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高清投影

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  投影显示系统与技术
一、投影镜头

 

在投影镜头的参数中,F代表镜头的透光度,F越小,镜头的透光性越好。镜头的光圈是用数值来表示的,一般从1.6-2.0,为使用方便,一个镜头设置多档光圈,光圈的数值越大,光圈就越小,光通量也越少,每一个镜头的最大光圈都用数值标在镜头的前方。焦距(f)通常从50-210mm,分为短焦、标准和长焦,还有超短和超长焦的。数值越小焦距越短,数值越大焦距越长,投影机对镜头焦距的要求正投一般在50-140mm,背投一般在35mm左右,焦距决定了打满预定尺寸时投影机与屏幕的距离,焦距越短,投影机与影幕的距离就越近,反之就越远。如果要在短距离投射大画面就需要选择短焦镜头的投影机,反之则需要选择长焦镜头。一般的投影机都为标准镜头。

二、投影光源

投影机灯泡是投影机的重要部件,属于易耗品,具有一定的使用寿命,在投影机使用过程中经常会遇到灯泡的购买和更换问题,因此,需要对投影光源的知识进行学习。常见的投影机灯泡品牌有飞利浦(型号:UHP)、爱普生(型号:UHE)、欧司朗(OSRAM 型号:VIP)、Matsushita(型号:UHM)、日本优志旺(USHIO 型号:UMPRD/UMVRD/NSH)、日本凤凰(PHOENIX 型号:SHP)、美国奇异(GE 型号:SHL)等。从类型上可分为超高压汞灯泡,超高压汞灯泡包括UHP,UMPRD,UHE,SHP等几种。

UHP灯泡的全称是(Ultra High Performance),属于超高压汞灯泡,其寿命较长,一般标称6000小时,最长的甚至标称12000小时,累计工作时间4000小时后亮度也不会出现明显的衰减。与UHE灯泡相比,不仅在相同功耗下,UHP灯泡能产生大光量,并能有效地抑制闪烁情况的发生,而且外形更小巧,亮度衰减更小,寿命更长。UHP灯泡是投影机的一种理想光源,只是其专利技术为飞利浦垄断,目前价格略有些高,一般都在3000元以上。UHP灯泡又分为100W、120W、150W、200W、250W。

UHE灯泡也属于超高压汞灯泡,价格大概在2000元左右,中档主流投影普遍采用的就是UHE。UHE灯泡利用光学原理滤除了红外线,发出冷光,热量比较小,能有效降低投影机功耗。UHE灯泡也是一种冷光源,灯泡使用寿命一般能达到3000小时以上,在工作时间达到2000小时后,亮度几乎不衰减。目前市面上的液晶投影仪多半是采用超高压汞灯。

金属卤素灯泡在灯泡的石英泡壳中加入钨丝灯丝,冲入氩气与添加微量的卤素气体。成本低、价格便宜,但使用寿命一般不超过2000小时,在使用过程中,金属卤素灯泡的亮度会衰减得非常厉害,总工作时间在1000小时之后投影图像效果会逐渐变差。此外,在灯泡处在点亮状态时,灯泡两端的电压一般在60V左右,灯泡内的气体压强较高,灯丝处于半熔状态,温度可高达上千度,对投影机的散热能力要求较高,不适合长时间使用。目前,金属卤素灯泡已逐步退出国内投影机灯泡市场,取而代之的则是冷光源高压汞灯泡。

氙灯也是液晶投影器的光源之一,即在灯泡的石英泡壳中冲入氙气,当电流通过时,极间距内放电,产生色温约5800K,接近自然光的连续光谱,是一种演色性相当好的光源,在使用寿命上,氙灯比超高压汞灯和金属卤化物灯短,不过超高亮度与宽广的输出功率范围使其可以使用在高阶或大型的投影仪上。当前由于氙灯技术含量较高、价格也比较贵,只应用在高端投影机上。与上述几类灯泡相比,氙灯有可随时开关的优点,并且氙灯关闭后可马上再次开启,这一点是以往的投影机灯泡做不到的。

需要注意的是:不同品牌,不同型号投影机使用的灯泡型号也不同,一般是不能互换使用的,因此用户购买灯泡应选择同品牌同型号的投影机灯泡,以免造成不必要的麻烦。
 

三、投影屏幕

(一)屏幕分类

从功能上分为反射式、透射式两类,反射式用于正投,透射式用于背投。

从质地上分为硬幕(金属幕)和软幕(玻璃微珠幕、白塑幕)。

1.白塑幕

属于漫反射型幕布,大多数产品的增益大约是1.0-1.5左右。由纺织线编织而成的底布,面层涂有特殊投影效果的PVC材料。优点在于所呈现的图像比较平实柔和,表面比较光滑,手感细腻,普通产品价格较便宜,白塑幕可擦洗,较玻珠的话视角广,光线分布均匀。缺点是容易受到周围环境光线的影响,从而导致画面的黑色层次感不好,图像过亮等现象。主要用于家庭、商业和教学。

2. 玻珠幕

玻璃微珠幕由纺织线编织成布底,表面涂有玻璃碎珠而制成,属于回射型幕布,手感不光滑,有颗粒状的玻珠,价格适中,其特点是光效率较高,抗环境光和漫反射能力强,所以玻珠幕一般增益通常在1.5以上。由于在屏幕上喷涂上一层很细小的玻璃球,因此它具有较强的反射率,特别对平射光的反射率较高。这种回射型屏幕的视角小于白塑幕但大于金属幕,但无法清洗、容易掉珠,主要应用于学校、办公。

3. 金属幕

金属面料的投影幕布,是将屏幕制作成细小的曲面形状,再在其表面涂以银色铝粉,属于漫反射型幕布,它的特点是方向性较强,不容易变脏或霉变,屏幕对光的反射率高,可以在较明亮的环境中使用,但视觉小,如果在侧面观赏时,图象会产生畸变且价格昂贵。

实际应用中,如果投影机流明足够或房间小、环境亮度低,建议使用白塑幕,实惠可清洗;教学及会议应用建议使用价格适中的玻珠幕。

(二)屏幕的尺寸与宽高

目前投影幕布按宽高比例分主要有16:9、4:3两大类,16:9主要用于家庭娱乐投影方面,主流家用投影机大多都是16:9的显示输出格式,为了能获得影院般的观影效果。4:3主要以演示、教学为主,在商务和教育行业用得最多。

屏幕尺寸指投出的画面的大小,一般用对角线尺寸表示,单位是英寸。该指标由投影光学变焦性能决定,要投放预定的尺寸,投影机与屏幕之间的距离需要匹配。根据各种投影机的镜头和亮度不同,画面尺寸与投影距离的关系有所不同,一般来讲亮度越高的投影机可以投出较大的画面,投影机根据镜头焦距都有一个最小画面尺寸和最大画面尺寸,在这两个尺寸之间投影机投射的画面可以清晰聚焦,如果超出这个范围,画面可能会出现不清晰和投影效果很差的情况。通用的屏幕尺寸一般单位为: 英寸(1英寸约等于2.54厘米,以对角线长度计量)

屏幕大小(英寸)

对应屏幕尺寸(米)

50英寸

1.0

0.75

60英寸

1.2

0.9

72英寸

1.5

1.1

84英寸

1.7

1.2

100英寸

2.0

1.5

120英寸

2.4

1.8

150英寸

3.0

2.2

200英寸

4.0

3.0

一般来说,在40-50平方米的家居或会客厅,投影机亮度建议选择800-1200流明之间,幕布对应选择60寸到72寸;在60-100平方米的小型会议室或标准教室,投影机亮度建议选择1500-2000流明之间,幕布对应选择80寸到100寸;在120-200平方米的中型会议室和阶梯教室,投影机亮度建议选择2000-3000流明之间,幕布对应选择120寸到150寸;在300平方米的大型会议室或礼堂,投影机多半要选择3000流明以上的专业工程用机,幕布则都在200寸以上。

(三)幕布增益与视角

1. 增益

增益用来衡量屏幕反射光线的数量。当入射光角度一定、入射光通量不变,屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比,叫做该方向上的亮度系数,把其中最大值称为屏幕的增益。通常把无光泽白墙的增益定为1,如果屏幕增益小于1,将削弱入射光;如果屏幕增益大于1,将反射或折射更多的入射光。屏幕增益和屏幕视角成反比关系,增益越高视角越小,越容易引起屏幕中某个区域过亮,影响观看效果。

2. 视角

屏幕在所有方向上的反射是不同的,在水平方向离屏幕中心越远,亮度越低;当亮度降到50%时的观看角度,定义为视角。在视角之内观看图像,亮度令人满意;在视角之外观看图像,亮度显得不够。一般来说屏幕的增益越大,视角越小(金属幕);增益越小,视角越大(白塑幕),对于人数较多的场合,可采用白塑幕扩大视角。

(四)投射方式

投影机的投射方式主要有正投和背投两种。通常反射式用于正投,透射式用于背投。

:投影机的安装位置与观众在屏幕的同侧,投影机发出的光线投射到屏幕,在屏幕上形成图象,然后光线再反射到人眼睛。工程中常见的有固定安装和便携式两种安装方式,固定安装要求有一块屏幕(电动幕)、投影机以及投影架(可升降式和固定式)。特别适用于教学演示、小型会议室等。

  :投影机的安装位置与观众在分位于屏幕的两侧,投影机发出的光线从屏幕的一侧通过反射系统经过背投硬幕的菲尼尔透镜在屏幕的观众侧散射成像,光线透过屏幕进入观众眼睛。这种方式不受环境和光线影响,可以和装修浑然一体,但需要考虑单独的背投间,适用于展馆、会议厅等。

 

五、投影距离

投影距离是指投影机镜头与屏幕之间的距离,一般用米来作为单位。在实际工程中,投影距离的计算是一个基本技能,例如在狭小的空间要获取大画面,需要选用配有广角镜头的投影机,这样就可以在很短的投影距离获得较大的投影画面尺寸;在影院和礼堂的环境投影距离很远的情况下,要想获得合适大小的画面,就需要选择配有远焦镜头的投影机,这样就可以在较远的投影距离也可以获得合适的画面尺寸,不至于画面太大而超出幕布大小。投影距离和画面尺寸与投影机的焦距和液晶片尺寸密切相关,关系如下:

(一)已知画面尺寸计算投射距离:

最小投射距离(米) = 最小焦距(米)x 画面尺寸(英寸)÷ 液晶片尺寸(英寸) 

最大投射距离(米) = 最大焦距(米)x 画面尺寸(英寸)÷ 液晶片尺寸(英寸) 

例如:焦距是26.5mm至31.5mm,液晶片尺寸是0.7英寸LCD板,需要获得85英寸的画面,则投影距离计算如下:

最小投射距离(米)=0.0265米 x 85英寸÷0.7英寸 = 3.217米 

最大投射距离(米)=0.0315米x 85英寸÷0.7英寸 = 3.825米 

(二)已知投射距离计算获得的画面尺寸:

最大投射画面(米) = 投射距离(米)x 液晶片尺寸(英寸)÷ 最小焦距(米)

最小投射画面(米) = 投射距离(米)x 液晶片尺寸(英寸)÷ 最大焦距(米)

例如:焦距是24mm至38.2 m液晶片尺寸是0.8英寸LCD板,投射距离为4米,求:最大的投射画面和最小的投射画面。

最大投射画面(英寸) =4米x 0.8英寸÷0.024米 = 133.3英寸 

最小投射画面(英寸) =4米x 0.8英寸÷0.0382米 = 83英寸 

长度单位换算公式:1英寸=2.54厘米=0.0254米 

(三)屏幕的宽度和高度

以屏幕宽高比为4:3为例,由勾股定理可知: 

屏幕宽度(米)=屏幕尺寸(英寸)x 0.0254米/英寸x 0.8 =屏幕尺寸÷50 

屏幕高度(米)=屏幕尺寸(英寸)x 0.0254米/英寸x 0.6 =屏幕尺寸÷66 

依此公式: 

60英寸的屏幕的宽度为60÷50=1.2(米)、高度为60÷66=0.909(米) 

150英寸的屏幕的宽度为150÷50=3(米)、高度为150÷66=2.27(米) 

200英寸的屏幕的宽度为200÷50=4(米)、高度为200÷66=3(米)

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