监控背投大屏DLP光机双灯冷热备份的技术分析

　　中达电通视讯部供稿

　　前言: DLP大屏被广泛应用于各种监控和指挥调度中心，许多场合都要求大屏7×24小时(每周7天，每天24小时)不间断工作，在整个大屏系统中，DLP单元中投影光机的灯泡是最易损耗的部件，投影灯泡如果意外损坏，会使监控工作中断，特别是在应急指挥过程中，将会对工作造成很大损失，因此具有双灯结构的DLP投影光机开始出现。全球各大DLP光机生产厂家均已推出双灯技术，并逐渐成为DLP大屏光机的主流产品。各厂家对于双灯备份的设计各有专精，因此行业内双灯设计依技术的不同分为冷备份与热备份，热备份又称为热耦合。为了使市场用户对两种产品有最适合的选择，本文将对这两种不同设计的技术原理与差异做出客观的专业分析。

　　一、冷备份与热备份结构原理的差异

　　双灯冷备份设计： DLP光机中采用两个灯泡，一个点亮工作，另一个做备份，当工作灯泡损坏时，备用灯泡随即点亮并切换到工作位置，替换损坏的灯泡。冷备份通常采用机械移动方式的换灯结构，其结构设计的特性是同一时间内只能输出一个灯的光源，可以双灯同亮但无法同时输出亮度。

　　双灯热备份设计： 热备份同样采用两个灯泡，具备双灯的备份功能。但灯泡位置固定不动，通过光学耦合棱镜反射后输出，不存在移动换灯。其结构设计的特性是可以单灯输出，也可以双灯同亮同时输出得到较高的输出亮度。

冷热双灯备份机械结构示意图

　　二、冷备份与热备份的工作模式及 备份功能 比较

　　冷备份具有单灯点亮、双灯同亮工作模式，只具备有限的备份功能：

　　单灯点亮：在一般应用情况下采用这种单灯模式，工作灯泡点亮，工作灯泡出现问题时，后备灯泡会自动点亮，并自动切换到工作位进行替换。后备灯泡从点亮至切换到位，不仅需要点亮时间，还需要换灯时间，无形中延长了故障时间，会出现投影画面中断黑屏现象。

　　双灯同亮：在重要应用情况下会采用这种双灯同亮模式，两个灯泡同时都点亮，当工作灯泡损坏时，后备灯泡可自动切换到工作位进行替换，节省了灯泡点亮的时间，但同样存在切换时间，会出现投影画面中断黑屏现象。

　　热备份具有单灯切换、双灯高亮工作模式，具备不间断备份功能：

　　è单灯切换模式：在一般应用情况下采用这种单灯切换模式，只有一个灯泡点亮工作，后备灯泡通电但不点亮。当工作灯泡出现故障时，备份灯泡会自动点亮替换故障灯泡。需要灯泡点亮时间，但不需要换灯时间，具有比冷备份更短的备份灯泡切换时间，会出现投影画面短暂中断现象。

　　è双灯高亮模式：在重要应用情况下可采用这种双灯同亮模式，两个灯泡同时点亮，同时输出亮度，不仅大幅度提高了投影光机的输出亮度，同时具有真正的不间断备份功能，即使一个灯泡损坏，另一个灯泡仍在输出亮度，虽然亮度会有所下降，但很显然不会出现任何投影画面中断现象。而且热备份设计具备灯泡不断电热插拔，可快速更换损坏灯泡恢复亮度。热备份的这一特性在绝对不允许画面消失、不允许遗漏任何细节的军事指挥、灾难救援、应急指挥等相关重要应用中的优越性更加突出。

　　冷热备份都具有轮流点灯功能：

　　冷热备份都具有轮流点亮使用模式，双灯轮流点亮切换工作，达到延长灯泡寿命的目的，不同的是，热备份设计在灯泡切换过程中的暂时黑屏时间比较短，冷备份则因为高压通电中机械的移动不能太快，需要更多时间做灯泡移位的动作，几秒的切换时间明显是不可能的。

　　三、冷备份与热备份优缺点比较

　　冷备份 具有更多的不稳定性：

　　冷备份采用机械移动方式的换灯结构，由于机械结构的特性，频繁的灯泡换位移动必然会增大机械结构的误差，导致灯泡中心点的偏移，引起光学效率的降低。而且机械结构的动作次数也是有限的，移动次数越多精确度越差，甚至动作失灵。

　　冷备份双灯同亮时，后备灯泡虽然一直点亮但并不输出亮度，这样不仅白白损耗后备灯泡的寿命、浪费能源，而且会产生双倍的热量。但冷备份的散热却是针对单灯工作设计的，增多的热量将导致光机工作温度的升高，对色彩、光机组件的寿命都会产生不利的影响。

　　热备份在设计时就专门针对双灯同亮进行散热设计，而且灯泡并非越冷，寿命就越长，反而是要在适当的温度范围内，才可确保其寿命。热备份通过合理的热流设计可有效改善温度问题，灯泡散热主要在于灯杯内部热稳定性为主，控制风量强度、风扇角度和风流走向，风流经灯杯内确保灯泡内各点温度符合规格来进行设计，并经过严苛的Thermal和Life测试，证明并不会因热量问题而缩短灯泡寿命。

　　热备份 具有良好的色彩一致性：

　　光机色彩的差异主要来自灯泡本身的色坐标不同造成的色彩差异，而非耦合棱镜，冷热备份都存在这种色彩差异。耦合棱镜是类似镜片的一种，负责反射灯泡的光线，表面的镀膜并不会对色彩有任何影响，如同镜头中的镜片，依光学的设计规格来选定镜片种类后，光学性能便确定下来，并不存在一致性变差的问题。热备份和冷备份都使用了相同的灯泡架构，所以在色彩控制上并没有差异。对其色彩一致性会变差的推论，只是不具备光学零件设计生产能力的厂商所谓理论上的猜测。

　　如果说由于热备份的两个灯同时输出就会使色温难以调整，那么有的大屏厂家在单元中使用双光机，就更是两套完全不同的光机灯泡及不同的内部光学组件，这种应用是不是就会更加调整困难呢，事实证明不是这样，投影叠加技术已经被广泛采用。

　　冷备份光机往往因为两个灯泡使用时间差异很大，切换到备份灯泡后色彩调整难度更大。而热备份光机可通过分别针对Lamp A，Lamp B或是Lamp A+B进行各种调整数值的记忆，从而减少双灯间的色彩和亮度差异，极大方便现场工作人员进行灯泡更换。

　　热备份光机已在市场上销售了近十万套，很多用户在不同时间段建设二期监控大屏时，都会选择一期工程采用的同一款热备份光机，充分证明其稳定性得到认可。

　　热备份 具有良好的发光效率：

　　理论上耦合棱镜会造成一定的光效率损失，但首先该部分的损失是指与单灯光机相比，就双灯光机本身而言，双灯同亮的发光效率仍然是单灯的200%，其次最终的亮度输出取决于光机的整体设计，良好的光学设计以及高效的棱镜设计可以有效弥补理论上棱镜造成的光损失，目前热备份光机的单灯亮度与冷备份接近。

　　热备份 的高亮特性具有更广泛的应用范围：

　　单灯在67吋以下监控大屏中表现尚可，在80吋大屏中表现并不理想。现在监控中心规模越来越大，80吋大屏越来越多，同时现代化监控中心环境光很亮，要求大屏亮度提高，这也是有的厂家会因此采用更大功率的180W甚至200W以上灯泡的原因，但大功率灯泡的寿命会相应缩短。最新推出的LED光源，亮度输出已经达到800流明，但所有厂家仍然在想方设法提高亮度到1000流明以上，究其原因就是因为800流明并不能很好满足80吋大屏的亮度需要。而热备份的双灯亮度可以达到1600流明，可充分满足大尺寸需要，用于67吋以下大屏时又可以单灯使用，因此具有更广泛的应用范围。

　　国际市场 双灯 技术比较

　　双灯技术的出现可以追朔到大约20 年前，由于当时的技术门坎限制，只能设计出所谓的冷备份。但随着市场需求的不断发展，对“备份”的不同要求与迫切性快速提升，冷备份这种技术虽然可以符合基本要求, 但是远远不能满足新兴市场对“不间断备份”要求的保障, 因此造就出新的设计思维与概念。大约十年前光机厂商在高技术门坎的光学技术能力上有所突破，开始推出最新的热备份设计产品，这也是目前唯一能真正达到”永不间断”要求的设计。

　　目前市场上冷热备份双灯技术主要包括以下四种类型：

　　灯泡旋转方式冷备份：两个灯泡呈扇形排列，用旋转移动方式换灯，双灯可同亮，不能同时输出;

　　线性屏蔽方式冷备份：两个灯泡固定不移动，移动屏蔽来决定使用哪一个灯。双灯可同亮，不能同时输出;

　　线性移动方式冷备份：两个灯泡呈直线排列，用上下移动方式换灯(有三个灯位)，双灯可同亮，不能同时输出;

　　热备份：两个灯泡固定不移动，用高效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。

　　虽然几大厂商最早推出的冷备份技术被沿用至今，但据此判断热备份不是技术主流则未免显得有些武断与牵强。事实上，已经有其他厂家在开始研究并推出热备份光机。市面上约有3~4 家分别采用不同的冷备份双灯技术, 而国内采用双灯热备份的厂家也有3~4 家, 堪称是国内的主流。

　　结 语：综合以上分析，可以清楚看出，热备份和冷备份是两种不同的双灯技术，冷备份在单灯点亮或双灯同亮的工作模式下都会出现画面中断黑屏，而热备份以其不间断备份和高亮度的特性逐渐成为监控大屏DLP光机的主流技术。用户可以根据自己的使用需求做出选择，如果是不在乎监控大屏中断几分钟的一般应用可以选择冷备份光机，如果是不能错过任何细节或需要高亮度的重要应用场合，则可以选择热备份光机。