为啥家用投影行业做超短焦的牌子这么少？比起长焦有什么技术 ..._ZNDS问答

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为啥家用投影行业做超短焦的牌子这么少？比起长焦有什么技术 ...

大家好，我是JMGO坚果投影的首席技术官张聪。
距离上一次携新品在4月和大家见面，一转眼半年了。在这期间经常看到用户问我们O1 Pro怎么还没有上，甚至有同行来猜测是不是我们技术上遇到瓶颈了，确实倍感压力——不是我们不想上，是我们总想再做得更好一点。但还好，虽然比预期的时间稍晚了些，坚果O1 Pro终于赶在半年之期以我们比较满意的状态亮相了——难与不难，好在还是有突破了。
当初，坚果智慧墙O系列产品线面世时，在形态和体验上都和传统投影仪有比较明显的差异性。在这半年里，从最开始向用户介绍这一个相对陌生的新概念，到经历销售一路断货，近期持续也有友商同样推出了运用超近距（超短焦）技术的新产品，能感觉到整个超近距市场是在逐渐被大众所熟悉的。看到这道题，想从一个真实一线的技术研发人员的视角，和大家分享一些技术上的理解，当然也欢迎同行们一起交流！
超近距技术难度和亮点到底在哪？

第一个难点就是：在如此短的投射距离下，实现如此大的放大倍率，如何有效地控制像差、减少畸变、保持高均匀性，同时保证光效？
传统的光学方案里用多片式球面、非球面镜片来实现广角、超广角镜头的设计，而超近距投影更短距离、更大视场的需求提出了更难的挑战，这需要新的技术。
在这项技术上，其实坚果是借助了许多行业伙伴的帮助。我们联合了一些国家级科技型企业，一起做了光学设计，设计了很多片自由曲面镜片。我们知道，普通非球面镜片是可以用公式来描述的，但当非球面优化系数大于10以后，不同系数会有一个相互制约的作用，非球面优化系数的增加并不能从根本上使光学系统的性能得到最佳。
因此我们说从非球面到自由曲面的发展是必然的。自由曲面更大的设计自由度意味着更好的优化结果，更完美的像差控制、畸变控制、更极致的投射比。同时也意味着可以用更少的镜片达到理想的效果，这也代表着我们拥有更高的光效、更小的镜头组尺寸。
除了在设计上保证了高光效、低畸变和高均匀性等基本参数以外，我们也需要将这些公差限制在几微米的镜片设计制造出来。也是依托了合作伙伴们超精密制造以及自由曲面的检测评价能力，我们能够高效的将镜片制造出来并及时检测，根据检测结果及时调整设计和制造工艺。这是非常难的，目前整个制造行业缺少自由曲面镜片的检测评价软件和已有的方案去指导我们如何做评价以及完成评价后如何指导设计和制造，都是我们和合作伙伴一步一步摸索出来的。
超近距投影和长焦投影在技术上区别是什么？

超近距投影和长焦投影听起来差别不大，但实际上无论是光机的设计、生产制造还是整机的设计、功能开发和生产制造都有显著区别。

长焦LED光机已经有将近15年的发展历程，光机设计、验证以及量产制造都已经在这个过程中发展到了相对成熟的阶段，行业内有相对完整的方法论和丰富的经验教训可以借鉴参考。国内外的知名投影厂商，包括爱普生、索尼、极米和坚果也都已经具备有自研、自产长焦LED光机的能力。在家用智能长焦投影仪整机的设计、功能开发和生产制造随着近年智能硬件行业的高速发展，也已经有了属于这个细分行业的行业标准、规格规范等。整体来说，长焦LED光机和长焦投影，在设计、开发、生产和制造上，都已相对稳定且成熟了。

相对于长焦领域的成熟稳定，超近距LED光机和家用智能超近距投影仪无论在技术难度还是产业链成熟度上，都还处于一个更早期的状态。超近距投影仪毋庸置疑相对于长焦投影仪，操作更便捷，摆放更方便，对于空间的要求更小，但超近距LED光机的设计、生产制造，超近距投影仪整机的设计、开发和生产制造相对长焦投影也会难上许多。

超近距光机对比长焦光机，投射比缩短为其的1/5左右，如此短的投射比意味着需要更复杂的光路和更多的镜片来保证画质。复杂的光路带来了麻烦：每一个镜片和结构件累计的公差都将反映在画质的损失上。为了更好的控制公差、保证每一台光机的画质，我们在光学设计阶段，就充分考虑了每一片镜片、每一个结构件的公差范围，尽可能在设计上做充分的补偿、留足够的冗余；同时，提出更高的公差管控要求，保证每片镜片的加工和组装精。
对应着，在制造上也必须以最高精尖的工艺进行制造。为了更好地平衡制造难度、投影仪投影出的画面质量和光机体积等多方面因素，坚果联合了具备丰富自由曲面光学镜片设计、超精密制造生产和检测技术的供应商一起设计并制造了多个自由曲面镜片，打造了一款目前为止行业内体积最小、畸变率最小的超近距LED光机镜头。除了镜头部分，坚果与供应商一同优化了光机照明部分的结构设计和公差管理，令超近距LED光机能拥有和长焦LED光机相近的光电转化比，也能够投射出与同功率的长焦LED光机相近的亮度水平。

通过将近12个月的设计、开发、验证，我们成功的量产了市面上第一款超近距家用智能LED投影，解决了我们认为长焦投影在使用上最难以避免和彻底解决的痛点。虽然目前仍然有一些瑕疵，但在这个过程中坚果会持续优化光学设计、超精密制造工艺和组装工艺，为用户持续带来更好的超近距LED投影产品。
写到这里，最后还是忍不住想分享，
为什么我们决定做超近距LED投影？
在这半年里其实我们一直在认真的收集并理解来自用户的反馈。在于用户的交流过程中，我们发现，对于他们来说，投影仪非常重要的一个特点就是可以在保持高清分辨率的同时，投射非常大尺寸的画面，100寸、120寸，甚至150寸都可以。但因为一直以来家用LED投影仪都是以1.2:1投射比(即投影1M 宽的画面需要投影距离投影面1.2M）为主流，需要投射100寸的画面时，需要将近3M的距离，投影150寸画面时则需要将近4M的距离。而对于国内大部分家庭来说，客厅或者房间普遍的深度都不会超多3.5M，再考虑到家具摆设等带来的空间损耗，很难简单直接的投影出100寸以上的画面。

除此之外，传统长焦投影仪无论是买回后初步的摆放设置，还是后续挪动机器的再调整，带来的使用体验始终无法做到足够的便捷。就光是【空间不足】和【使用前操作太麻烦】这两点，就让许多想要在家里体验到沉浸式影音体验的用户放弃了！
作为一家深耕了投影行业多年的公司，我们也始终以创造解决用户真正痛点的产品为目标，希望能给用户提供更符合他们使用场景的产品。
虽然当时我们知道超近距LED投影在市面上并没有成熟的方案，还是一片相对未知的领域，但还是毅然决然要做。
我们还是相信，未来超近距技术一定会提供更好的全套解决方案，也能真正实现我们希望能为用户带来的“美好视听生活”。
<hr/>不能免俗，还是想在最后推荐一下自家产品，希望坚果智慧墙O1 Pro能得到大家的喜爱。
当然，无论是技术上还是产品上，欢迎大家积极交流！

别看做超短焦的品牌少，未来大多数投影仪都会是超短焦技术！
现在超短焦品牌少核心的原因还是技术上比较困难，就像过去用的大哥大，后来出的苹果一样，很多先进的东西一方面需要热度，一方面需要时间。
热度方面
拿目前超短焦品牌坚果系列投影仪来说，这一产品一举改变家庭娱乐投影设备的地位，无论从画面参数，还是实际影视体验而言，都几乎完美代替电视。最重要的是，投影仪非常的小，容易携带，相对电视还有陪伴模式，改变家庭氛围，但是这需要市场不断的宣传，被大家发现投影仪的好处。

技术方面
超短焦技术其实需要复杂的光学技术，反射式超短焦可以理解为直射式超短焦额外应用了一块反射镜——后期的发展是，将超短焦最外侧的鱼眼镜片与反射镜片设计结合，构成鱼眼反射镜片，实现整体结构的紧凑。但是，无论怎样设计光路，超短焦都意味着要克服“更为复杂的光学结构和镜片数量”的设计难度，以及“光学结构复杂化后的畸变、色散等问题”。同时，短焦距镜头也意味着更长、更粗的“镜头结构与体积”。这些因素都决定了“短焦距镜头和超短焦距镜头是一个高成本因素”。
因此，品牌少的核心原因是，超短焦做出来售价会直接被做的好的品牌碾压，更别说体验层面的优化。

首先，超短焦投影仪肯定是用户的需求。
毕竟能够有更短的投影距离和更节能的选择，尤其是在对画面质量提升的前提下，作为用户，谁都会选择超短焦投影仪。
但是，真正能做出超短焦投影仪的品牌，还真的是不多。目前真的算起来，出圈的，也就只有坚果一家。
坚果的O1以及O1 Pro，是真正意义上的“超短焦”投影仪。
我们以这两款投影仪为例，来分析一下“超短焦”的难点。
首先是“虚焦”，不少长焦投影仪最难解决的就是镜片过热引起的虚焦跑焦问题，而为了解决这一问题，坚果甚至请来了徕卡团队，直接对O1 Pro光机选择镜片材料并提出设计意见。徕卡团队采用了自由曲面反射碗（镜头），以实现比球面镜片与非球面镜片更好的矫正像差与色差，采用这样一块自由曲面反射设计的镜头，不仅能带来更清晰艳丽的图像，而且能减少系统镜片单元数量，从而减少了光机体积的同时又提高输出光面的亮度。
其次，是镜头的制作。按照徕卡团队的需求，要加工出的镜头，其实难度也是很大的。需要更高温更高压的环境、纳米级精度的自由曲面加工机床、以及离子束加工等技术进行加工。所以说坚果为了打造坚果O1 Pro这款超短焦投影仪，可以说是不计成本，宁愿多付出30%甚至40%的光学系统成本，也要打造出这样一枚精准度极高的镜头。
最后，就是投射比问题，徕卡团队是对光路重新进行了设计的，将投射比从0.25：1进一步优化升级至到0.21：1，将最佳画面尺寸从60~80寸提升到70~110寸；
对于用户而言，这样的画面表现，能够更好地提供观影体验，能大幅提升临场感和冲击力，更加沉浸其中。但是，对于投影仪厂家来说，要做到这些，其实也是需要相当多的人力物力的，所以，“超短焦”投影仪才会那么少。

短焦投影仪跟长焦投影仪相比，无论是在镜头的设计还是制作上，难度都是相当大的。更何况是超短焦。
对于投影仪来说，超短焦是一项需要精工细作的设计。
就拿投影仪界的超短焦投影仪“典范”坚果O1 pro来说，它的镜头设计就是一件相当复杂的事情。实际上，坚果O1 pro的镜头，是由徕卡团队全程提供支持的。
徕卡工程师为O1 Pro光机选择镜片材料并提出设计意见。徕卡工程师选择了高性价比的 P0025镜头，这枚镜头采用的是11群12枚F1.7的大光圈光学结构，包含4枚非球面镜片及一枚ED镜片，以确保全画面红、绿、蓝三原色都可获得清晰的影象，在保证性能的同时还能微型化超短焦镜头的体积。卓越的光学设计和优秀的光学材料质量，使光机画面完美释放DMD反射镜的原生分辨率，并能大幅减少镜片过热引起的虚焦跑焦，呈现更稳定清晰的画面表现。同时为了能有更好的秃鹰表现，徕卡团队还重新设计了光路，将投射比从0.25：1进一步优化升级至到0.21：1，同尺寸画面，离墙更进一步。这也就是坚果O1 Pro为什么可以游刃有余地hold住电视柜的宽度，轻松投出100寸的大屏画面的原因。
所以，在经过了那么多努力之后，我们发现，坚果O1 pro输出的画质，无论是从清晰度还是从对比度或者是从分辨率上来说，都是可圈可点的，能够带给用户更纯正的色彩体验和对比度表现。

难，真的很难。
你想想为什么坚果投影仪能够风靡投影界就知道了。
首先为什么大家需要超短焦投影仪？
使用前调整困难，调整后影响观感使用体验不佳，音画不同步不同向机器不智能，不懂得迁就人的习惯，“伪”自由，投不出心仪大小的画面，找不到适合颜色的投影墙使用场景有限，“除了看电影看综艺好像也没别的用处”。
因此其实超短焦是大众最迫切需要的功能。

其次，超短焦的正投和侧投也有很大的难度。
正投的投影仪,每一个像素都在显示有效的图像信息;而对于常需要侧投的投影仪,在使用侧投并梯形校正时,实际上投影出的画面仍然是一个畸变画面,仅是在畸变画面中裁剪出一个16:9的矩形进行显示,其他的区域保持为黑色像素而使得肉眼不可见。
坚果和徕卡光学团队联合设计设计0.21:1超小投射比,FHD分辨率的LED光机，坚果O1 Pro。
为了进一步减小光路占用的空间,可以说研发团队付出了巨大的努力。在光路的后半程,徕卡徕卡使用了自由曲面反射碗(镜头) ,成像画面大小在镜头中经过了先缩小再迅速放大的过程,在极短的光路空间和距离(46cm)内从0.33英寸放大300倍变成100英寸。.
超短焦对光路上每一片镜片的加工精度要求更加严格,对光学镜片的材质的耐热要求更高,才能保证经过短短46cm的光路, 300倍放大的画面能够完美呈现而又不产生人眼可察觉的光学畸变。01 Pro光学畸亦挖制在了小于5% ，比很多长焦投影的1%还要低！！
光路的最后一块也是最重要的一块“镜片”——反射碗(镜头)采用了自由曲面反射设计,以实现比球面镜片与非球面镜片更好的矫正像差与色差。不仅带来更清晰艳丽的图像,而且能减少系统镜片单元数量,从而减少了光机体积的同时又提高输出光面的亮度。而在模压生产『自由曲面镜片」时,需要更高温更高压的环境、纳米级精度的自由曲面加工机床、以及离子束加工等技术进行加工,所以整体下来超短焦的光学系统成本要比长焦高30%甚至40%。
基于以上这些，才最终攻克技术难题。
参考资料：
https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GZXB201903007.htm
https://guba.eastmoney.com/news,300691,848889433.html

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