（南京观海微电子）——投影仪原理及使用介绍

投影仪

是一种用来放大显示图像的投影装置。目前已经应用于会议室演示以及在家庭中通过连接DVD影碟机等设备在大屏幕上观看电影。在电影院，也同样已开始取代老电影胶片的数码影院放映机，被用作面向硬盘数字数据的银幕。

投影仪的成像原理

首先，投影的工作原理是利用凸透镜成像的原理而实现的。

我们在初中的时候有学过凸透镜成像，物体到透镜的距离大于2倍焦距时，成像效果为倒立、缩小的实像，我们常见的相机就是利用的这个原理。

而当物体到透镜的距离小于2倍焦距、大于1倍焦距时，成像效果即为倒立、放大的实像，这就是投影仪的基础工作原理。

投影机的基本原理

使用图像显示元件，分别产生红、绿、蓝三色图像，然后通过合成进行投影。

图像显示元件包括3类（见图2）。其中采用液晶的有2类，分别是采用光透过型液晶的透过型液晶元件和采用可反射光的反射型液晶的元件。后一种元件是DMD（数字微镜元件），每个像素使用一个微镜，通过改变反射光的方向来生成图像。

分别是采用液晶的透过型液晶元件和反射型液晶元件，以及利用镜子产生像素的DMD。3种元件各有利弊。

投影机使用的反射型液晶元件大体上采取如下3种措施：（1）采用无机材料的定向膜，易于控制液晶；（2）通过减小液晶层厚度，提高响应速度；（3）通过取消液晶中的障碍物即隔离片（Spacer），提高光的利用效率

投影仪技术分类

目前，主流的投影技术主要有以下三种：LCD技术、DLP技术、LCOS技术。

LCD技术

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。以液晶面板作为成像器件，利用液晶的张合，从而影响光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。根据液晶面板的数量分为单片LCD、3LCD两种投影技术。

优点：

1、色彩丰富，几乎所有的液晶投影仪都能提供1670万种颜色的真彩色，且色彩还原度较为精准；

2、技术成熟度较好，LCD技术发展至今已有30多年，各产品均经过长期应用、优化，性能比较稳定；

缺点：

1、亮度损失大，产品亮度难以大幅提升。由于液晶面上覆盖的栅格，会阻挡光线透过，大部分光线由此损失掉，严重影响了LCD 投影仪的亮度表现；

2、灰尘容易入侵，为了提升投影整机的亮度，液晶投影就需要大幅提升灯源亮度，而此时为解决高温，需要引入风扇散热，从而无法实现密封环境，时间长了，吸附在液晶上的灰尘会影响液晶成像质量；

3、产品体积较大，尤其是3LCD，光路系统的体积难以缩小，投影仪整体体积、重量都相对较大；

DLP技术

采用数字光学成像原理，将源图像数字化，然后，这些二进制图像输入进DMD，在那里它们与来自光源图像并经过仔细过滤的彩色光相结合。这些图像离开DMD后就成像到屏幕上。由于外来信号源无需经过数模（D/A）转换，直接调制成像。一方面使信号的衰减减至最小，使噪音消失，另一方面能够获得具有数字灰度等级的精细的图像质量以及颜色再现，呈现出更清晰、锐利、层次丰富的画面显示效果。

DLP技术也分为单片DLP和三片DLP，三片方案色彩对比度和明亮度显著优于单片方案，但成本过高，目前，单片DLP方案应用较多。

3DLP

3DLP投影仪顾名思义就是采用了3块DMD芯片，这类投影仪的优点在于由于每个DMD芯片分别负责一种颜色，因此不需要在用到色轮，完全解决了DLP的彩虹效应问题，光源的利用率更高，同时可以大幅度提升色彩效果，提供无比强大的的对比度表现力。

3dlp投影仪目前家用产品相对较少，这是由于3dlp投影的光路结构更为复杂，投影仪的体积相对较大，其散热产生的风噪也较高，目前很多影院配备的投影设备都为3dlp技术的设备。

优点：

1、原生对比度高；

2、体积小型化；DLP投影仪采用的是反射式原理，实现高开口率更为简单，相同配置的产品DLP光路系统更小，整个设备体积可以做到更小；

3、防尘环路好；DMD芯片采用的是半导体结构，在高温下运作镜片也不易发生太大的变化，DLP的光路均采用封闭式设计，降低了灰尘进入的概率；

4、便携式优势；DLP投影能做到轻、小、便携，以满足消费者对于移动投影的需求；

缺点：

1、色彩效果低、不丰富、不够鲜艳生动；此外，低速色轮还可能会造成红绿蓝拖影的彩虹效应；

LCOS技术

硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置，属于新型的反射式micro LCD投影技术。这种技术最近几年没有太大的发展。

现在基本上已经没有这种投影机了,事实证明他的设计存在缺陷,机器性能不稳定,是3LCD投影机的过度产品。现在在市场上已经销声匿迹了,我们叫它反射式投影机,对了它是单片液晶板.

优点：

1、视觉效果好：光利用效率高，色彩鲜艳、灰度优秀、黑色深沉、画面明亮、网格化情况较少；

2、体积小型化：光利用高使得投影分辨率能得到好的改善，硅芯片无需为透光率设计得过大，这样，光机体积可以做的很小。

缺点：

1、加工工艺复杂，良率过低；

2、成本高昂：大量元件无法标准化生产，加上良率难以提升，整体成本过高。

光源技术

激光

激光光源是目前应用于投影仪中最高端的光源，它拥有比高压钠灯更好的色域覆盖，同时也能达到甚至超越高压汞灯的亮度。但目前由于激光光源的成本较高，真正的好产品都价格不菲，比如jvc引以自豪的“宙斯”系列，无论色彩、亮度都是投影仪中的佼佼者，其系列产品的价格均在五位数到六位数。而一些万元内的激光光源产品，很多都是为了硬撑“激光光源”的噱头，在其他的核心部件上缩水严重，导致整体的效果并不理想。

镜头

投影仪的镜头是整个光路的最后一个环节，决定了投影仪画面的色彩、亮度、对焦清晰度等核心参数。投影仪的镜头从功能上分为定焦镜头和变焦镜头，从材质上分为全玻璃镜头和树脂镜头。

定焦镜头顾名思义，即机器通过镜头投射出的画面尺寸为固定尺寸，想要调节画面大小只能通过调整投影仪到幕布间的距离来控制，因此这类机器对位置摆放的要求比较高。当然目前定配备定焦镜头的机器也可以通过数码变焦的方式来拉伸或裁剪画面，但这种方式对画质的影响较大，不建议使用。

变焦镜头配备有专门的变焦环，可以通过在固定位置调节变焦环来改变画面尺寸，由于是光学变焦，因此对画质的实际影响比较小，投影仪的摆位相对也要更加灵活一些，但配备这类镜头的产品成本也随之较高。

投影仪的镜头均采用多片式结构，每一块镜片的作用大不相同，起到放大倍率、调整色差、控制聚焦范围和补偿的作用。

全玻璃镜头即镜头的每一片均由玻璃制成，玻璃镜片的耐热性强，加工研磨精度高，所呈现的画面色彩还原较好，整体通透感更强，对焦稳定性也要更高，但缺点依然是成本较高，对加工的技术要求比较高。

树脂镜头并非全树脂结构，往往是以玻璃镜片+树脂镜片相结合的方式，由于树脂对高温的耐性较差，在长期强光源照射的情况下，会产生轻微的形变，尽管非常细小，但会因此改变光线的折射，对应到屏幕上就会产品画面虚焦的情况，很多投影仪非常“贴心”的配备了智能对焦系统，就是由于投影仪在刚开机时热量较小，但使用半个小时以后温度升高，这个时候画面会开始有虚焦的问题。采用树脂+玻璃的方式，一是为了节约成本，二是树脂镜片加工往往注塑的方式，加工技术难度较低。因此在条件允许的情况下，优先选择全玻璃镜头的机器会要更好。