投影燈泡高效節(jié)能原理分析
2010年02月08日 10:40 www.wenjunhu.com 作者：佚名 用戶評(píng)論（0）
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投影燈泡高效節(jié)能原理分析
在投影機(jī)的應(yīng)用中，教室環(huán)境與商務(wù)環(huán)境、家庭環(huán)境的區(qū)別是明顯的—室內(nèi)面積大、環(huán)境溫控能力差、開放空間的粉塵較多。教育環(huán)境的鮮明特點(diǎn)造就了教育投影機(jī)產(chǎn)品的特色，也為廠商指明了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方向。
燈泡：小瓦數(shù) 高亮度
圖1 傳統(tǒng)燈泡示意圖
圖2 愛普生E-TORL燈泡
圖3 橢圓形聚光系統(tǒng)
燈泡是投影機(jī)的惟一耗材，直接關(guān)系著投影圖像的清晰度。目前，無論是哪種投影燈泡，都有其使用壽命。隨著投影機(jī)工作時(shí)間的延長，其亮度會(huì)不斷降低，投影的圖像清晰度會(huì)下降，當(dāng)投影燈泡老化到一定程度時(shí)就必須更換。所以，燈泡質(zhì)量的好壞成為選購?fù)队皺C(jī)的重要參照。
目前，各投影機(jī)廠商在燈泡上下足了工夫，以自己研發(fā)設(shè)計(jì)燈泡產(chǎn)品的愛普生為例。愛普生投影機(jī)所采用的E-TORL(Epson Twin Optimized Reflection Lamp)高效節(jié)能燈泡，能夠以170W的小瓦數(shù)，投出2600流明的高亮度。在環(huán)保模式下，燈泡壽命可高達(dá)4000小時(shí)。
E-TORL燈泡到底是怎么實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的呢？
首先，燈芯發(fā)出的光線向各個(gè)方向進(jìn)行照射，由于傳統(tǒng)投影機(jī)燈泡采用拋物線形反光罩，因此只有部分光線被其拋物線形燈杯反射，20%~30%的光線被損失掉(如圖1、圖2所示)。
而愛普生的E-TORL燈泡采用了橢圓形燈杯，再配以安裝在燈芯上的副反光罩，能夠?qū)鹘y(tǒng)燈泡中泄露的光線進(jìn)行有效收集，從而避免了光線的泄漏，并減少了光線的衍射。這個(gè)系統(tǒng)在橢圓形反射鏡的基礎(chǔ)上結(jié)合了一個(gè)非球面的透鏡和一個(gè)半球形的鏡面，使得燈泡不僅體積小巧，與此同時(shí)，還大幅提升了光的利用率(如圖3所示)。
其次，液晶板系統(tǒng)包括微透鏡、偏振板及高溫多晶硅液晶板。微透鏡可以理解為類似放大鏡的光線匯聚鏡片。如果光線完全垂直于該鏡片，則通過鏡片的光線會(huì)最終匯聚在其鏡片的中心軸上，并透過液晶板的開口區(qū)。如果光線匯聚點(diǎn)有偏差，則造成部分光線被黑色矩陣阻擋，造成光線損失。由于傳統(tǒng)燈泡的拋物線形燈杯反射出的光線是平行光，即光線反射的方向與光路的中心軸平行，因此光線匯聚到微透鏡時(shí)與和微透鏡垂直的光路中心軸夾角較大，造成通過微透鏡的光線無法完全通過液晶板的開口區(qū)，對(duì)光的利用率較低，亮度也會(huì)受到影響。
愛普生E-TOAL燈泡的橢圓形燈杯彌補(bǔ)了傳統(tǒng)燈泡的弱點(diǎn)，當(dāng)光線匯聚到微透鏡時(shí)與光路中心軸夾角較小，更加接近與微透鏡的完全垂直。從而保證通過微透鏡匯聚的光線更多地透過液晶板。這種方法將光線的利用率提高了15%~20%，實(shí)現(xiàn)了投影機(jī)亮度的提高。
防塵：主動(dòng)被動(dòng)兩相宜
圖4 富可視投影機(jī)在設(shè)計(jì)中合理改善進(jìn)風(fēng)口，增大風(fēng)扇功率，從而形成一個(gè)類似“抽風(fēng)機(jī)”的裝置，幫助產(chǎn)品直接除塵
圖5 一舉三得的手工粘貼海綿條
防塵是2007年度教育投影市場上最受關(guān)注的一個(gè)話題，在此背景下，投影機(jī)廠商紛紛為產(chǎn)品的防塵動(dòng)起了腦筋，像采用新型防塵網(wǎng)、改善機(jī)器內(nèi)部風(fēng)流等，更有廠商提出了主動(dòng)除塵的設(shè)計(jì)。
比如富可視的研發(fā)人員就認(rèn)為廠商應(yīng)該變被動(dòng)為主動(dòng)，防塵不如除塵?，F(xiàn)在，富可全系列投影機(jī)中除了LP850外，都沒有設(shè)置防塵網(wǎng)。一般投影機(jī)采用海綿或金屬材質(zhì)的防塵網(wǎng)，隨著使用過程的持續(xù)，機(jī)器里的粉塵會(huì)在防塵網(wǎng)上不斷累積，嚴(yán)重阻礙了使用過程中的通風(fēng)狀況，導(dǎo)致投影機(jī)內(nèi)部溫度上升，對(duì)散熱乃至投影機(jī)使用壽命都會(huì)產(chǎn)生惡劣的影響。富可視技術(shù)人員通過研究得出，能夠漂浮起來的都是一些體積并不大的微塵，所以在設(shè)計(jì)中合理改善進(jìn)風(fēng)口，增大風(fēng)扇功率，形成一個(gè)類似“抽風(fēng)機(jī)”的裝置，在很大程度上直接除塵(如圖4所示)。
當(dāng)然，現(xiàn)在比較普遍的還是防塵。像日立專為教育投影機(jī)設(shè)計(jì)的名為IDS(Intelligent Dustproof System)高效智能防塵過濾系統(tǒng)，就具有較好的防塵效果。
日立IDS高效智能防塵過濾系統(tǒng)由四層組成。第一層是采用最新高科技特種材料的過濾網(wǎng)。這種過濾網(wǎng)將網(wǎng)孔直徑縮小到數(shù)微米，同時(shí)運(yùn)用日立獨(dú)有的除塵技術(shù)，能夠有效阻止灰塵隨氣流進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部，使得投影機(jī)能夠長時(shí)間保持亮度穩(wěn)定、圖像清晰。
日立針對(duì)過濾網(wǎng)的改造并不僅限于材質(zhì)，加大過濾網(wǎng)面積是防塵系統(tǒng)的第二層。日立投影機(jī)采用的新型過濾網(wǎng)面積比舊機(jī)型加大33%，整體擴(kuò)大了1/3，這樣的設(shè)計(jì)減少了單位面積上空氣流量降低了流速，大大提高了灰塵吸附的效率。
同時(shí)，日立對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行了改造，打造出防塵系統(tǒng)的第三層。日立原同類機(jī)型采用的散熱風(fēng)扇直徑為60.8mm，新型風(fēng)扇的直徑則達(dá)到了107mm，增加了近76%的風(fēng)扇面積，優(yōu)化了投影機(jī)內(nèi)部整體空氣流動(dòng)系統(tǒng)，增大了通風(fēng)量，大幅度提高機(jī)器內(nèi)部散熱效率。而且，日立大直徑風(fēng)扇降低了產(chǎn)品轉(zhuǎn)速，有效降低惱人的噪音也是一大特色。
防塵系統(tǒng)的最后一層是日立獨(dú)有的優(yōu)化型冷卻風(fēng)道。機(jī)身前方和側(cè)面進(jìn)風(fēng)口吹入的潔凈風(fēng)保證液晶板等重要元件及燈泡等發(fā)熱大戶及時(shí)、有效的通風(fēng)散熱。
今年，NEC針對(duì)教育用戶對(duì)投影機(jī)防塵功能的特殊要求，也加緊了技術(shù)創(chuàng)新，提出了防塵“三步曲”的全新防塵方法：第一步，加厚的防塵濾網(wǎng)，易拆卸清洗；第二步，手工棉條密封光路，一舉三得；第三步，以渦輪式風(fēng)扇代替?zhèn)鹘y(tǒng)風(fēng)扇，散熱防塵兩不誤。
事實(shí)上，投影機(jī)的光路防塵是投影機(jī)防塵中非常重要的一環(huán)。先進(jìn)的光路防塵設(shè)計(jì)，能使投影機(jī)的整個(gè)光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。這是由于在設(shè)計(jì)光路系統(tǒng)時(shí)要同時(shí)考慮到圖像顯示效果和光學(xué)系統(tǒng)對(duì)灰塵的隔離效果，從而使得每個(gè)光學(xué)部件的位置都安排恰當(dāng)，既保證了緊密又不失秩序。光學(xué)部件之間的縫隙全部以手工粘貼海綿條(如圖5所示)，首先，保護(hù)了光學(xué)部件，防止投影機(jī)在震蕩時(shí)光路受損；其次，減少由于縫隙引起的漏光現(xiàn)象，使投影圖像亮度更高，顯示效果更好；更重要的是有效阻擋了灰塵的進(jìn)入和粘附，從根本上對(duì)投影機(jī)進(jìn)行防塵保護(hù)。
總的看來，不論是除塵也好，防塵也罷，教育用戶的需求就是各家投影機(jī)廠商不斷尋求技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力。讓教育用戶在使用投影機(jī)時(shí)不再被粉塵干擾，相信在未來還會(huì)有更好的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。
人性化：想怎么用就怎么用
學(xué)校由于缺少專門的IT技術(shù)人員，因此在使用投影機(jī)的時(shí)候難免會(huì)遇到亮度調(diào)整、梯形校正、圖像優(yōu)化等部署管理問題，不過這些問題都將成為過去時(shí)。
現(xiàn)在，擁有越來越多智能設(shè)計(jì)的投影機(jī)產(chǎn)品，讓部署操作更為簡單、靈活。在市場上的教育投影機(jī)中已經(jīng)隨處可見為了教育用戶進(jìn)行的人性化設(shè)計(jì)。特別是最近優(yōu)派推出的智能投影機(jī)PJ675上采用的“智慧眼”設(shè)計(jì)，尤其讓人印象深刻。
優(yōu)派獨(dú)家研發(fā)的“智慧眼”技術(shù)，能憑借機(jī)器內(nèi)的光線感應(yīng)器來感應(yīng)室內(nèi)的光線環(huán)境，從而根據(jù)不同的光線強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)投影亮度，達(dá)到一個(gè)最佳的顯示畫面。在環(huán)境亮度較低的空間使用時(shí)，亮度調(diào)整到較低的程度，還會(huì)為用戶的眼睛提供保護(hù)?！爸腔垩邸蹦軌蚋鶕?jù)安裝方式的不同，自動(dòng)調(diào)節(jié)投影的模式，并可以根據(jù)接入信號(hào)的不同來自動(dòng)調(diào)節(jié)影像投影。此外，“智慧眼”還可以自動(dòng)優(yōu)化顯示圖像的相位、軌跡、位置和分辨率；對(duì)于變形畫面，通過自動(dòng)數(shù)字梯形校正功能，可以對(duì)畫面進(jìn)行垂直±30°的超高角度梯形校正。
有了這些自動(dòng)的智能功能，用戶不再需要專業(yè)知識(shí)，也不再需要技術(shù)人員，開機(jī)即可使用。
另一項(xiàng)對(duì)教育用戶十分有用的設(shè)計(jì)，就是NEC為提高投影機(jī)穩(wěn)定性和使用壽命的雙燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)。借助了自動(dòng)燈泡切換系統(tǒng)，投影機(jī)能夠在7×24小時(shí)不間斷使用的同時(shí)，擁有更長的燈泡使用時(shí)間。這一設(shè)計(jì)為用戶延長了更換燈泡的時(shí)間，節(jié)省了機(jī)器的維護(hù)費(fèi)用。
除了多媒體教室或者專門用來進(jìn)行投影演示的教室外，那些普通教室內(nèi)并沒有安裝投影機(jī)產(chǎn)品，老師要在這樣的教室借助投影進(jìn)行授課時(shí)，就需要帶一臺(tái)投影機(jī)到教室，經(jīng)過布線、切換、開機(jī)等步驟才能開始演示。這些步驟對(duì)于每天都要在不同教室授課的老師來說十分煩瑣。
為此，投影機(jī)廠商不僅將投影機(jī)產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)得更為小巧、輕盈，攜帶起來更為方便，更為教育用戶進(jìn)行了貼心設(shè)計(jì)—用USB的連接接口替代傳統(tǒng)的RGB線連接?？汕f別小看這一設(shè)計(jì)上的細(xì)微變化，有了USB接口，一根USB線即可完成圖像的輸入、輸出信號(hào)的切換。
目前，愛普生投影機(jī)是惟一用USB線替代傳統(tǒng)的RGB線連接的廠商，只須將愛普生EMP-1710/1715/1810/1815投影機(jī)帶有的USB接口與電腦連接，電腦中就會(huì)馬上自動(dòng)安裝EPSON USB Display軟件，然后電腦可以自動(dòng)識(shí)別投影機(jī)，并將電腦中的影像快速投遞在投影機(jī)的屏幕上。整個(gè)過程就像我們使用U盤一樣簡單快捷，當(dāng)然，也絲毫不遜于通過RGB接口與電腦連接的使用效果。
看似小巧簡單的投影機(jī)其實(shí)是一種具有很高技術(shù)含量的產(chǎn)品，技術(shù)的優(yōu)劣成就了產(chǎn)品的好壞。在投影機(jī)產(chǎn)品不斷更替的過程中，投影機(jī)廠商也在不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以期讓投影機(jī)能更加契合用戶的需求。
散熱：通風(fēng)導(dǎo)熱是關(guān)鍵
圖6 S型風(fēng)路設(shè)計(jì)
盡管現(xiàn)在已經(jīng)有相當(dāng)一部分學(xué)校的教室都安裝了空調(diào)、電扇等設(shè)備，能確保室內(nèi)的溫度保持在較低的溫度，但教學(xué)演示用的投影機(jī)通常會(huì)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，散熱性的好壞依然是教育用戶考慮的關(guān)鍵因素。
在散熱設(shè)計(jì)上，通常采用的方式有兩種。一是采用導(dǎo)熱性能良好的材質(zhì)，例如優(yōu)派的PJ568D和PJ588D“流翔”系列投影機(jī)就采用鋁鎂合金材質(zhì)設(shè)計(jì)的機(jī)身及結(jié)構(gòu)，將整機(jī)創(chuàng)新地設(shè)計(jì)成一個(gè)整體散熱器，采用熱量傳送速率最快的熱傳導(dǎo)進(jìn)行散熱，有效延長了設(shè)備的使用壽命。另一種就是設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)管道以增大散熱面積。以富可視IN24+為例，它采用了雙側(cè)17cm的超長通風(fēng)設(shè)計(jì)，3.6W的大功率風(fēng)扇和S型風(fēng)路散熱技術(shù)，有效提高了熱空氣的散熱面積。
當(dāng)然，也有很多產(chǎn)品結(jié)合了這兩種散熱方式。NEC的投影機(jī)就在采用雙通道散熱系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)燈泡本身也采用了獨(dú)特的熱傳導(dǎo)材料。在NEC投影機(jī)的側(cè)面設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口，形成了投影機(jī)內(nèi)的兩條風(fēng)路，能夠加速風(fēng)的流動(dòng)，使散熱窗快速排出熱量，因?yàn)樯岵课辉诘撞浚犸L(fēng)扇的噪音也得到了巧妙的控制。
除此之外，智能型的散熱管理也十分必要。像日立就為投影機(jī)配置了智能防塵過濾檢測系統(tǒng)，通過過濾網(wǎng)及機(jī)身內(nèi)部的監(jiān)測部件智能測試風(fēng)速、溫度等信息，有效防止內(nèi)部過熱造成機(jī)器的損壞。
小貼士
使用投影機(jī)
1. 在寒假和暑假不使用投影機(jī)的時(shí)期，最好將投影機(jī)包裝起來收藏好。
2. 使用投影機(jī)結(jié)束后，請(qǐng)扣上鏡頭蓋，最好等待幾分鐘，待其完全冷卻后再關(guān)閉電源。
3. 清潔投影機(jī)外殼請(qǐng)用脫脂棉蘸中性溶劑進(jìn)行。
4. 更換燈泡及使用的時(shí)候，請(qǐng)嚴(yán)格按照使用說明書進(jìn)行操作。
選購?fù)队皺C(jī)
1. 明確自己的真實(shí)需求狀況，根據(jù)需要選購合適的產(chǎn)品。
2. 掌握投影機(jī)使用空間的大小、環(huán)境亮度、投影內(nèi)容是文檔還是視頻、用戶的特殊要求、播放設(shè)備信號(hào)輸出的接口、吊裝還是需要經(jīng)常移動(dòng)、耗材成本、廠商的售后服務(wù)等信息，根據(jù)這些基本信息，再一一對(duì)照選購適合自己的產(chǎn)品。
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