王雯嬌

長(zhǎng)春金融高等專科學(xué)校現(xiàn)代教育中心（吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引言

多媒體投影是現(xiàn)代化技術(shù)在教學(xué)課堂中應(yīng)用的鮮明體現(xiàn)，其具有圖文并茂、屏幕大、畫質(zhì)高清等鮮明的優(yōu)點(diǎn)，在課堂教學(xué)中發(fā)揮著顯著作用。近年來(lái)，許多學(xué)校為了更好地滿足新形勢(shì)下的教學(xué)需求，在教學(xué)設(shè)備的選擇上展開了一系列研究和實(shí)踐，并加大了對(duì)多媒體教室建設(shè)的資金支持力度，配備了電腦、投影機(jī)、擴(kuò)音設(shè)備、中央控制系統(tǒng)等現(xiàn)代化器材。其中，攝影機(jī)作為展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的主體，其使用的光源能在很大程度上影響甚至決定投影的質(zhì)量，也涉及課堂的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。學(xué)校和教師應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)比分析不同設(shè)備類型光源，以作出最佳選擇。

1 投影光源概述

通常意義上，投影顯示技術(shù)是以光學(xué)系統(tǒng)和攝影空間為基礎(chǔ)，通過(guò)圖像放大的方法，將其顯示到特定投影屏幕上的教學(xué)手段。投影光源在投影顯示技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用，是其重要組成部分。

1.1 投影光源的重要作用

就成像單元而言，無(wú)論其自身結(jié)構(gòu)是何種形式，從光源到屏幕，100英寸的畫面需要從1英寸的顯示芯片中展現(xiàn)出來(lái)，在面積上就已經(jīng)擴(kuò)大了百倍，因此投影光源必須具備高亮度和一定的對(duì)比性，才能讓學(xué)生看清教學(xué)內(nèi)容。這也足以說(shuō)明投影光源在成像單元結(jié)構(gòu)中所發(fā)揮的重要作用。值得注意的是，如果同一臺(tái)攝影機(jī)使用的投影光源前后不一，那么光源在色域、亮度、核對(duì)筆錄上會(huì)存在一定的區(qū)別，投影所展現(xiàn)的效果也不一樣。另外，如果投影畫圖的質(zhì)量低下，會(huì)刺激感官，引起眼睛干澀和疲勞，若學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間接受該刺激，會(huì)使視力下降。特別是在高亮度和低對(duì)比度或低亮度的情況下，學(xué)生的用眼負(fù)擔(dān)較重。換言之，投影機(jī)的光源質(zhì)量會(huì)影響學(xué)生的身體健康。

1.2 投影光源的演變

投影機(jī)在社會(huì)生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以在教學(xué)課堂上發(fā)揮作用，還可以滿足家庭影院建設(shè)的需求。投影機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常處于高強(qiáng)度的工作狀態(tài)，因而投影光源必須具備壽命長(zhǎng)、散熱性好等基本特點(diǎn)。從投影光源的發(fā)展歷程看，其大致經(jīng)過(guò)了三個(gè)主要階段：第一階段是早期的蠟燭和電燈，第二階段是熒光燈和氣體放電燈等氣態(tài)光源，第三階段是當(dāng)下新興的LED和激光等固態(tài)光源。目前，我國(guó)學(xué)校使用的投影機(jī)主要有兩種類型，即LCD投影機(jī)和激光光源投影機(jī)。LCD投影機(jī)的燈泡以超高壓泵燈為主，放電光源以氣體形式為主；激光光源投影機(jī)主要以激光和LED為光源，屬于固態(tài)光源。當(dāng)前，LCD投影技術(shù)的發(fā)展已形成較為完善的體系，并且市場(chǎng)占有率較高，但其在后期的維護(hù)過(guò)程中需要花費(fèi)大量財(cái)力和物力。激光光源投影機(jī)技術(shù)融合了最新的科研成果，在后期維護(hù)中并不需要花費(fèi)過(guò)多時(shí)間，但現(xiàn)階段售價(jià)較高。

2 投影機(jī)的類型

從成像原理的角度看，投影機(jī)包括三種主要類型。

（1）陰極射線管投影機(jī)，即CRT槍投影機(jī)。此為投影機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的開山之作，在使用過(guò)程中，需要將信號(hào)逐步分解，投在紅、綠、藍(lán)三個(gè)熒光屏上。彼時(shí)，熒光粉在高壓的作用下會(huì)被放大、匯聚，直至大熒幕上出現(xiàn)彩色圖像。該投影機(jī)使用的室內(nèi)光源具有主動(dòng)性特點(diǎn)，發(fā)光源和成像均為CRT。

（2）液晶投影機(jī)，即LCD投影機(jī)。其結(jié)合了液晶顯示技術(shù)和投影技術(shù)，屬于非自發(fā)光投影機(jī)。從內(nèi)部液晶板的片數(shù)看，LCD投影機(jī)又被分為單片式和三片式兩種類型。在其應(yīng)用早期，大多以單片式為主，當(dāng)下，市場(chǎng)上的主流投影機(jī)都是三片式結(jié)構(gòu)。三片式結(jié)構(gòu)的LCD投影機(jī)可以在分光鏡的作用下形成紅、綠、藍(lán)三束光源，然后透射在與之對(duì)應(yīng)的液晶板上，再經(jīng)過(guò)信號(hào)源的模數(shù)轉(zhuǎn)換，調(diào)制到液晶板上，從而控制各種液晶單元的開和閉。產(chǎn)生色光之后，又會(huì)通過(guò)棱鏡合成相應(yīng)的彩色圖像，再由投射物鏡放在大熒幕上。

（3）數(shù)字光處理投影機(jī)。此為德州儀器公司研發(fā)的新型投影系統(tǒng)，以數(shù)字視頻信號(hào)為主要信息來(lái)源，并將其轉(zhuǎn)化成光脈沖信號(hào)，具有純數(shù)字性的特點(diǎn)。并且，其與微電子機(jī)電技術(shù)相結(jié)合，積分器會(huì)將光源均勻分配，再使用光輪將光分成紅、綠、藍(lán)三種顏色，并透鏡成像在數(shù)字顯微片上，最后投影成具體圖像。數(shù)字光處理投影機(jī)的體積偏大，而且亮度也無(wú)法滿足課堂教學(xué)需求，因此在市場(chǎng)上沒(méi)有得到有效拓展和延伸。目前，3LCD投影機(jī)占據(jù)的市場(chǎng)份額達(dá)近70%，發(fā)揮的作用是有效且深遠(yuǎn)的，這一投影機(jī)的光源類型和數(shù)字光處理投影機(jī)一致，都屬于氣態(tài)光源，氣態(tài)光源也被稱為投影機(jī)的傳統(tǒng)光源。

3 投影機(jī)的傳統(tǒng)光源

傳統(tǒng)光源的使用主要涉及金屬鹵素?zé)?、氙燈、超高壓泵燈等。該類型燈具的發(fā)光率都超過(guò)了80 lm/W，并且色溫特性大于4 000 K，發(fā)光光譜覆蓋整個(gè)可見光的全部范圍，能滿足投影機(jī)在課堂中使用的基本需求。就金屬鹵素?zé)舳?，其自身具有明顯的高發(fā)熱特點(diǎn)，而且使用壽命較短、衰減速度快，不能長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用在投影儀中，但勝在價(jià)格便宜，因而主要集中在低端產(chǎn)品的銷售上。氙燈是利用氙氣放電從而發(fā)光的電光源，其功率和體積大，但成本較高，在高亮的工程投影機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。超高壓泵燈的體積相對(duì)較小，發(fā)熱量和功耗也較低，因而在小型商教投影機(jī)上的應(yīng)用較為廣泛。

文章以超高壓泵燈為例展開詳細(xì)說(shuō)明。超高壓泵燈屬于高強(qiáng)度氣體放電燈，需要在內(nèi)部填充適量泵和惰性氣體，在冷態(tài)不發(fā)光時(shí)，燈的兩極都處于開路狀態(tài)，通過(guò)電壓之后，極間距間會(huì)產(chǎn)生電位差，并散發(fā)高熱，此時(shí)泵會(huì)被汽化，然后放電并發(fā)光。這意味著，超高壓泵燈具有兩個(gè)較為鮮明的特點(diǎn)，一是泵和惰性氣體的混合，二是內(nèi)部具有很高的大氣壓力。超高壓泵燈之所以會(huì)占據(jù)大量市場(chǎng)，與其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)分不開。首先，超高壓泵燈的亮度較高，可見光和長(zhǎng)波紫外線的輻射效率十分高，且電弧的亮度極高，在部分明線光譜中，能制造高輝度點(diǎn)的光源。其次，超高壓泵燈的色彩領(lǐng)域十分寬廣，光的波長(zhǎng)范圍在380～780 nm，其能呈現(xiàn)的可見光波長(zhǎng)幾乎涵蓋了原有的波長(zhǎng)范圍，當(dāng)壓力逐步增加，可見光部分也會(huì)變得更加強(qiáng)烈，色彩的展示會(huì)更加精準(zhǔn)。最后，超高壓泵燈的衰減率很低，使用壽命維持在3 000 h以上，在使用超過(guò)2 000 h后，才開始出現(xiàn)明顯的衰減，且衰減幅度通常不超過(guò)20%。值得注意的是，超高壓泵燈在使用過(guò)程中也存在一定的缺點(diǎn)，其自身的電熱轉(zhuǎn)化效率并不高，在使用過(guò)程中需要經(jīng)歷預(yù)熱和散熱才能達(dá)到燈泡光輸出的最佳效果。通常情況下，超高壓泵燈需要在啟動(dòng)2 min之后才能全光通量輸出，發(fā)熱量也較大，這就有可能帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患。在具體實(shí)踐中，超高壓泵燈在使用不到2 000 h時(shí)，就需要更換其燈泡，但燈泡的價(jià)格都在1 000～3 000元，且燈泡內(nèi)填充物泵具有一定的毒害性，因此被替換的燈泡還具有一定的污染性[1]。這也間接說(shuō)明，高質(zhì)量、低能耗、長(zhǎng)壽命的投影光源，不僅是投影機(jī)行業(yè)追求的目標(biāo)，也是教學(xué)領(lǐng)域期盼的教學(xué)工具。

4 投影機(jī)的新型固態(tài)光源

通常，新型固態(tài)光源主要涉及LED光源和激光光源兩類。該類型光源的發(fā)光效率極高，從理論上看，新型固態(tài)光源的發(fā)光效率是泵燈的3倍以上，而且具有壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低、即開即亮、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

4.1 LED光源

LED光源的核心是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體器件，能將電能轉(zhuǎn)化為可見光源。其主體是PN結(jié)，需要在兩端加上電壓，然后電流會(huì)從陽(yáng)極流向陰極，半導(dǎo)體晶體就會(huì)發(fā)射不同顏色的光線。LED燈中的電流越強(qiáng)，發(fā)出的光源強(qiáng)度就越大。LED光源的壽命較長(zhǎng)，而且色彩的還原性十分優(yōu)越，顯示圖像的顏色鮮艷，噪聲較低，成像結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，這就能在很大程度上縮小投影機(jī)的體積，并減少投影機(jī)的耗電量。

4.2 激光光源

激光光源具有亮度極高的特點(diǎn)。激光本身是定向發(fā)光的，光束的發(fā)散幅度極為有限，接近于平行狀態(tài)，因而能量密度極高，是當(dāng)下人工光源中亮度最高的光源種類。另外，激光光源的色域較廣，自然界中有1 000多萬(wàn)種顏色，傳統(tǒng)的光源只能表現(xiàn)30%左右的色彩，而激光投影機(jī)可以表現(xiàn)90%以上[2-3]。

5 傳統(tǒng)光源和固態(tài)光源的比較

在投影顯示技術(shù)一樣的前提下，投影機(jī)的使用質(zhì)量主要由光源決定。現(xiàn)在，很多學(xué)校采用的是LCD投影機(jī)，安裝的是UHP燈泡，而UHP燈泡屬于傳統(tǒng)光源。課堂環(huán)境具有明顯的特殊性，需要充足的光線，因此在同等亮度的教室環(huán)境，激光光源（固態(tài)光源）更具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)比度和分辨率更高，色域范圍也比普通的傳統(tǒng)光源大，使用激光投影機(jī)同樣會(huì)展示非常亮麗的投影，讓學(xué)生可以看清投影內(nèi)容，眼睛也比較放松，很少出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)。教師在講課時(shí)會(huì)對(duì)著投影機(jī)，這樣會(huì)嚴(yán)重影響眼睛，不過(guò)激光投影機(jī)的開關(guān)設(shè)計(jì)比較合理，使用時(shí)直接打開，不使用時(shí)即可關(guān)閉，操作起來(lái)方便快捷。然而，傳統(tǒng)的投影機(jī)僅開關(guān)機(jī)就需要很長(zhǎng)時(shí)間，反復(fù)開關(guān)機(jī)還會(huì)縮短燈泡的壽命。在安裝投影機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的投影機(jī)有很多限制性因素，如只可以安裝在某一個(gè)固定的位置，而激光投影機(jī)則能隨意安裝，不受角度的限制和影響，側(cè)面安裝和倒置都可以。總之，從技術(shù)和投影畫面等多個(gè)角度分析，固態(tài)光源與傳統(tǒng)光源相比，有很多優(yōu)點(diǎn)。

不過(guò)，固態(tài)光源主要是利用激光二極管，在使用時(shí)也有一定的劣勢(shì)，紅色和綠色的二極管在制作的過(guò)程中難度較大，價(jià)格也很高，因此目前激光投影機(jī)的售價(jià)比較昂貴，同等亮度的投影機(jī)會(huì)比傳統(tǒng)投影機(jī)高出幾倍的價(jià)格，消耗也較高，不過(guò)現(xiàn)在激光技術(shù)在不斷完善，可以促進(jìn)投影機(jī)的快速發(fā)展，全面壟斷顯示領(lǐng)域，未來(lái)的激光投影機(jī)發(fā)展前景良好[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)光源和新型固態(tài)光源在應(yīng)用過(guò)程中各具優(yōu)勢(shì)，但新型固態(tài)光源投影機(jī)的發(fā)展更加符合時(shí)代的潮流。教師和學(xué)生在課堂上都要隨時(shí)面對(duì)投影機(jī)，投影機(jī)的光源本身就具有一定的刺激性，在這種情況下，使用新型固態(tài)光源投影機(jī)，可以輕松實(shí)現(xiàn)即開即關(guān)，使用更加便捷。因此，學(xué)校應(yīng)在未來(lái)設(shè)備投資的過(guò)程中，將重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到新型固態(tài)光源的引進(jìn)上，為學(xué)生創(chuàng)造更加優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍。