談到投影機大家首先是關(guān)心技術(shù)特點，其次是投影機相關(guān)的各個參數(shù)。似乎沒有人太在意投影機鏡頭對性能的影響。但是高清投影機鏡頭將顯示芯片圖像放大到標稱不失真最大值（例：300”約6.5Mx4M）時，放大倍數(shù)是巨大的。除了投影機對鏡頭結(jié)構(gòu)的限制外，保證顯示畫面清晰的同時，色彩、亮度、均勻度、失真、畸變、色散等一切都影響著投影機的圖像質(zhì)量。大家都知道；鏡頭的好壞一直是影響照相機成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，投影機當然也不會例外。

我國早期數(shù)字投影機通用規(guī)范（SJ/T11298-2003）中的第5項中要求了光學參數(shù)指標,明確的推出關(guān)于包含光學指標考核的色差、光學失真、會聚誤差、鏡頭聚焦等具體參數(shù)量值。很遺憾在后面GB/T28037-2011投影機通用規(guī)范中，則以產(chǎn)品廠方標準規(guī)定值作為計量。實際上放棄了光學的技術(shù)門檻。這將用戶辨識能力提高了檔次。似乎ISO/IEC21118 中的不完整性影響了我們行業(yè)對投影機的全面認識。但是有責任的廠家還會客觀實事求是的展示自己的全部技術(shù)參數(shù)。比如下面投影機廠家網(wǎng)上的鏡頭參數(shù)：

鏡頭型號：EN10

專利號：503-0035-00

鏡頭類型：廣角鏡頭

F 值：3.50

聚焦范圍：1.5 - 20.0 m

投影比：

0.95 : 1 (WUXGA)

0.95 : 1 (1080p)

1.03 : 1 (SXGA+)

焦距：19.68   mm

調(diào)制傳遞函數(shù): MTF   36 lp/mm (中心 60%, 邊角 40%)

光學失真：

< 1.45% at 1.5 m [ft]   近端

< 0.80% at 20.0 m [ft]  遠端

我們看到了光圈、焦距、調(diào)制傳遞函數(shù): MTF、光學失真的指標。

光圈（f-number，或稱“F比例”、“相對孔徑”、“光圈值”），表示鏡頭的焦距和實際光圈直徑大小的關(guān)系。即：焦比等于焦距數(shù)除以實際通光孔徑數(shù)。照相機通過控制光圈解決CCD通光量的窄寬容度問題。投影機沒有光圈這個控制光通量變化的必要。類似"動態(tài)虹膜"技術(shù)的光圈，實際是利用收縮的光圈，犧牲相對無效亮度，從而提高了圖象的對比度的模式應(yīng)用。但是鏡頭變焦過程中，真正投影鏡頭受到反遠距結(jié)構(gòu)、遠心結(jié)構(gòu)的限制，鏡頭通光光束仍有實際的光圈。只不過不是刻意制作的機械光圈。對于一個標準的變焦鏡頭，大多數(shù)廠家會告訴你投影比時的光圈值。比如：投影比；1.5-2.25:1，F(xiàn)值；1.89-2.65。光圈越大(F值越小)，鏡頭的通光率越大。照相機和投影機光學應(yīng)用是反向的。光學原理是一樣。典型照相機半級光圈值；f/# 1.0 1.2 1.4 1.7 2 2.4 2.8 3.3 4 4.8 5.6…..。，光圈調(diào)大一擋，光量減少1/2倍。光損是光圈級變化而相對遞進。按照看看下面的例子：

從上述表格可以看出。廣角端安裝實際光束光圈最大，亮度最大。也就是標稱亮度值又有效值。換句話說長焦端亮度相對廣角端有32%的光損。

如何破解上述問題呢？從光學基本公式可知：在焦強(光圈)不變的情況下，焦距增加一倍其透鏡直徑也必須增加一倍。

光圈F值=鏡頭焦距÷有效光束孔徑

為了保證廣角端的光通量。同樣相對孔徑的長焦鏡頭的透鏡直徑必須比廣角鏡頭大上幾倍。這也是是制造照相機恒定光圈變焦鏡頭的主要原理。是否可以借鑒照相機的鏡頭技術(shù)用于投影機鏡頭呢？還真有。CANON今年三月在廣州舉辦的“佳績共創(chuàng) 點亮未來”新品發(fā)布會上，推出了市面首款F2.8恒定光圈LCOS投影機。從而使得遠近的亮度不變。常規(guī)實現(xiàn)恒定光圈辦法： 采用變焦時光圈之后部分光路不發(fā)生變化。或是光路變化，光圈也發(fā)生相應(yīng)補償方式。

投影比示意圖

回到上述鏡頭參數(shù)表中的投影比和焦距。投影距離與投射畫面的寬度之比——投射比（D/W）,就成了投影機的一個重要指標，比值越小則說明同等投影距離內(nèi)投射畫面尺寸越大，反之則越小。業(yè)內(nèi)通過投影比劃分出超長焦、長焦、標準、短焦（廣角）、超短焦（超廣角）。由于光學芯片規(guī)格等因素，但并沒有清晰的量化數(shù)字界面。一般投影比1.5左右是標準鏡頭，1.0以下就是短焦。由于短焦技術(shù)相對難度問題，有人刻意劃分為小于0.6為超短焦。上面提到短焦投影機的鏡頭擁有大光圈，安裝距離短，光效高，畫面質(zhì)量相對較高。主講區(qū)域眩光影響少，工程應(yīng)用范圍寬泛。目前是投影機差異化發(fā)展最快的分支。目前看到的技術(shù)有；魚眼式短焦技術(shù)、采用自由曲面鏡頭（相差補正）+ 反射鏡式鏡頭的超短焦技術(shù)、鏡頭內(nèi)屈折光學技術(shù)、當然也包括鏡外反射投影技術(shù)。

超短焦投影機很容易產(chǎn)生畫面亮度的不均勻、色彩不一致和畫面的畸變，無論是正投式還是反射式超短焦的鏡面，都要求反射弧面需要有極其高的精準度。鏡頭素質(zhì)參差不齊，技術(shù)差異化巨大，產(chǎn)品少售價高。當然這需要嚴格的光學計算及鏡頭進行更精致的加工。設(shè)計中必須采用大口徑非球面設(shè)計，而這方面在模具制造、注塑加工、生產(chǎn)裝配上對于一般廠家都構(gòu)成了較大的技術(shù)屏障。

為了減少超短焦鏡頭的畸變，就要采用相應(yīng)的光學技術(shù)手段。光學失真為光學軸外的直型物體，呈現(xiàn)曲線時的鏡頭像差。鏡頭失真也稱為鏡頭畸變，可分為枕形失真和桶形失真，失真情況分為枕形失真桶形失真。如下圖示：

光學是真示意圖

投影鏡頭聚焦的鏡片構(gòu)造最簡單的就是球面鏡成像，球面鏡不能將所有光線聚焦在同一點，透過鏡片邊緣進入的光線會偏離焦點形成像差。尤其在大光圈的時候，有較多光線可以通過鏡片。最明顯就是一些光點虛化現(xiàn)象。由于不同光譜光線從邊緣位置進入的光線與中心聚焦產(chǎn)生偏差較大所致。為了對抗鏡頭畸變，大都采用非球面鏡技術(shù)、CANON發(fā)明的瑩石鏡頭技術(shù)，消色差雙透鏡技術(shù)。

通過一個凸透鏡產(chǎn)生的色差   通過一個凸透鏡產(chǎn)生的色差

據(jù)報道；CANON在生產(chǎn)非球面鏡片時，采用獨有的具有0.02微米研磨精度的批量生產(chǎn)加工技術(shù)。在1978年，還實現(xiàn)了高精度塑料成型的小光圈非球面鏡片的生產(chǎn)。隨后，推出了大光圈玻璃成型非球面鏡片，能夠以較低的成本將之應(yīng)用于單反相機的鏡頭。并且，還確立了在球面鏡片的表面形成一種紫外線硬化樹脂覆膜的復制非球面技術(shù)。   

凸凹鏡組合消除色差

同理，復色光被分解為單色光的現(xiàn)象，即被稱為“色散”。而這種現(xiàn)象導致的結(jié)果則被稱為色差，是由于鏡頭沒有把不同波長的光線聚焦到焦平面而造成的。它會導致畫面清晰度降低，畫面邊緣上出現(xiàn)異常顏色線條。天然螢石鏡片具有非常優(yōu)秀的消色差性能，但是其性質(zhì)并不是很穩(wěn)定，而且生產(chǎn)成本過于高昂，所以通常只應(yīng)用在極少數(shù)售價高達數(shù)萬元的高端鏡頭上。由于天然螢石結(jié)晶體積一般很小，而且質(zhì)地并不都很均勻，所以CANON公司開發(fā)了人工螢石結(jié)晶技術(shù)，制造出人工螢石鏡片，一般直接稱為螢石鏡片。由光學玻璃混合專利氧化物制造的鏡片被稱為超低色散鏡片，有著和螢石鏡片相近的光學性能和相對較低的成本。采用這些鏡片的鏡頭具有很強的抗色散能力，成像清晰度高，色差小。

最后讓我們看一下鏡頭參數(shù)中調(diào)制傳遞函數(shù)MTF，他是對鏡頭的銳度，反差和分辨率進行綜合評價的數(shù)值。但他不能反映出上面所說的鏡頭畸變和眩光。他的定義；成像時再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對比度。該指標對高清鏡頭評價更有意義。

調(diào)制度 =（ 照度的最大值-照度的最小值） /（ 照度的最大值 + 照度的最小值）。

MTF 值可以反映鏡頭的反差。當空間頻率提高，也就是正弦光柵的密度提高時，MTF 值逐漸下降，這時的MTF 曲線可以反映鏡頭的分辨率。鏡頭是以光軸為中心的對稱結(jié)構(gòu)，中心向各方向的成像素質(zhì)變化規(guī)律是相同的。由于像差等因素的影響，像場中某點與像場中心的距離越遠，其MTF 值一般呈下降的趨勢。

MTF示意圖

因此以像場中心到像場邊緣的距離為橫坐標，可以反映鏡頭邊緣的成像素質(zhì)。所以看到上述例子中鏡頭參數(shù)指標中有兩個值。不同焦距段、不同檔次、不同規(guī)格以及定焦和變焦等不同鏡頭的MTF 圖進行比較意義不大。因為它們的特性受設(shè)計規(guī)格、光學特性、像差以及成本、用料的影響很大。不具有嚴格的可比性。只有同檔次、同規(guī)格鏡頭的MTF 圖才具有比較意義。 不同廠家的鏡頭MTF 曲測試環(huán)境也存在差異，所以可比性也不大。

綜上所述，鏡頭的素質(zhì)是一個綜合表現(xiàn)，并不是一個單純的硬件指標就能決定所有。目前，具有鏡頭研發(fā)、生產(chǎn)的投影機廠家更具有優(yōu)勢。他們可以在投影機鏈路最后一個重要環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出更加積極的作用。比如CANON的LCOS投影機，本身后發(fā)投影機技術(shù)的優(yōu)勢，在色彩、顯示芯片、開口率、分辨率上有著明顯的差異優(yōu)點。針對1920X1200 LCOS顯示面板分辨率投影機，研發(fā)出2.7恒定光圈、投影比0.56、、內(nèi)置鏡頭75%偏移功能的低色散、低失真、無太陽光斑、偏軸式、1.36倍變比、19片15組小體積高MTF鏡頭。為LCOS投影錦上添花。用于工程、教育、展陳、會議。開創(chuàng)了投影行業(yè)的先河。當然，還有一個相對不錯的市場競爭的價格。當然，對于投影機產(chǎn)品的采購來說，性能與價格是永遠成正比的。我們相信；今年會有不同能力的廠家角力于高清短焦、高質(zhì)量投影鏡頭行業(yè)。