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【深度科普】貴得有底氣!一文搞懂投影機鏡頭

關于投影機鏡頭的科普,少之又少,我們會關注芯片、色輪、散熱等,有時候卻忽視了一眼就能看到的鏡頭。

從外觀看,投影機的鏡頭絕對是無法忽視的部位,炯炯有神的大眼,默默訴說光影成像的秘密。一旦開啟電源,又是另一番光芒奪目,不論內(nèi)部結構多復雜,鏡頭總是擔任光線把關人的角色,為成像效果守好最后一道關卡。

那么,鏡頭與成像間的聯(lián)系具體有哪些呢?明基視界(微信號BenQProjectors)帶你一探究竟。

看到的鏡頭只是冰山的一角

你以為的鏡頭是一大片透明的圓片,可實際上它卻可能是一個上寬下窄的光通道。下圖是明基工程投影機4K鏡頭,由金屬鏡筒和8組共16片全玻璃鏡片構成。

明基LK970采用的4K鏡頭組

由此得出一個結論,投影機鏡頭往往是由鏡筒和n枚鏡片構成。

由此也能得出一個困惑,為什么投影機鏡頭需要這么多零部件呢?

原因是不同的鏡片,作用也不同。鏡片影響到焦距大小、聚焦范圍和聚焦后的成像品質(zhì)。

每一片鏡片分工明確,有些是放大倍率,有些是聚焦范圍,為了調(diào)整色差、改善成像品質(zhì),有時還需要一片接一片地補償。

每當一束白光沖出鏡片,由于波長不同,會分出紅橙藍綠黃靛紫光,而且不會折射到同一點,就需要通過鏡片補償解決色差問題。

而且考慮到成本,并不是每支投影機產(chǎn)品都需要復雜的鏡頭組,亮度和精度要求不高的時候,不同鏡片數(shù)以及不同材質(zhì)鏡片互補搭配可達成期待的效果。

材質(zhì)影響鏡頭的效果

不同材質(zhì)的鏡片會對畫面造成不同的影響。就目前市面上的投影機鏡片來看,主要分為兩種,一種是玻璃鏡片 ,另一種則是樹脂(也稱塑膠)鏡片。

玻璃鏡片

1. 耐熱性能好。

2. 玻璃鏡片是經(jīng)過單個磨制而成的,加工性好,精度較高。

樹脂鏡片

1. 相比玻璃透鏡而言,耐熱性不足,高溫時會產(chǎn)生形變。

2. 樹脂透鏡是經(jīng)過磨具精密注塑成型的方法制造的,面型精度達到微米級,但對于加工環(huán)境等條件要求高,而且相對玻璃透鏡而言加工性能不穩(wěn)定。

物理特性方面,總體上玻璃優(yōu)于樹脂,但也不排除某些高階樹脂鏡片的性能媲美玻璃鏡片,除了純樹脂鏡頭組和純玻璃鏡頭組以外,也常常會出現(xiàn)兩種材質(zhì)鏡片互補搭配的鏡頭組。

玻璃鏡片在研磨過程中耗用大量人力與時間,導致產(chǎn)能與良率的提升較慢;而樹脂鏡片因為樹脂熔點低,便于成型大量制造,成本也較易控制,所以對性能要求低、以價格為導向的產(chǎn)品還是很有吸引力的。這也是市面上多數(shù)低流明微型投影機采用樹脂鏡頭的原因。

鏡筒的材質(zhì)也有類似的考量。鏡筒直接包裹鏡片,所以鏡筒的抗形變性也會影響鏡片,從而影響成像質(zhì)量。

同樣地,鏡筒材質(zhì)有兩種,金屬和樹脂。樹脂鏡筒由于受熱不均且導熱性不好,不同區(qū)域會產(chǎn)生不同大小的形變,從而發(fā)生虛焦和跑焦現(xiàn)象;金屬鏡筒受熱后由于導熱性良好,使得受熱均勻,鏡筒形變較小,相對樹脂鏡而言只有較小的跑焦現(xiàn)象發(fā)生,通過調(diào)焦可以得到修正。

不過,選擇什么材質(zhì)并非單從品質(zhì)角度。適用性足夠的情況下,一般機種對鏡頭的架設不會有太特別的要求,可以使用樹脂鏡筒,但是到了工程機或者一些高階的影音室機種,往往會使用金屬鏡筒。并且,相對于玻璃鏡頭長長的供應鏈,樹脂鏡頭一般是一條龍生產(chǎn),更適合大規(guī)模量產(chǎn)。

此玻璃非彼普通玻璃

投影機的玻璃鏡片就是一般的玻璃材質(zhì)嗎?顯然不是。

因為對光有特殊的要求,投影機采用的玻璃鏡片會在一般玻璃中摻入特殊的化合物與金屬,制成所需的光學玻璃。光學玻璃能夠改變光的傳播方向,并能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分布,滿足投影機光學系統(tǒng)的需求。再加上玻璃本身具有的耐熱性和透光性,理所當然成為投影機鏡片的上佳材質(zhì)。

鏡頭為什么需要高耐熱

和相機的光學原理不同,手機跟相機是由外收光,即外部光線透過鏡頭進入手機和相機中。

投影機就不一樣了,由內(nèi)向外發(fā)光,亮度越高,意味著成像畫面也就越不懼光。

隨之而來有個問題,光源產(chǎn)生熱量,如何耐熱和抗熱?除了內(nèi)部散熱系統(tǒng)外,重要的精密零件需要保證耐熱性能,因為一點點的變形都會影響到最終成像效果。

明基工程機LK970/LK990采用的水冷式系統(tǒng)

流明數(shù)越高內(nèi)部熱量也越高,有時候摸摸運行狀態(tài)的投影機,驚訝如暖手爐的手感。不過和內(nèi)部燈芯一千度比起來,表面的那點熱度小巫見大巫。想象一下,在那么小的機殼內(nèi)聚集那么高的熱量,要求鏡頭材質(zhì)足夠耐熱就很順理成章。

假使鏡頭耐熱性不足,會產(chǎn)生什么樣的后果呢?首先是鏡片變形,產(chǎn)生虛焦和跑焦現(xiàn)象。這時雖然可以重新調(diào)焦,但是治標不治本,總不能每次播放電影到一半還得停下來重新操作。最嚴重的一種變形是不可恢復的,造成不可逆的成像品質(zhì)損傷,整臺機器的使用性能都會大幅下降。

短焦鏡頭貴得有底氣

由于焦距比較短,短焦鏡頭在投影機鏡頭界屬于「刺兒頭」的角色,比較難設計。為了在那么短的鏡頭內(nèi)實現(xiàn)種種功能,會采用多片鏡頭補償。焦距越短的時候鏡頭越大,超短焦鏡頭更大,越大也意味著越貴。

不同光源下的鏡頭

光源對鏡頭設計的影響主要在于光圈F值的變化。光圈基本功能是控制光束通過的數(shù)量,F(xiàn)值則是指光圈大。‵值=鏡頭焦距/光圈口徑),F(xiàn)值越大代表光圈越小,對比度越高。汞燈機種通常F值較大,激光光源次之,到了LED光源則相對小。因應不同機種需求,鏡頭設計就會有所不同,所以并不是同樣焦段放下去就可以用,還要針對不同的光源特性做調(diào)整。

明基鏡頭組的優(yōu)勢是什么?

明基全球投影產(chǎn)品技術研發(fā)總監(jiān)黃振誠表示,「相對來講,明基投影機的鏡頭算蠻穩(wěn)定的,然后我們的制造性也很夠,所以品質(zhì)還不錯。因為我們的鏡頭是自己設計的,自己去畫鏡頭,進行整個鏡頭的設計,畫好之后才會找廠商照設計去做!

長期下來,在鏡頭的設計規(guī)格和檢驗規(guī)格上,下了一番功夫。每次如果有新的產(chǎn)品出來,因為產(chǎn)品的性能趨向一直在改變,調(diào)整鏡頭設計規(guī)格和檢驗規(guī)格,設置細化到怎么去訓練人員,要怎么樣測量機器的合規(guī)性,都是為了每款產(chǎn)品可以得到品質(zhì)保障。

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