浅析激光放映技术发展现状
时间：2015-08-31 11:30:02 来源：
【摘要】本文介绍了激光放映技术的基本原理和特点，通过与传统氙灯、汞灯的性能对比，阐述了激光放映技术的优势。根据2014年北京国际广播电影电视设备展上激光放映设备的展出情况，分析了激光放映技术的发展现状、应用前景以及存在的问题。
【关键词】激光放映 放映机光源 BIRTV 3D
论及今年放映机市场备受瞩目的重点，一定要说到激光放映技术。从前几年BIRTV展会开始，激光放映设备就已崭露头角，各大厂家陆陆续续展出一些以激光作为光源的放映机，大部分是适用于中小型放映和商用规模的中低端机型。而今年的BIRTV展会上，很明显激光放映设备所占比重大大增加，各大放映机厂商都纷纷展出自家的激光放映机，并且产品日趋成熟，在光源又有了革新，推出了能够适用于巨幕放映的高端机型。激光光源以高光效，高亮度、宽色域、寿命长，低热量的特点，成为了节能环保高效光源的发展趋势。它的推出在放映机光源方面是一次革新性的突破，尤其在解决3D放映亮度上，消除了长期以来亮度不足的瓶颈。与传统光源相比，激光技术的应用使放映机光源产生了质的飞跃，拥有良好的发展前景。
一、激光放映技术的优势
激光是指利用特殊物质受到“激励”后从高能级跃迁到低能级的过程中释放光能并不断放大增益的现象。其产生装置主要分为气体激光器、固态激光器、液态激光器和半导体激光器等。电影放映机使用的激光光源多数是半导体激光器，其原理是采用包含了激光器的激光模组通过特殊耦合方式接入光路系统中，再通过DMD芯片将光学信号投射到银幕上产生画面。与传统灯泡光源相比，有以下几点优势：
1. 高亮度和高光效
亮度一直以来都是制约3D观影体验的重大问题之一。传统氙灯的光效在30～40lm/W，汞蒸汽灯可达到60lm/W。而激光的亮度远高于前两者，能够达到200lm/W，是普通氙灯的近10倍，并且最高亮度目前已可达72000lm。目前影院放映一般亮度在10000～12000lm左右，需选用2000W～3000W的灯泡，但如果放映3D影片，则需要提高亮度，相应也就需要选用更大功率的灯泡来保证亮度足够，因此成本极高。而激光光源的高亮度特点，则大大解决了影院在3D放映方面的成本问题。并且如果需要提高亮度，只需增加激光器的数量便可实现。
在光效利用方面，普通氙灯和汞灯光源发光时会产生紫外线和红外线，而可见光能量只占输出总光能的1/3到1/2，因此应用到放映机上，其光效只有30%到50%。而激光所发出的光是单向性高纯度光，光束聚汇效果好，几乎不会发散。因此作为放映光源时无需使用反光碗，光能量密度高，光可达到100%被投影机利用。
2. 寿命超长
传统氙灯和蒸汽汞灯作为光源，都有寿命短的缺点。氙灯寿命为1000h左右，汞灯寿命虽然能延长到氙灯两倍，但仍旧是很短暂，并且这两种灯泡都会随使用时间产生明显光衰。对于影院放映来说，灯泡的更换仍旧是产生成本的重要问题。激光光源的寿命则是超长的，理论寿命可达20000h小时，并且随时间产生的光衰现象小，20000h光衰仅为20%。新型激光光源摆脱了传统光源的“高消耗”的形象，大大增加了耐用程度，对影院放映来说，在保证长时间高质量放映的同时，则大大降低了运营成本。
3. 色域宽广
传统放映机光源的成像方式，是将白光分光，形成红、绿、蓝三基色光后再根据每个像素的颜色，三基色分别成像后再经叠加合成的成像方式。而激光的特点是光谱带宽窄，无需分色即可直接提供真正的高纯度的红、绿、蓝三基色光源。并且激光还具有单波长特性和高亮度的特点。如此可以简化光路系统构件，也越容易达到精确的色彩控制。运用到放映机上可以实现自然界中90%以上的人眼可识别的色彩，使显示图像呈现更宽广的色域表现空间。这一点，激光放映机是传统放映机效果的2倍以上，色彩饱和度可以提高到传统显示的100倍以上。
4. 低维护和高安全性
传统氙灯光源由于内部充有超高压的气体，灯泡结构不稳定，容易破裂和爆炸。汞灯则存在长期的汞污染，因此需定期更换灯泡。激光光源结构可靠性高，不存在炸灯危险，并且寿命长的优点使得运营成本大大降低，基本无需维护。
5. 绿色节能环保
激光的高光效特点，使得它与传统灯泡光源相比，功耗大大降低。另外激光属于冷光源，工作过程中产生的热量很小，避免了灯泡光源大量发热导致光路系统元件老化和变形的问题。而且激光器是半导体材料，在生产和使用过程中杜绝废水废气，以及重金属的排放，可以说从生产到使用都不会对环境造成污染。是符合当下社会提倡的绿色环保的新型节能源。
二、激光放映技术的应用现状
今年的BIRTV展会上，各大放映机厂商纷纷展出了自家的激光光源放映机。在第一代激光放映机的基础上，今年各厂商普遍都开始倾向于对二代光源，即红、绿、蓝三基色（3P）和六基色（6P）光源的放映机的研发。几大厂家都推出了各自的三基色（3P）或六基色（6P）激光放映机，其在激光模块设计各有特色。从展会可以看出，大家着力解决的重点，都是在追求更完美的亮度色域表现，尤其是在3D放映方面，以及最大程度的减少散斑现象。
1. 光源类型
目前市面上的激光放映机光源有两种主流形式。一种是通过单色激光，通常为蓝光，通过激发荧光器后产生不同色彩混合成白光。这种类型的光源在色域和亮度表现上有一定局限性，适合小型影院。另一种是根据光源相干性好的优点，可以做到比较精准的控制激光的波长，采用红、绿、蓝三基色激光作为光源，一般是放置一组特定波长的红、绿、蓝三基色（3P）光源或者由两组不同波长的三基色激光模块组成六基色（6P）光源。这种光源不必经过色轮分色，而是通过红、绿、蓝三基色光直接混合产生白光。这种方式得到的白光将更加接近自然白光，因此呈现出的色域更加丰富，画质也更显细腻。在放映3D影片时，六基色（6P）放映机的两组不同波长激光分别放映左右眼画面，观众所戴的3D眼镜的左右眼则分别接收这两种不同波长的激光，由此实现3D效果，这点是与传统光源放映机是不同的。
从光源类型上讲，单色激光在亮度和色彩上的局限性使得这类产品定位在中小型影院和商用放映，展会上有不少此类的一体机展出。而新型的三基色和六基色光源已渐渐成为高端激光放映机的主流选择。比起一代单色激光光源，二代三基色光源在亮度、色域表现上都有更优秀的表现，并且由于激光的高亮度特性，使得3D放映使用白幕即可达到足够亮度。在今年展会上，这种二代光源的三基色(3P)和六基色（6P）放映机也分成了单机和双机两种形式，两者在3D放映效果上各执一词，这也是当下在激光放映方面讨论的热点问题。
在今年BIRTV展会上，有厂家推出的4K单机六基色（6P）激光放映机是单机放映形式的代表。放映机内部采用两组波长不同的红、绿、蓝激光模块，亮度可达60000流明，可播放60帧/秒高帧率格式的4K影片，以及4K分辨率的3D影片。在外观设计上，其优势是两个激光模组内置于放映机内部，与放映系统集成整合在一起，无需再为激光模块单独设置机房。在放映3D时，机内两组不同波长的激光交替放映左右眼画面，形成3D效果。另外，展会上也有厂家展示了4K双机六基色（6P）激光放映机。采用两组波长不同的红、绿、蓝三色激光模块，分置于两台放映机中。双机头放映3D画面，通过两组3P的光源分别产生左右眼画面，与单机不同的是，不需要交替放映，而是分别连续放映左右眼画面。这种形式可以保证放映亮度，可达72000流明，大约是市场上传统3D放映系统的两倍。目前市面上这两种机型都已开始投放市场，有个别影院已经安装和使用。
2. 散斑现象的去除
激光照射到粗糙物体表面会产生不同的折射，这些折射形成无规则的亮斑或暗斑。这个现象常用于医疗成像方面。但当激光作为放映光源时，散斑现象就成了银幕画面上极大的干扰。在散斑干涉的消除方面，最常见的消除散斑的方式是抖动银幕。通过在银幕上安装抖动装置，可以消除画面上的斑点。目前的单色激光光源放映机，都采用这种方式配合消除斑点。不过抖动银幕成本高，并且有局限性，太大的银幕就无法实现了，因此并不能算是完美选择。当下对于散斑现象的去除方法多种多样，除了抖动银幕这种从外部处理的方式，也有人提出对激光波长进行干涉的思路，对易产生散斑现象的绿光进行分解。这种方式力图从根源上解决斑点问题，通过对光源进行处理，达到消减散斑现象。
3. 市场方面
从今年的BIRTV展会上激光产品的普及状况可知，激光光源放映机已经逐步取得了影院的接受和认可，目前国内已有影院安装并应用，并且随后也有多家影院开始着手引进激光设备。可见，随着激光光源放映机研发的日趋完善，以其优良的色彩和亮度品质以及高寿命低能耗的优势，将会给放映质量和观影体验带来质的飞跃，进而在未来的影院建设中掀起新一轮的技术更新改造。
三、当前激光放映技术存在的问题和发展趋势
激光作为新一代的绿色节能光源，它在亮度、寿命、色彩和耗能上的出色表现，使得激光作为放映机光源取代灯泡光源成了大势所趋。未来激光数字放映机所带来的精美画质表现，将使电影放映质量迈上新的台阶。但尽管如此，目前激光作为一个新型光源，还是存在一些亟待解决的问题。
1. 顽固的散斑干涉
目前解决散斑的方式，无论是从外部协调的抖动银幕和从内部解决的波长干涉，都只能在一定程度上减轻斑点。抖动方式是最常用的手段，它虽然效果很好，但局限性也比较大。一般只能用于中小型影厅，对于巨幕厅就无法再用这种方式解决了。而激光的放映优势则恰恰是更能体现在巨幕3D放映上，所以抖动方式只能是一个过渡的选择。因此，激光作为新一代光源，能不能真的取代传统灯泡光源成为未来放映市场的主流，还要在散斑问题上深入探索进一步的解决方法。
2. 性价比不高
激光光源虽有各种好处，但相应价格也比传统灯泡光源放映机提升了数倍。单色激光光源放映机的价格普遍在几十万元，目前最先进的6基色激光光源放映机，其价格基本都在百万元，目前激光放映机的价格是传统氙灯设备的8-10倍，高昂的价格是否带来了同样连连翻倍的画质享受？影院方在考虑放映效果和运营成本时，价格成为了激光放映机推广上的一大问题。不过相信随着激光放映技术的进步、影院及观众的广泛接受，激光放映机进入批量生产阶段，价格可能也会随之降低。这一点将对以后激光放映机的普及状况起到决定性作用。
3. 缺乏相应标准
目前市面出售的激光放映机，基本都通过了DCI数字放映标准，也就是说在激光作为放映机光源，可以满足当下的放映质量要求。但从拍摄制作到放映整个流程角度看，后期制作中所用的色域空间仍旧是以传统氙灯为标准的，而激光所能表现的色域空间大于此，因此以目前制作标准做出的影片采用激光放映机上放映出来的效果，并不能体现出激光光源的优势，因此呈现出的画面也没有达到理论上应有的质量。由此可见，要把激光放映技术继续推广下去，还需要各个环节迅速作出相应的“兼容”和“匹配”。另外激光放映所带来的更“栩栩如生”、“绚丽饱满“的画质效果，是否能被长期看惯了传统氙灯色域表现的观众们所适应和接受，也是一个需要考量的问题。
除此之外，激光作为光源是否安全，目前也是一个很模糊问题。众所周知，激光的高能量高聚汇特性，使它蕴含极大能量。高能激光广泛运用于医疗等方面，既可以当手术刀，又可以变成钻头等等多种“高危险”工具。因此，将其用于放映设备中，不能不让人担心它的“杀伤力”是否会对安全造成威胁。目前国内并没有关于放映设备中激光光源安全方面的明确规定和标准，现下展会上所售卖的激光放映机，有个别厂家标明已通过了FDA（美国食品和药物管理局）的批准认可，可以永久安装在影院进行放映。但大部分并未有此说明。尤其是三基色、六基色激光光源的推出，亮度比之单色激光光源明显提高，虽然激光束在光学装置中会经过扩束过程，的确会降低其能量密度，但具体降低至何种程度，并未有明确数据，不由让人担忧。因此激光光源是否真的能替代灯泡成为放映光源的主流，安全标准上的模糊，在后续的发展和研究中也是一个急需明确的问题。
激光放映技术所表现出的高亮度、广色域、高寿命和低耗能的优势，必然会成为未来电影放映光源选择的一个重要思路。它满足了当前电影放映，尤其是3D电影放映所亟待解决的亮度问题，提供给观众更绚丽的画质体验。同时也为影院提供了低维护运营模式，因此拥有很好的发展前景。虽然目前激光技术的发展中还存在着一些问题，但相信随着技术的不断进步，散斑问题会逐步得到更良好的解决，人们对激光放映设备认识的普及以及市场各方面的推广，也会促进相应行业标准的出台和电影拍摄制作各环节的积极配合。
参考文献
［1］《激光光源PK传统氙灯光源》中国投影网
［2］《激光新体验》 冯子成 《现代电视技术》
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