投影灯泡高效节能原理是什么 投影灯泡高效节能原理分析【介绍】

  投影灯泡高效节能原理分析

  在投影机的应用中,教室环境与商务环境、家庭环境的区别是明显的—室内面积大、环境温控能力差、开放空间的粉尘较多。教育环境的鲜明特点造就了教育投影机产品的特色,也为厂商指明了产品设计的方向。

  灯泡:小瓦数 高亮度

  图1 传统灯泡示意图

  图2 爱普生E-TORL灯泡

  图3 椭圆形聚光系统

  灯泡是投影机的惟一耗材,直接关系着投影图像的清晰度。目前,无论是哪种投影灯泡,都有其使用寿命。随着投影机工作时间的延长,其亮度会不断降低,投影的图像清晰度会下降,当投影灯泡老化到一定程度时就必须更换。所以,灯泡质量的好坏成为选购投影机的重要参照。

  目前,各投影机厂商在灯泡上下足了工夫,以自己研发设计灯泡产品的爱普生为例。爱普生投影机所采用的E-TORL(Epson Twin Optimized Reflection Lamp)高效节能灯泡,能够以170W的小瓦数,投出2600流明的高亮度。在环保模式下,灯泡寿命可高达4000小时。

  E-TORL灯泡到底是怎么实现高效节能的呢?

  首先,灯芯发出的光线向各个方向进行照射,由于传统投影机灯泡采用抛物线形反光罩,因此只有部分光线被其抛物线形灯杯反射,20%~30%的光线被损失掉(如图1、图2所示)。

  而爱普生的E-TORL灯泡采用了椭圆形灯杯,再配以安装在灯芯上的副反光罩,能够将传统灯泡中泄露的光线进行有效收集,从而避免了光线的泄漏,并减少了光线的衍射。这个系统在椭圆形反射镜的基础上结合了一个非球面的透镜和一个半球形的镜面,使得灯泡不仅体积小巧,与此同时,还大幅提升了光的利用率(如图3所示)。

  其次,液晶板系统包括微透镜、偏振板及高温多晶硅液晶板。微透镜可以理解为类似放大镜的光线汇聚镜片。如果光线完全垂直于该镜片,则通过镜片的光线会最终汇聚在其镜片的中心轴上,并透过液晶板的开口区。如果光线汇聚点有偏差,则造成部分光线被黑色矩阵阻挡,造成光线损失。由于传统灯泡的抛物线形灯杯反射出的光线是平行光,即光线反射的方向与光路的中心轴平行,因此光线汇聚到微透镜时与和微透镜垂直的光路中心轴夹角较大,造成通过微透镜的光线无法完全通过液晶板的开口区,对光的利用率较低,亮度也会受到影响。

  爱普生E-TOAL灯泡的椭圆形灯杯弥补了传统灯泡的弱点,当光线汇聚到微透镜时与光路中心轴夹角较小,更加接近与微透镜的完全垂直。从而保证通过微透镜汇聚的光线更多地透过液晶板。这种方法将光线的利用率提高了15%~20%,实现了投影机亮度的提高。

  防尘:主动被动两相宜

  图4 富可视投影机在设计中合理改善进风口,增大风扇功率,从而形成一个类似“抽风机”的装置,帮助产品直接除尘

  图5 一举三得的手工粘贴海绵条

  防尘是2007年度教育投影市场上最受关注的一个话题,在此背景下,投影机厂商纷纷为产品的防尘动起了脑筋,像采用新型防尘网、改善机器内部风流等,更有厂商提出了主动除尘的设计。

  比如富可视的研发人员就认为厂商应该变被动为主动,防尘不如除尘。现在,富可全系列投影机中除了LP850外,都没有设置防尘网。一般投影机采用海绵或金属材质的防尘网,随着使用过程的持续,机器里的粉尘会在防尘网上不断累积,严重阻碍了使用过程中的通风状况,导致投影机内部温度上升,对散热乃至投影机使用寿命都会产生恶劣的影响。富可视技术人员通过研究得出,能够漂浮起来的都是一些体积并不大的微尘,所以在设计中合理改善进风口,增大风扇功率,形成一个类似“抽风机”的装置,在很大程度上直接除尘(如图4所示)。

  当然,现在比较普遍的还是防尘。像日立专为教育投影机设计的名为IDS(Intelligent Dustproof System)高效智能防尘过滤系统,就具有较好的防尘效果。

  日立IDS高效智能防尘过滤系统由四层组成。第一层是采用最新高科技特种材料的过滤网。这种过滤网将网孔直径缩小到数微米,同时运用日立独有的除尘技术,能够有效阻止灰尘随气流进入机器内部,使得投影机能够长时间保持亮度稳定、图像清晰。

  日立针对过滤网的改造并不仅限于材质,加大过滤网面积是防尘系统的第二层。日立投影机采用的新型过滤网面积比旧机型加大33%,整体扩大了1/3,这样的设计减少了单位面积上空气流量降低了流速,大大提高了灰尘吸附的效率。

  同时,日立对风扇进行了改造,打造出防尘系统的第三层。日立原同类机型采用的散热风扇直径为60.8mm,新型风扇的直径则达到了107mm,增加了近76%的风扇面积,优化了投影机内部整体空气流动系统,增大了通风量,大幅度提高机器内部散热效率。而且,日立大直径风扇降低了产品转速,有效降低恼人的噪音也是一大特色。

  防尘系统的最后一层是日立独有的优化型冷却风道。机身前方和侧面进风口吹入的洁净风保证液晶板等重要元件及灯泡等发热大户及时、有效的通风散热。

  今年,NEC针对教育用户对投影机防尘功能的特殊要求,也加紧了技术创新,提出了防尘“三步曲”的全新防尘方法:第一步,加厚的防尘滤网,易拆卸清洗;第二步,手工棉条密封光路,一举三得;第三步,以涡轮式风扇代替传统风扇,散热防尘两不误。

  事实上,投影机的光路防尘是投影机防尘中非常重要的一环。先进的光路防尘设计,能使投影机的整个光路系统结构紧凑。这是由于在设计光路系统时要同时考虑到图像显示效果和光学系统对灰尘的隔离效果,从而使得每个光学部件的位置都安排恰当,既保证了紧密又不失秩序。光学部件之间的缝隙全部以手工粘贴海绵条(如图5所示),首先,保护了光学部件,防止投影机在震荡时光路受损;其次,减少由于缝隙引起的漏光现象,使投影图像亮度更高,显示效果更好;更重要的是有效阻挡了灰尘的进入和粘附,从根本上对投影机进行防尘保护。

  总的看来,不论是除尘也好,防尘也罢,教育用户的需求就是各家投影机厂商不断寻求技术创新的动力。让教育用户在使用投影机时不再被粉尘干扰,相信在未来还会有更好的设计出现。

  人性化:想怎么用就怎么用

  学校由于缺少专门的IT技术人员,因此在使用投影机的时候难免会遇到亮度调整、梯形校正、图像优化等部署管理问题,不过这些问题都将成为过去时。

  现在,拥有越来越多智能设计的投影机产品,让部署操作更为简单、灵活。在市场上的教育投影机中已经随处可见为了教育用户进行的人性化设计。特别是最近优派推出的智能投影机PJ675上采用的“智慧眼”设计,尤其让人印象深刻。

  优派独家研发的“智慧眼”技术,能凭借机器内的光线感应器来感应室内的光线环境,从而根据不同的光线强度,自动调节投影亮度,达到一个最佳的显示画面。在环境亮度较低的空间使用时,亮度调整到较低的程度,还会为用户的眼睛提供保护。“智慧眼”能够根据安装方式的不同,自动调节投影的模式,并可以根据接入信号的不同来自动调节影像投影。此外,“智慧眼”还可以自动优化显示图像的相位、轨迹、位置和分辨率;对于变形画面,通过自动数字梯形校正功能,可以对画面进行垂直±30°的超高角度梯形校正。

  有了这些自动的智能功能,用户不再需要专业知识,也不再需要技术人员,开机即可使用。

  另一项对教育用户十分有用的设计,就是NEC为提高投影机稳定性和使用寿命的双灯系统设计。借助了自动灯泡切换系统,投影机能够在7×24小时不间断使用的同时,拥有更长的灯泡使用时间。这一设计为用户延长了更换灯泡的时间,节省了机器的维护费用。

  除了多媒体教室或者专门用来进行投影演示的教室外,那些普通教室内并没有安装投影机产品,老师要在这样的教室借助投影进行授课时,就需要带一台投影机到教室,经过布线、切换、开机等步骤才能开始演示。这些步骤对于每天都要在不同教室授课的老师来说十分烦琐。

  为此,投影机厂商不仅将投影机产品的外形设计得更为小巧、轻盈,携带起来更为方便,更为教育用户进行了贴心设计—用USB的连接接口替代传统的RGB线连接。可千万别小看这一设计上的细微变化,有了USB接口,一根USB线即可完成图像的输入、输出信号的切换。

  目前,爱普生投影机是惟一用USB线替代传统的RGB线连接的厂商,只须将爱普生EMP-1710/1715/1810/1815投影机带有的USB接口与电脑连接,电脑中就会马上自动安装EPSON USB Display软件,然后电脑可以自动识别投影机,并将电脑中的影像快速投递在投影机的屏幕上。整个过程就像我们使用U盘一样简单快捷,当然,也丝毫不逊于通过RGB接口与电脑连接的使用效果。

  看似小巧简单的投影机其实是一种具有很高技术含量的产品,技术的优劣成就了产品的好坏。在投影机产品不断更替的过程中,投影机厂商也在不断地进行技术创新,以期让投影机能更加契合用户的需求。

  散热:通风导热是关键

  图6 S型风路设计

  尽管现在已经有相当一部分学校的教室都安装了空调、电扇等设备,能确保室内的温度保持在较低的温度,但教学演示用的投影机通常会长时间运转,散热性的好坏依然是教育用户考虑的关键因素。

  在散热设计上,通常采用的方式有两种。一是采用导热性能良好的材质,例如优派的PJ568D和PJ588D“流翔”系列投影机就采用铝镁合金材质设计的机身及结构,将整机创新地设计成一个整体散热器,采用热量传送速率最快的热传导进行散热,有效延长了设备的使用寿命。另一种就是设计合理的通风管道以增大散热面积。以富可视IN24+为例,它采用了双侧17cm的超长通风设计,3.6W的大功率风扇和S型风路散热技术,有效提高了热空气的散热面积。

  当然,也有很多产品结合了这两种散热方式。NEC的投影机就在采用双通道散热系统的同时,对灯泡本身也采用了独特的热传导材料。在NEC投影机的侧面设置有两个进风口,形成了投影机内的两条风路,能够加速风的流动,使散热窗快速排出热量,因为散热部位在底部,散热风扇的噪音也得到了巧妙的控制。

  除此之外,智能型的散热管理也十分必要。像日立就为投影机配置了智能防尘过滤检测系统,通过过滤网及机身内部的监测部件智能测试风速、温度等信息,有效防止内部过热造成机器的损坏。

  小贴士

  使用投影机

  1. 在寒假和暑假不使用投影机的时期,最好将投影机包装起来收藏好。

  2. 使用投影机结束后,请扣上镜头盖,最好等待几分钟,待其完全冷却后再关闭电源。

  3. 清洁投影机外壳请用脱脂棉蘸中性溶剂进行。

  4. 更换灯泡及使用的时候,请严格按照使用说明书进行操作。

  选购投影机

  1. 明确自己的真实需求状况,根据需要选购合适的产品。

  2. 掌握投影机使用空间的大小、环境亮度、投影内容是文档还是视频、用户的特殊要求、播放设备信号输出的接口、吊装还是需要经常移动、耗材成本、厂商的售后服务等信息,根据这些基本信息,再一一对照选购适合自己的产品。

 

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