投影机的工作原理

投影机的工作原理
投影机的工作原理

投影机的工作原理
所谓投影机又称投影仪,目前投影技术日新月异,随着科技的发展,投影行业也发展到了一个至高的领域.主要通过3M LCOS RGB三色投影光机和720P片解码技术,把传统庞大的投影机精巧化、便携化、微小化、娱乐化、实用化,使投影技术更加贴近生活和娱乐.
技术类型CRT、LCD、DLP、D-ILA、sRGB
技术指标
光输出（Light Out)
水平扫描频率（行频）
垂直扫描频率（场频）
CRT管的聚焦性能
LCOS投影技术
标称光亮度
视频带宽
分辨率
会聚
日常维护机械方面
光学系统
灯源部分
电路部分
CRT
把输入的信号源分解到 R（红）、G（绿）B（蓝）三个CRT管的荧光屏上,在高压作用下发光信号放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像. 　　它有两个性能值得注意：一是会聚性能：对 CRT 投影机 来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三种CRT管,平行安装地支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正.机器位置的变化,会聚也要重新调整,因此对会聚的要求,一是全功能,二是方便快捷.会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整.除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整.二是 CRT管的聚焦性能：CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可以做到画面上每一点都很清晰.CRT投影机显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力；缺点是亮度较低,操作复杂,体积庞大,对安装环境要求较高.
LCD
　　LCD( Liquid Crystal Display) 投影机 分为液晶板投影机和液晶光阀投影机两类.液晶是介于液体和固体之间的物质,本身不发光,工作性质受温度影响很大,其工作温度为-55oC~+77oC.投影机利用液晶的光电效应,即液晶分子的排列在电场作用下发生变化,影响其液晶单元的透光率或反射率,从而影响它的光学性质,产生具有不同灰度层次及颜色的图像. 　　按照液晶板的片数, LCD 投影机分为三片机和单片机, 三片LCD板 投影机原理是光学系统把强光通过分光镜形成RGB三束光,分别透射过RGB三色液晶板；信号源经过AD转换,调制加到液晶板上,通过控制液晶单元的开启、闭合,从而控制光路的通断,RGB光最后在棱镜中汇聚,由投影镜头投射在屏幕上形成彩色图像.目前,三片板投影机是液晶板投影机的主要机种.LCD单板投影机体积小,重量轻,操作、携带极其方便,价格比较低廉.但其光源寿命短,色彩不够均匀,分辨率较低.目前单板 投影机 的机型已经很少.
DLP
　　DLP（Digital Light Processor）数码光输处理器.DLP投影机的技术是一种全数字反射式投影技术.其特点首先是数字优势.数字技术的采用,使图像灰度等级提高,图像噪声消失,画面质量稳定,数字图像非常精确.其次是反射优势.反射式DMD器件的应用,使成像器件的总光效率大大提高,对比度亮度均匀性都非常出色.DLP投影机清晰度高、画面均匀,色彩锐利,三片机可达到很高的亮度,且可随意变焦,调整十分方便.
D-ILA
　　D-ILA（Direct-Drive Image Light Amplifier）,直接驱动图像光源放大器）技术.D-ILA技术在提供高分辨率和高对比度方面显示了技术优势,2000年,D-ILA技术的 投影机 的标称分辨率达到S-XGA（1365×1024）,对比度达到了350：1,D-ILA技术的核心部件3.3cm(1.3英寸)液晶板的标称分辨率达到了QXGA(2048×1535）.D-ILA技术的核心部件是反射式活性矩阵硅上液晶板,也就是通常所说的反射式液晶板,所以也有人将D-ILA技术称为反射式液晶技术. 　　D-ILA技术中液晶板将晶体管作为像素点液晶的开关控制单元做在一层硅基板上,硅基板（也称反射电极层）位于液晶层的下面,用于像素地址寻址的各种控制电极和电极间的绝缘层位于硅基板的下面,因此整个结构是一个3D立体排列方式.来在光源的光学不能穿透反射电极层,而被反射电极层反射,避免了下面的各种结构层对光线的阻挡.因此采用D-ILA技术的液晶板的光圈比率可以作到93%（DLP技术中DMD的光圈比率为88%,而透射式LCD的液晶板的光圈比率为40%~60%）,因此采用D-ILA技术的 投影机 对光源的利用效率更高,可以实现更高的亮度输出.
sRGB
　　投影显示系统的 sRGB 是微软公司与精工爱普生公司、三菱公司合作开发的,目的是建立一个可以满足计算机和投影显示需求的色彩管理标准,使得显示设备无须经过特别的色彩信息分析,就可以正确地表现出图象文件.sRGB 消除了不同显示系统在色彩还原上原有的差异.不同显示设备间的 RGB 色彩,自然会发生一些变化,因而经过不同的显示设备后就无法正确地再现色彩.如今,随着以计算机为辅助的演示设备越来越成为市场发展的关键工具,正确的图象和色彩还原比以前变得尤为重要.有了 sRGB 技术,用户无论使用 CRT 设备观看,或者通过适应 sRGB 标准的投影机投放观看,都可以确保得到统一的色彩.
编辑本段技术指标
光输出（Light Out)
　　是指投影机输出的光能量,单位为[流明]（lm）.与光输出有关的一个物理量是亮度,是指屏幕表面受到光照射发出的光能量与屏幕面积之比,亮度常用的单位是[勒克斯]（lx,1lx=1lm/m2）.当投影机输出的光通过一定时,投射面积越大亮度越低,反之则亮度越高.决定投影机光输出的因素有投影及荧光屏面积、性能及镜头性能、通常荧光屏面积大,光输出大.带有液体耦合镜头的投影机镜头性能好,投影机光输出也可相应提高.
水平扫描频率（行频）
　　电子在屏幕上从左至右的运动叫做水平扫描,也叫行扫描.每秒钟扫描次数叫做水平扫描频率,视频投影机的水平扫描频率是固定的,为15.625KHz(PAL制）或15.725KHz(NTSC制）数据和图形投影机的扫描频率不是不个频率频段；在这个频段内,投影机可自动跟踪输入信号行频,由锁相电路实现与输入信号行频的完全同步.水平扫描频率是区分投影机档次的重要指标.频率范围在15kHz-60kHz的投影机通常叫做数据投影机.
垂直扫描频率（场频）
　　电子束在水平扫描的同时,又从上向下运动,这一过程叫垂直扫描.每扫描一次形成一幅图像,每秒钟扫描的次数叫做垂直扫描频率,垂直扫描频率也叫刷新频率,它表示这幅图像每秒钟刷新的次数.垂直扫描频率一般不低于50Hz,否则图像会有闪烁感.
CRT管的聚焦性能
　　图形的最小单元是像素.像素越小,图形分辨率越高.在CRT管中,最小像素是由聚焦性能决定的,所谓可寻址分辨率,即是指最小像素的数目. 　　CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可以做到画面上每一点都很清晰.
LCOS投影技术
　　LCOS是一种新型的反射式microLCD投影技术.与穿透式LCD和DLP相比,LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点,它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现.由于LCOS尺寸一般为0.7英寸,所以相关的光学仪器尺寸也大大缩小,使LCOS-PTV的总成本大幅下降.HTPS-LCD目前仅有索尼（SONY）及爱普生（EPSON）拥有专利权,而DLP则是德州仪器的独家专利,LCOS则无专利权的问题.　 　　虽然LCOS看起来简单,但要产品化还要有一个过程,并不是像想象的那样容易形成一个产业.LCOS技术一经推出便在全世界范围内造成极大影响,但由于制造工艺等方面原因,目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产,只有少数厂家开发出了应用于投影机的LCOS芯片和应用LCOS技术的投影机及背投电视机.LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域具有很大优势,它没有晶元模式,且具有开放的架构和低成本的潜力.　 　　近几年来,在LCD业界出现了许多新技术,其中较热门的技术是LCOS.LCOS最大的优点是解析度可以很高,在携带型资讯设备的应用上,此优点是其他技术无法与之看齐的.缺点是模组的制程较为繁琐,各生产阶段良率控制不易,成本难以有竞争力.目前只能停留在需要高解析度的特定用途中,如液晶投影器.但自今年3月后,业者中开始将其应用到手机产品中,而且将在第4季起正式供货.若果真如此,将是LCOS的最重要里程碑.　 　　什么是LCOS LCOS（Liquid Crystal on Silicon）属于新型的反射式micro LCD投影技术,其结构是在矽晶圆上长电晶体,利用半导体制程制作驱动面板（又称为CMOS -LCD）,然后在电晶体上透过研磨技术磨平,并镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合,再抽入液晶,进行封装测试.　 　　简单来说,LCOS是直接与映像管（CRT）投影技术、高温多晶矽液晶（Ploy-Si LCD）穿透式投影技术、DMD(Digital Micromirror Device）数位光学处理（DLP; Digital Light Projector）反射式技术相关.这三项技术已发展成熟,但LCOS则成为投影显示技术的新主流.　 　　LCOS市场定位在大尺寸显示器产品及HMD(Head Mount Device）.目前业界普遍认可：在显示器市场20'以下以LCD为主流,PDP可应用于30'- 60'产品,但价格昂贵,投影显示器适用于30'- 60’以上的产品,具有解析度高,价格适中等优势.LCOS投影显示技术则是落于上述投影显示器市场；另外亦可作为直视元件,应用在HMD中.　 　　省电、便宜与高解析度为LCOS最大优点.LCOS可视为LCD的一种,但传统的LCD是做在玻璃基板上,但LCOS则是长在矽晶圆上.和LCOS的相对比的产品,最常用在投影机上的高温多晶矽LCD为代表.后者通常用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高；LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达40%以上,且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制程,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,易于提高解析度.反观高温多晶矽LCD则需另投资设备,且属于特殊制程,成本不易降低.各种技术应用比较.
会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整.除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整.有些投影机具有点会聚功能,它将全屏幕分为208个点,在208个点上逐点进行调整,所以屏幕上每一点都做到精确会聚.
　　其实,不同来源的热量对投影机造成伤害的位置和程度都是不一样的.由投影机成像系统散发出来的大量热量会导致投影机内部温度迅速升高,而投影机灯泡内壁的石英在高温下会发生失透现象,产生白色的斑点,由于失透处大量阻挡光线,使该局部区域温度异常升高,进而引起失透区域进一步扩大,从而使亮度迅速衰减,并且很可能导致灯泡爆炸.此外投影机内部的芯片板自身的物理性质决定了它的工作温度不允许太高,其他光学部件一旦温度超过其承受范围也会造成光学元器件的损坏.而投影机电源部分所散发出来的热量会导致电源部分温度过高,这样会导致投影机内部电源的电解电容干涸,从而导致投影机电源功率开关管烧毁.
如何进行过热保护
　　目前,市场上销售的许多投影机都是通过在投影机内部安装风扇组的方法,来对投影机内部的光学成像系统产生的热量以及投影机电源部分所产生的热量来进行散热的；这样投影机工作时,在散热风扇的作用下,其内部就会处于一种热平衡状态；当然这个平衡状态是与投影机使用环境的温度也是有关系的,要是投影机使用环境的温度超过一定温度的话,投影机内部重要部件的温度也会超过其额定标准.因此象这种由于环境温度已经达到临界温度的情况下,再通过安装风扇的方法就不能使进入投影机内部的空气温度下降,而且即使风扇安装在投影机外,也不能有效提高投影机内空气流速,所以安装风扇并不是解决投影机散热的唯一措施.为了保证投影机在各种环境下使用时都能正常,大家还必须在投影机内部安装温度传感器,并通过它来即时监控投影机内部空气的温度变化,并把这一温度变化信号反馈给投影机内部专门的电路来处理,一旦投影机检测到温度变化已经达到该区域工作临界点以上,投影机内部的保护程序将自动运行启动,来将投影机电源自动切断,以免投影机在高温条件下继续工作时会受到损伤. 　　当投影机采用散热风扇来排除热量时,虽然在一定程度上改善了投影机内部空气的流通效果,不过散热风扇在工作时会产生很强大的噪音,这种噪音对投影用户很不利；为了既能达到排除热量、又能降低风扇噪音,现在有不少公司针对此问题进行了大量的研发工作,并且对高温热保护频繁的解决问题研究获得了实质性的进展,例如有的公司提供外置降温产品,它通过降低进入投影机的空气温度,来减缓投影机内部温度升高的速度,从而延长投影机的连续工作时间,从而实现延迟投影机高温热保护的目的.为了降低风扇噪音,也有公司对安装在投影机内部的风扇结构进行了改善,包括散热方式、散热材料的改进,并且增加远程机内温度数据传输功能,将从根本上解决投影机长时间连续工作的问题.如果大家已经购买了投影机的话,最好要考虑投影机的使用环境,例如将投影机放置在有空调的环境中,以便降低投影机的使用环境温度；尽量让投影机远离用户,以免风扇发出的噪音对人体造成影响等.
选购
　　1、分辩率（Reslution） 　　投影机的分辨率是与所连接的电脑密不可分的.电脑分辨率大致有以下几种标准：VGA（640*480）.SVGA（800*600）.XGA（1024*768）.SXGA（1280*1024）．UX-GA（1600*1200）等．现在一般商用台式电脑的标准为XGA,笔记本电脑为SVGA,而在一些电脑教学的场所还在使用VGA,其中SVGA,XGA是市场主流.由于使用投影机的用户大多也同时使用笔记本电脑,而投影机的大幅画面多以文字图表为主,因此SVGA足够一般会场使用要求.由于电脑分辨率的升级速度很慢,且不可能无限制地升级,现时SVGA兼容XGA的机种是一部分用户的首选,而有充裕资金或是对分辨率有特殊要求的用户,XGA可满足需要.当然,为使选购的投影机呈现出最完美的效果,应将计算机的分辨率调到与投影机一致. 　　2、亮度（Brightness） 　　投影机的亮度单位有三种：流明（LUMEN）,勒克斯（LUX）,ANSI流明.现已基本统一于ANSI流明这种单位.ANSI是American　National Standards Institute 的英文缩写,即美国国家标准协会.ANSI流明亮度是由均匀分布于测试屏幕画面上的9个测点亮度平均值得出,能准确反映出投影机在正常工作下的亮度.亮度是投影机极为关键的性能指标,直接关系到观看者是否能清晰辨认屏幕上的图形文字.一般来讲,对于几十平方的中小型会议室,投到100英寸到120英寸（2.13米-2.44米）宽的屏幕,有1000ANSI流明左右足够了,若有1500ANSI流明效果非常理想.当然,越亮的机器肯定越贵.注意；如有灯光特别是阳光照射到屏幕上,投影机亮度要适当增加. 　　3.重量（weight) 　　以重量作为标准,将投影机分成3类 　　1）便携式投影机：这是为经常携带外出使用的客户设计的.它的特点是体积小,重量轻,一般在4KG左右,体积大小允许携带上飞机.由于此类用户大多使用便携式笔记本电脑,SVGA的分辨率是标准要求,而这类投影机用户要将体积,重量尽量减少,所以在亮度和其它性能上有所牺牲. 　　 　　2）台式投影机：此类投影机重量在5--10Kg,体积略大,既可固定安装或放在台面上使用,也可应付少量的移动使用.这类投影机的亮度比便携式投影机要高,同时投影的图像质量也有较大提高,而价格相应适中.此类投影机具有使用上的灵活性和较好的性价比,是一般商业用途和教育用途的首选. 　　3）固定安装式投影机：这是为大型会议中心,指挥中心,大型阶梯教室设计的,重量在10KG以上,安装到位后一般不再移动.此类投影机在亮度和图像质量上都是最高级别,并且为适应不同的安装环境和使用状况,设有许多可选配的选件,如镜头,信号处理板等.但安装调试必须由专业人员完成,维护较复杂,价格也极为昂贵,现此类投影机已渐退出商业领域. 　　4.对比度（Contrast Ratio)对比度反映的是投影机所投影出的画面最亮与最暗区域之比,对比度对视觉效果的影响仅次于亮度指标,一般来说对比度越大,图像越清晰. 　　5.均匀度（Uniformity)任何投影机射出的画面都会有中心区域与四角的亮度不同的现象.均匀度就是反映边缘亮度与中心亮度的比值,均匀度越高,画面的均匀一致性越好. 　　6.灯泡寿命（Lamp Life)LCD,DLP 和LCLV投影机都有外光源,其寿命直接关系到投影机的使用成本,所以在购买时一定要问清灯泡寿命和更换成本.LCD投影机的灯炮寿命一般为2000小时,更换成本约为2元/小时. 　　7.特殊功能（Special function)现在一些厂家为满足用户的需要开发出一些特殊功能,比如无级局部放大功能,激光教鞭,中文菜单等.有些功能还是相当实用的,用户可根据需要选择. 　　8.保修期（Warranty)国内进口投影机的原厂保修期基本为一年.
组建家庭影院
组建目的
　　随着居住条件、消费水平和享受能力的不断提高,人们已经开始不满足传统的使用电视组合起来的家庭影院效果了.这些AV爱好者们总想别具一格,想利用投影机创造出一个全新的家庭影院效果,他们希望自己组建的个人影院无论是在视频方面以及环绕立体声方面都要比传统的影院效果有质的提高.这种使用投影机组建的新型影院效果,将实现科技、艺术、娱乐与丰富想象力的完美结合,在这个个性化的空间里,用户将可以真真切切地感受到最先进的技术革新所带来的听觉与视觉的震撼力.
方案可行性
　　传统的家庭影院效果与剧院或者电影院的效果相差很大,其实效果的差别是由多方面因素决定的,其中最重要的因素就是硬件部分了,例如在视觉方面,普通的电视机能给人带来的视觉效果是非常有限的,而剧院的视听设施相对要比电视机强多了,例如它的音响系统摆放安置更具有灵活性.当然如果使用投影机来组建家庭影院,其优势可能还要超越剧场,例如投影机可以摆脱传统电视机的缺陷,它能给我们带来高清晰、大屏幕的享受；况且,剧院由于受观众较多、空间较大等客观因素的制约,在听觉方面很难达到一个逼真的效果,正是由于剧院存在这些方面的缺陷,新型的家庭影院才会不断受到人们的青睐.
方案的实施
　　首先,实现家庭影院的视觉效果,可以先将投影机与电视机相接,对于其具体连接方法,因电视机和投影机型号的不同而会略有不同,大家可以参考一下投影机的具体使用说明.把电视机和投影机正确连接起来后,就能让电视实现投影功能了；当然,如果手中暂时没有电视机的话,可以直接使用全频道高频视频切换器.下面就应该来组建一个音效系统了,组建时只要将投影机与VCD、音响、功放或者其他多媒体视听设备进行正确连接就可以了.除了正确的连接是必须的,一个视听效果具佳的家庭影院的实现还必须注意以下几个细节：　 　　1、选择好影院的空间 　　空间的大小直接影响影院的听觉效果,如何让听觉效果达到一种逼真的境地,选择好影院的空间也是很有必要的.一般来说,作为家庭影院的房间最好应该选长方形的,因为长方形的房间在调制音效的和谐方面能起到独特的作用. 　　2、选择好投影屏幕 　　投影屏幕作为家庭影院之组成部分,其重要性是不容忽视的.投影机本身常被人们认为是影响画象品质的重点,但设置投射型投影机的最终目的是在屏幕上将影象重现出来,因此投影幕也是最终决定图象品质的重要因素.不同的屏幕在明暗对比度方面不同,而画质倾向也是有所不同的,因此必须好好了解投影幕与投影机的相容性、放置位置和视听环境的影响后再作选择,否则再完美的画面 也无法充分反映出来,这好比扬声器对音响系统的重要性一样. 　　3、设置好音响系统 　　相对于空旷的剧院而言,家庭影院的面积比较小,而且观众人数也比较少,选择的音响系统本身性能也比较出色的话,只要把它安放设置好,创造出一种非常完美的效果并非没有可能.而且,为了保证音响输出的效果,还应该选择高质量的扬声器设备. 　　4、使用好投影机 　　家庭影院效果的好坏,直接受投影机的影响,正确地使用好投影机是非常重要的一环.使用投影机时要考虑到影院空间的大小,以及空间的照明情况.如果影院的空间不是很大,最好使用液晶投影机.如果房间比较空旷,而且没有强光照射、使用比较固定的话,可以选择使用CRT投影机.如果您只想追求画面的均匀性和色彩的柔和性,没有必要去显示高分辨率时,可以考虑使用DLP投影机.如果对环境要求不高,显示面积又要求比较大的话,而且对画面的局部细节要求比较高的话,可以选择使用LCD投影机. 　　5、布置好投影环境 　　在投影机处于工作状态时,不能受太强烈的环境光线的影响,这些强烈的室外光线和室内光线将会使投影机的投影效果变得很差,我们可以在房间中安装窗帘以便挡住室外光线；房间的墙壁、地板应该使用不宜反光的材料,因为这些细节都会影响视频效果的逼真度；为了能获得最佳的环绕立体声效果,我们应该尽可能地使用帷幔来环绕房间四壁；最后还要注意一个细节,就是不要坐椅背太高的座椅,不要让座椅靠近音响设备或者扩音器,座椅太高或者靠近音响设备都会使声音效果变得很差.