智能扬声器投影技术

[提示声]

本次演示将介绍 基于 DLP 的

智能扬声器投影仪 在投影到墙壁和桌面上时

采用的各种投影技术。

我们将了解几种 常用的投影透镜

设计方法以及 为了减小尺寸、

降低复杂性和成本 而建议使用的设计概念。

智能扬声器 投影仪通常

投影到墙壁 或桌面上。

由于投影的图像平面 靠近投影仪，

并且需要显示大图像， 因此该光学设计

被称为 “超短距”设计。

智能扬声器 投影仪应用

通常采用三种 光学设计架构。

第一种架构 使用一个

非球面或自由 形状的凸面镜。

由于投影透镜的 光学器件的其余部分

会发散 光线，因此

凸面镜通常 比较大。

还需要具备较大的 外壳和较大的开口，

以防止 投影的光线

遇到阻碍。

在凸面镜的设计中， 凸面镜通常

裸露在外而且 没有保护措施，

目的是避免使用 较大外壳，

而这样存在很多风险。

凸面镜的一个 替代品是凹面镜。

凹面镜也可以是 非球面或自由形状，

它会将光线汇聚起来， 投到图像平面上。

这样就可以使用 更小的反光镜和更小的外壳，

因为与凸面镜 相比，

凹面镜的 光线束更小。

在凹面镜 设计中，

反光镜通常受到 投影仪外壳的保护。

需要偏移图像， 光线才能

在从反光镜 向图像平面

反射之后避开 透镜和机械结构。

数字微镜器件 也称为 DMD，

可以通过 移动该器件

以及设计可实现 更大视场的投影透镜

来实现此图像偏移。

虽然这样能够得到 光学曲面镜，但光学器件

也会因此变得更大、更加复杂。

必须注意的是， 这些投影架构

可实现 无直线失真的

图像。

成本更低的 智能扬声器

光学设计无需 使用曲面镜

即可实现简单的 投影透镜倾斜。

通过相对于 图像平面

倾斜投影透镜， 就无需再

偏移光学图像， 因此会导致

物体的体积变小、 成本下降。

投影仪现在 已相对于图像平面

进行倾斜， 因此会产生

梯形失真并向 图像的一侧

散焦。

可以通过一种 叫做 Sheimpflug 的

光学方法来修复 部分图像散焦。

如前所述， 倾斜投影仪

不但会产生 可以容忍的

梯形失真，还会导致 图像向一侧

发生部分散焦。

为了纠正这一散焦 问题，Sheimpflug 原理

声称可以倾斜 物体平面

以补偿倾斜的图像平面， 在本例中倾斜对象为 DMD。

这样，虽然图像仍会 出现梯形失真，

但整个图像 会准确聚焦。

随后即可通过 电子失真校正

或图像处理来 控制这一梯形失真，

以产生 直线图像。

对于 Sheimpflug 原理， 需要注意的是

在投影时很少 使用这种方法。

由于每种 用例中的

投影距离各不相同， 投影图像的放大倍数

也会随之发生变化。

Sheimpflug 原理只 适用于固定投影距离，

因为必须以 图像放大倍数的

倒数为角度来倾斜 物体或 DMD。

如果放大倍数 发生变化，

就必须改变 DMD 倾斜角度，

而这样需要使用昂贵的 移动机械部件，因此不推荐使用。

对于具有固定 投影距离的

智能扬声器应用， 这种技术是可行的，

并具有多种优势， 可以节约成本和

减小体积。

Sheimpflug 原理也可以 与 DMD 偏移

结合使用。

如左侧 所示，

只使用 DMD 偏移 来获得图像偏移结果

会导致透镜尺寸 变大、成本增加，

但直线失真情况 会得到大幅改善。

而为这种方法加入 部分 Sheimpflug 后，

透镜的尺寸 会变小，成本会下降，

而且不会像只使用 Sheimpflug 时 那样产生严重失真的图像。

镜头的大小会影响成本， 可以将部分 DMD 偏移

与部分 Sheimpflug 及其对镜头尺寸的影响

结合起来 进行权衡，

最终确定 可接受的失真量。

下面，我们用一个 折衷分析示例来

揭示图像失真与 透镜尺寸之间的关系，

具体情况取决于 投影透镜的架构。

我们假设 DMD 的 对角线为 0.23 英寸，

物体的光圈为 F 1.7， 图像的对角线为 20 英寸，

投影距离为 8 英寸， 图像偏移 3 英寸。

需要注意的是， 图像尺寸、投影距离

和偏移量可以 有其他变化，

但需要执行类似的折衷分析。

在这个表格中， 我们可以看到，

只使用 DMD 偏移可以 为这一组规格实现 160% 的偏移，

对于直径为 14.85 毫米的投影透镜，

可以实现零失真。

而另一方面，我们 也可以只使用

Sheimpflug 来实现 图像偏移，

这样可以让透镜尺寸 缩小到 10.36 毫米，

但为此付出的代价是， 失真将高达 44.4%。

将 Sheimpflug 与 100% DMD 偏移结合使用时，

直径为 11.46 毫米的透镜

可以实现 13.1% 的图像失真。

客户可以在 透镜尺寸与失真

之间进行权衡， 以确定最终

产品可以接受的设计。

不过，这样就 提出了一个问题：

实际可以实现多大的 电子失真校正？

通过使用 图像处理，

可以将梯形失真 图像校正为

直线图像。

不过，这样会导致 局部分辨率下降

以及亮度变暗。

这里显示的 是一个

具有 13.1% 失真的图像，

该图像是根据将 100% DMD 偏移 与部分 Sheimpflug 相结合的

架构而得出的。

正如您所见， 需要将图像的

梯形形状裁剪为 矩形形状。

可用的图像区域表明， 有 10.5% 的投影图像区域

被裁剪，因此 图像的亮度下降了

10.5%。

对角线为 0.23 英寸的 DMD 最高可投影出

1080p 的分辨率， 因此可以计算

被裁剪掉的图像 区域的分辨率。

在本例中，以电子 方式将梯形图像

校正为完全直线 图像之后，

可以看到最高 1437 x 762 像素的分辨率，

而不是 1080p 分辨率。

当然，客户可以 确定是否

需要校正全部 梯形失真，

并适当 恢复分辨率

和 亮度。

感谢您的关注。

[提示声]

本次演示将介绍 基于 DLP 的

智能扬声器投影仪 在投影到墙壁和桌面上时

采用的各种投影技术。

我们将了解几种 常用的投影透镜

设计方法以及 为了减小尺寸、

降低复杂性和成本 而建议使用的设计概念。

智能扬声器 投影仪通常

投影到墙壁 或桌面上。

由于投影的图像平面 靠近投影仪，

并且需要显示大图像， 因此该光学设计

被称为 “超短距”设计。

智能扬声器 投影仪应用

通常采用三种 光学设计架构。

第一种架构 使用一个

非球面或自由 形状的凸面镜。

由于投影透镜的 光学器件的其余部分

会发散 光线，因此

凸面镜通常 比较大。

还需要具备较大的 外壳和较大的开口，

以防止 投影的光线

遇到阻碍。

在凸面镜的设计中， 凸面镜通常

裸露在外而且 没有保护措施，

目的是避免使用 较大外壳，

而这样存在很多风险。

凸面镜的一个 替代品是凹面镜。

凹面镜也可以是 非球面或自由形状，

它会将光线汇聚起来， 投到图像平面上。

这样就可以使用 更小的反光镜和更小的外壳，

因为与凸面镜 相比，

凹面镜的 光线束更小。

在凹面镜 设计中，

反光镜通常受到 投影仪外壳的保护。

需要偏移图像， 光线才能

在从反光镜 向图像平面

反射之后避开 透镜和机械结构。

数字微镜器件 也称为 DMD，

可以通过 移动该器件

以及设计可实现 更大视场的投影透镜

来实现此图像偏移。

虽然这样能够得到 光学曲面镜，但光学器件

也会因此变得更大、更加复杂。

必须注意的是， 这些投影架构

可实现 无直线失真的

图像。

成本更低的 智能扬声器

光学设计无需 使用曲面镜

即可实现简单的 投影透镜倾斜。

通过相对于 图像平面

倾斜投影透镜， 就无需再

偏移光学图像， 因此会导致

物体的体积变小、 成本下降。

投影仪现在 已相对于图像平面

进行倾斜， 因此会产生

梯形失真并向 图像的一侧

散焦。

可以通过一种 叫做 Sheimpflug 的

光学方法来修复 部分图像散焦。

如前所述， 倾斜投影仪

不但会产生 可以容忍的

梯形失真，还会导致 图像向一侧

发生部分散焦。

为了纠正这一散焦 问题，Sheimpflug 原理

声称可以倾斜 物体平面

以补偿倾斜的图像平面， 在本例中倾斜对象为 DMD。

这样，虽然图像仍会 出现梯形失真，

但整个图像 会准确聚焦。

随后即可通过 电子失真校正

或图像处理来 控制这一梯形失真，

以产生 直线图像。

对于 Sheimpflug 原理， 需要注意的是

在投影时很少 使用这种方法。

由于每种 用例中的

投影距离各不相同， 投影图像的放大倍数

也会随之发生变化。

Sheimpflug 原理只 适用于固定投影距离，

因为必须以 图像放大倍数的

倒数为角度来倾斜 物体或 DMD。

如果放大倍数 发生变化，

就必须改变 DMD 倾斜角度，

而这样需要使用昂贵的 移动机械部件，因此不推荐使用。

对于具有固定 投影距离的

智能扬声器应用， 这种技术是可行的，

并具有多种优势， 可以节约成本和

减小体积。

Sheimpflug 原理也可以 与 DMD 偏移

结合使用。

如左侧 所示，

只使用 DMD 偏移 来获得图像偏移结果

会导致透镜尺寸 变大、成本增加，

但直线失真情况 会得到大幅改善。

而为这种方法加入 部分 Sheimpflug 后，

透镜的尺寸 会变小，成本会下降，

而且不会像只使用 Sheimpflug 时 那样产生严重失真的图像。

镜头的大小会影响成本， 可以将部分 DMD 偏移

与部分 Sheimpflug 及其对镜头尺寸的影响

结合起来 进行权衡，

最终确定 可接受的失真量。

下面，我们用一个 折衷分析示例来

揭示图像失真与 透镜尺寸之间的关系，

具体情况取决于 投影透镜的架构。

我们假设 DMD 的 对角线为 0.23 英寸，

物体的光圈为 F 1.7， 图像的对角线为 20 英寸，

投影距离为 8 英寸， 图像偏移 3 英寸。

需要注意的是， 图像尺寸、投影距离

和偏移量可以 有其他变化，

但需要执行类似的折衷分析。

在这个表格中， 我们可以看到，

只使用 DMD 偏移可以 为这一组规格实现 160% 的偏移，

对于直径为 14.85 毫米的投影透镜，

可以实现零失真。

而另一方面，我们 也可以只使用

Sheimpflug 来实现 图像偏移，

这样可以让透镜尺寸 缩小到 10.36 毫米，

但为此付出的代价是， 失真将高达 44.4%。

将 Sheimpflug 与 100% DMD 偏移结合使用时，

直径为 11.46 毫米的透镜

可以实现 13.1% 的图像失真。

客户可以在 透镜尺寸与失真

之间进行权衡， 以确定最终

产品可以接受的设计。

不过，这样就 提出了一个问题：

实际可以实现多大的 电子失真校正？

通过使用 图像处理，

可以将梯形失真 图像校正为

直线图像。

不过，这样会导致 局部分辨率下降

以及亮度变暗。

这里显示的 是一个

具有 13.1% 失真的图像，

该图像是根据将 100% DMD 偏移 与部分 Sheimpflug 相结合的

架构而得出的。

正如您所见， 需要将图像的

梯形形状裁剪为 矩形形状。

可用的图像区域表明， 有 10.5% 的投影图像区域

被裁剪，因此 图像的亮度下降了

10.5%。

对角线为 0.23 英寸的 DMD 最高可投影出

1080p 的分辨率， 因此可以计算

被裁剪掉的图像 区域的分辨率。

在本例中，以电子 方式将梯形图像

校正为完全直线 图像之后，

可以看到最高 1437 x 762 像素的分辨率，

而不是 1080p 分辨率。

当然，客户可以 确定是否

需要校正全部 梯形失真，

并适当 恢复分辨率

和 亮度。

感谢您的关注。