光在投影機中是非常重要的，沒有光，就沒有影象被投射出來，光路設計的的瑕疵，或者光路中元件有質量問題的話，不僅使投影機投影出的影響會產生亮度低、亮度不均勻、整機功率消耗過大，還會為投影機產品的壽命大大縮短。光路出現問題，或者光路的幾何尺寸公差過大，將會直接導致投影影象亮度變低、顏色出現偏差及投影影象的幾何畸形。 

　　在投影機光路中，除去光源燈外，UV/IR鍍膜玻璃、冷反光鏡濾、芯片、分光板（棱鏡）及鏡頭是光所經過的全部元器件，它們質量的優劣、設計的好壞將直接影響著每一臺投影機亮度的高低、圖象質量的好壞。但從根本上講，都是光路設計的優劣所決定的，而這些，就成為投影機除去LCD、DLP芯片外價格千差萬異的又一個因素。 

　　投影機的光路中除去芯片外，還有燈、分光系統、鏡頭，但投影機的散熱系統和光路也有一些關聯。所以，我們把散熱系統也納入了光路分析之中。 

　　光源（投影燈）在光路中的作用與影響： 

　　投影機燈泡的作用不用說大家也知道，它是為非自發光投影機提供光源的，：目前的非自發光投影機，他們采用的光源均為氣體放電燈！主要包括：UHP燈（超能燈）、UHE燈和金屬鹵素燈。 

　　作為照明燈其實有很多種，主要分為二大類：白熾燈和碘鎢燈等熱輻射型燈；高低壓氣體放電燈。在這兩大類照明燈中，只有UHP燈、UHE燈和金屬鹵素燈既能達到投影機所要求的光亮度（這些燈的發光效率都在80流明/瓦特以上）、色溫要求（這些燈的色溫特性都在4000K以上），又具有覆蓋整個可見光（360納米——760納米）全部范圍的發光頻譜。因而當仁不讓的擔當了投影機內的發光光源。 

　　UHP燈泡是一種理想的冷光源，但由于價格較高，一般應用于高檔投影機上。UHP燈產生冷光，外形小巧，在相同功耗下，能產生大光量，壽命較長，當衰竭時，即刻熄滅。優點是使用壽命長，一般可以正常使用4000小時以上，亮度衰減很小。為了達到更好的集光效果，近年來UHP光源的電弧極距減少到1.0mm，其壽命達10000小時以上，功率為200瓦，配備于投影機產品，重量僅4公斤，體積不到2升，便于攜帶，其屏幕照度超過1100流明，能夠達到明亮的XGA顯示水平。荷蘭飛利浦公司于1995年首先開發成功一種超高壓汞燈壽命更是長達12000小時。 

　　UHE燈泡也是一種冷光源，UHE燈泡是目前中檔投影機中廣泛采用的理想光源。優點是價格適中，在使用4000小時以前亮度幾乎不衰減。 

    金屬鹵素燈泡是最適合用做液晶投影顯示器的照明系統，這是由于它的高效率、高顯色性、高色溫和短弧距。金屬鹵素燈泡的優點是價格便宜，缺點是半衰期短，一般使用1000小時左右亮度就會降低到原先的一半左右。并且由于發熱高，對投影機散熱系統要求高，不宜做長時間（4小時以上）的投影使用。這種金屬鹵素燈泡在低端投影機中被廣泛使用。 

    除了UHP燈、UHE燈和金屬鹵素燈，一種新型照明光源——半導體LED電光源也隨著技術的進步而突飛猛進！目前白光LED燈的發光效率已經超過60流明/瓦特。但LED工業化產品目前的功率最大也僅在數瓦特內（目前工業化產品最大功率僅為3瓦特）徘徊。但其低廉的價格（比如東芝公司30流明產品“TL10W01-D”價格約37元；60流明產品“TL10W02-D”價格約52元。）將導致部分低端投影機產品的Mini化,對于一般的照明而言，采用多管并聯的方法可以提高其整體亮度，但對于投影機產品來說，卻無法采用多管并聯的方法，因為投影機所需的光源特點是點光源，而多管并聯無法做到這一點。

    在今年美國2005 CES展會上，數款（三星、三菱、富可視、明基等）采用LED光源、重量基本在400克左右的超迷你投影機已經商業化。三菱發布采用DLP技術的迷你投影機，這種投影機不使用交流電源，僅用電池供電，重量僅14盎司。分辨率為SVGA(800*600),能夠快速的啟動電源，擁有能使用10年以上的20000小時長壽命燈泡。具報道這種投影機將在今年7月將上市，預計售價為699美元，該機的備用電池售價約為199美元。隨著LED半導體電光源的介入，氣體放電燈價格昂貴、電源復雜、發熱量高等缺點將使它在低亮度投影機市場的份額迅速萎縮。但LED半導體電光源無法做到和氣體放電燈一樣動輒數百乃至上千瓦特的大功率特性，決定了它只能在投影機光源市場充當配角的地位。 

　　分光系統（棱鏡）在光路中的作用與影響： 

　　投影機單純就光路來說，也就分為兩種，單片機和三片機，（對于DLP中的兩片機，我們可以用簡單的理論把它歸入三片機中去！）兩種光路是不同的！前著是采用空間混色原理進行空間混色的！而后者的混色是疊加合成的！前著光路簡單但投影效果差，后者光路復雜但投影效果好！在價格上也是前者廉價，而后者昂貴！ 

　　以某透射型液晶投影機的光路為例，單片式液晶投影機的成像原理：首先光線通過冷光鏡（光學隔熱玻璃）、UV（紫外線）/IR（紅外線）截止鏡，濾掉紅外線和紫外線這樣的不可見光，紅外線和紫外線對LCD片有一定的損害作用。透過兩片多鏡頭鏡片將光線均勻化，并將UHP燈產生的圓錐形光校正為和投影圖像近似的矩形光線。在兩片鏡子之間的棱鏡用來將光線預先極性化，較之沒有該棱鏡的不對稱光箱，它可以減少光線的損失。光線下一步直射到液晶片上。在到達液晶片之前光線還需要透過一個凸透鏡和偏振片，凸透鏡的作用是將光線集中，偏振片則進一步將光線極性化，使得光線振動方向一致，可以被液晶片控制。最后光線經過液晶片，通過電路板驅動，液晶片上的各像素點有序開閉，產生了圖像，并通過每原色光的調校產生了豐富的色彩。最后光線最終匯聚在一起由鏡頭投射出去。單片機的光路比較簡單，投影燈發出的光經過凹面鏡會聚后形成光束，然后經過光學隔熱玻璃吸收掉紫外線、紅外線后進入成像元件（LCD、DLP或LCOS）經過光學元件的調制，形成被調制的彩色圖象，然后由投影機的鏡頭投射出去，形成最終的可視影象。 

    以某透射型液晶投影機的光路為例，三片式液晶投影機的成像原理：首先光線通過冷光鏡（光學隔熱玻璃）、UV（紫外線）/IR（紅外線）截止鏡，濾掉紅外線和紫外線這樣的不可見光，紅外線和紫外線對LCD片有一定的損害作用。透過兩片多鏡頭鏡片將光線均勻化，并將UHP燈產生的圓錐形光校正為和投影圖像近似的矩形光線。在兩片鏡子之間的棱鏡用來將光線預先極性化，較之沒有該棱鏡的不對稱光箱，它可以減少光線的損失。光線下一步被分光鏡分為紅、綠、藍三原色并被分別反射到相應的液晶片上。在到達液晶片之前光線還需要透過一個凸透鏡和偏振片，凸透鏡的作用是將光線集中，偏振片則進一步將光線極性化，使得光線振動方向一致，可以被液晶片控制。最后光線經過液晶片，通過電路板驅動，液晶片上的各像素點有序開閉，產生了圖像，并通過每原色光的調校產生了豐富的色彩。最后三路光線最終匯聚在一起由鏡頭投射出去，形成最終的可視影象。 

　　從上面可以看出：在光路中三片機比單片機多了棱鏡分光系統，單從光路中可以看出，三片機比單片機成本要高了很多！這成本中不僅有棱鏡的成本，還有投影機體積、模具上的成本增加！三基色重合的前提條件是精密的模具加工與安裝的精密調整！所以說，與單片機相比，三片機的價格是昂貴的！對于投影機系統來說，無論是透射型芯片（LCD單片機、LCD三片機），還是反射型芯片（DLP單片機、兩片機和三片機及LCOS投影機），光路基本上是一致的，唯一不同的是透射型芯片LCD單片機、LCD三片機）的光路是穿投芯片后射出，而反射型芯片的光路是在芯片上反射出來！ 

　　LCD 的優點是光效率高。 LCD投影機比用相同瓦數光源燈的DLP投影機有更高的ANSI流明光輸出，在高亮度競爭中,LCD依然占著優勢。7公斤重量級左右的投影機中，能達到3000ANSI流明以上亮度的，都是LCD投影機。LCD的缺點：LCD投影機明顯缺點是黑色層次表現太差，對比度不是很高。LCD投影機表現的黑色，看起來總是灰蒙蒙的，陰影部分就顯得昏暗而毫無細節。這點非常不適合播放電影一類的視頻，對于文字到是與DLP投影機差別不是很大。 

　　鏡頭在光路中的作用與影響： 

　　對于鏡頭，最關鍵的參數就是光圈F值的大小，對于投影機，投影鏡頭是投影機光路中的最后一個環節，（當然，影象從鏡頭出來，光路還要在空氣介質中傳播，然后經過幕反射（正投安裝方式）或幕透射（背投安裝方式）進入觀看者的眼中。在這里我們不討論這些，光路討論只到投影鏡頭為止。）光圈大（光圈的大小和F值成反比，F值越小，光圈越大，理想狀態下，F值為1，但只要有光學元件存在，就不可能達到1。焦距與光學鏡片的比值就是F值。）投影影象的亮度就高，對于定焦鏡頭來說，光圈值是一個恒定值，對于變焦鏡頭來說，通過F值的定義我們可以看出，由于焦距的改變，它的數值是是在一個范圍內。比如F2.8——F3.4。投影機的光圈值是個非常重要的參數，舉個例子，同樣的機器，使用F值不同的鏡頭，其亮度的區別是非常大的！比如F2.8的投影機，就是F4的投影機亮度的二倍，是F5.6投影機亮度的四倍，是F8投影機亮度的八倍…… 

　　任何兩只鏡頭，只要它們的f值相同，那么它們所傳送的光量就是完全一樣的。例如，兩只不同的鏡頭均為f/2.8，那么就會有相同的光量通過鏡頭到達銀幕。不一定投影機鏡頭大，它的F值就大，它是和鏡頭的焦距有密切關系的！有可能一支口徑小的投影機鏡頭F值比大鏡頭的F值還要小，（通光量更大）。 

　　焦距也是用數值來表示的，通常從50-210，分為短焦、標準和長焦，還有超短和超長焦的。數值越小焦距越短，數值越大焦距越長，投影機對鏡頭焦距的要求正投一般在50-140，背投一般在35左右，焦距決定了打滿預定尺寸時投影機與影幕的距離，焦距越短，投影機與影幕的距離就越近，反之就越遠。如果要在短距離投射大畫面就需要選擇短焦鏡頭的投影機，反之則需要選擇長焦鏡頭。一般的投影機都為標準鏡頭。 

　　鏡頭的焦距決定了該鏡頭在投影機與銀幕距離一定的條件下所能形成影像的大小。那么鏡頭的焦距越短，則投影在銀幕上的影像就越大。 

　　注1：此項參數為投影機與銀幕為同一距離時的亮度、影象尺寸大小。 
　　注2：該項參數是在一般的同類產品比較中的可比性參數。 
　　注3：觀看舒適度為投影機在放置時對觀看者的影響，以影響越小越舒適為標準。 
　　注4：使用便宜度是投影機在滿足其放映條件下，觀看者操作投影機的方便程度。 

　散熱系統對光路的影響： 

　　投影機的熱量主要來源于投影機內部的成像系統、投影機的電源部分以及投影燈泡這三部分。投影機需要強度很高的亮度，為了能達到很高的投影亮度，目前投影機普遍采用的是金屬鹵素燈泡、UHE燈泡、UHP燈泡這三種光源，這些燈泡的共同特點是發熱量高，燈泡發出的光，雖然經過了冷光鏡（光學隔熱玻璃）、UV（紫外線）/IR（紅外線）截止鏡等多種濾除紅外線的措施，但仍有很多熱量集中在液晶板、偏振片等小面積器件上。如果不及時把這些熱量從投影機中迅速排開，那么就會使得投影機內部產生高溫，在高溫情況下，投影機的工作效率就會將低，而且長時間工作下去的話，投影機的使用壽命也會大大縮短的。 

　　不同來源的熱量對投影機造成傷害的位置和程度都是不一樣的。由投影機成像系統散發出來的大量熱量會導致投影機內部溫度迅速升高，而投影機燈泡內壁的石英在高溫下會發生失透現象，產生白色的斑點，由于失透處大量阻擋光線，使該局部區域溫度異常升高，進而引起失透區域進一步擴大，從而使亮度迅速衰減，并且很可能導致燈泡爆炸。此外投影機內部的芯片板自身的物理性質決定了它的工作溫度不允許太高，其他光學部件一旦溫度超過其承受范圍也會造成光學元器件的損壞。 

　　還有一點就是散熱系統的長時間工作將直接導致投影機光路的灰塵污染。由于散熱系統中風扇的持續工作，導致灰塵在光學器件、LCD板（DLP板）的積累，使投影機投影機出的圖象出現小范圍內的黑斑；而投影機電源部分所散發出來的熱量會導致電源部分溫度過高，這樣會導致投影機內部的電源部分、信號退偶部分的電解電容干涸，這些電解電容容量下降、甚至消失，從而導致投影機出現無法消除的干擾、信噪比降低及嚴重的電源開關管燒毀事故。 

　　為了保證投影機的使用安全，將投影機放置在有空調的環境中，以便降低投影機的使用環境溫度；盡量讓投影機遠離用戶，以免風扇發出的噪音對人體造成影響等。投影機所產生的噪音會使人降低觀看效果，建議購買散熱風扇噪音不超過35分貝的投影機。 

　　不同光路的投影機會導致價格差異懸殊： 

　　從以上的光源（投影燈）在光路中的作用與影響、分光系統（棱鏡）在光路中的作用與影響、鏡頭在光路中的作用與影響、散熱系統對光路的影響四方面分析中可以看出，投影機光路的涉及范圍是很多的，影響投影機成本的因素除了LCD、DLP芯片、信號處理變換電源電路及機殼等關鍵元件外，投影機的光路中所選取的元件的好壞、光路設計的優劣也是非常重要的！優秀的光路設計，能在同樣的亮度情況下，有效地降低投影機燈功率、降低對散熱系統的要求有著舉足輕重的作用！對于某一方面的側重與要求、對某一方面的簡化與省略，便形成了投影機市場的許多相同參數的投影機具有不同價格的主要原因。對于投影機產品的采購來說，性能與價格是永遠成正比的。應該說，買什么參數都是一流的投影機不是理智的，合理的舍棄某一參數，突出自己對投影機某一方面參數的確定，獲得自己滿意的投影機產品便成了廣大選購者在熊掌與魚之間的如何抉擇問題了！ 

　　影象亮度大小的作用與影響： 

　　投影機的亮度在使用中，與投影機距離屏幕的遠近和屏幕視角，以及幕的增益有很大關系。不同亮度的產品的差異主要表現在圖像的清晰度、色彩的明銳度、亮暗部灰度層次上，也就是說，亮度高的產品的圖像更清晰、色彩的明銳度更高、亮部和暗部的灰度表現更完整。對于普通的文本應用，亮度差異對圖像的影響并不明顯。 

　　基本概念：投影機的亮度 “light out” 是投影機主要的技術指標, “light out”通常以光通量來表示，光通量是描述單位時間內光源輻射產生視覺響應強弱的能力，單位是流明。投影機表示光通量的國際標準單位是ANSI流明，ANSI流明是美國國家標準化協會制定的測量投影機光通量的方法，測定環境如下： 1) 投影機與幕之間距離：2.4米。2) 幕為60英寸。3) 用測光筆測量屏幕“田”字形九個交叉點上的各點照度，乘以面積，得到投影畫面的9個點的亮度。4) 求出9個點亮度的平均值，就是ANSI流明。 

　　亮度的比較：LCD投影機屬于透射式投影方式，主要依靠提高光源效率、減少光學組件能量損耗、提高液晶面板開口率和加裝微透鏡等技術手段來提高亮度。DLP技術屬于反射式投影方式，其主要通過改進色輪技術、改變微鏡傾角和減少光路損耗等手段提高亮度指標。 

　　投影機亮度和幕的選擇：亮度是投影機產品輸出到屏幕上的光線強度，也是投影圖像的明亮程度。一般情況下，投影機的亮度越高，投射到屏幕上的相同尺寸的圖像越明亮，圖像也就越清晰。然而人眼能夠感知的圖像的明亮程度并不僅僅取決于投影機的亮度，與環境光強度、圖像的尺寸都有很大關系。環境光越強，人眼感知的圖像的亮度相對就越暗淡。因此用戶一定要根據自己投影機使用的環境條件選擇合適的亮度，并不一定是越亮越好。因為在其他指標相同的情況下，亮度越高，投影機的價格也會越高，同時人眼感知圖像的亮度會有一定范圍，超過這個范圍，人眼會感覺到不舒服，尤其是長時間觀看亮度過高的圖像會使人眼產生疲勞，并造成一定傷害。 

　　需要提醒用戶的是，用戶除了要根據空間大小來選擇亮度指標外，還要考慮使用環境的光線條件、屏幕類型等因素。同樣的亮度，不同環境光線條件和不同的屏幕類型都會產生不同的顯示效果。用戶在選擇投影機產品時，對于亮度指標要有一個余度。由于投影機的亮度很大程度上取決于投影機中的燈泡，燈泡的亮度輸出會隨著使用時間而衰減，必然會造成投影機亮度的下降。投影機產品在使用的2000小時后，亮度衰減很快，因此用戶在選擇投影機產品時，一定要對亮度指標有一個全面的考慮。

　　以上就是筆者通過各個方面對光路設計及影響及發揮的因素進行了較全面的分析，希望能夠讓大家對投影機內部的構造有一個較好的認識。

來源：IT世界