新型光源投影在中國(guó)科技館的應(yīng)用

蘇建華 許 臣

（中國(guó)科學(xué)技術(shù)館，中國(guó) 北京100012）

投影機(jī)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(guò)不到1英寸的顯示芯片，到清晰地投射在大屏幕的過(guò)程中，顯示面積需要放大成千上萬(wàn)倍，因此高亮光源是相當(dāng)重要的。現(xiàn)階段，在投影機(jī)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(diǎn)

傳統(tǒng)光源主要是指高強(qiáng)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(gè)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(dāng)燈管內(nèi)的高壓氣體為汞蒸汽時(shí)，這個(gè)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(shí)汞蒸汽壓強(qiáng)通常要達(dá)到104Pa以上，這就要求燈泡在工作時(shí)腔體內(nèi)最少要能承受10MPa以上的氣體壓力。該燈色溫高，對(duì)視覺(jué)刺激大，但是本身很脆弱，因?yàn)樗旧硎艿綔囟忍撸由犀F(xiàn)在的技術(shù)限制，因此壽命很短，一般正常使用在2000小時(shí)左右，且其光衰性很強(qiáng)。由于較高的性價(jià)比，超高壓汞燈被廣泛用于中高檔投影機(jī)的中高亮度產(chǎn)品中。

1.2 短弧氙燈

當(dāng)燈管內(nèi)的高壓氣體為氙氣時(shí)，這個(gè)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(dá)到4萬(wàn)流明，而且亮度衰減性控制良好，隨工作電流和工作時(shí)間變化較小，但是該燈價(jià)格昂貴，而且壽命短只有可達(dá)1000小時(shí)左右。目前只用于少量高檔投影機(jī)的高亮度產(chǎn)品中。

1.3 金屬鹵化物燈

當(dāng)燈管內(nèi)的高壓氣體為金屬鹵化物時(shí)，這個(gè)燈就叫“金屬鹵化物燈”。金屬鹵素?zé)簦涮攸c(diǎn)是壽命長(zhǎng)，價(jià)格便宜，但是亮度的衰減性也很快，一般1000小時(shí)衰減50%左右。并且發(fā)熱量高，對(duì)投影機(jī)散熱系統(tǒng)、工作環(huán)境防塵要求也高，不宜做長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)

2.1 LED光源

LED光源就是以發(fā)光二極管（LED）作為投影機(jī)的光源，來(lái)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(lán)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(diǎn)，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(shí)產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燈泡光源，大幅降低了光源對(duì)投影機(jī)的散熱要求；全封閉的光學(xué)引擎完全杜絕灰塵的進(jìn)入做到了光路零維護(hù)；LED光源具有超長(zhǎng)的使用壽命，使投影機(jī)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(hù)。內(nèi)置的高溫隔熱膜，外置的真空散熱，再加上兩級(jí)溫控保護(hù)可以使LED投影工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)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(jìn)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(lái)，由于世界各大投影生產(chǎn)商對(duì)LED光源的日益重視，紛份加大LED光源的改進(jìn)力度，使其性能不斷在改進(jìn)中提升。經(jīng)過(guò)對(duì)LED光源的改進(jìn)，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(dá)到3000流明，然而這個(gè)亮度已經(jīng)可以滿足很多要求不高場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)表明1000小時(shí)光衰為0，3000小時(shí)光衰為1%，10000小時(shí)光衰僅為3%，這顯然也為L(zhǎng)ED光源長(zhǎng)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(jī)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(lán)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(lái)才新興的技術(shù)。激光作為投影光源最顯著的優(yōu)勢(shì)就是亮度高和使用壽命長(zhǎng)，使得人們不斷加大對(duì)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(hù)成本，超低的光衰，使得激光光源有取代傳統(tǒng)光源的趨勢(shì)，目前生產(chǎn)商對(duì)激光投影光源的設(shè)計(jì)壽命已達(dá)10年之久。

但受限于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)、食品管理局、藥品管理以及歐盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：民用激光器不能超過(guò)1mW，工業(yè)用激光器不能超過(guò)5mW，因此所有在售的激光投影機(jī)的亮度不可能超過(guò)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(jìn)一步試驗(yàn)高亮度的激光投影機(jī)，目前最高亮度已經(jīng)達(dá)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(jià)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(guó)科技館新型光源投影的應(yīng)用

中國(guó)科技館新館建成于2009年，展廳內(nèi)現(xiàn)有投影機(jī)180余臺(tái)，且投影種類眾多，但大多采用高汞燈燈泡，給展品維護(hù)帶來(lái)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(yùn)行近八個(gè)小時(shí)，使投影機(jī)與投影燈泡的壽命大幅降低。而且經(jīng)過(guò)多年使用，很多投影效果已經(jīng)明顯不能達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)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(jī)老化程度不斷加大，投影機(jī)的日常維護(hù)消耗也在逐年增加。

鑒于此情況，根據(jù)對(duì)中國(guó)科技館內(nèi)投影機(jī)的實(shí)際使用情況和對(duì)展品維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷探索研究，暫時(shí)由不同的亮度需求可以將中國(guó)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(diǎn)，目前可以用LED投影取代低于3000流明的小型投影機(jī)；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(jià)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(jī)。

2014年，中國(guó)科技館已經(jīng)將部分影響投影效果的低亮度投影更換為L(zhǎng)ED投影，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)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(jià)格較貴，只更換了一臺(tái)激光投影來(lái)替換中高亮度的投影，也達(dá)到了相當(dāng)好的效果。像這樣采用高性價(jià)比的主流投影機(jī)，逐步淘汰那些陳舊過(guò)時(shí)且不環(huán)保的機(jī)器，將是未來(lái)科技館發(fā)展的大趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前新型光源投影機(jī)仍有亟需改進(jìn)的技術(shù)，各大投影生產(chǎn)商仍在不斷地加大對(duì)新型光源投影機(jī)的研究投入。經(jīng)過(guò)近幾年的高速發(fā)展，越來(lái)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(lái)，新型光源的投影機(jī)會(huì)更加穩(wěn)定、成熟。

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