投影陣列目前的主要挑戰(zhàn)在于投影機(jī)定向的可靠性和靈活性、投影機(jī)安裝的簡易性以及使用一定時間后的性能維護(hù)。而所有這些都會受到投影機(jī)光源性能的極大影響。
數(shù)字投影機(jī)通常使用高壓氣體放電(HID)燈照射一個或多個微型顯示器,F(xiàn)今,這些燈一般基于超高壓下的氙蒸氣或汞蒸氣放電。隨著適用于S&T陣列投影的投影機(jī)從模擬式(CRT和光閾式)逐漸發(fā)展為數(shù)字式,以集成電路為主要形式的固態(tài)元件在投影機(jī)內(nèi)部架構(gòu)中也占據(jù)了越來越大的比例–其中就包括DLP™技術(shù)的微型顯示器。但投影機(jī)的光源依然頑固地保持著非固態(tài),直到現(xiàn)在也是如此。
固態(tài)發(fā)光二極管(LED)的出現(xiàn)取代了HID燈。正如ChristieMatrixStIM™投影系統(tǒng)所表現(xiàn)的那樣,它帶來了操作上和性能上的許多顯而易見的優(yōu)勢,并可解決投影陣列中現(xiàn)存的一些難題。
從操作上來說,LED的主要優(yōu)勢是高可靠性和長壽命。例如,根據(jù)LED制造商LuminusDevices公司基于數(shù)百萬小時的儀器實際使用測試得出的可靠數(shù)據(jù),我們可以預(yù)測,在投影應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)操作條件下,其中值壽命將超過80,000小時。
2]這個數(shù)字遠(yuǎn)高于HID燈的預(yù)期壽命,后者從某些高功率氙氣燈500小時的短壽命到某些低功率、超高壓汞蒸氣燈所能達(dá)到的(最多)約10,000小時的長壽命不等。[3][4]
更長的光源壽命意味著由燈泡故障和更換造成的故障時間大幅縮短,同時這也意味整個陣列的故障時間也大為縮短。這一點,對滿足在寬視場上達(dá)到“肉眼極限”分辨率的大型投影陣列而言更為重要。它還意味著用戶可通過避免經(jīng)常更換燈泡而造成的原材料和勞動力損耗來降低產(chǎn)品的擁有成本,包括妥善處理廢舊燈泡的成本。由于汞蒸氣燈中含有的汞在許多國家都受到環(huán)保限制,因而更換燈泡對環(huán)境帶來的影響也不容忽視。
由于LED不產(chǎn)生紫外線(UV),因此也能潛在提升投影機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的平衡可靠性。相比之下,HID燈所產(chǎn)生的大量紫外光必須在進(jìn)入投影機(jī)的光學(xué)器件之前消除,因為紫外光會加速光學(xué)涂層及其他材料,特別是基于有機(jī)化合物的材料的老化。[5]當(dāng)然,通過精心設(shè)計能夠減輕這一問題所帶來的影響,但是諸如液晶顯示(LCD)和硅基液晶(LCoS)這類采用偏光材料的投影技術(shù)一直以來就對紫外線極其敏感。[6]
作為固態(tài)元件,LED也十分堅實。它們可以承受極高程度的加速及震動。例如,用于投影應(yīng)用的LED在機(jī)械完整性測試中被證實可承受1500g/0.5ms的沖擊以及高達(dá)20g的連續(xù)振動。[2]這些數(shù)字遠(yuǎn)超出那些用于S&T的運動平臺的典型加速度分布。
固態(tài)還帶來了另一個優(yōu)點,那就是LED可被安裝于任意方向上。相比之下,HID燈的可靠操作則幾乎總是將燈的主軸限制在水平方向上,只能允許有限的傾斜。[3]而專用投影機(jī)在設(shè)計過程中需要考慮到其在典型的陣列構(gòu)型中的使用,那么沒有此類方向限制的投影機(jī)無疑會在安裝的選擇上帶來更大的靈活性。
LED在操作上的另一優(yōu)勢則利用LED的技術(shù)潛力,使之容易產(chǎn)生特定波長的近紅外光(NIR)并對其加以控制。通過結(jié)合投影機(jī)光路中的窄帶和近紅外LED以及常見的紅色、綠色和藍(lán)色LED,ChristieMatrixStIM™投影系統(tǒng)可產(chǎn)生NIR圖像,從而在不損害圖像可見光譜段顯色性的同時實際模擬夜視儀(NVGs)效果。這種被稱作InfraScene™的功能,可以帶來更加真實的NVG訓(xùn)練。準(zhǔn)確控制從NIR光到RGB光的平衡能力也使得投影機(jī)的輸出光譜可以根據(jù)現(xiàn)有或新NVG技術(shù)而改變。這種分離的NIR通道所帶來的靈活性是定焦濾光投影機(jī)所不能提供的。