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為何激光皆藍色 利用物理定律探求原因

星之球科技 來源:未知2012-07-05 我要評論(0 )   

1混合型光源成主流 近日,Acer宏碁將發布LED鐳射混和光源投影機K520和K750,這將是激光光源應用在投影機的又一力作。加之卡西歐、優(you) 派、奧圖碼、明基等品牌推出的激光或...

1混合型光源成主流

  近日,Acer宏碁將發布LED鐳射混和光源投影機K520和K750,這將是激光光源應用在投影機的又一力作。加之卡西歐、優(you) 派、奧圖碼、明基等品牌推出的激光或混合型光源投影機。目前,已經有多個(ge) 主流品牌將激光應用在投影機中。

為(wei) 何激光皆藍色 利用物理定律探求原因
為(wei) 何激光皆藍色 利用物理定律探求原因

  光源亮度低、光源壽命短一直是限製傳(chuan) 統投影機發展的兩(liang) 大瓶頸。傳(chuan) 統投影機的光源發出的白光要經過色輪、偏振鏡、複眼透鏡等一係列光學元件後才能在屏幕上投射出顏色。在這過程中,光源有很大一部分會(hui) 被損耗掉。而光源壽命短、後期使用成本高則是傳(chuan) 統投影機另一大短板。目前超高壓汞燈占據主流投影機光源市場90%以上的份額,通過在使用2000—3000小時後,其亮度就會(hui) 明顯衰減。而激光投影機利用激光這種固體(ti) 光源從(cong) 根本上解決(jue) 了這兩(liang) 大難題。

混合光源
當前混合光源原理示意圖

  激光投影機直接通過內(nei) 置激光器發射紅、綠、藍三色激光,經過擴束、勻場、消相幹後入射到相對應的光閥上,光閥上加有圖像調製信號。這種直接使用RGB三原色調和投射的方式與(yu) 傳(chuan) 統的投射方式最大的不同在於(yu) ,畫麵的色彩飽和度有了大幅度提高。由於(yu) 激光本身就具備亮度大的特點,所以大尺寸投射也很容易實現。

  混合型光源是應對LED亮度不足而推出的光源,卡西歐是第一個(ge) 將LED光源與(yu) 激光光源結合的公司。筆者發現,包括宏碁、優(you) 派都使用的是藍色激光光源,然後將藍色激光轉換為(wei) 綠色光源。而且最為(wei) 唯一純激光光源的明基也是利用藍色激光光源,再將其轉換為(wei) 紅綠藍三色。

  那麽(me) ,為(wei) 什麽(me) 都要使用藍色激光呢?而不直接使用綠色激光呢?筆者了解到選擇藍光是與(yu) 它的波長有關(guan) 係,而不選擇綠色激光則是因為(wei) 半導體(ti) 綠色激光二極管才剛剛研發出來。使用藍色激光的原因,筆者也查看了很多資料,才得出了一些結論。

 

2物理定律探求原因

 

波長與能量的關係

  大多數的顏色可以通過紅、綠、藍三色按照不同的比例合成產(chan) 生。同樣絕大多數單色光也可以分解成紅綠藍三種色光。這是色度學的最基本原理,即三基色原理。三種基色是相互獨立的,任何一種基色都不能有其它兩(liang) 種顏色合成。紅綠藍是三基色,這三種顏色合成的顏色範圍最為(wei) 廣泛。

可見光波長表
可見光波長表

  藍色是三基色中波長最短的光,屬於(yu) 短波,其波長在450-500nm之間;紅色屬於(yu) 長波,波長在630-750nm之間;綠色屬於(yu) 中波,波長在500-570nm之間。 

下麵是筆者的推算過程

  波長與(yu) 頻率:波長與(yu) 頻率的關(guan) 係是它們(men) 之間成反比,,具體(ti) 的公式要看是什麽(me) 波在什麽(me) 傳(chuan) 輸媒介中傳(chuan) 波,例如,光的波長=光速*(1/頻率) 光速單位是米每秒, 不同顏色的光譜有不同的頻率。v=fλ 對任何情況恒成立,其中v是波速,f是頻率,λ是波長。

  頻率與(yu) 單光子能量:頻率與(yu) 能量之間成正比,具體(ti) 公式為(wei) :單光子能量值等於(yu) E=hv,h為(wei) 普朗克常量,v為(wei) 光的頻率。也就是說,v(頻率)越大,能量越高。

  單光子能量與(yu) 光能量:根據“光的波粒二象性”:光既能像波浪一樣向前傳(chuan) 播,有時又表現出粒子的特征。我們(men) 可以將光子看成光的粒子特性,所以單光子能量越高,光能量越高。

  所以,波長越短,頻率就越高,光的能量就越高。由於(yu) 藍光在三基色中波長最短,在光的傳(chuan) 播過程中能量的損失也就最小,因此能保證較高的傳(chuan) 輸效率。(推算過程僅(jin) 代表筆者個(ge) 人的觀點,並不能保證結論的準確性)

 

3混合光源投影機介紹

 

藍色激光+紅色LED+藍色LED=混合型光源

  卡西歐篇:第一個(ge) 將LED光源與(yu) 激光光源結合的是卡西歐公司,2010年就推出了第一代激光+LED混合型光源投影機。卡西歐混合光源的原理是將紅(高亮度紅色LED)、綠(藍色激光通過熒光體(ti) 轉換為(wei) 綠色)、藍(高亮度藍色LED)三色,通過DLP芯片投影,即可不使用高壓水銀燈泡而實現高亮度投影。並且光源壽命達到約2萬(wan) 小時,可有效減少維護並削減使用成本。其次,打開電源後最快5秒即可投出最高亮度畫麵,並且關(guan) 閉電源時也不需要冷卻。

卡西歐
卡西歐混合光源投影機

  激光+LED混合光源造就卓越的色彩還原性能,讓色彩渲染更加明亮、豔麗(li) 。高純度色彩視覺效果還會(hui) 產(chan) 生更加真實的圖像效果,創造傳(chuan) 統投影機無法比擬的清晰的視覺感受。

  優(you) 派篇:2012年4月19日,美國優(you) 派在京展示了一款創新產(chan) 品——采用激光、LED混合光源的投影機,這款產(chan) 品定位直指家庭影院市場。不過目前這款產(chan) 品還處於(yu) 工程樣品階段,相關(guan) 的技術、外形等尚未確定,最終命名型號還不得而知。

優(you) 派
優(you) 派混合光源投影機

  這款產(chan) 品采用三色光源係統,包括:藍色激光光源、紅色LED光源及藍色LED光源,然後通過相應技術將藍色激光轉換為(wei) 綠色色源,從(cong) 而實現紅藍綠的RGB的三原色。亮度方麵,這款產(chan) 品具備多亮度模式,可實現800、1000、1200、1600流明的不同亮度,以應對多種環境的需求;20000小時的燈泡壽命,免去用戶更換燈泡的後顧之憂。

  宏碁篇:7月5日,宏碁將發布兩(liang) 款LED鐳射混和光源投影機K520和K750。這兩(liang) 款混合型光源的原理和上麵兩(liang) 款產(chan) 品的技術相同,都是講藍色激光轉換為(wei) 綠色光,與(yu) 紅色LED和藍色LED組成三基色。

acer
宏碁混合光源投影機

  Acer K520的混合式光源結合LED及鐳射,在有效提升新光源亮度的同時提供更飽和更寬廣的色彩。Acer K520采用無汞光源,卻能發揮絕佳的亮度特性,混合式光源亮度高達2000流明。配備了DynamicBlack動態調整技術,提升影像對比可達10000:1;XGA分辨率,可支持輸出FullHD影像,其24p/秒的動態顯示率,提供更流暢的影像呈現;K520並且支持3D影像輸出,搭配使用3D眼鏡,即可享受小型商務的立體(ti) 演示。

 

4為(wei) 何要使用藍色激光?

 

明基篇推出純激光光源投影機

  2012年第一季度,明基推出了基於(yu) 激光光源技術的商教投影機LX60ST/LW61ST,該機器配備了業(ye) 界領先的藍核光引擎技術,該光引擎由激光二極管發光組件,分色處理光路及短焦鏡頭組成,LX60ST/LW61ST具有2000流明的高亮度輸出,是當時主流品牌在國內(nei) 發布的唯一一台純激光投影機,具有超長的光源壽命,豔麗(li) 的色彩和高達80000:1的對比度。

#p#分頁標題#e#明基LX60ST/LW61ST
明基單色激光投影機

  明基這款投影機采用了藍色激光作為(wei) 主光源,這也是為(wei) 什麽(me) 其稱為(wei) “藍核光”的緣故。藍色激光發出的光線通過色輪分色為(wei) 紅綠藍三色,然後三色投射在DMD芯片上,從(cong) 形成人眼所看到的圖像。當然由於(yu) 激光是點光源,所以該係統也有擴散片、光管等等構造,從(cong) 而將激光擴束使用。

奧圖碼推出混合光源投影機,疑為(wei) 藍色激光

  2012年6月,Optom推出了兩(liang) 款無燈泡短焦投影機ZX210ST與(yu) ZW210ST,采用LED與(yu) 激光混合光源,麵向需要長時間使用投影機的教育應用市場。目前尚未知道這兩(liang) 款機型具體(ti) 采用光源的類型,但根據筆者推測,這兩(liang) 款投影機采用的應該也是藍色激光+紅色LED+藍色LED光源。

奧圖碼
奧圖碼混合光源投影機

  LED與(yu) 激光混合光源的燈源壽命至少兩(liang) 萬(wan) 小時,對使用者來說,省去了更換燈泡耗材的費用,而環保燈源具有低耗能的特性,除了節能減碳之外更節省電費支出。而且它們(men) 還采用短焦鏡頭設計,ZX210ST與(yu) ZW210ST隻要80公分投影距離可分別投影60吋、70吋大畫麵。此兩(liang) 款投影機亮度為(wei) 2000流明,解析度分別為(wei) XGA(1024×768)和WXGA(1280×800),對比度高達100000:1,在不需完全遮光的環境下,提供高畫質、明亮而鮮豔的影像品質輸出。

 

  全文總結:根據推算結果,三基色中藍色的波長最短,根據反比關(guan) 係頻率就是最高的,在光的傳(chuan) 播過程中能量的損失也就最小,因此藍光傳(chuan) 遞的能量是最強的,在三基色中能保證最高的傳(chuan) 輸效率。所以選擇藍色激光能夠保證足夠的能量傳(chuan) 播,減少衰減。

  雖然LED曾被認為(wei) 將是“下一代”投影機光源,但由於(yu) 亮度遲遲不能提升到實用階段,而且由於(yu) 激光光源的引入,LED光源是否還有生存空間?尤其是當索尼研發出綠色半導體(ti) 激光二極管後,三基色半導體(ti) 激光二極管已全部能夠實現,那麽(me) LED光源是否會(hui) 被拋棄?LED+激光混合光源是否隻是過渡衍生品?這些疑問隻能由時間來證明,不過有一點可以肯定的是,激光將代替LED成為(wei) 真正的“下一代”光源。

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