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LCOS原理

投影機顯示技術公認的有LCD、DLP、LCOS。LCOS也可視為LCD的一種，但是技術卻為獨立一類。LCD投影機是利用光源穿過LCD作控制顯示，屬于穿透式，而LCOS投影機中是利用反射的結(jié)構(gòu)，光源發(fā)射出來的光并不會穿透LCOS面板，屬于反射式。LCOS面板是以CMOS芯片為電路基板及反射層，然后再涂布液晶層后，以玻璃平板封裝。不要以為僅此區(qū)別而已，反射式顯示技術還可以避免LCD由于光源長時間的照射溫升而導致LCD面板局部灼傷的問題。這樣才能保持久的色彩保真。

LCOS微型器件把液晶層放在一個透明的薄膜晶體管（TFT）和一個硅半導體之間，而不是像LCD那樣把液晶放在兩片極化面板之間。這個半導體具有能夠反射光線的表面。由燈泡發(fā)出的光透過一個偏振濾光器，投射到微型器件上。而液晶起著像門或閥那樣的作用，控制到達反射面的光線的數(shù)量。當然一般LCOS光線投射效率高達80%，LCD通常為60%。而做得最好的CANON公司開口率已達96%。由于LCOS是長在硅晶上，集成的液晶控制電路及接口電極都可以巧妙地制作于硅基板內(nèi)，位于反射面之下，甚至將散熱片直接集成在組件上，見圖1、圖2，LCD最麻煩的問題全部解決掉了。

LCOS投影機與LCD投影機的主要結(jié)構(gòu)在導光及分光合光部分的設計大同小異，只是LCOS用的是反射面板。入射光和反射光同在一個光路上，自然會產(chǎn)生問題。采用離軸設計，雖然避免了光路碰撞，但需要使用昂貴的非球面鏡頭。另一種辦法，就用光的偏極化分光鏡PBS（Polarization Beam Spliter；PBS）來將入射LCOS面板的光束與反射后的光束分開。也有采用偏振膜來提高對比度的方式。另外，PBS也改善了自然光源照射液晶引起的折射光效率。PBS一般都是有機材料制作。但是，像CANON新的產(chǎn)品系列就采用無機材料。提高了熱環(huán)境下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，當然也增加了工藝難度和成本的投入。

基于上述LCOS投影機顯示原理和基板、電路的合理設置。芯片的像素分辨率可以做得很高。0.55英寸LCOS面板都可以高效地做到SXGA+。所以你才會看到為什么會出現(xiàn)LCOS面板的2K、4K和8K高清電影放映機。3LCD和DLP技術目前還無法實現(xiàn)最高的分辨率。這也是大家充分地認識到LCOS的高分辨率技術特征。高開口率使得圖像質(zhì)量不會出現(xiàn)像LED那樣“紗窗效應”。稍遠距離似乎不太在意明顯的背景網(wǎng)格，但是，圖像高透亮的質(zhì)感，你是永遠無法拒絕的。開口率告訴我們：圖像形覺質(zhì)量不僅僅關注分辨率（同畫面尺寸的像素間距），同樣還要關注像素顆粒的占比。

市場格局

在LCOS技術研發(fā)陣營中，JVC Kenwood有著8K和消費類（民品）產(chǎn)品。SONY為了避免與左手專利技術的LCD市場沖撞，右手LCOS攜SXRD光圈技術發(fā)力于電影和家庭影院產(chǎn)品。3M也是最早的研發(fā)廠家之一，目前更關注于LCOS微投影。后來者LG也在努力試水消費類市場。CANON憑借著自己多年的光學技術經(jīng)驗沉淀以及精密制造技術優(yōu)勢，直接面對專業(yè)工程及固定安裝市場?？傊?，LCOS改變了投影行業(yè)的格局。

在3DLP和3LCD之間競爭的LCOS，如何體現(xiàn)自己優(yōu)勢的同時減少商業(yè)上的火并。各個廠家會根據(jù)自身技術特點，結(jié)合LCOS品質(zhì)創(chuàng)新出市場具有競爭力的差異化產(chǎn)品。由于照相技術與投影機技術在光電原理上，只是技術反向應用的相同性。作為照相機技術行業(yè)翹楚的CANON公司，充分利用光學及機電一體化的優(yōu)勢，將LCOS推向了更加高端的應用領域。在基礎LCOS組件研發(fā)使開口率已達96%極限的基礎上，全新開發(fā)的AISYS 5.0光學系統(tǒng)帶來真實色彩的品質(zhì)享受。CANON采用在專業(yè)的廣播級鏡頭技術，專為LCOS投影機開發(fā)的最佳高畫質(zhì)可換鏡頭。采用高分辨率、低失真度、低色差及高性能的色差功能，明亮生動地表現(xiàn)LCOS的完美畫面。

在投影機行業(yè)采用專業(yè)廣播級鏡頭技術的廠家少之又少。商業(yè)市場永遠會為“拿來技術”的成本和獲得利潤做出適當?shù)倪x擇。有多少投影廠家會用非球面鏡片（Aspherical Lens）、低色散瑩石技術鏡頭、恒定光圈鏡頭？圖像顯示分辨率和真實色彩中，沒有高分辨率及優(yōu)質(zhì)色彩還原鏡頭的貢獻，不可能有高品質(zhì)圖像的呈現(xiàn)。鏡頭已經(jīng)成為一個成像場景的獨特詮釋者，可對所展示圖像的個別屬性實現(xiàn)精細的光學控制。精心優(yōu)選的鏡頭能夠與所期待成像效果相匹配。擁有光學專利技術有自主研發(fā)生產(chǎn)，將成本壓縮到對手無法競爭的地步，這些恰好是CANON公司的優(yōu)勢。

理論上球面鏡片存在著無法將并行光線以完整的形狀聚集在一個點上的問題，因此，在影像表現(xiàn)力方面，必然具有一定的局限性。為了解決大光圈鏡頭的球面像差補償、超廣角鏡頭的影像扭曲補償、變焦鏡頭的小型化這三大問題，CANON在60年代中期開始進行非球面鏡片技術的研發(fā)，確定了設計理念以及精密加工、精密測試的技術。非球面透鏡的鏡片從透鏡中心到周邊曲率作連續(xù)變化，這可以使通過鏡片中心附近的光束和邊緣附近的光束在同一點成像。充分利用非球面鏡片的這個特性，既能夠大幅度提高高規(guī)格產(chǎn)品的光學性能，同時又可以減少透鏡片數(shù)，有利于鏡頭實現(xiàn)小型化。

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。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，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。

所謂色散，指的是由于不同顏色的光線的折射率不同所造成的現(xiàn)象。相對來說，由于廣角鏡頭的視角寬，廣角入射角度變化大，所以非球面鏡片在廣角鏡頭中被大量采用。如果說廣角鏡頭容易產(chǎn)生球面像差，那么長焦鏡頭則容易產(chǎn)生色散和色差。螢石這種氟化鈣（CaF2）晶體具有超低的折射和散射率，伴有異常的局部散射特性，與玻璃鏡片并用時能夠近乎理想地修正鏡頭色散，令長焦鏡頭成像質(zhì)量有了長足的提高，并減小了鏡頭的長度。然而，不論是天然還是人造螢石鏡片，成本對于消費者來說都太高了。所以CANON又研發(fā)螢石鏡片的替代品。這些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。

色彩亮度

我們都知道，標稱值的定義是“用以標志或識別元件、器件或設備的適當近似值 ”，而GB28037-2011和ISO/IEC 21118：2005（E）定義的投影機標稱參數(shù)并不能完全詮釋應用的實際價值。比如我們所熟悉的“亮度”，只是“白色亮度”指標，并沒有體現(xiàn)色彩表現(xiàn)的任何信息。雖然色彩表現(xiàn)對于投影機畫質(zhì)至關重要，但是，只有很少的廠商提供關于投影機色彩亮度（CLO）的信息。由國際信息顯示協(xié)會（SID）管理下的國際顯示計量委員會ICDM負責編寫的《信息顯示測量標準》當中，就說明了測量投影機CLO或色彩亮度的程序、色彩亮度的測量的方法。

CANON認為與色彩亮度相等的彩色圖像亮度尤其重要。其產(chǎn)品投射的彩色圖像亮度與全白亮度相同（使用標準變焦鏡頭時）。而其他公司相同等級的單芯片DLP投影機與全白亮度的亮度差40%左右（演示模式）。此時還保證了低失真率（電視失真低于0.1%）。同樣，標稱亮度是在最大光圈下的亮度值，從標準變焦鏡頭更換為其他鏡頭時，亮度通常會降低，但是佳能采用了先進的鏡頭技術，將可交換鏡頭之間的亮度差別大大降低到7%以內(nèi)。特別是長焦變焦鏡頭，實現(xiàn)了與標準變焦鏡頭相同的亮度。

CANON并未就此止步，今年佳能又推出了世界首批恒定F2.8光圈的投影機——WUX450和WX520?！昂愣ü馊Α钡溺R頭結(jié)構(gòu)比較復雜，而且成本不輕。恒定光圈變焦鏡頭也可稱之為無級變焦鏡頭，其設計要求很高，鏡頭可調(diào)節(jié)的最大焦距決定了透鏡直徑。但采用大孔徑的透鏡又帶來了像差的質(zhì)量下降，為控制像差的質(zhì)量，既采取高焦強又保持高質(zhì)量的成像效果，在相反焦距（下端廣角，上端長焦）時的像差控制要求精度很高，必須找到其最佳平衡點。這樣一來，設計上所需要的光學系統(tǒng)變得龐大而復雜，透鏡的制造成本必然大大增加。另外，調(diào)節(jié)光圈時的分辨率特性，基本的亞波長衍射現(xiàn)象造成的分辨率限制也仍然存在。最終結(jié)果將是鏡頭光圈連續(xù)縮?。ü馊χ饾u關閉）時圖6中的黑色直線所示。分辨率會逐漸下降。在同一光圈設置下，這一情形在實際中的高清和標清鏡頭上表現(xiàn)更為突出。（鏡頭的對比度再現(xiàn)性能轉(zhuǎn)換為交替黑白線條細節(jié)的精細程度的函數(shù)稱之為“調(diào)制傳遞函數(shù)”或“MTF”。）

普通投影機，如果標注的是4，500流明，其前提條件是投影機安裝在離屏幕最近的地方。因為這時候，鏡頭的光圈最大，光通量也最大，亮度才能達到標稱值。

如果將投影機安裝在最遠端，鏡頭的光圈最小，光通量也最小，那亮度也會隨之下降。通常亮度損失在30%-40%。在安裝條件無限制的情況下，這種光圈的變化可能不明顯。但如果條件所限，必須裝在比較遠的地方，那用戶所得到的實際亮度，就會大打折扣。

恒定光圈的優(yōu)勢

CANON新款WUX450、WX520，采用的是恒定光圈，最近、最遠，其亮度都可達到標稱值。而其最大的優(yōu)勢，就是可以在會議室隨意安裝了。不再考慮常規(guī)的投影機盡量往前安裝，以減小光損失的問題。

當然，利用恒定光圈，將投影機吊在最遠端，只是這兩款投影機最基礎的應用。而恒定F2.8光圈，最大的應用，應該是模擬仿真等弧幕的應用場合，因為它可以提供清晰的景深。

作為普通投影機，為了追求亮度，鏡頭的最大光圈一般都在F1.6-1.8左右。大光圈的優(yōu)勢是亮度高，但劣勢是焦平面太小，景深太淺。作為平面屏幕，大光圈無任何不妥；但作為弧幕的應用，則會出現(xiàn)無法整屏清晰聚焦問題。恒定光圈鏡頭，不會像浮動鏡頭那樣，因焦距的變化而帶來光圈的變化再帶來景深的變化。我們可以根據(jù)環(huán)境，隨意不等距地安裝投影拼接系統(tǒng)。

如圖10所示：大光圈的鏡頭，景深為藍色部分，超出藍色部分，聚焦無法清晰。而F2.8光圈，能提供近半米的景深，可適應絕大多數(shù)弧度。這對弧幕的設計者而言，將是巨大福音，因為他們不必再需要去考慮，因為弧度問題，需要將亮度提高多少來滿足屏前亮度。這意味著成本的大幅度降低。

除了恒定光圈，佳能新款投影機具備“4點梯形校正”，配合F2.8光圈，在現(xiàn)場施工中，就可以做到“隨心所欲”了。

很多情況下，因為現(xiàn)場環(huán)境制約，投影機可能不能垂直屏幕擺放，如果要斜著擺放，是否能調(diào)成正方形？四角的聚焦是否都能清晰？這考驗的不但是投影機的性能，更會考驗現(xiàn)場工程師的技術能力。

CANON新機型，不但可以通過四個角進行隨意調(diào)整，而且因為F2.8的光圈，可在很大角度內(nèi)實現(xiàn)整屏的清晰聚焦。這意味著，如上圖所示的弧形顯示將成為可能。CANON憑借著技術實力和真誠，為用戶設計了追求完美有品質(zhì)的產(chǎn)品。

試想，用一臺DLP的標稱參數(shù)高于CANON 50%的投影機，換上長焦鏡頭，安裝于小光圈的位置。你的實際應用彩色亮度和MTF指標還有多少？你的性價比還剩幾何？所以不要簡單地看宣傳單上的標稱指標，要讀懂隱藏在說明背后的實際內(nèi)容，用智慧和技術進步掌控你的行為。