50, 75, 100 тыс.часов службы лазерных диодов для кинопроекторов - реально? Barco исследует и рассчитывает

С 2019 – или даже чуть раньше – можно с уверенностью говорить о наступлении новой эры в цифровом проецировании – ну или более развернуто в «организации видеоотображения с использованием цифровых проекторов». И связано это с появлением так называемых лазерных проекторов, которые заняли место флагманских устройств в линейках всех крупных производителей.

Следует сразу оговориться – выражение «лазерный проектор» не совсем точное, более того, оно послужило источником серьезных недоразумений с влиятельными регуляторами, в частности, FDA USA (Food & Drug Administration – Управления по надзору за качеством продуктов питания и медикаментов). Более подробно обо этих перипетиях читайте тут. Здесь же достаточно будет упомянуть, что технически корректным будет термин «проектор с лазерным источником излучения». Все дело в том, что лазерное излучение имеет место исключительно внутри проектора, тогда как на выходе световой поток по своим физическим свойствам ничем не отличается от света ламповых источников.

Собственно кинопоказ оказался в авангарде этой лазерной революции, начав массовое обновление проекторного парка. А вообще на долю мощных проекторов (с потоком света более 6 тыс. люмен) приходится более 60 процентов от общего числа отгруженных устройств – данные за 2019 год.

Лазерные проекторы имеют в качестве источника света диоды – что позволяет полностью отказаться от ламп и в целом снизить операционные издержки. Кроме того, лазерные проекторы практически не создают эффекта мерцания (фликера), характеризуются более высоким значением однородности яркости, и – что самое важное – само значение яркости остается неизменным более продолжительное время.

Тем не менее, вопрос о продолжительности периода полноценной эксплуатации лазерных источников излучения все еще дискутируется.  Как отмечается в докладе Barco, разные производители называют цифры  от 20 тыс. часов до 75.тыс. часов.   Именно это и побудило экспертов Barco провести собственное исследование, выдержки из которого и публикуются ниже.

Факты о продолжительности периода полноценной эксплуатации

Как отмечается в исследовании Barco, первый проектор на лазерных диодах был выпущен в 2010 году, а уже в 2012 появились мощные (55 тыс.люмен) профессиональные проекторы. Таким образом, имеется достаточный опыт эксплуатации такого рода устройств.

Факт 1.  Яркость лазерных источников света медленно уменьшается с течением времени – точно также как у источников всех других типов.  Аналогично — для лазерных источников есть понятие «периода полноценной эксплуатации» – то есть, периода, по истечении которого яркость уменьшается на 50 процентов и дальнейшее использование таких источников нецелесообразно. При этом скорость уменьшения яркости лазерных источников значительно меньше, нежели ламповых.

Факт 2.  Среди факторов, определяющих продолжительность периода полноценной эксплуатации, стоит отметить влажность и температуру среды, в которой находится диод, а также – что наиболее важно – режимы эксплуатации, связанные с потребляемой мощностью.

Факт 3. Все модели расчетов учитывают только свойства лазерных диодов и не принимают в расчет характеристики других компонентов. Связано это обстоятельство с тем, что эффект влияния этих компонентов  трудно оценить и включить в модель.

Построение модели

При построении модели эксперты Barco учитывали следующие факторы: режим (уровень) эксплуатации (связанный с потребляемой мощностью), а также температуру нагрева диода.  В свою очередь, при расчете потребляемой мощности учитываются размер экран, его отражающая способность,  а также значение яркости на поверхности экрана.  Таким образом можно вычислить требуемый начальный уровень затемнения. Далее, можно установить актуальный режим эксплуатации (потребляемой мощности). Предполагаемая температура окружающей среды также может рассматриваться как составляющая температуры нагрева диодов

Режимы эксплуатации

Существует два режима эксплуатации лазерных проекторов . Первый из них – это постоянный режим (ПР) и второй – режим постоянного светового потока (РПСП). Как правило, в коммерческих инсталляциях проекторы функционируют в первом режиме,  проекторы, применяемые для кинопоказа – во втором.

ПР устанавливается чаще всего при начальной инсталляции таким образом, чтобы обеспечивать требуемое качество отображения.  Этот режим еще можно назвать «оптимальным» для данных условий, поскольку впоследствии он не корректируется.  ПР соответствует некоторый уровень потребляемой мощности – скажем,  80 % от максимального.  Очевидно, чем ниже будет уровень потребляемой мощности – тем медленнее будет уменьшаться яркость диодов. Однако есть одна проблема: ухудшение цветопередачи, связанное с разным сроком износа красного, голубого и зеленого диодов.  Следовательно, показатель белого также будет изменяться.

В кинопоказе эта проблема решается за счет корректировки в соответствии с требованиями DCI.  Иначе говоря, проекторы для кинопоказа функционируют в режиме постоянного светового потока (РПСП).

РПСП предполагает постепенную корректировку потребляемой мощности по мере того, как ухудшается цветопередача. Диоды по существу начинают светить менее ярко («тусклеть»),  цветопередача изменяется, и  для  компенсации нагрузка на диоды увеличивается. Очевидно при достижении максимального уровня потребляемой мощности яркость снова начнет уменьшаться.

Результаты моделирования

График, иллюстрирующий основные зависимости в режиме постоянного светового потока, приведен ниже.

Адаптировано из Barco

Начальные уровень потребляемой мощности устанавливаются соответственно 60, 70 и 80 процентов от максимальной. Сплошными линиями обозначено количество света (яркость), которое излучается источником и остается постоянным на протяжении некоторого периода, по окончании которого начинает уменьшаться. Пунктирными линиями обозначено количество света (яркость), которое излучает источник в любой желаемый момент времени.

Модель позволяет сделать однозначный вывод: начальный (заданный) уровень потребляемой мощности (режим эксплуатации) оказывает значительное влияние на скорость уменьшения яркости и период полноценной эксплуатации. Именно по этой причине Barco не рекомендует устанавливать максимальный начальный уровень потребляемой мощности, поскольку яркость будет практически сразу уменьшаться. Напротив, пониженный уровень потребляемой мощности добавляет десятки тысяч часов к длительности периода полноценной эксплуатации.

Практика

В исследовании Barco отмечается, что их собственные устройства для коммерческой эксплуатации впервые были выведены на рынок в 2014, так что компания имеет достаточный объем технической статистики.

Вот несколько дополнительных факторов, которые оказывают влияние на фактическую продолжительность периода полноценной эксплуатации:

• своевременность очистки фильтров и внешней системы охлаждения;
• контроль коэффициента отражения и состояния проекционного полотна – чем меньше света отражает экран, тем больше мощности должен потреблять проектор;
• корректный выбор точки измерения отражения – расчеты обычно принимают в расчет величину максимального отражения, достигаемой в некоторой точке экрана (так называемый «хотспот»). Однако на практике значение измеряется в центре экрана, который не обязательно совпадает с хотспот;
• обеспечение требуемой прозрачности, отсутствие пыли на стеклах проекционного окна, а также приемлемое время их эксплуатации.

Все эти факторы оказывают влияние  на продолжительность службы диодов, поскольку непосредственно связаны с уровнем потребляемой мощности. Но на практике лучшим индикатором все же служит именно этот уровень.

Изменение характеристик лазера в горизонте от 5 до 6 лет в целом достаточно хорошо прогнозируется и не требует учета большого количества дополнительных факторов. Иначе говоря, и результаты моделирования, и данные статистики могу быть экстраполированы на период до 40 тыс.часов. Расчеты на бОльший срок осуществить очень сложно.

Минутка самокритики

Основываясь на указанных данных, эксперты Barco приходят к заключению, что выражать срок полноценной эксплуатации лазерных диодов каким-то одним числом – 50 тыс. часов – значит допускать явную неточность.

Резюме

Исследование отмечает, что и расчеты, и практический опыт эксплуатации подтверждают тот вывод, что применение лазерных проекторов ведет к сокращению операционных издержек за счет более экономичного энергопотребления.

Что же касается утверждений относительно невероятно продолжительного периода полноценной эксплуатации – 50 тыс., 75 тыс. или даже 100 тыс. часов – то они могут быть как истинны, так и ложны.  На данный момент подтвержденным является срок примерно 40 тыс. часов.