新型光源投影在中國科技館的應用

蘇建華 許 臣

（中國科學技術館，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備，光源從經過不到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。現階段，在投影機領域，傳統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 傳統光源的特點

傳統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生高壓放電，從而激發氣體產生可見光。

1.1 超高壓汞燈

當燈管內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，加上現在的技術限制，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品中。

1.2 短弧氙燈

當燈管內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品中。

1.3 金屬鹵化物燈

當燈管內的高壓氣體為金屬鹵化物時，這個燈就叫“金屬鹵化物燈”。金屬鹵素燈，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。并且發熱量高，對投影機散熱系統、工作環境防塵要求也高，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品中。

2 新型光源特點

2.1 LED光源

LED光源就是以發光二極管（LED）作為投影機的光源，來代替傳統光源，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。

與傳統光源相比，節能是LED光源最大的特點，耗電不到傳統光源的三分之一。此外又由于LED是冷光源，在工作時產生的熱量遠遠低于傳統燈泡光源，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。經過對LED光源的改進，如今其已經具有了更好的發光率和發光角度以及更高的單色發光性能，但目前亮度也只可以達到3000流明，然而這個亮度已經可以滿足很多要求不高場合的使用需求了。而且根據LED光源具有超低的光衰，行業標準表明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激光器產生的激光作為投影機光源，從而代替傳統光源，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。

激光顯示技術是最新一代顯示技術，是近幾年來才新興的技術。激光作為投影光源最顯著的優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域地不斷開發與利用。另外激光的色域、色彩和飽和度等各方面的出色表現都在傳統電視之上。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光源的趨勢，目前生產商對激光投影光源的設計壽命已達10年之久。

但受限于美國國家標準學會、食品管理局、藥品管理以及歐盟相關標準：民用激光器不能超過1mW，工業用激光器不能超過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用在生活中。

3 中國科技館新型光源投影的應用

中國科技館新館建成于2009年，展廳內現有投影機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。平日館內展廳觀眾較多、溫度較高、灰塵很大，投影儀在這樣惡劣的環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。而且經過多年使用，很多投影效果已經明顯不能達到當初設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，根據對中國科技館內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燈源的高亮度工程機。

2014年，中國科技館已經將部分影響投影效果的低亮度投影更換為LED投影，經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保的機器，將是未來科技館發展的大趨勢。

4 結語

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

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

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