光辉未来——激光投影前景无限
外设天地
“小张,快去把单位的投影机给我拿来,我要出差借用一下”,周一刚上班,经理就吩咐秘书小张。
一会后,小张回话说:“经理,单位的投影机外借了,上周三你还同意了啊”。
“啊,这事忘了,那怎么办,这次出差可不能不带投影设备啊”。
“别急,经理,最近负责设备管理的小王好像购买了激光投影机,我去帮你拿来”。小黎说。
“这么小,行吗?”
“试试就知道了,呵呵”,小张故作神秘。
于是经理当场试用起来。“天哪,比原来的投影机好多了,效果不但好,还这么轻便,看来这次出差不用受累了。”
激光投影的优势
目前,激光显示技术已成为国际公认的实现超大色域、超高分辨率和超大屏幕的光电显示技术,激光投影设备是21世纪大屏幕电视和投影机最强的竞争者。
1.色纯度高、色域广
激光单色性好,色纯度极高,按三色原理合成,它在色度图上形成的颜色三角形区域最大,具有比现在的CRT电视更广的色域、更高的对比度和饱和度,颜色更加鲜艳,更能反映自然界的真实色彩。目前普通电视只能达到0.5%~1%电光转换效率,色域不过3000~4000种,而激光投影则能达到15%~40%的电光转换效率,色域达7000~8000种。尤其值得称道的是,激光发生器的100%功率寿命可以达到两万小时,室温寿命一般可达10万小时,而现在的投影机灯泡的寿命不过2000小时左右。
2.尺寸灵活可变
激光显示技术的光线波长是固定的,通过显示元件能够直接将激光投射到屏幕或墙上,不需要镜头,亦无需高发热量的灯泡。它没有LCD的液晶板老化问题,也没有DLP的色轮问题。而且能大大降低生产成本,可以做到像火柴盒那么小。
激光投影机是怎么工作的
激光投影合成图像的原理是通过显示元件直接将激光投射到屏幕或墙上,激光束从上到下、从左到右进行“扫射”,水平偏转(行扫描)通过放映头中的一个多面旋转镜实现,垂直偏转(帧扫描)通过一个倾斜镜实现(图1)。其工作过程和CRT电视的电子束扫描到荧光屏上有些类似,不过电子束是通过磁场偏转完成扫描,而激光投影就得靠棱镜了。棱镜是透明材料(如玻璃、水晶等)做成的多面体。

激光发生器产生的激光是单色的,光波频率单一,传输路径平行且不会发散,激光投影不需要透镜进行聚焦,但必须穿过特制的晶体或光导体加以调制,成为红色、绿色和蓝色激光,并按照视频信号中对于三种基色的亮度和扫描信息进行控制,再通过合成装置投射到屏幕。
激光投影设备的制造至少需要两个条件:首先是实现三种颜色的激光;其次是要能够实现激光逐点扫描。目前激光投影的光线处理方式主要有三种:
一种是以Symbol公司为代表的扫描技术,需要很精细的棱镜加工和装配工艺,要求相当高,目前只有Symbol对此项技术情有独钟,其他厂商的投入兴趣并不高。
另外两种光线处理方式都要使用成像设备,并须改进激光光源的利用方式。其一是使用阵列激光技术,把RGB三色激光发生器各做成大规模的阵列,通过硅片加工技术大幅度降低成本,并能保证单个激光头满足实际环境下的使用,提高了整体的光效输出。不过由于要使用成像芯片,体积无法做得很小,并且需要保证激光模块与成像模块的角度,否则无法呈现大尺寸的画面。另外一种是把激光通过光纤导入到一个扩散器,使激光成百倍放大,在适当聚焦之后,投射到成像原件上,最后成像输出。
激光投影时代悄然来临
1.激光投影技术有突破性进展
目前激光投影技术已经取得了突破性进展,市场化的条件也基本成熟。2006年,在堪称世界显示技术分水岭的一年中,中科院在深紫外谐波光全固态激光器的研制方面取得突破性进展,长春新产业光电技术有限公司展出了84英寸的激光电视,Vanadate公司用于剧院的激光投影机的亮度可以达到5000 ANSI流明。激光扫描技术的先锋Symbol宣布,2008年该公司的激光投影机将批量进入市场,即便现在概念机的价格也只需2000美元左右,相当具有吸引力。
在激光扫描方面,目前技术很多。其中最著名的是Symbol公司推出的技术,该技术采用高频率的棱状反射玻璃,通过高速旋转实现水平扫描,从而构成水平像素,而垂直方向则通过移动速度较低的镜片实现。因为没有镜头,也不需要额外的光源设备,激光投影拥有十分自由的成像模式,可远可近,不需要对焦,还能够在不规则的平面上投影。
2.激光投影技术的商业化进程
激光投影技术最先用于电视机上,彩色激光电视的原理并不复杂,它利用半导体固态激光工作物质,产生红、绿、蓝三种激光作为彩色激光电视的光源,通过控制三色激光,构筑整个色彩体系。目前我国的长春新产业光电技术有限公司、广州南沙慧视通讯科技有限公司,美国Symbol公司、Novalux公司,德国LDT公司,澳大利亚Arasor(慧视)公司,日本索尼公司、三菱公司,韩国的三星公司等都已经研发出激光电视样机,具体商品上市日期大都定在2008年前后。
索尼在CES2007开幕前一天的该公司的新闻发布会上,首次公开了使用激光光源的微显示器(MD)方式的像素型背投电视试制机,激光光源组采用了索尼自主开发的3枚0.61英寸LCOS面板,以此取代以前的高压汞灯。该试制机画面尺寸为55英寸,像素数为1920×1080,全高清,对比度达到10000∶1。

三菱已于近期推出采用三基色激光光源的DLP背投电视(图2),它支持最新的色彩空间国际标准,这款激光DLP背投电视与以往DLP背投电视最大的不同是取消了灯泡作为光源,取消了分色用的色轮,而采用三个半导体激光器发出三基色光源,通过光纤传导给DMD芯片(图3),由于在光纤内部的多次反射,降低了激光的干涉条纹。同时为了实现图像的还原,三菱还开发了图像调制系统NCM(自然色彩矩阵),不仅将视频信号中的亮度信号与色彩信号分离,而且更将色彩信号分解为12组单独的色相进行控制,图像质量可超过电影画质。三菱的这一彩色激光产品预计于2007年年底上市。

在CES2007会展时,美国Novalux公司在会场附近的一家宾馆演示了使用激光光源的微显示屏(MD)方式的像素型背投电视试制品,亮度达到700cd/㎡以上。Novalux将此像素型背投电视与液晶电视、等离子电视摆在一起,通过显示同一画像,来展示激光电视的广阔色域和高对比度。
3.手持式便携设备是激光投影厂商的主攻目标
微型激光投影技术与目前主流的光反射式投影技术有着本质的区别,2007年至2008年,将是微型激光投影技术以及相关产品亮相和推出的重要时间。微型激光投影设备研发企业希望能与著名的手机厂商合作,获得更有利的起步机会。
Symbol公司从2002年开始就在宣传他们的手持激光投影机,但当时机器的分辨率只能达到VGA标准(640×480)。不过最近Symbol公司宣称他们推出的新款手持激光投影机实现了XGA分辨率(1024×768),能播放高清晰的视频,并且这项技术改变了投影机笨重的特点,因为体积小、可手持,激光投影模块可以应用于手机、PDA、游戏机甚至是车载设备上。
Light Blue Optics(LBO)公司已经发布了第三代PVPro激光投影机,最大功率仅有1.5W,在投影普通视频时功率可低至350mW。该产品的大小和一个普通的火柴盒相仿(图4),支持VGA、1024×512的分辨率(根据需求也可支持SXGA分辨率。在使用时无须调节焦距,无论位置远近图像一样清晰,适合为笔记本电脑、MP4、数码摄像机和手机等设备显示图像(图5)。


2006年3月,中国台湾厂商华宝和英特尔合作生产的带有投影功能的手机亮相3GSM展,引起业界关注。这款产品采用了英特尔的微处理器,体积略显庞大。通过自身的电源,这款产品可以在一米左右投射出15英寸的屏幕影像,支持预览功能及幻灯片播放功能,适用于小场合的简报工作。
百通观点:激光投影能否快速推广关键在于技术的完善
目前制约激光投影技术发展的根源是没有合适的简单的固态绿色激光器可用。绿色激光波长大约为540nm,当前主要是通过一个按正弦波振荡的石英体,实现频率的倍增,从而获得绿色激光。由于这种方式对环境温度要求比较高,因而输出不够稳定,同时绿色激光模块较大且成本很高,难以减小激光投影设备的体积和大幅度降低生产成本。
制约激光投影技术发展的另一个问题是:当功率超过一定数值就可能带来安全隐患,难以在开放空间使用。比如,一束150mW的激光能很容易地烧坏1米以外的塑料薄膜袋,而用于剧院的Vanadate的激光投影设备的功率最大可以达到20W,亮度达到5000 ANSI流明,如果有人拿一个透镜就有可能把一定距离的东西烧坏,解决这一问题的有效办法是提高激光的发光效率。
如能解决好这些问题,相信激光投影会有一个光辉的未来。