短焦/超短焦投影成像技术

2、短焦/超短投影机投影成像的空间距离要小，即投射比值小；投射比是短焦/超短投影机的一个重要参数。投射比R=投影距离d/画面宽度W。其比值越小，说明相同投影距离，投射画面的宽度越大。由于计算方便、描述直观，我们一般都以对角线为100英寸画面作为投影机的标准参照尺寸。画面比例为4：3的100英寸画面，宽约为2米，高约为1.5米。

图3 投射比

短焦技术主要分为两类：一类按投射比分：可简单划分为三种：第一种投射比在0.4以内，现阶段都是反射式超短焦投影机；第二种投射比在0.4至0.7之间的短焦投影机；第三种投射比在0.65和1之间的普通短焦产品。另一类按投影镜头的结构分：一种采用鱼眼式投影镜头的短焦技术，另一种则是采用自由曲面镜头+ 反射镜式投影镜头的超短焦技术 。

理论上，普通投影机，投射100英寸画面，距离在3米以上；短焦机型，投射距离在2米以内。短焦机型，一般实际投射距离在1米以内；超短焦机型，在0.5米以内。

多数短焦投影机型，都采用定焦镜头。也有小部分短焦机型，镜头不支持大范围变焦，通过轻微变焦，来实现对焦功能，随之轻微变焦环成为了对焦环。对于投影领域，两种镜头皆并存，其显著区别是：调节对焦环时，定焦镜头的画面不会改变大小，只会改变会聚效果，即我们常说的画面清晰度；而非定焦的短焦机型，调节对焦环的过程中，画面有明显的放大缩小现象。

现有品牌短焦投影机的主要技术参数参见表1

表1现有品牌短焦投影机的主要技术参数

采用鱼眼式投影镜头的短焦技术

鱼眼式投影镜头的短焦技术是为了增大投影镜头的视场角（广角），若干个透镜球面为非球面、超半球或自由曲面等面形。鱼眼式投影镜头等同于广角镜头。超广角镜头焦距为24mm，视场角可达84度；焦距为8mm，视角可达180度。采用鱼眼式镜头的短焦技术，由于技术上的原因，往往会造成桶形弯曲畸变量非常大，从而导致投影画面周边的曲线往往会被弯曲。而且如果要进行70英寸大小画面的投影距离往往需要1米左右的投射距离。

图4鱼眼式投影镜头光学系统

图5短焦投影镜头

采用自由曲面镜头+ 反射镜式镜头的超短焦技术

采用自由曲面镜头/反射镜的超短焦技术不仅畸变量小，投影画面变形量小，而且投影距离也较鱼眼式的镜头缩短了很多。投影70英寸大小画面所需的投射距离往往仅需要0.5米的距离。不过采用自由曲面镜头/反射镜技术也存在着设计方法与计算公式复杂，且其所要求的制作工艺很难掌握等问题。因此现今还没有被大量地推广。 

目前市场上出现的零距离的超短焦投影机，并非我们想象中的不需要投射距离而是光线通过镜面的反射，变相缩短了投射距离。光线从镜头中发射，在镜中反射一次，画面呈现在接口的后方，若我们采用正投方式，在方向上，零距离投影机的镜头其实是指向观众。零距离机型，必然采用反射式设计。换言之，采用反射式设计的超短焦机型，一定是零距离投影机。零距离投影，是民用商教领域的特有产品。产品的特点非常鲜明，投射比极其夸张，最牛的反射式可达到0.19。

光学自由曲面是非对性、不规则、不适合用统一的光学光程式来描述的光学曲面。光学自由曲面面形精度要求亚微米级，表面粗糙度达纳米级。加工工艺采用高精度压缩成型技术、多轴超精密金钢钻加工、微细加工研磨技术、高可靠薄膜设计等诸多综合基础技术，设计并加工出了自由曲面镜头/反射镜。自由曲面光学元件在光电产品、光通讯产品中应用日益广泛。

图6反射式超短焦

超短焦短焦投影机顺应社会的现状已经是未来的一个发展趋势。第一投射距离短：超短焦投影机在与传统投影机的对比下同样的距离，可以投射更大的画面。第二亮度损失小：亮度的高低决定着投影机的质量。

适宜使用环境以及投射画面的质量，超短焦投影机与传统投影机的对比下短焦有超短的投射距离，能够减少远距离投影所造成的光能损失，画面表现能力更强。

第三节省空间：超短焦投影机带来的最好好处就是降低了对空间的需求，节省空间适用小空间办公。第四避免画面遮挡：保证了画面的完整，避免了误入投射区域遮挡画面的尴尬。正是以上的这些优势所以广受用户的青睐，短焦的销售量也在呈逐年增长的趋势。顺利增长的短焦投影仪出货量今后还将呈增加趋势。据TSR的调查预测，到 2014年，将从2009年的34万台增至77万台，占台式投影仪出货量的10%。如此可见短焦技术将会是投影机市场的新宠儿。

总之 超短焦的优势很多，可以节省投影距离，可以更有效的利用光源，可以减少演示者出现阴影的范围。短焦投影也是互动手写，背投的首选产品。当然，工程投影机通过变换镜头，也可以实现这些功能，只是有些大材小用。短焦投影，符合商教应用的需求，是未来发展的趋势之一。但从光学系统设计的像差要求看，短焦投影物镜与像差畸变是个冤家，有短焦必然有畸变。在成本有限的范畴内，低价位的短焦镜头的对焦清晰度大幅降低，画面畸变明显，色彩均匀性不佳，亮度均匀性无法保证，严重影响观众的视觉效果。而对于高清影院产品，画质是最重要，连对焦都不准确的机型，当然谈不上图案清晰，色彩再好也无济于事。在高端产品中，有2、3款产品采用了零距离设计，显示效果差强人意，而且其售价高昂，不易被用户接受。

图7广角镜头拍摄效果