投影儀
投影儀又稱投影機,是一種可以將圖像或視頻投射到屏幕上的設備。它可以通過不同的接口與游戲機、DV電腦、VCD、DVD和BD連接,播放相應的視頻信號。
投影儀是一種精密電子產品,它集成了機械、液晶或DMD和電子電路技術,可以產生視聽和圖形效果。根據工作方式的不同,有CRT、LCD和DLP等不同類型。隨著計算機多媒體技術的飛速發展,傳統的CRT顯示器難以滿足人們的需求,而屏幕投影技術成為解決彩色大屏幕顯示問題的有效途徑。自20世紀90年代以來,“家庭影院”的概念迅速衍生和普及,投影儀開始探索家庭市場。為了滿足消費者的需求,微型投影儀是投影行業的發展趨勢之一。它因其體積小,便于攜帶和大屏幕效果而受到消費者的青睞。隨著投影儀技術的不斷進步,投影儀在功能上也在不斷突破,具有流行的2D/3D觀看效果,您可以在家中享受電影院的待遇。
投影儀廣泛應用于家庭、辦公室、學校和娛樂場所。隨著諾基亞、摩托羅拉、三星、佳能等企業相繼開發出可與手機連接的微型投影儀,實現手機與投影的同步共享已經成為可能。如今微投影的發展已初具規模,并在手機、電腦、音樂播放器和數碼相機等領域得到進一步發展。2020年前后,極米、堅果、貝當等新品牌迅速崛起,中國智能投影儀市場進入增長快車道。作為新時代的視聽娛樂工具,滿足用戶的觀影需求是智能投影儀的首要使命。與電視和高清電腦的大屏幕顯示器相比,智能投影儀輕便易攜帶,更容易受到年輕人的青睞。
發展歷史
起源
根據《漢書·外戚傳》的記載,漢武帝因愛妾李夫人的死而悲痛欲絕。道士李少翁在干凈的房間里掛了一張薄窗簾,在里面點了一支蠟燭,并將李夫人衣服的影子投射在薄窗簾上,以驅散漢武帝的悲痛。這種投影玩法可以說是世界上最早有記載的幻燈片投影技術。此外,在皮影戲和古代生活中的燈籠中也可以看到投影技術的應用,這可以說是投影儀的經典版本。這也為后來投影投影儀的發明提供了基礎。
發展
1640年,耶穌會教士奇瑟發明了一種叫做神燈的幻燈機,利用透鏡和鏡子反射光線的原理,將一系列畫面反射到墻上。本發明揭示了投影儀的工作原理。
1654年,德國猶太人基沙爾首次描述了投影儀的發明。最初,幻燈機的形狀是一個鐵方盒,前面的圓筒中使用了一個滑動凸透鏡,形成一個簡單的透鏡。鏡頭和鐵皮箱之間有一個可調焦距的面板,盒子里安裝了燭光作為光源。使用時,將幻燈機放置在暗室中,將幻燈片插入凸透鏡后面的凹槽中,點燃蠟燭,光源經反射器反射會聚,光束通過透明畫面和透鏡反射到墻幕上,從而達到提前投影的效果。
在工業革命的推動下,幻燈機也進入了工業化時代。幻燈機的工業化生產始于1845年,光源由最初的蠟燭改為油燈、蒸汽燈,最后改為電光源。然后在光源后面安裝一個凹面反射器,提高了畫面的質量和亮度。隨著光源的增加,機箱的溫度也隨之升高。為了散熱,幻燈機配備了排氣散熱結構,還可以自動輸送膠片。
采用CRT技術開發的投影儀是真正意義上的第一代投影儀。CRT技術的研究和發展可以追溯到20世紀50年代以前。1980年,為了讓飛機乘客在飛行中欣賞電影,飛機上安裝了屬于VideoGrade的CRT投影儀,三槍機正式用于商業用途。最早的家用三槍機是連屏的,外觀很有意思,投影幕只需要幾十個小時,類似于現在的背投電視,但價格昂貴,市場反應一般。
隨著投影技術的不斷發展,LCD技術開始出現,結束了投影儀市場上只有一種CRT顯示技術的局面。1987年,TI開發了全新的DLP投影技術,這是繼CRT和LCD之后投影技術的重大創新。它從一開始就專注于便攜功能。1989年,愛普生擁有制造液晶面板的核心技術。同年,全球首款液晶投影儀——愛普生的VPL-2000誕生,在投影行業掀起了一股液晶狂潮。巴可、東芝、凱希和明基都推出了自己的新型投影產品。1996年,TI首款搭載DLP技術的投影儀上市。同年,LCD投影儀推出了3LCD技術,在穩定性和色彩表現方面取得了重大突破。經過長時間的發展,三片式LCD和DLP技術已經成為投影行業的主流技術。
后來,為了滿足市場和消費者的需求,許多制造商轉向微型投影儀進行開發。微縮模型主要分為兩類。一類是“獨立”投影儀,它比普通投影儀小,重量一般不到0.2千克(見圖4),可用于人們隨時隨地分享圖片或視頻。另一種是“嵌入式投影儀”,它不是獨立的投影儀,而是嵌入在手機、數碼相機、筆記本電腦等各種便攜式數碼產品中。嵌入式模塊包括藍牙模塊、WI-FI模塊等。,使其可以實現移動投影。因此,微型投影儀受到廣大投影用戶的青睞,市場潛力巨大。市場上不斷推出各種類型的微型投影儀,其功能也在不斷豐富。
隨著高品質用戶對投影的需求越來越高,智能投影儀逐漸普及。目前,智能投影已經基本完成了4K演進。除了清晰度的提高,亮度和音量等其他相關屬性也將同步優化,這可以大大增強消費者的體驗。此外,智能投影儀的產品特點和優勢也很明顯。它可以帶來100英寸的大屏幕和身臨其境的觀看體驗,并且在便攜性、可變尺寸和健康護眼方面更加完美。
原理結構
操作原理
目前常見的微型投影儀由三個關鍵部件組成:光源、顯示芯片和光引擎。其基本工作原理是投影儀首先將光照射在圖像顯示元件上以產生圖像,然后通過透鏡將其投影。無論哪種類型,投影燈的光都分為三種顏色:紅色、綠色和藍色,然后生成各種顏色的圖像。然后通過棱鏡將三色圖像合成為一幅圖像,最后通過透鏡投影到屏幕上。投影儀中的透鏡相當于凸透鏡。當物體位于凸透鏡的雙焦距和雙焦距之間(2f》u》f)時,幻燈片上來自物體的光將通過凸透鏡形成物體的倒置和放大的實像。然后平面鏡改變光的傳播方向,使圖像投射到十幾英寸甚至幾百英寸的大屏幕上。
內部結構
微型投影儀在原理上與傳統投影儀基本相同。微投影光學引擎由三原色LCD光源、LED光源聚光系統、均勻光準直系統、全反射棱鏡、數字微鏡陣列(DMD)、投影光學鏡頭、LED驅動電路、DLP視頻數據處理和DMD控制電路以及人機接口模塊組成。硬件平臺由光源系統、電源系統、投影驅動系統和控制面板四部分組成。其典型結構如下圖所示。
主要技術
到目前為止,投影儀已經形成了CRT(陰極射線管)投影儀、LCD(液晶顯示器)投影儀和DLP(數字光處理器投影儀)三個系列,其技術原理各不相同。
陰極射線管投影儀:投影技術是隨著電子信息技術的進步和市場對投影儀的巨大需求而發展起來的。最早的投影儀使用CRT技術,可以追溯到20世紀50年代之前。與CRT顯示器類似,它是最早的投影技術,俗稱“三槍投影儀”。CRT投影儀的特點是使用壽命長、圖像還原性好、色彩豐富生動。但由于技術限制,它不能滿足高亮度和高分辨率的要求,而且體積笨重,操作調節(如對焦)復雜,因此已基本淘汰。
液晶投影儀:液晶投影儀是液晶、照明和集成電路發展帶來的高科技產品。其核心技術是液晶面板的制造,液晶面板也是投影儀的成像器件。它利用液晶的光電效應,即在電場的作用下,液晶分子的排列發生變化,細胞的反射率或透射率受到影響,光學性質發生變化,使其產生不同顏色和灰度級的圖像。此外,LCD面板的尺寸也與投影亮度和分辨率密切相關。目前分辨率更高的機器可以達到4096×2048(UXGA),部分影院級投影儀的光度可以超過7000(ANSI)。高質量的圖像色彩和亮度,適合各種視頻播放。三片式LCD液晶投影儀的成像原理(見下圖),以松下LCD投影儀的光路為例:首先通過濾光片濾除具有一定損傷的紅外和紫外光,然后利用多透鏡透鏡使光均勻化,并將錐形光束校正為矩形光,然后通過棱鏡使光偏振,分光鏡將光分為紅、綠、藍(RGB)三原色,并通過凸透鏡和偏振器使光聚集并進一步偏振。將其反射到相應的液晶面板上,液晶面板將通過電路板驅動可控光并有序地打開和關閉像素,從而產生豐富的彩色圖像。最后,三種光線將聚集在一起,由透鏡投射。
數字光處理器投影儀:DLP投影儀的技術是反射式投影技術。反射式DMD器件的應用使DLP投影儀的圖像清晰度大大提高,畫面層次均勻,色彩鮮艷銳利,畫質穩定。DLP投影儀具有體積小、圖像對比度高、顆粒感不明顯等優點,是當今投影儀的發展方向。DLP技術需要先通過復雜的數字處理對圖像信號進行處理,然后將光線投射到屏幕上。它的核心器件是DMD。DMD是德州儀器公司開發的產品,用于完成數字視頻信號與視覺圖像之間的轉換。DLP投影技術采用數字微鏡芯片(DMD)作為主要核心處理元件,實現數字光學處理。其原理是投影燈泡發出的光源通過透鏡和光棒使光均勻化,然后通過高速旋轉的色輪將光分為紅、綠、藍和RGB三原色,然后通過透鏡將顏色投影到DMD芯片上,最后通過投影透鏡反射在投影屏幕上形成圖像。
性能指標
ANSI流明度:亮度的國際單位是ANSI流明,它直接關系到觀看者是否能清晰地識別屏幕上的圖形和字符。目前市面上主流機型的亮度在800ANSI流明左右。原則上,亮度越大,清晰度越高。但是,亮度和環境的對比度太相似,會損害眼睛。在普通的室內照明環境中,屏幕亮度約為100Lux,因此只需在屏幕上投影200Lux亮度的圖像即可滿足要求。
分解率:有三種分辨率:可尋址分辨率、RGB分辨率和視頻分辨率。對于CRT投影儀,可尋址分辨率是指投影管的最高分辨率像素,主要由投影管的聚焦性能決定,是投影管質量指標的重要參數。可尋址分辨率應高于RGB分辨率。RGB分辨率是指投影儀在接收RGB分辨率視頻信號時所能達到的最高像素。例如分辨率為1024×768,這意味著水平分辨率為1024,垂直分辨率為768。RGB分辨率與水平掃描頻率、垂直掃描頻率和視頻帶寬有關。
高對比度:對比度反映了投影儀投影畫面的最亮區域和最暗區域的比率,即黑與白的比率,即從黑到白的漸變。對比度對視覺效果的影響僅次于亮度指標。一般來說,對比度越大,圖像越清晰。
任何投影儀投影出來的畫面都會有中心區域和四角亮度不一樣的現象。均勻性是邊緣亮度與中心亮度的比率。均勻度越高,畫面的均勻性越好。
制品規格
投影儀最重要的指標之一是光通量。流明數越高越亮。另一個重要指標是對比度。當投影儀具有高對比度時,投影的畫面將更加節稅,顏色將更加飽和。投影儀另外兩個非常重要的指標是分辨率和均勻度,這有利于保持畫面的一致性。
產品設計
外觀設計
對于播放設備來說,傳統的播放設備存在屏幕小、分辨率不清晰等問題。而電視電腦又太大無法攜帶,所以迷你投影儀逐漸走進了人們的生活。現有的微型投影儀產品,建模的基本模型都在立方體的范圍內,變化不大,建模本身也比較簡單。在造型風格方面,它更傾向于簡潔和現代,突出產品的科技屬性。
材料選擇
從最基本的窗簾材料來說,主要有三種:白色塑料、玻璃纖維和PVC。白色塑料窗簾:市面上最常見的窗簾之一,具有反光均勻、視角廣、價格低廉、色彩還原自然等優點,適用于各種使用場景。玻璃纖維窗簾:即玻璃纖維窗簾,由玻璃纖維編織而成,并涂有特殊的PVC材料,可分為白色玻璃纖維和灰色玻璃纖維。玻璃纖維窗簾的增益和對比度可以優于普通白色塑料窗簾,而且不易變黃和卷曲,比普通白色塑料窗簾平整耐用。PVC窗簾:通常被稱為“PVC軟窗簾”。它由柔軟而有彈性的材料制成,具有一般的平整度。它可以制成畫框窗簾或電動拉繩窗簾,因為呈現的畫面更立體和透明,它多用于高端家庭影院。
鏡片材料有三種:樹脂鏡片、樹脂玻璃混合鏡片和玻璃鏡片。市場上主要流通的是樹脂鏡片和樹脂玻璃的混合鏡片,廠家通常會對這類鏡片進行各種包裝宣傳。然而,無論鏡片如何包裝,都無法避免樹脂鏡片的一個先天缺陷:耐熱性差。只要長時間工作,就會導致機身發熱,從而使樹脂鏡頭“熱脹冷縮”,導致微投影熱散焦畫面模糊。而玻璃鏡片不會有這個問題,但由于成本的原因,更多的廠商選擇樹脂或樹脂玻璃的混合鏡片。
光源類型
LED光源LED光源的核心是LED,它是一種可以將電能轉化為可見光光源的半導體器件。它的主體是一個PN結,需要在兩端施加電壓,然后電流就會從陽極流向陰極,半導體晶體就會發出不同顏色的光。LED燈中的電流越強,光源的強度就越大。LED光源使用壽命長、色彩還原性好、顯示圖像色彩鮮艷、噪聲低、成像結構相對簡單,可以大大減小投影儀的尺寸,降低投影儀的功耗。
激光光源具有亮度極高的特點。激光本身定向發光,光束發散幅度極其有限,接近平行狀態,因此能量密度極高,是目前人造光源中亮度最高的光源類型。此外,激光光源的色域很廣,自然界中有超過1000萬種顏色。傳統光源只能顯示大約30%的顏色,而激光投影儀可以顯示90%以上的顏色。
產品分類
結構原理分類
目前,投影儀根據其結構和設計原理可分為四類:液晶投影儀(LCD)、陰極射線管投影儀(CRT)、硅液晶投影儀(LCOS)和數字光處理投影儀(DLP),其中LCD是應用最廣泛的一種,也是技術成熟的透射式投影儀。它在畫質穩定性、色彩還原度、飽和度和光線利用率方面都有很大的優勢,也是一種適合學校教學的投影設備。LCD投影儀可分為三種類型和一種類型,全球制造商主要包括松下、三菱、三洋、NEC、索尼和愛普生。
應用場景分類
家用市場:縱觀投影市場,主流家用投影儀品牌有極米、堅果、貝當、天貓魔屏、明基、索尼、米家、愛普生、優派等。此外,最好選擇內置Android系統、支持4K片源、硬解碼技術、大存儲、ANSI流明光源亮度、低噪聲和出色音質的投影產品。
教育市場:主要面向學校,主要參數為2500~3500lm。重量適中,適合安裝和短距離移動,性價比相對較高,適合大量購買和推廣。
商務市場:主要用于企事業單位的小型會議室,主要參數為3000~3500lm。商務便攜式投影儀具有體積小、重量輕、移動性強的優點,是移動商務用戶進行移動商務演示的首選。
明基E582作為一款智能商務投影儀,還支持大屏批注、視窗回控等交互功能,對于會議效率的提升有很大幫助。此外,在藍牙鼠標和鍵盤等外設的支持下,u盤多格式文件直讀、內置16G存儲和云文件共享等功能甚至可以在不使用電腦等設備的情況下完成互動高效的會議。
工程機:主要用于大型階梯型商場和戶外廣告,主要參數為10000~35000lm。工程投影機的投影面積更大、距離更遠、亮度更高,可以更好地應對大而多變的安裝環境。
娛樂市場用機:主要針對KTV場所,主要參數為2500~3000lm。這類投影儀更注重穩定性和低故障率,散熱性能、網絡功能和使用便利性都很強。
按光源分類
投影儀的光源是影響成像效果和使用時間的重要設備。傳統光源是金屬鹵素燈泡(高熱量,不適合長期使用)、氙燈和超高壓汞燈(UHE和UHP燈)。UHP燈泡是目前使用最廣泛的光源。它的形狀緊湊,在相同的功耗下可以產生大量的光,并且壽命長。出現故障時會立即熄滅,一般可正常使用4000小時以上。固態(半導體)光源主要包括LED燈、激光光源和LED激光混合光源。使用LED燈作為投影儀光源可以使用白光光源LED或RGB三基色LED。使用RGB三基色LED比使用白光LED更有效。與傳統高壓汞燈相比,激光光源為無汞環保光源,使用壽命可達10000/20000h(正常/節能模式)。采用增強型智能節能技術,結合激光光源的特點,可以達到節能效果。
顯示源性質分類
投影儀可分為視頻型和數據型。視頻投影儀針對視頻進行了優化,其特點是亮度約為1000流明,對比度高,投影畫面的縱橫比為16: 9,以及各種視頻端口,適用于播放電影和高清電視。數據投影儀主要顯示微機輸出的信號,用于日常教學和業務演示辦公。根據使用環境的不同,亮度也不同。投影畫面的寬高比為4: 3,功能全面。它可以演示圖像、文本和視頻。基本上,所有型號都同時具有視頻和數字端口。
根據光輸出分類
按光輸出分類:光輸出≥5000lm的產品為高檔機,多用于薄膜和工程領域;500lm<光輸出<5000lm為傳統機;光輸出≤500lm,稱為微型投影機,分為便攜性和口袋機兩類,便攜型依靠外接電源供電,口袋機依靠電池供電。