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投影仪入门知识 三大投影技术完全解析

编辑:遵义鸿图电子科技有限公司  发布时间:2017-03-08

  随着科技的进步,社会的发展,人们已经不能满足于液晶显示器的可视面积,转而研发可以显示更大面积的投影技术。投影技术发展至今,一共衍生出了三种常用技术,它们分别是:DLP投影技术、LCD投影技术和CRT投影技术。下面笔者就来带各位认识下这些投影技术的成像原理。数字光学处理(DLP™)是投影和显示信息的一个革命性的新方法。基于Texas仪器公司开发的数字微反射镜器件(DMD™),DLP完成了显示数字可视信息的最终环节。数字光学处理(DLP™)技术在消费者、商业和投影显示工业的专业领域方面被作为子系统或“发动机”提供给市场主管。正如CD在音频领域的革命一样,DLP将在视频投影方面带来革命。

数字光学处理(DLP™):如何工作?

  正如中央处理单元(CPU)是计算机的核心一样,DMD是DLP的基础。单片、双片以及多片DLP系统被设计出来以满足不同市场的需要。一个DLP为基础的投影系统包括内存及信号处理功能来支持全数字方法。DLP投影机的其它元素包括一个光源、一个颜色滤波系统、一个冷却系统、照明及投影光学元件。

  一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关。成千上万个微小的方形16x16um镜片,被建造在静态随机存取内存(SRAM)上方的铰链结构上而组成DMD(图1)。每一个镜片可以通断一个象素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜,+10度为“开”。-10度为“关”,当镜片不工作时,它们处于0度“停泊”状态。

  根据应用的需要,一个DLP系统可以接收数字或模拟信号。模拟信号可在DLP的或原设备生产厂家(OEM's)的前端处理中转换为数字信号,任何隔行视频信号通过内插处理被转换成一个全图形帧视频信号。从此,信号通过DLP视频处理变成先进的红、绿、蓝(RGB)数据,先进的RGB数据然后格式化为全部二进制数据的平面。

  一旦视频或图形信号在一种数字格式下,就被送入DMD。信息的每一个象素按照1:1的比例被直接映射在它自己的镜片上,提供精确的数字控制,如果信号是640×480象素,器件中央的640×480镜片采取动作。这一区域处的其它镜片将简单的被置于“关”的位置。

  器件中部反射部分包括508,800个细小的、可倾斜的镜片。一个玻璃窗口密封和保护镜片。DMD显示为实际尺寸。

  通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行电子化寻址,DMD阵列上的每个镜片被以静电方式倾斜为开或关态。决定每个镜片倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制(PWM)。镜片可以在一秒内开关1000多次,这一相当快的速度允许数字灰度等级和颜色再现。

  在这一点上,DLP成为一个简单的光学系统。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后,来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时,它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方型象素投影图像(图2)。

  上图所示的是:入射光射到三个镜片象素上,两个外面的镜片设置为开,反射光线通过投影镜头然后投射在屏幕上。这两个“开”状态的镜片产生方形白色象素图形。中央镜片倾斜到“关”的位置。这一镜片将入射光反射偏离开投影镜头而射入光吸收器,以致在那个特别的象素上没有光反射上去,形成一个方形、黑色象素图像。同理,剩下的508797个镜片象素将光线反射到屏幕上或反射离开镜片,通过使用一个彩色滤光系统以及改变适量的508,800DMD镜片的每个镜片为开态,一个全彩色数字图像被投影到屏幕上。

  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。

LCD投影机有两种:

液晶板投影机

LCD投影机示意图

成像器件为液晶板,是被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP(冷光源)。

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。

  从图像品质上,单片机的表现要比三片机逊色不少。

液晶光阀投影机

  采用CRT管和液晶光阀作为成像器件,是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾,它采用外光源,也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成:光电转换器、镜子、光调制器,它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上,将光信号转换为持续变化的电信号;外光源产生一束强光,投射到光光阀上,由内部的镜子反射,能过光调制器,改变其光学特性,紧随光阀的偏振滤光片,将滤去其它方向的光,而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过,这个光与CRT信号相复合,投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机,亮度可达6000ANSI流明,分辨率为2500×2000,适用于环境光较强,观众较多的场合,如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所,但其价格高,体积大,光阀不易维修。 对追求高分辨率、高亮度、大画面的用户,液晶光阀投影机是他们的首选。

CRT 投影技术原理

  CRT(Cathode Ray Tube)是阴极射线管。是应用较为广泛的一种显示技术。CRT投影机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。光学系统与CRT管组成投影管,通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机。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。

有两个CRT投影机的特有性能指标值得注意:

会聚性能

  会聚是指红绿蓝三种颜色在屏幕上的重合。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。

CRT管的聚焦性能

  我们知道,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。

CRT投影机亮度指标

  CRT(三枪)投影机的光输出用峰值流明来表示,即在一个白窗口的测试图像上,以扫描线尚清晰可见的情况下,测量白窗口的最大照度(LUX)乘以白窗面积(m2)来确定投影机光通量,峰值流明具有很好的实际意义,由于您看到的任何一帧视频图像不可能全部都是白场,白色所占的比例一般占图像面积的20%左右。同时CRT投影机是依靠投影管内电子束在荧光屏上扫描获取图像,束电流大小取决于阴极的发射能力,正常状态下阴极发射的电子被阴栅之间的负电位差控制,在阴栅之间形成电子云,随电位减少,电子流很快被拉到阳极----荧光屏,CRT管能提供较高的脉冲电流,所以窗口信号的屏上亮度可较高,而如果画面是全白场,由于阴极发射能力的限制,只能提供平均束电流,屏上亮度会大大降低,只有峰值流时的1/5左右。由于阴极各CRT投影和所采用窗口信号的大小不同(10%-25%),所以各厂家产品的亮度指标,没有绝对的可比性。

编辑总结:

  相信通过笔者的介绍,各位一定都对三个主流的投影技术有了一个初步的认识。DLP技术的优势是产生图像的对比度较高,光路系统设计紧凑,因而在体积、重量方面占有优势,在显示文本、CAD模型、幻灯片时效果出众;而LCD技术的优势主要体现在亮度均匀性、色彩及细节的表现上,在回放高质量的动态视频图像表现要强于DLP投影机。CRT技术的优势是分辨率高,缺点是亮度低。笔者希望用户认清各个投影技术的优势,选择适合自己的投影机。


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