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投影仪镜头科普你知道多少?

发表在 投影仪百科 2019-11-26 09:58
本帖最后由 三分禾 于 2019-11-26 10:01 编辑

关于投影机镜头的科普,少之又少,我们会关注芯片、色轮、散热等,有时候却忽视了一眼就能看到的镜头。今天以明基为例简要谈谈投影机镜头。

从外观看,投影机的镜头绝对是无法忽视的部位,炯炯有神的大眼,默默诉说光影成像的秘密。一旦开启电源,又是另一番光芒夺目,不论内部结构多复杂,镜头总是担任光线把关人的角色,为成像效果守好最后一道关卡。

看到的镜头只是冰山的一角

你以为的镜头是一大片透明的圆片,可实际上它却可能是一个上宽下窄的光通道。下图是明基工程投影机4K镜头,由金属镜筒和8组共16片全玻璃镜片构成。

明基LK970采用的4K镜头组

由此得出一个结论,投影机镜头往往是由镜筒和n枚镜片构成。

由此也能得出一个困惑,为什么投影机镜头需要这么多零部件呢?

原因是不同的镜片,作用也不同。镜片影响到焦距大小、聚焦范围和聚焦后的成像品质。

每一片镜片分工明确,有些是放大倍率,有些是聚焦范围,为了调整色差、改善成像品质,有时还需要一片接一片地补偿。

每当一束白光冲出镜片,由于波长不同,会分出红橙蓝绿黄靛紫光,而且不会折射到同一点,就需要通过镜片补偿解决色差问题。

而且考虑到成本,并不是每支投影机产品都需要复杂的镜头组,亮度和精度要求不高的时候,不同镜片数以及不同材质镜片互补搭配可达成期待的效果。

材质影响镜头的效果        

不同材质的镜片会对画面造成不同的影响。就目前市面上的投影机镜片来看,主要分为两种,一种是玻璃镜片 ,另一种则是树脂(也称塑胶)镜片。

玻璃镜片

1. 耐热性能好。

2. 玻璃镜片是经过单个磨制而成的,加工性好,精度较高。

树脂镜片

1. 相比玻璃透镜而言,耐热性不足,高温时会产生形变。

2. 树脂透镜是经过磨具精密注塑成型的方法制造的,面型精度达到微米级,但对于加工环境等条件要求高,而且相对玻璃透镜而言加工性能不稳定。

物理特性方面,总体上玻璃优于树脂,但也不排除某些高阶树脂镜片的性能媲美玻璃镜片,除了纯树脂镜头组和纯玻璃镜头组以外,也常常会出现两种材质镜片互补搭配的镜头组。

玻璃镜片在研磨过程中耗用大量人力与时间,导致产能与良率的提升较慢;而树脂镜片因为树脂熔点低,便于成型大量制造,成本也较易控制,所以对性能要求低、以价格为导向的产品还是很有吸引力的。这也是市面上多数低流明微型投影机采用树脂镜头的原因。

镜筒的材质也有类似的考量。镜筒直接包裹镜片,所以镜筒的抗形变性也会影响镜片,从而影响成像质量。


同样地,镜筒材质有两种,金属和树脂。树脂镜筒由于受热不均且导热性不好,不同区域会产生不同大小的形变,从而发生虚焦和跑焦现象;金属镜筒受热后由于导热性良好,使得受热均匀,镜筒形变较小,相对树脂镜而言只有较小的跑焦现象发生,通过调焦可以得到修正。

不过,选择什么材质并非单从品质角度。适用性足够的情况下,一般机种对镜头的架设不会有太特别的要求,可以使用树脂镜筒,但是到了工程机或者一些高阶的影音室机种,往往会使用金属镜筒。并且,相对于玻璃镜头长长的供应链,树脂镜头一般是一条龙生产,更适合大规模量产。

此玻璃非彼普通玻璃

投影机的玻璃镜片就是一般的玻璃材质吗?显然不是。

因为对光有特殊的要求,投影机采用的玻璃镜片会在一般玻璃中掺入特殊的化合物与金属,制成所需的光学玻璃。光学玻璃能够改变光的传播方向,并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布,满足投影机光学系统的需求。再加上玻璃本身具有的耐热性和透光性,理所当然成为投影机镜片的上佳材质。

镜头为什么需要高耐热

和相机的光学原理不同,手机跟相机是由外收光,即外部光线透过镜头进入手机和相机中。

投影机就不一样了,由内向外发光,亮度越高,意味着成像画面也就越不惧光。

随之而来有个问题,光源产生热量,如何耐热和抗热?除了内部散热系统外,重要的精密零件需要保证耐热性能,因为一点点的变形都会影响到最终成像效果。

明基工程机LK970/LK990采用的水冷式系统

流明数越高内部热量也越高,有时候摸摸运行状态的投影机,惊讶如暖手炉的手感。不过和内部灯芯一千度比起来,表面的那点热度小巫见大巫。想象一下,在那么小的机壳内聚集那么高的热量,要求镜头材质足够耐热就很顺理成章。

假使镜头耐热性不足,会产生什么样的后果呢?首先是镜片变形,产生虚焦和跑焦现象。这时虽然可以重新调焦,但是治标不治本,总不能每次播放电影到一半还得停下来重新操作。最严重的一种变形是不可恢复的,造成不可逆的成像品质损伤,整台机器的使用性能都会大幅下降。

短焦镜头贵得有底气

由于焦距比较短,短焦镜头在投影机镜头界属于「刺儿头」的角色,比较难设计。为了在那么短的镜头内实现种种功能,会采用多片镜头补偿。焦距越短的时候镜头越大,超短焦镜头更大,越大也意味着越贵。


不同光源下的镜头

光源对镜头设计的影响主要在于光圈F值的变化。光圈基本功能是控制光束通过的数量,F值则是指光圈大小(F值=镜头焦距/光圈口径),F值越大代表光圈越小,对比度越高。汞灯机种通常F值较大,激光光源次之,到了LED光源则相对小。因应不同机种需求,镜头设计就会有所不同,所以并不是同样焦段放下去就可以用,还要针对不同的光源特性做调整。


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嘟嘟    高级投影控 发表于 2019-11-26 14:14
学习了,谢谢楼主的分享

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yaya1 中级投影控
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