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投影機(jī)工作原理詳細(xì)資料解說

2010年02月06日 11:29 wenjunhu.com 作者：佚名用戶評論（0）

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投影機(jī)工作原理詳細(xì)資料解說

?? 投影機(jī)的成像原理

??? 基礎(chǔ)概要：投影機(jī)目前已廣泛應(yīng)用于演示和家庭影院中。在投影機(jī)內(nèi)部生成投影圖像的元件有三類，根據(jù)元件的使用種類和數(shù)目，產(chǎn)品的特點(diǎn)也各不同。此外，投影機(jī)特有的問題包括：畫面會(huì)因投影角度的不同而出現(xiàn)失真以及在屏幕前面要留出一定的空間等。解決辦法是采取失真補(bǔ)償和實(shí)現(xiàn)短焦等措施。

??? 投影機(jī)是一種用來放大顯示圖像的投影裝置。目前已經(jīng)應(yīng)用于會(huì)議室演示以及在家庭中通過連接DVD影碟機(jī)等設(shè)備在大屏幕上觀看電影。在電影院，也同樣已開始取代老電影膠片的數(shù)碼影院放映機(jī)，被用作面向硬盤數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的銀幕。

??? 說到投影機(jī)顯示圖像的原理，基本上所有類型的投影機(jī)都一樣。投影機(jī)先將光線照射到圖像顯示元件上來產(chǎn)生影像，然后通過鏡頭進(jìn)行投影。投影機(jī)的圖像顯示元件包括利用透光產(chǎn)生圖像的透過型和利用反射光產(chǎn)生圖像的反射型。無論哪一種類型，都是將投影燈的光線分成紅、綠、藍(lán)三色，再產(chǎn)生各種顏色的圖像。因?yàn)樵旧碇荒苓M(jìn)行單色顯示，因此就要利用3枚元件分別生成3色成分。然后再通過棱鏡將這3色圖像合成為一個(gè)圖像，最后通過鏡頭投影到屏幕上。

??? 使用圖像顯示元件，分別產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三色圖像，然后通過合成進(jìn)行投影。

??? 圖像顯示元件包括3類。其中采用液晶的有2類，分別是采用光透過型液晶的透過型液晶元件和采用可反射光的反射型液晶的元件。后一種元件是DMD（數(shù)字微鏡元件），每個(gè)像素使用一個(gè)微鏡，通過改變反射光的方向來生成圖像。3種元件各有利弊。

??? 投影機(jī)使用的反射型液晶元件大體上采取如下3種措施：（1）采用無機(jī)材料的定向膜，易于控制液晶；（2）通過減小液晶層厚度，提高響應(yīng)速度；（3）通過取消液晶中的障礙物即隔離片（Spacer），提高光的利用效率。

??? 透過型元件與反射型液晶元件

??? 結(jié)構(gòu)與液晶面板相同的透過型元件

??? 透過型液晶元件生成圖像的原理與已經(jīng)廣泛用作普通電腦顯示屏的液晶顯示器相同。在日本國內(nèi)，精工愛普生和索尼兩公司已經(jīng)開始提供這種元件。投影機(jī)用的液晶元件是用高溫多晶硅液晶制造的。因?yàn)樗煌谄胀ㄒ壕э@示器，通過將小像素生成的圖像放大至數(shù)百倍后進(jìn)行投影，因此極其微小的缺陷放大后都會(huì)非常明顯，在制造的時(shí)候需要相當(dāng)高的精度。

??? 透過型液晶元件的工作原理與液晶顯示器完全相同。液晶分子在加電后方向就會(huì)改變，由液晶分子的方向來調(diào)節(jié)是否讓光線通過，以此顯示白色和黑色。

??? 其缺點(diǎn)是光的利用效率較差。這是因?yàn)橥高^型液晶面板由多層構(gòu)成，因此只能保證3成左右的入射光通過。

??? 透過型液晶元件的尺寸越來越小。透過型液晶元件一般在0.7～0.8英寸之間，不過為了控制成本，主流投影機(jī)使用的元件都在0.7英寸左右。然而，元件越小，透過光的面積就越小，因而圖像就越暗。因此，使用小元件時(shí)為了確保亮度，投影燈就要大一些，而且為了提高透過光的效率，光學(xué)系統(tǒng)也會(huì)變大?！坝捎谠谑褂眯∫壕姘鍟r(shí)，為了確保亮度，必須照射更多的光線，因此機(jī)身反而會(huì)更大。而尺寸為0.9英寸左右的話，不僅可確保足夠的亮度，同時(shí)還能設(shè)計(jì)到更小?！保ㄍ队皺C(jī)專業(yè)制造商N(yùn)EC顯示技術(shù)公司投影系統(tǒng)業(yè)務(wù)部商品規(guī)劃部經(jīng)理高木清英）

??? 透過型液晶元件會(huì)因長時(shí)間使用而老化。這是因?yàn)橛脕碚{(diào)節(jié)液晶分子方向的定向膜和控制光線方向的偏光板等采用的是有機(jī)材料。由于投影燈功率高，因此不僅發(fā)熱，而且光線很強(qiáng)，所以會(huì)使有機(jī)材料產(chǎn)生化學(xué)變化。材料老化的程度因投影燈的使用模式和用戶使用方法的不同有很大差異。

??? 適合視頻播放的反射型液晶元件

??? 在可實(shí)現(xiàn)高畫質(zhì)的液晶元件中有一種反射型液晶。最大的特點(diǎn)是顯示視頻時(shí)至關(guān)重要的響應(yīng)速度非?？?，而且由于對比度高，因此黑色顯示得非常清晰。這種液晶適合于顯示電影等視頻播放。

??? 目前已有三家日本公司開發(fā)成功了這種元件。JVC、日立制作所和索尼已經(jīng)分別于1997年、2001年和2003年發(fā)布了這種元件。JVC的元件名為“D-ILA”，索尼的元件名為“SXRD”。

??? 反射型液晶元件由于光的利用效率比透過型高，因此能夠制造出高亮度的投影機(jī)。在液晶部分的下面有一層反射光線的薄膜，能夠反射6～7成的光線。對比度高是因?yàn)殛P(guān)閉電壓時(shí)液晶采用的是垂直排列方式。這種方式稱為垂直定向。由于不加壓時(shí)，為黑色顯示，因此能夠更清晰地表現(xiàn)黑色。反射型液晶元件的優(yōu)點(diǎn)在顯示暗畫面時(shí)更容易理解。在漆黑的畫面上顯示黑衣服和頭發(fā)時(shí)，能夠不受背景的影響進(jìn)行顯示（JVC ILA中心規(guī)劃部經(jīng)理柴田恭志）。

??? 投影機(jī)用的反射型液晶元件的響應(yīng)速度高是因?yàn)樵谝壕Р糠植扇×艘欢ǖ拇胧Ｍㄟ^將液晶層減小到2μm以下，提高了響應(yīng)速度。一般來說，液晶面板為了確保均勻的薄度，要在液晶中加入名為隔離片的輔助材料。這種隔離片的厚度就是液晶層的厚度。但JVC的D-ILA和索尼的SXRD，通過在制造方法和封裝材料上下功夫，在不使用隔離片的情況下實(shí)現(xiàn)了2μm的厚度?！巴ㄟ^取消隔離片，解決了在像素顯示部分會(huì)顯出隔離片的問題。利用封裝材料確保了液晶單元的厚度。”（索尼投影顯示器公司投影機(jī)引擎部綜合部長橋本俊一）

??? 如何使用透鏡來進(jìn)行反射

??? 投影機(jī)有的還使用微鏡元件。這就是美國德州儀器開發(fā)的DMD。由于DMD專利歸該公司所有，因此只有該公司進(jìn)行生產(chǎn)和供貨。采用DMD的投影機(jī)稱為DLP（數(shù)字光處理）投影機(jī)。

??? DMD的每一個(gè)像素都是一面鏡子，在半導(dǎo)體底板上排列著和像素一樣多的微鏡。微鏡邊長僅14μm。使用微鏡最多的DMD是大約80萬像素的型號。通過在0.7英寸（對角線長度）底板上的大約80萬枚微鏡逐枚動(dòng)作來顯示圖像。

??? 每一枚微鏡以對角線方向?yàn)檩S左右傾斜。采用靜電引力移動(dòng)微鏡。微鏡本身施加20V電壓，在對角線一端下方施加5V，另一個(gè)施加0V電壓后，由于0V一端的電位差較大，因此微鏡就將向這一側(cè)偏移。

??? 利用微鏡角度改變反光方向。顯示白色時(shí)設(shè)置成反射光朝向鏡頭的角度。顯示黑色時(shí)光線則光被吸收板所吸收。結(jié)構(gòu)示意圖由日本德州儀器提供。

??? 通過傾斜DMD的方向來改變光線反射角度，來實(shí)現(xiàn)白色和黑色。當(dāng)微鏡向某個(gè)方向傾斜10度時(shí)，通過調(diào)整光線將反射到鏡頭方向，反方向傾斜10度時(shí)光線將反射到光吸收板上。這樣一來，光線朝鏡頭反射時(shí)顯示白色，朝光吸收板反射時(shí)顯示黑色。中間色調(diào)則通過在極短時(shí)間內(nèi)反復(fù)切換白色和黑色來實(shí)現(xiàn)。

??? 與液晶元件相比，DMD的像素具有更高的圖像顯示性能。首先是對比度高。對比度最高可達(dá)3000：1。另外對信號的響應(yīng)速度快。響應(yīng)速度約為15微秒，差不多是液晶的1000倍。響應(yīng)速度越快，越能平滑地顯示視頻圖像。而且DMD的光利用效率更好。由于像素由微鏡組成，因此照射來的光線有9成會(huì)反射出去。不過，雖然性能高，但每個(gè)像素的均價(jià)也高。

LCD投影機(jī)的工作原理

　　液晶面板有很多種類，性能各異。應(yīng)根據(jù)用途選擇最佳的產(chǎn)品。

　　HTPS是High Temperature Poly-Silicon（高溫聚硅）的簡稱，它是有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的透過型LCD。具有小型、高精細(xì)、高對比度、驅(qū)動(dòng)器可內(nèi)置等特點(diǎn)。其主要用途是投影機(jī)用燈泡。

　　HTPS就像其名字一樣，各個(gè)像素中有采用聚硅生成的薄膜晶體管。這些像素晶體管通過改變掃描線的電壓來切換導(dǎo)通/不導(dǎo)通，起到開關(guān)的作用。制造方法與半導(dǎo)體大致相同，由于經(jīng)過高溫處理，容易實(shí)現(xiàn)細(xì)微化（多像素、高開口率）；同時(shí)，由于能夠在基板上生成驅(qū)動(dòng)器，因此具有小型、高可靠性的特點(diǎn)。

　　7.關(guān)于透鏡的F值

　　（F值） =（透鏡的焦距）÷（口徑）
　　該值與照相機(jī)光圈的F值相同，是表示透鏡的亮度、在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面非常重要的值。F值越小光線越集中，圖像越明亮，但是外圍部分的象差（如圖像歪斜等）也會(huì)變大。另一方面，如果F值設(shè)置太大，則亮度會(huì)下降，但是屏面的平行光入射較多。