìn)行調(diào)制，從而能夠很輕易地實(shí)現(xiàn)多屏幕的無縫拼接，并長(zhǎng)期保持各拼接單元畫面在亮度、色彩上的一致性。

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

在測(cè)試的現(xiàn)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(shè)備的表現(xiàn)力已經(jīng)大幅度提高。在色彩飽和度、亮度和層次上，燈泡根本無法與之匹敵。尤其是在色彩純度和亮度，再加上對(duì)比度要求條件下，燈泡基本上只能滿足一部分特定需求，而我們面對(duì)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光下的鮮花嗎?在傳統(tǒng)的氙燈和汞燈照射下，顏色不可能如此生動(dòng)。

傳統(tǒng)的投影機(jī)可以通過電路上的處理把燈泡投影機(jī)的對(duì)比度和亮度提高，但是無法解決顏色層次的問題。尤其是藍(lán)色，被看做是數(shù)字成像設(shè)備的死穴，一般來說非常死板，沒有層次，在我們一般的投影設(shè)備中根本無法看到與湛藍(lán)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(xiàn)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(yàn)的讀者還會(huì)注意到，過于高的對(duì)比度和亮度的組合，將會(huì)帶來不舒服的視覺體驗(yàn)，這在傳統(tǒng)光源中是常見的現(xiàn)象。傳統(tǒng)光源的光線無方向性，為了達(dá)到需求的對(duì)比度，光線的浪費(fèi)比較多，導(dǎo)致需要很高的亮度，這樣會(huì)刺激眼睛，大幅度降低觀看舒適度。激光不同，通過光纖導(dǎo)出的光線經(jīng)過擴(kuò)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(duì)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(dāng)高，激光特性決定了光譜不漂移，從而保證整個(gè)顯示畫面的一致性。實(shí)際上，因?yàn)榧す夤庠吹奶匦?，?duì)鏡頭的鍍膜要求都降低了，同時(shí)透過鏡頭的熱已經(jīng)大幅度降低，可以大幅度降低鏡頭設(shè)計(jì)的難度，并且低的溫升也能保證鏡頭在使用過程中對(duì)畫面的影響降低到最小。這些優(yōu)勢(shì)讓激光投影機(jī)的畫面能夠保持一致性，投影畫面的一致性能夠超過90%。

這一切造就了最好的投影品質(zhì)，我形容激光的畫面如同流動(dòng)的清水，那么清澈而透亮，是目前顯示設(shè)備中最好的。但是因?yàn)槟壳暗牟杉O(shè)備和輸出設(shè)備都是按照傳統(tǒng)光源光譜特性設(shè)計(jì)和調(diào)整的，所以在某些方面，激光替換上去會(huì)有過飽和的情況出現(xiàn)。比如紅色就是如此。傳統(tǒng)的采集設(shè)備能夠表現(xiàn)不錯(cuò)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(hào)上會(huì)做增強(qiáng)。而RGB激光的紅，本來就要超越一般燈泡，再加上電路的處理，那就有些過飽和。紅和藍(lán)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(shè)備的表現(xiàn)力; 綠光的主要貢獻(xiàn)在于提供足夠的照度。

5W綠光激光器

1W藍(lán)光激光器

1.6W紅光激光器

色域大戰(zhàn)

在主觀上，我們已經(jīng)看到了激光投影機(jī)的強(qiáng)大威力。這次中視中科準(zhǔn)備的是一臺(tái)Barco的電影投影機(jī)，更換了激光光源，通過光纖把模塊與投影機(jī)連接起來。相比傳統(tǒng)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)無與倫比了。Barco的這臺(tái)電影投影機(jī)采用氙燈，燈泡的功率4KW，標(biāo)稱壽命1000小時(shí)，更換成本接近3萬元，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?qū)崿F(xiàn)12000lm左右的投射亮度，壽命超過兩萬小時(shí)，兩相比較，高下層分已不言自明。

中視中科這3年來，已經(jīng)讓激光模塊的每瓦成本降低到了10倍，隨著技術(shù)的改進(jìn)和市場(chǎng)應(yīng)用的展開，仍然有很大的下降空間。而一個(gè)投射2000lm的投影機(jī)，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(jī)專門為激光光源進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，激光功率還可以適當(dāng)降低。當(dāng)然了，這種光源分離的方式，大幅度提高了投影機(jī)的靈活度，比如要制作不同亮度的投影機(jī)變得很簡(jiǎn)單，而不會(huì)受到設(shè)備早期設(shè)計(jì)的限制，甚至可以在后期進(jìn)行提高也沒有問題。

激光投影機(jī)的另外一個(gè)好處就是長(zhǎng)期能夠保持投影的穩(wěn)定性，激光模塊的壽命為兩萬小時(shí)，是真正的長(zhǎng)壽命低衰減的光源。像氣體的汞燈和氙燈因?yàn)槠渲袚接须s質(zhì)，色溫控制不可能完美，也不可能像激光這么穩(wěn)定。

有人擔(dān)心，激光這么大功率是不是有危險(xiǎn)。我不小心透過投影機(jī)的鏡頭往里面看，沒有不適應(yīng)，激光已經(jīng)被擴(kuò)散，光的強(qiáng)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(tǒng)光源沒有的。直視激光投影機(jī)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(jī)鏡頭前的溫度已經(jīng)非常低，通過光纖，激光的熱早被隔絕，而且擴(kuò)散之后，光的功率密度大幅度下降，溫度自然降低了，直視也沒有問題了。

從測(cè)試結(jié)果我們可以看到，激光的色域已經(jīng)大大超越傳統(tǒng)顯示設(shè)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(cè)試的技術(shù)人員說，實(shí)際上純激光出來測(cè)試的色域更大，但是經(jīng)過Barco投影機(jī)之后，可能在信號(hào)上做了一些均衡，即便測(cè)試結(jié)果沒有200%的NTSC覆蓋率，已經(jīng)相當(dāng)驚人了，實(shí)測(cè)超過了170%。

在對(duì)比度方面，改造后的Barco這款投影機(jī)對(duì)比度大約為2500∶1，正是因?yàn)樵母邔?duì)比度，測(cè)試的機(jī)器在表現(xiàn)單色的時(shí)候，因?yàn)轭伾芗冋?，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?yàn)閷?duì)比度高，加上單色的純正，所以大場(chǎng)景的顏色感覺也很好，長(zhǎng)時(shí)間看也不累。

激光也要唱主角

激光顯示設(shè)備的到來，提高了顯示設(shè)備的門檻，在激光面前，任何其他顯示設(shè)備只能甘拜下風(fēng)。在色彩、壽命、可靠性等諸方面，擁有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，而且在光源端實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制，這一點(diǎn)與LED類似。

固態(tài)激光的前端也跟LED類似，不過經(jīng)過放大環(huán)節(jié)以及聲光晶體的頻率調(diào)制，控制好輸出光的波長(zhǎng)。LED則是利用基板直接發(fā)光，產(chǎn)品沒有那么復(fù)雜，而控制起來也簡(jiǎn)單，包含外圍電路也簡(jiǎn)單得多?，F(xiàn)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(jī)已經(jīng)可以買得到。而激光的顯示產(chǎn)品，現(xiàn)在成本上還比較高昂，目標(biāo)客戶還局限在行業(yè)端。

國(guó)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(yàn)室階段。與中視中科最相近的是Colorvision的激光系統(tǒng)，但是功率無法匹敵，他們只做到了45W左右，而中視中科的模塊可以組合成超過100W。而且，中國(guó)豐富的稀土資源，讓中國(guó)在激光領(lǐng)域有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)在的問題是，產(chǎn)業(yè)環(huán)境沒有啟動(dòng)，而上游的芯片產(chǎn)量比較低，沒有達(dá)到規(guī)模產(chǎn)能，所以綜合成本比較高。等上下游產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)筑完成的時(shí)候，激光的未來會(huì)相當(dāng)光明，而且隨著成本繼續(xù)降低，激光顯示的普及恐怕就真的到來了。以普通的亮度計(jì)算，2000lm的產(chǎn)品就可以在使用成本上比現(xiàn)在的投影機(jī)低，而在使用過程中無需擔(dān)心更換燈泡等類似的問題，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。在景觀照明以及特定的醫(yī)療領(lǐng)域，甚至美容，都能夠看到激光大顯身手。連續(xù)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(guó)內(nèi)其他擁有類似創(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。