投影儀是用來放大顯示圖像的投影裝置。目前，它已用于會議室演示和通過連接DVD播放機和家庭其他設(shè)備在大屏幕上觀看電影。在電影院里，數(shù)字電影放映機也被用作硬盤數(shù)字數(shù)據(jù)的屏幕，數(shù)字電影放映機也開始取代舊電影。

投影儀的原理是什么

說到投影儀成像的原理，幾乎所有類型的投影儀都是一樣的。投影儀首先將光線照射到圖像顯示元件以產(chǎn)生圖像，然后通過透鏡將其投射出去。投影儀的圖像顯示元件包括通過光傳輸生成圖像的傳輸類型和通過反射光生成圖像的反射類型。不管是哪種類型，投射燈的光線分為紅色、綠色和藍色，產(chǎn)生各種顏色的圖像。因為組件本身只能顯示單色，所以需要使用三個組件來生成三個顏色組件。然后通過棱鏡將三色圖像合成成圖像，并通過透鏡投射到屏幕上。

投影儀原理

利用圖像顯示元素，分別生成紅色、綠色和藍色圖像，然后進行合成投影。

有三種類型的圖像顯示元素(見圖2)。其中，液晶有兩種，一種是采用透光液晶的透射式液晶元件，另一種是采用反射光的反射式液晶元件。后者是dmd(數(shù)字微鏡元件)。每個像素使用微鏡通過改變反射光的方向來生成圖像。

三種圖像顯示元件

分別使用了液晶的透射和反射液晶元件以及由反射鏡產(chǎn)生的像素的dmd。這三個部分各有利弊。

反射液晶元件采取的措施

投影儀中使用的反射式液晶元件一般采取以下三種措施：(1)采用無機定向膜，便于液晶的控制;(2)減小液晶層的厚度，提高響應(yīng)速度;(3)通過消除液晶中的障礙物，即間隔物，提高光的利用效率。

與液晶面板結(jié)構(gòu)相同的發(fā)射元件

透射式液晶元件產(chǎn)生圖像的原理與一般計算機顯示屏上廣泛使用的液晶顯示器相同。在日本，精工愛普生和索尼已經(jīng)開始提供這個組件。投影儀中使用的液晶元件是由高溫多晶硅液晶制成的。由于它不同于普通的液晶顯示器，通過將小像素產(chǎn)生的圖像放大到幾百倍后再投影，放大后會出現(xiàn)非常明顯的微小缺陷，這就需要相當高的制造精度。

透射式液晶元件的工作原理與液晶顯示器的工作原理完全相同。液晶分子帶電后，其取向發(fā)生了變化。液晶分子的方向調(diào)整光是否通過，以顯示白色和黑色。

缺點是光利用效率差。這是因為透明液晶面板由多層組成，所以只有大約30%的入射光可以通過。

透射型液晶元件的尺寸越來越小。透射率LCD元件通常在0.7到0.8英寸之間，但為了控制成本，主流投影機使用的是0.7英寸左右。然而，元素越小，光線通過的區(qū)域越小，圖像越暗。因此，為了保證使用小部件時的亮度，投影燈應(yīng)該更大，為了提高光的傳輸效率，光學(xué)系統(tǒng)會變得更大?！币驗樵谑褂眯⌒鸵壕姘鍟r，為了保證亮度，必須有更多的光線照射，所以機身會更大。如果尺寸在0.9英寸左右，不僅可以保證足夠的亮度，而且可以設(shè)計得更小。

由于長期使用，穿透性液晶元件會老化。這是由于有機材料在定向薄膜中的使用，用來調(diào)節(jié)液晶分子的方向，而偏振器用來控制光的方向。由于投光燈的高功率，它不僅產(chǎn)生熱量，而且有很強的光，所以會引起有機材料的化學(xué)變化。不同的投影儀模式和用戶模式，材料老化程度差別很大。

視頻播放用反射液晶元件

液晶元件中有一個反射液晶，可以獲得高畫質(zhì)。最重要的特點是在顯示視頻時，臨界響應(yīng)速度非?？欤⑶矣捎诟邔Ρ榷?，黑色顯示非常清晰。該液晶顯示器適用于電影顯示等視頻播放。

目前，已有三家日本公司成功開發(fā)了該組件。合資公司、日立和索尼分別于1997年、2001年和2003年發(fā)布了這些組件。JVC組件稱為“D-ILA”，索尼組件稱為“SXRD”。

反射式液晶元件比透射式液晶元件具有更高的光效率，可以產(chǎn)生高亮度的投影儀。液晶部分下面有一層薄膜反射光，可以反射6-70%的光。高對比度是由于當電壓關(guān)閉時液晶的垂直排列。這種方式叫做垂直方向。因為在不加壓的情況下，它是用黑色顯示的，所以它可以更清楚地顯示黑色。反射式液晶元件的優(yōu)點在顯示深色圖片時更容易理解。當黑色衣服和頭發(fā)顯示在黑屏上時，它們可以在不受背景影響的情況下顯示。

投影儀中使用的反射液晶元件的高響應(yīng)速度是由于在液晶部分采用了某些措施(見圖3)。通過將液晶層減小到小于2μm來提高響應(yīng)速度。一般來說，為了保證均勻的薄度，液晶面板需要在液晶中添加一種叫做隔離器的輔助材料。隔離器的厚度是液晶層的厚度。但合資公司的d-ila和索尼的sxrd通過其制造方法和包裝材料，在不使用隔離器的情況下，實現(xiàn)了2微米的厚度?！蓖ㄟ^去除隔離器，解決了在像素顯示單元部分顯示隔離器的問題。采用封裝材料保證了lcd單元的厚度。

如何使用鏡頭反射

每個像素都有一個反射光的微鏡。

一些投影儀也使用微鏡元件。這是德州儀器公司開發(fā)的DMD。由于DMD專利屬于該公司，只有該公司生產(chǎn)和供應(yīng)這些專利。使用DMD的投影儀稱為DLP(數(shù)字光處理)投影儀。

DMD的每個像素都是一個鏡子，在半導(dǎo)體基板上布置有與像素一樣多的微鏡。微鏡的邊緣長度只有14微米。最微鏡的DMD大約是80萬像素。通過在0.7英寸(對角線長度)的地板上逐個移動大約80萬個微鏡來顯示圖像。

每個微鏡在對角線方向左右傾斜。靜電引力用于移動微鏡。微鏡本身施加20V電壓，對角線一端下方5V，另一端下方0V電壓。由于0V一端的電位差很大，微鏡會向這邊移動。

通過使用微鏡的角度改變反射方向。當顯示白色時，將設(shè)置反射光朝向鏡頭的角度。黑光被吸收體吸收。

白色和黑色是通過傾斜DMD的方向來改變光反射的角度來實現(xiàn)的(圖4的右邊)。當微鏡向一個方向傾斜10度時，通過調(diào)節(jié)光線，光線將被反射到鏡頭的方向。當微鏡向相反方向傾斜10度時，光線會反射到吸光板上。這樣，光線反射到鏡頭時是白色的，反射到吸光板時是黑色的。中間色調(diào)是通過在很短的時間內(nèi)反復(fù)切換白色和黑色來實現(xiàn)的。

與液晶元件相比，dmd像素具有更高的圖像顯示性能。首先是高對比度。最高對比度可達3000:1。此外，對信號的響應(yīng)速度很快。響應(yīng)速度約為15微秒，幾乎是液晶的1000倍。響應(yīng)速度越快，顯示的視頻圖像越平滑。此外，dmd具有更好的光效率。由于像素是由微鏡組成的，因此90%的光被照亮后會被反射。然而，雖然性能很高，但每個像素的平均價格也很高。

投影儀的類型和用途

它包括四個類別。單板dlp投影機和三個透射式lcd元件的lcd投影機是演示和家庭影院的熱門產(chǎn)品。液晶投影機和采用反射式液晶顯示器的三板dlp投影機是電影院數(shù)字投影機、影廳和各種公共活動的高價產(chǎn)品。

單板DLP投影儀的結(jié)構(gòu)

單板dlp投影機只有一個dmd，通過高速旋轉(zhuǎn)濾色片依次向dmd照射紅綠藍三色光。DMD連續(xù)顯示各種圖像，然后通過鏡頭投射。基于日本德州儀器的公開數(shù)據(jù)。

適合小型化的單板投影儀

適合小型化的單板投影儀

投影儀中使用的組件有三種，而實際使用這些組件的產(chǎn)品分為以下四類：

(1)僅使用一臺DMD單板DLP投影儀;

(2)采用三臺透射式液晶投影儀。

(3)帶3個DMD和

(4)帶三個反射液晶元件的液晶投影儀。根據(jù)投影儀顯示紅、綠、藍三色圖像的原理，它們基本上是三板式的。然而，像dmd一樣，投影儀可以由一個具有高性能圖像顯示的組件組成。DMD價格較高也是采用單板設(shè)計的原因之一。使用DMD的DLP投影儀基本上是單板的，除了一些大型產(chǎn)品(見圖5)。

單板DLP投影儀不預(yù)先分離光，但通過紅、綠、藍三色濾光片，可以依次切換三色(見圖6)。彩色濾鏡每秒旋轉(zhuǎn)60到180次。濾色器發(fā)出的光照在DMD上。DMD連續(xù)高速顯示三色圖像。當紅燈亮起時，顯示紅色分量的圖像。當綠燈亮起時，顯示綠色分量的圖像。DMD反射的三色圖像通過透鏡投影。

由于其高對比度和快速響應(yīng)，單板dlp投影機適合家庭影院和其他視頻顯示領(lǐng)域。而且，光學(xué)系統(tǒng)不需要太大，所以設(shè)計緊湊，重量輕，便于攜帶，所以也適合隨身攜帶(圖1)。

然而，也有人指出，在單板dlp投影機中使用彩色濾光片連續(xù)顯示三色圖像也產(chǎn)生了相應(yīng)的缺點。這就是高速圖像顯示導(dǎo)致分色的“彩虹現(xiàn)象”。有人指出，分色可以“震撼你的眼睛”。面向家庭影院的產(chǎn)品通過提高濾色片的旋轉(zhuǎn)速度，將濾色片分為六種或在三種顏色之外添加白色來減少這種現(xiàn)象。

小型DLP投影儀

DLP投影儀“V-1100”由Plus Vision在日本推出。它重約1.0公斤，寬180 x，高45 x，長141毫米。它可以用一只手拿著。

特殊透鏡光譜學(xué)

投影機的基本結(jié)構(gòu)，即三片式投影機，包括以下三類：(1)通用型，即使用透明液晶的產(chǎn)品;(2)使用DMD的高價產(chǎn)品和使用反光液晶元件的高價產(chǎn)品。

以液晶投影儀為例介紹了該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)(圖7)。首先，有害的紫外線和紅外線影響溫度，應(yīng)該從投影儀發(fā)出的光中去除。然后根據(jù)波長將光分為紅、綠和藍。一種叫做“分色鏡”的特殊透鏡用來分離光線。色譜儀的特點是只允許特定波長的光通過并反射其他光，或者只反射特定光并允許剩余光通過。先是紅色，然后是綠色，最后是藍光。有些產(chǎn)品按藍色、綠色和紅色的順序分開。由圖像元素生成三幅彩色圖像，然后用棱鏡合成這些光。為了形成自然色，按紅3、綠6、藍1的比例對光線進行合成。

圖7：液晶投影儀的結(jié)構(gòu)

投射燈發(fā)出的光首先分為紫外線和紅外線。然后，用一種特殊的透鏡稱為二色鏡，將其分為紅光、綠光和藍光。生成三色圖像后，用棱鏡合成圖像并進行投影。

圖8：梯形失真補償技術(shù)

減少導(dǎo)致梯形失真的組件上的像素。因此分辨率降低。

不同場合對投影儀的不同要求

會議室和家庭使用的不同要求

投影儀根據(jù)部件的類型和使用部件的數(shù)量有不同的特點。不過，除了成分外，實際產(chǎn)品也根據(jù)用途進行了調(diào)整。

投影儀的使用大致可以分為三個方面。一是在會議室等場合演示使用，二是在家庭影院觀看電影，三是在影院等場合放映數(shù)字電影的數(shù)字投影儀。

在產(chǎn)品數(shù)量最多的示范和家庭影院方面，12萬至60萬日元的小規(guī)模產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。就這些產(chǎn)品的銷售而言，約80%是傳輸型液晶器件，約20%是DMD器件。在會議室和各種活動中，電影院使用三臺DMD DLP投影儀和一臺反光LCD投影儀。

我們是否重視亮度、對比度和色彩表現(xiàn)取決于不同的用途。演示用投影儀主要用于會議室。在會議室，為了記錄，周圍環(huán)境必須達到一定的亮度。因此，投影儀有亮度要求。如果亮度在1500ansi流明到2000ansi流明之間，即使周圍光線很亮，也可以進行正常投影。由于需要顯示表格等小文本，還需要顯示高分辨率。最近，它們中的大多數(shù)已經(jīng)達到了與計算機顯示器相同的xga(1024x 768像素)規(guī)格。

另一方面，家庭影院，因為它可以降低房間的亮度，所以對亮度的要求很低。相反，對比度是否能更深刻地表達黑色，顯示對皮膚非常重要的紅色。為了提高顯色效果，“通過改進分光鏡的制造工藝，可以充分展現(xiàn)紅綠效果”(一位來自音視頻解決方案公司投影儀業(yè)務(wù)部商品策劃科杉村一人，三洋電器消費集團)。此外，采用反光液晶元件的高價位投影機也開始采用光波分布接近自然光、色彩表現(xiàn)良好的佳能投影機。

通過增加像素間距修改顯示圖像

對于投影儀來說，雖然質(zhì)量和其他顯示設(shè)備一樣重要，但由于采用“投影”模式，投影儀也存在一些特殊問題。首先，投影角度必須調(diào)整，其次，屏幕和投影儀之間不得有障礙物空間。

由于投影角度不正確，投影儀將產(chǎn)生梯形失真(見圖8)。有時房間狹窄時，投影儀會水平交錯或從下面斜投影。水平投影形成左右寬的梯形，斜底向上投影形成上寬下窄的梯形。

這種梯形校準技術(shù)現(xiàn)已成熟，并已應(yīng)用于大多數(shù)產(chǎn)品(見下圖8)。這種技術(shù)被稱為“梯形失真校正”。

本文以水平投影與垂直投影之比為4:3為例。上寬下窄的梯形形狀根據(jù)底線將圖片校正為4:3的矩形。為了達到這個目的，我們需要改變由組件生成的圖像。也就是說，當組件上的直接投影增加時，該部分的像素間距將變寬。也就是說，通過將組件上的顯示調(diào)整為梯形，投影圖像顯示為矩形。但是，像素間距越大的部分分辨率越低。

不同場合對投影儀的不同要求

校準技術(shù)也在不斷進步。有些產(chǎn)品不僅可以在寬度上下加寬時進行校正，還可以在投影時通過傾斜傳感器檢測機身角度，從而自動校正圖像失真。

一種獨特的方法是由nec-view技術(shù)開發(fā)的校正技術(shù)。通過使用附帶的遙控器指定顯示屏的四個角并按下設(shè)置按鈕，可以將其校正為由四個指定點組成的四邊形。該公司利用自主研發(fā)的芯片實現(xiàn)了這一校準技術(shù)。

此外，還開展了縮短屏幕與投影儀之間距離的研發(fā)工作。因為如果你想避免在中間投射障礙物，投射距離越短越好。近年來，短鏡頭焦距產(chǎn)品的需求不斷增加。短焦距鏡頭目前主要用于高分辨率、高成本的機型。然而，由于鏡片的高成本，它們最初只用于高性能、高價格的產(chǎn)品。最近，鏡頭價格逐漸降低，所以兩年前就開始在小規(guī)模產(chǎn)品中使用。

此外，不帶鏡頭的短焦距產(chǎn)品正在開發(fā)中。這是由NEC VIEW技術(shù)開發(fā)的DLP投影儀“WT600”，它利用鏡頭的反射光來調(diào)整角度。光線依次反射到四個非球面透鏡上進行投影。由于投影儀可以放置在演示者和屏幕之間，因此無法投射陰影?！蓖懂a(chǎn)最大的困難是提高亮度。目前，通過對濾色片的改進，已經(jīng)實現(xiàn)了1200安的nsi流明。

由NEC View Technology推出的DLP投影儀“WT600”。60英寸(0.9 x 1.2米)屏幕的投影距離為26厘米。