蘇建華 許 臣

（中國科學(xué)技術(shù)館，中國 北京100012）

投影機是一種可以將圖像或視頻投射到幕布上的設(shè)備，光源從經(jīng)過不到1英寸的顯示芯片，到清晰地投射在大屏幕的過程中，顯示面積需要放大成千上萬倍，因此高亮光源是相當重要的?，F(xiàn)階段，在投影機領(lǐng)域，傳統(tǒng)光源包括超高壓汞燈、短弧氙燈和金屬鹵化物燈，新型光源指LED和激光光源。

1 傳統(tǒng)光源的特點

傳統(tǒng)光源主要是指高強度氣體放電光源，包括超高壓汞燈、短弧疝燈和金屬鹵化物燈，它們的發(fā)光原理都是一樣的：在一個充滿高壓氣體的燈管里使兩根相距1毫米左右的電極尖端產(chǎn)生高壓放電，從而激發(fā)氣體產(chǎn)生可見光。

1.1 超高壓汞燈

當燈管內(nèi)的高壓氣體為汞蒸汽時，這個燈就叫“超高壓汞燈”。超高壓汞燈具有很高的亮度，汞放電的蒸汽壓越高可見光就越豐富，電弧亮度也就越高，超高壓汞燈穩(wěn)定放電時汞蒸汽壓強通常要達到104Pa以上，這就要求燈泡在工作時腔體內(nèi)最少要能承受10MPa以上的氣體壓力。該燈色溫高，對視覺刺激大，但是本身很脆弱，因為它本身受到溫度太高，加上現(xiàn)在的技術(shù)限制，因此壽命很短，一般正常使用在2000小時左右，且其光衰性很強。由于較高的性價比，超高壓汞燈被廣泛用于中高檔投影機的中高亮度產(chǎn)品中。

1.2 短弧氙燈

當燈管內(nèi)的高壓氣體為氙氣時，這個燈就叫“短弧氙燈”。短弧氙燈的亮度比超高壓汞燈更高，輻射光譜接近日光，最高亮度可達到4萬流明，而且亮度衰減性控制良好，隨工作電流和工作時間變化較小，但是該燈價格昂貴，而且壽命短只有可達1000小時左右。目前只用于少量高檔投影機的高亮度產(chǎn)品中。

1.3 金屬鹵化物燈

當燈管內(nèi)的高壓氣體為金屬鹵化物時，這個燈就叫“金屬鹵化物燈”。金屬鹵素?zé)?，其特點是壽命長，價格便宜，但是亮度的衰減性也很快，一般1000小時衰減50%左右。并且發(fā)熱量高，對投影機散熱系統(tǒng)、工作環(huán)境防塵要求也高，不宜做長時間投影使用。目前，主要用于低檔品牌的高亮度產(chǎn)品中。

2 新型光源特點

2.1 LED光源

LED光源就是以發(fā)光二極管（LED）作為投影機的光源，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，LED光源分為兩類，一是以單色的白光LED作為光源；二是以紅、綠、藍三色LED作為光源。

與傳統(tǒng)光源相比，節(jié)能是LED光源最大的特點，耗電不到傳統(tǒng)光源的三分之一。此外又由于LED是冷光源，在工作時產(chǎn)生的熱量遠遠低于傳統(tǒng)燈泡光源，大幅降低了光源對投影機的散熱要求；全封閉的光學(xué)引擎完全杜絕灰塵的進入做到了光路零維護；LED光源具有超長的使用壽命，使投影機更換燈泡的頻率降低并減少了后期使用成本了。目前LED投影可以做到十年不用更換燈泡，真正做到零維護。內(nèi)置的高溫隔熱膜，外置的真空散熱，再加上兩級溫控保護可以使LED投影工作時間長達十年，是傳統(tǒng)光源壽命的10倍～20倍。

目前LED光源已逐漸成熟，并在逐步進入了平常百姓人的家中，但其使用成本還是偏高且光源亮度不足。近年來，由于世界各大投影生產(chǎn)商對LED光源的日益重視，紛份加大LED光源的改進力度，使其性能不斷在改進中提升。經(jīng)過對LED光源的改進，如今其已經(jīng)具有了更好的發(fā)光率和發(fā)光角度以及更高的單色發(fā)光性能，但目前亮度也只可以達到3000流明，然而這個亮度已經(jīng)可以滿足很多要求不高場合的使用需求了。而且根據(jù)LED光源具有超低的光衰，行業(yè)標準表明1000小時光衰為0，3000小時光衰為1%，10000小時光衰僅為3%，這顯然也為LED光源長期使用效果提供了保障。

2.2 激光光源

激光光源就是以由全固態(tài)激光器產(chǎn)生的激光作為投影機光源，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，激光光源也分為兩類，一是以單色激光為光源；二是以紅、綠、藍三色激光作為光源。

激光顯示技術(shù)是最新一代顯示技術(shù)，是近幾年來才新興的技術(shù)。激光作為投影光源最顯著的優(yōu)勢就是亮度高和使用壽命長，使得人們不斷加大對該光源在投影領(lǐng)域地不斷開發(fā)與利用。另外激光的色域、色彩和飽和度等各方面的出色表現(xiàn)都在傳統(tǒng)電視之上。超低的售后維護成本，超低的光衰，使得激光光源有取代傳統(tǒng)光源的趨勢，目前生產(chǎn)商對激光投影光源的設(shè)計壽命已達10年之久。

但受限于美國國家標準學(xué)會、食品管理局、藥品管理以及歐盟相關(guān)標準：民用激光器不能超過1mW，工業(yè)用激光器不能超過5mW，因此所有在售的激光投影機的亮度不可能超過5000流明，但作為最有前途的新興光源，各大廠商（如BARCO、愛普生、科視、NEC、SONY等）都在進一步試驗高亮度的激光投影機，目前最高亮度已經(jīng)達到了72000流明。此外作為新型光源的投影，激光光源的投影目前的價格較高，尤其是高亮度的投影，加之體積很大，目前還不能被廣泛地應(yīng)用在生活中。

3 中國科技館新型光源投影的應(yīng)用

中國科技館新館建成于2009年，展廳內(nèi)現(xiàn)有投影機180余臺，且投影種類眾多，但大多采用高汞燈燈泡，給展品維護帶來了很大的難度。平日館內(nèi)展廳觀眾較多、溫度較高、灰塵很大，投影儀在這樣惡劣的環(huán)境下每天運行近八個小時，使投影機與投影燈泡的壽命大幅降低。而且經(jīng)過多年使用，很多投影效果已經(jīng)明顯不能達到當初設(shè)計要求而影響到了展品展示效果，使展品完好率下降，影響觀眾參觀效果。隨著投影機老化程度不斷加大，投影機的日常維護消耗也在逐年增加。

鑒于此情況，根據(jù)對中國科技館內(nèi)投影機的實際使用情況和對展品維護標準的不斷探索研究，暫時由不同的亮度需求可以將中國科技館的投影分為三類，低于3000流明，5000流明左右和10000流明及以上的。

根據(jù)LED和激光投影的特點，目前可以用LED投影取代低于3000流明的小型投影機；將5000流明左右的用激光投影替換；由于目前高流明的激光投影價格十分昂貴，10000流明及以上的仍采用目前流行的傳統(tǒng)燈源的高亮度工程機。

2014年，中國科技館已經(jīng)將部分影響投影效果的低亮度投影更換為LED投影，經(jīng)過一段時間的運行表明，LED投影完全可以滿足低亮度投影的要求。由于激光投影價格較貴，只更換了一臺激光投影來替換中高亮度的投影，也達到了相當好的效果。像這樣采用高性價比的主流投影機，逐步淘汰那些陳舊過時且不環(huán)保的機器，將是未來科技館發(fā)展的大趨勢。

4 結(jié)語

目前新型光源投影機仍有亟需改進的技術(shù)，各大投影生產(chǎn)商仍在不斷地加大對新型光源投影機的研究投入。經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，越來越多的新型光源已經(jīng)逐漸出現(xiàn)在了人們的生活中，相信在不久的未來，新型光源的投影機會更加穩(wěn)定、成熟。

［1］沈培宏.投影機光源簡述[J].燈與照明,2009,33(2):57-59.

［2］張堃.從技術(shù)原理淺談高校對多媒體投影機的選購[J].中國現(xiàn)代教育技術(shù)裝備,2010(3):9-11.

［3］黃張弛.城軌PIS大屏幕系統(tǒng)的LED光源選型分析[J].電子制作,2013(11):31.