新型光源投影在中国科技馆的应用

苏建华 许 臣

（中国科学技术馆，中国 北京100012）

投影机是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，光源从经过不到1英寸的显示芯片，到清晰地投射在大屏幕的过程中，显示面积需要放大成千上万倍，因此高亮光源是相当重要的。现阶段，在投影机领域，传统光源包括超高压汞灯、短弧氙灯和金属卤化物灯，新型光源指LED和激光光源。

1 传统光源的特点

传统光源主要是指高强度气体放电光源，包括超高压汞灯、短弧疝灯和金属卤化物灯，它们的发光原理都是一样的：在一个充满高压气体的灯管里使两根相距1毫米左右的电极尖端产生高压放电，从而激发气体产生可见光。

1.1 超高压汞灯

当灯管内的高压气体为汞蒸汽时，这个灯就叫“超高压汞灯”。超高压汞灯具有很高的亮度，汞放电的蒸汽压越高可见光就越丰富，电弧亮度也就越高，超高压汞灯稳定放电时汞蒸汽压强通常要达到104Pa以上，这就要求灯泡在工作时腔体内最少要能承受10MPa以上的气体压力。该灯色温高，对视觉刺激大，但是本身很脆弱，因为它本身受到温度太高，加上现在的技术限制，因此寿命很短，一般正常使用在2000小时左右，且其光衰性很强。由于较高的性价比，超高压汞灯被广泛用于中高档投影机的中高亮度产品中。

1.2 短弧氙灯

当灯管内的高压气体为氙气时，这个灯就叫“短弧氙灯”。短弧氙灯的亮度比超高压汞灯更高，辐射光谱接近日光，最高亮度可达到4万流明，而且亮度衰减性控制良好，随工作电流和工作时间变化较小，但是该灯价格昂贵，而且寿命短只有可达1000小时左右。目前只用于少量高档投影机的高亮度产品中。

1.3 金属卤化物灯

当灯管内的高压气体为金属卤化物时，这个灯就叫“金属卤化物灯”。金属卤素灯，其特点是寿命长，价格便宜，但是亮度的衰减性也很快，一般1000小时衰减50%左右。并且发热量高，对投影机散热系统、工作环境防尘要求也高，不宜做长时间投影使用。目前，主要用于低档品牌的高亮度产品中。

2 新型光源特点

2.1 LED光源

LED光源就是以发光二极管（LED）作为投影机的光源，来代替传统光源，LED光源分为两类，一是以单色的白光LED作为光源；二是以红、绿、蓝三色LED作为光源。

与传统光源相比，节能是LED光源最大的特点，耗电不到传统光源的三分之一。此外又由于LED是冷光源，在工作时产生的热量远远低于传统灯泡光源，大幅降低了光源对投影机的散热要求；全封闭的光学引擎完全杜绝灰尘的进入做到了光路零维护；LED光源具有超长的使用寿命，使投影机更换灯泡的频率降低并减少了后期使用成本了。目前LED投影可以做到十年不用更换灯泡，真正做到零维护。内置的高温隔热膜，外置的真空散热，再加上两级温控保护可以使LED投影工作时间长达十年，是传统光源寿命的10倍～20倍。

目前LED光源已逐渐成熟，并在逐步进入了平常百姓人的家中，但其使用成本还是偏高且光源亮度不足。近年来，由于世界各大投影生产商对LED光源的日益重视，纷份加大LED光源的改进力度，使其性能不断在改进中提升。经过对LED光源的改进，如今其已经具有了更好的发光率和发光角度以及更高的单色发光性能，但目前亮度也只可以达到3000流明，然而这个亮度已经可以满足很多要求不高场合的使用需求了。而且根据LED光源具有超低的光衰，行业标准表明1000小时光衰为0，3000小时光衰为1%，10000小时光衰仅为3%，这显然也为LED光源长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态激光器产生的激光作为投影机光源，从而代替传统光源，激光光源也分为两类，一是以单色激光为光源；二是以红、绿、蓝三色激光作为光源。

激光显示技术是最新一代显示技术，是近几年来才新兴的技术。激光作为投影光源最显著的优势就是亮度高和使用寿命长，使得人们不断加大对该光源在投影领域地不断开发与利用。另外激光的色域、色彩和饱和度等各方面的出色表现都在传统电视之上。超低的售后维护成本，超低的光衰，使得激光光源有取代传统光源的趋势，目前生产商对激光投影光源的设计寿命已达10年之久。

但受限于美国国家标准学会、食品管理局、药品管理以及欧盟相关标准：民用激光器不能超过1mW，工业用激光器不能超过5mW，因此所有在售的激光投影机的亮度不可能超过5000流明，但作为最有前途的新兴光源，各大厂商（如BARCO、爱普生、科视、NEC、SONY等）都在进一步试验高亮度的激光投影机，目前最高亮度已经达到了72000流明。此外作为新型光源的投影，激光光源的投影目前的价格较高，尤其是高亮度的投影，加之体积很大，目前还不能被广泛地应用在生活中。

3 中国科技馆新型光源投影的应用

中国科技馆新馆建成于2009年，展厅内现有投影机180余台，且投影种类众多，但大多采用高汞灯灯泡，给展品维护带来了很大的难度。平日馆内展厅观众较多、温度较高、灰尘很大，投影仪在这样恶劣的环境下每天运行近八个小时，使投影机与投影灯泡的寿命大幅降低。而且经过多年使用，很多投影效果已经明显不能达到当初设计要求而影响到了展品展示效果，使展品完好率下降，影响观众参观效果。随着投影机老化程度不断加大，投影机的日常维护消耗也在逐年增加。

鉴于此情况，根据对中国科技馆内投影机的实际使用情况和对展品维护标准的不断探索研究，暂时由不同的亮度需求可以将中国科技馆的投影分为三类，低于3000流明，5000流明左右和10000流明及以上的。

根据LED和激光投影的特点，目前可以用LED投影取代低于3000流明的小型投影机；将5000流明左右的用激光投影替换；由于目前高流明的激光投影价格十分昂贵，10000流明及以上的仍采用目前流行的传统灯源的高亮度工程机。

2014年，中国科技馆已经将部分影响投影效果的低亮度投影更换为LED投影，经过一段时间的运行表明，LED投影完全可以满足低亮度投影的要求。由于激光投影价格较贵，只更换了一台激光投影来替换中高亮度的投影，也达到了相当好的效果。像这样采用高性价比的主流投影机，逐步淘汰那些陈旧过时且不环保的机器，将是未来科技馆发展的大趋势。

4 结语

目前新型光源投影机仍有亟需改进的技术，各大投影生产商仍在不断地加大对新型光源投影机的研究投入。经过近几年的高速发展，越来越多的新型光源已经逐渐出现在了人们的生活中，相信在不久的未来，新型光源的投影机会更加稳定、成熟。

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［2］张堃.从技术原理浅谈高校对多媒体投影机的选购[J].中国现代教育技术装备,2010(3):9-11.

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