将Pico投影集成到紧凑型工业应用的设计考量

　　除了色域外，选择光源时需要考虑的因素还包括成本、尺寸、能耗和与所选显示技术的兼容性。 对于这方面的讨论，我们将专注于后者。

　　颜色与技术

　　开发人员首先应该考虑目标色域，然后再考虑实现该色域所需的光源，最后考虑光源与投影显示技术之间的兼容性。

　　2D MEMS和LCD/LCoS设备能够与目前可用的任何光源（LED、激光、灯）结合使用。 因此，每种技术都能实现类似的色域。 区别在于可实现的系统光学效率。 这个问题将在"亮度"部分进行讨论。

　　扫描镜需要单模激光照明；因此它们能够实现非常大的色域。 但也需考虑散斑的继发效应和激光器的成本。

　　所需的亮度-多亮才够？

　　显示器的亮度通常以多种方式量化： 流明和尼特。 流明（坎德拉*球面度）是光通量的SI单位，表示从显示器发出的光的总量。 尼特（坎德拉/ 平方米）是亮度度量（每立体角、每投影源区域的光能），与感知亮度有关。

　　用户不会从尼特的角度来讨论，但尼特是他们所体验到的： 从显示器区域发射出（或反射）的亮度。 由于投影机制造商通常不控制显示屏，因此他们通常指标明光引擎流明输出。

　　表1提供了一些尼特参考点。

　　环境尼特

　　表1 – 尼特参考点［1］

　　一旦确定了亮度（尼特）要求，就能够根据以下关系确定所需的屏幕增益和系统光学效率：
 

　　屏幕增益是屏幕设计的一个特点。 增益为1的屏幕有两个独特的特点。 首先，它是朗伯型，这意味着从所有观看角度来看，亮度似乎都一样。 其次，它没有吸收。 通过减少屏幕吸收和/或重定向更多光到向轴上视角，可增加屏幕增益（这意味着在轴上角度的观众看来，屏幕似乎更亮）。

　　系统光效率表示从光源输出到最后一个光学元件的输出的传输效率。 对于2D MEMS或LCoS/LCD面板来说，最后一个光学元件可能是投影透镜的一部分。 对于扫描镜，最后一个光学元件可能是反射镜本身。

　　亮度与技术

　　屏幕增益与投影技术无关，但组件的光学效率与投影技术密切相关，因为它取决于特定的光引擎设计，而每种技术光引擎设计的架构都完全不同。

　　在光学效率方面，有4个组件级因素： 反射损耗、吸收损耗、衍射损耗和几何损失。 反射损耗包括在每个光接口反射损失的光，用抗反射涂层几乎能够完全消除反射损耗。

　　吸收损耗是指被每种光学元件的疏松物质吸收的光，对于常用与投影机中的光学材料来说非常这种损耗非常少。

　　衍射损耗源自于光波本质，导致光线在遇到边缘和小物体时会转移，其中"小"基于波长阶次。 衍射损耗因技术而异。

　　几何损耗源自光路上集光率失配。 在投影系统中，最常见的几何损耗是光源与显示面板的集光率失配。 如果光源的集光率大于显示面板的集光率，那么显示面板就无法捕捉光源产生的所有光。

　　开发人员应尽量选择拥有较高的固有光学效率，并且能够打造元件数量最少、与光源的集光率最匹配的光系统架构的显示技术。

　　2D MEMS提供最大的灵活性，原因是它们拥有良好的光学效率，并且能够匹配任何光源的集光率。

　　借助LCD/LCoS，偏振光源（激光）可实现最高的系统光学效率。 也可以使用LED和灯，但是系统光学效率会比较低。

　　扫描镜需要高度准直的光源，受此限制，它们只能与激光器配套使用。

　　所需对比度-无名英雄

　　对比度是闪亮显示器的秘诀，但具有讽刺意味的是，黑色是最重要的颜色。 显示器能够创造的黑色质量为各种其他强度和颜色设定了的基准。

　　投影系统黑色亮度取决于两个因素： 显示系统的内在对比度和环境光亮度。 系统设计人员有时能够控制环境光亮度，有时又无法控制（具体取决于应用），而光学系统的内在对比度取决于多个系统因素，其中有些因素是设计人员能够控制的。

　　量化显示系统的对比度有两种常见方式。 全开/全关（FOFO）对比度方法，该方法先测量全白和全黑的光输出，然后计算对比度。

　　ANSI对比度方法首先显示ANSI 棋盘（16块的黑色和白色图案），先测量所有白色盒子的亮度，然后测量所有黑色盒子的亮度。 ANSI对比度是指白色亮度的平均值除以黑色亮度的平均值得出的比率。

　　人们可能会认为这两种方法能够得出相同的对比度，但事实并非如此。 要理解这一现象，需要把"对比度"作为"杂散光"的测量指标。 然后，把每种方法看做是从系统的不同部分来测量杂散光。 具体而言，FOFO评估显示面板产生的杂散光，而ANSI则评估光学系统的其余部分所产生的杂散光。

数学运算可带来更深入的洞察。 公式3展示了整体系统对比度（S）、显示面板的内在对比度（P）及光学系统其余部分的内在对比度（K）