【中國數字視聽網訊】說過投影機的基本結構，再來說說智能投影機的其他環節，比如光源、信號、鏡頭……

投影光源：高壓氣體光源和固體光源

投影機目前廣泛使用兩類光源，一類就是俗稱的“燈泡”，目前大量的商用投影機都使用這樣的光源，這類光源主要包括：UHP/UHE/金屬鹵素燈等。另一類相比傳統的氣體光源，叫新光源或固體光源，包括LED/激光/混合光源等，這類光源的特點是都是固體發光。

·高壓氣體放電光源

其實無論是UHE、UHP、UHM，還是短弧疝燈，再或是金屬鹵素燈，它們的發光原理都是一樣的，就是在一個充滿高壓氣體的燈管里使得兩根相距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，只不過當這個氣體是汞蒸汽時，這個燈就叫“超高壓汞燈”，而當這個氣體是氙氣時，那這個燈就是“氙燈”，同樣的道理也就有了“金屬鹵素燈”了。而眾多燈泡生產廠家們通過將氣體、燈杯外形、接口或是驅動方式（交流或直流）進行改變就產生出來了UHE、UHP、UHM、SHP、HID等等數十種型號。

UHP、UHE結構示意圖

 
UHP是一種理想的冷光源，但由于價格較高，一般應用于高檔投影機上。UHP燈產生冷光，外形小巧，在相同功耗下，能產生大光量，壽命較長，當衰竭時，即刻熄滅。優點是使用壽命長，一般可以正常使用4000小時以上，亮度衰減很小。UHP光源的電弧亮度能超過小面積高效投影裝置所需的1Gcd/m2，為了達到更好的集光效果，近年來UHP光源的電弧極距減少到1.0mm，其壽命達10000小時以上，功率為200瓦，配備于投影儀產品，重量4公斤，體積2升左右，其屏幕照度超過1100流明，能夠達到明亮的XGA顯示水平。

UHE也是一種冷光源，UHE燈泡是目前中檔投影機中廣泛采用的理想光源。優點是價格適中，在使用4000小時以前亮度幾乎不衰減。

金屬鹵素燈發熱高，對投影機散熱系統要求高，不宜做長時間（4小時以上）投影使用，多用于低端投影產品。金屬鹵素燈產生暖光，要求較大功率才能產生與UHP燈同等的光度，使用壽命較短，與UHP燈不同的是，金屬鹵素燈壞時表現為漸漸熄滅。金屬鹵素燈泡的優點是價格便宜，缺點是半衰期短，一般使用1000小時左右亮度就會降低到原先的一半左右。淘寶很多便宜的投影燈泡都是這種燈。

至于氙燈，雖然其光譜更為接近自然光，而且色彩也更好，還可以實現UHP燈泡不具備的隨時開關等特點，但是價格昂貴一般都要數萬數十萬，而且使用壽命有限，所以同樣難以在主流投影機當中普及。

·新光源或固體光源

LED、激光以及混合光源等新光源的出現大大地拓寬了投影市場的想象力，這些固體光源的長壽命，在產品的生命周期內，完全不必換“燈泡”，這一點掃清了投影機從商用空間進入家庭空間的最大障礙，在加上這些光源的功耗低、體積小等特點，讓投影機有了更多新的應用場景。

所謂LED光源，顧名思義就是以發光二極管（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。而使用了LED光源的投影機一般被簡稱為LED投影機，其整體結構和成像原理與傳統投影機基本相同，市場上最為常見的是RGB LED+DLP、RBG LED+LCOS和白光LED+CFLCOS三種類型的LED投影機。

激光光源，顧名思義就是以由全固態激光器產生的激光作為投影機光源來代替傳統光源，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。

激光光源的投影機的整體結構和成像原理與傳統投影機也是基本相同，最為常見的就是單色激光+DLP技術和單色激光+3LCD技術，較少見到RGB激光+DLP技術。圖十一就是使用單色藍色激光，通過藍色激光照射熒光粉激發了高亮度白色熒光作為投影光源的，通過3LCD作為圖像引擎實現的投影機，而DLP的圖像引擎處理模式是使用可以激發RGB不同顏色光的熒光粉色輪來實現的，這些投影機也被稱為LPD。這種通過激光激發熒光粉的技術從本質上來講應該不是直接使用激光進行混合，而是使用熒光，這樣的好處是消除了激光帶來的安全隱患，但是亮度自然就無法達到更加理想的狀態，一般最多可以達到5000流明。

通過藍色激光實現的dlp和3lcd激光投影機原理

單獨使用RGB三種顏色的激光投影產品，還都處在實驗階段，目前都面臨著安全性和技術的這兩個障礙。

混合光源是綜合利用LED和激光兩種光源的長處而形成的一種新興光源，它試圖規避LED亮度低和激光偏色嚴重這兩個最大的弊端來開拓一條脫離傳統光源的新路，目前還處于起步階段，不過很多公司開始面向商用市場推出混合光源的產品。

激光、LED混合模式dlp投影機原理結構

上圖的混合光源結構是來自藍色激光、紅色LED發光體（或包括藍色LED），部分藍色激光發射到磷光體上產生出綠色光線，從而構成RGB三原色光線。混合光源投影機目前也是采用DLP投影技術，三原色光線照射到DMD芯片，經過芯片的調制形成圖像并投射出去。混合光源的優勢，是生產成本相對較低，在亮度上也相較LED光源有明顯優勢，達到3000流明應該不是什么問題，另外，投影機內部結構和單純LED比較類似，相差不多。

·投影光源比較列表

投影光源比較列表

上圖中光源的壽命是與其工作的流明成反比，就是說工作的功率越大、流明越高壽命就越短，如超高壓汞燈如果工作在2萬流明，那么壽命最多就一千小時，如果工作在5000流明，那么壽命可以超過4000小時。

關于LED的亮度問題，目前的LED芯片受限制于自身散熱，功率越大流明越高，自身發熱就越大，芯片溫度上升，亮度會迅速下降，目前市面上的LED投影機一般從幾十個流明到幾百個流明不等，市面上LED投影機最大的流明大概750流明左右。

關于激光光源上圖表格上標定的是5000流明，這里要說明一下，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（特種設備和試驗機型可特批），在這樣的限制之下，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，各大廠商都在進一步試驗高亮度的激光投影機，目前最高亮度已經接近10萬流明。相對法規健全的美國市場來說，當前的中國市場還沒有標準，因此，有可能會變成激光光源投影的試驗場，所以現在超高亮度的激光投影已經開始在戶外、表演場地開始使用，當然這也將帶來很大的不確定性，一旦安全事故發生可能會影響整個行業的發展。

現在來看，安全可控的、亮度提升的混合光源投影機是目前進入家庭的最佳選擇，應該這種所謂的過渡光源其實可以看作擁有了LED和激光兩者基因的優良雜交品。

投影機的光學光路以及投影鏡頭

光學系統在投影機中在一般人看來似乎沒有什么值得深究的地方，只要光源亮度足夠到在顯示屏上成像就可以了，但是實際情況并不是這么簡單的。投影的光學部分按照其相對圖像引擎的位置分為兩個部分，一部分叫前光路負責處理光源，使之滿足要求輸入圖像引擎；另一部份叫后光路負責從圖像引擎輸出的光線，使之通過鏡頭成像在屏幕上。

在光學系統中有許多需要解決的問題，首先就是光量子的控制問題，其次亮度的均勻性也是一個令人頭痛的問題，還有針對激光光源的擴束、消除相干光，最后還有就是投影鏡頭的光學處理等。

當把一個光源放到一個凹面鏡之內的焦點，光源發射出來的部分光線會投射到凹面鏡上并且發生反射，這些經過反射的光線會匯聚在另外一個焦點。凹面鏡的這種特性同凸透鏡類似，都可以用于匯聚光線從而使得盡可能的管線都傳送到成像引擎中，這樣屏幕因為得到更多的光能而顯得更亮，不論何種圖像引擎，這部分的處理都是前光路的核心。當然前面提到的光源是理想狀態下的點光源，而實際的光源即使做的非常的小也無法達到理想狀態下“點”的程度，也就是說實際的光源是由無數個點光源組成，它們之中絕大多數都沒有精確的位于凹面鏡的焦點上而是僅僅在焦點的附近，這樣大部分的點光源的反射光線將會匯聚在另外一個焦點之外的地方。也就是說當光源越大，在第二個焦點得到的光線的匯聚性就越差，也就是說越不像是一個點而是一個面區域。

點、面光源匯聚差異示意圖

從上面的圖我們還能看到有很多光線（大部分是來自光源未經反射的部分）并沒有達到會聚區域，這樣就會引起了一系列的問題：這些發散的光線因為距離匯聚區域相當的遠，所以不可能被傳送到成像引擎，這將導致屏幕亮度的降低和投影機本身發熱量的增加。部分發散光線可能會經過一定的途徑進入投影機的光學系統最后來到屏幕上，這樣將會降低總體圖像的對比度－－比如原來是黑色的背景，因為這些光線的存在而變成了灰色。

所以有效的控制光源的尺寸將是更好的控制光源的一種方式。從前面的介紹知道理想的光源應該是無限小并且沒有任何亮度或者光通量損失，當然在實際中是做不到這一點的。

從這個原則上我們也可以看出出一些光源的特點，UHP/UHE基本的發光直徑都在1mm左右，激光的線束更窄以至于不得不擴束， LED發光面積也差不多，但是亮度要小很多了。

·均光

不管什么投影光源，都需要進行處理，使進入圖像引擎的光變成一個均勻的面光源，最終成像在屏幕上，使得這個屏幕亮度均勻。在投影機中，光學系統是光線從光源到成像引擎的通道，這個部分可以進一步提高光源效率和穩定性。

光學系統的一個任務是將從光源發出并且經過橢圓形凹面鏡匯聚的光線進一步的集中到成像引擎中，另外一個任務就是使得光源亮度更加統一，因為一般的情況下，大多數的“燈泡”發出的光都是中間的亮度高，越到邊緣部分它的亮度就越暗。在矩形的顯示屏上，我們往往會發現邊角的圖像的亮度比中心的亮度低。

rod均光工作原理

解決這個問題的一個方法就是利用一系列的微透鏡將光源發出的光從原來中間亮邊緣暗的圓形光轉變為亮度均勻的矩形光。另一個方法就是更加有趣，讓光線通過一個矩形的修正棒（rod）－這種設備一般的是由磨光玻璃、石英或者內表面為高反射率的反射鏡等材料構成的光學設備。在這樣的設備中光線經過多次的反射會從一端達到另一端，而在另一端得到的光源就是亮度基本一致的矩形光源了。

上圖顯示的就是光線從燈泡中發出經過凹面反射鏡的匯聚，然后進入到矩形修正棒，在其內經過數次的反射就可以在另一端得到亮度均勻的矩形光源了。從光強分布圖上，未經過修正棒之前的光強分布接近于高斯分布，經過整理之后的就接近于矩形分布了。

·投影鏡頭

圖像引擎處理后，后光路系統就要開始工作，盡可能把圖像系統出來的圖像（光線）傳輸到屏幕上，實現清晰圖像顯示，在這其中投影鏡頭就是核心器件了。

對于投影機來說，鏡頭是投影機光路中的最后一個環節，鏡頭做的好壞，光圈值能否做的最小，和亮度是有直接關系的，光圈的大小和f值成反比，f值越小，光圈越大，投影影象的亮度就高。F是鏡頭的透光度。F越小，鏡頭的透光性越好。f是鏡頭的放大比率，如，f=1.4時，就是說，在一固定的位置上，畫面可放大1.4倍。鏡頭的光圈是用數值來表示的，一般從1.6-2.0，為使用方便，一個鏡頭設置多檔光圈，光圈的數值越大，光圈就越小，光通量也越少，每一個鏡頭的最大光圈都用數值標在鏡頭的前方。

焦距也是用數值來表示的，通常從50-210，分為短焦、標準和長焦，還有超短和超長焦的。數值越小焦距越短，數值越大焦距越長，投影機對鏡頭焦距的要求正投一般在50-140，背投一般在35左右，焦距決定了打滿預定尺寸時投影機與影幕的距離，焦距越短，投影機與影幕的距離就越近，反之就越遠。如果要在短距離投射大畫面就需要選擇短焦鏡頭的投影機，反之則需要選擇長焦鏡頭。一般的投影機都為標準鏡頭。

鏡頭的焦距決定了該鏡頭在投影機與銀幕距離一定的條件下所能形成影像的大小。那么鏡頭的焦距越短，則投影在銀幕上的影像就越大。 

在投影機的選擇上，在一般的應用場所，在同樣的價格上，應優先挑選標準鏡頭，標準鏡頭在投射影象的色彩還原、圖象幾何畸變上是最優秀的！對于狹小的應用空間，要想大尺寸的投射影象，應該優先考慮使用短焦或超短焦鏡頭。

對于寬大的應用場所，在資金充裕的情況下，例如數碼影院，優先考慮長焦鏡頭，因為這樣的安裝方式，優點是很多的，首先，投影機的風機噪音在觀看者的影響得到了很好的抑制，其次在觀看者對投影機的影響（抽煙者的煙灰、就餐者的食物殘屑、熱飲蒸汽）因素中，長焦投影機的影響是最小的。

投影鏡頭

對于家庭用戶來講，標準的投影鏡頭和超短焦的是兩個主要選項，標準的適合小空間或小尺寸的移動狀態下的投影，例如在書房，隨時在墻面上投影個30寸的圖像，而超短焦適合在客廳或臥室使用，直接把投影機放在電視柜上，就可以在距離墻50厘米的地方投影出80寸的圖像，實現影院效果，而且不會被人員走動遮擋。

信號和內容來源：投影演化的智能核心

作為信號輸入和控制部分。傳統投影儀提供了多種信號端子，通過這些信號端子輸入各種內容和信號，通過投影儀展示出來。

通常投影儀都會有VGA/DVI/CVBS/S端子/分量/音頻輸出等，新一些的投影儀還會有HDMI輸入，通過這些輸入接口，各種內容和信號被輸入到了投影機中，并且顯示出來。作為辦公場景來說，這樣就能基本滿足要求，達到目標。

和投影儀相比，電視的主要場景都是在家庭中，連接上有線電視線后，通過遙控器就能收看各種電視節目，隨著投影技術發展，投影的屏幕和電視屏幕基本區別不大，某些情況下可以相互替代，因此，電視的發展道路和模式對投影也有借鑒意義。

最近幾年傳統電視已經完全轉到了智能電視領域，現在來看電視廠家基本上不再生產非智能電視，所謂的智能電視就是具有全開放式平臺，搭載了操作系統，用戶在欣賞普通電視內容的同時，可自行安裝和卸載各類應用軟件，持續對功能進行擴充和升級的新電視產品。智能電視能夠不斷給用戶帶來有別于使用有線數字電視接收機（機頂盒）的、豐富的個性化體驗。

目前電視已經完成了智能化的轉變，同樣流程將再次投影儀市場重演，而且由于有智能電視的成熟系統轉換會更加快捷，只不過這些智能投影儀將不再只出現在辦公室里，而更多地出現在家里、用戶的背包里。

智能投影儀界面

上面的圖十七是兩臺智能投影儀的界面，還是投影儀嗎？更像電視機！

（編輯：石頭）