投影儀的成像原理是什么

??? 基礎概要：投影儀目前已廣泛應用于演示和家庭影院中。在投影儀內部生成投影圖像的元件有三類，根據元件的使用種類和數目，產品的特點也各不同。此外，投影儀特有的問題包括：畫面會因投影角度的不同而出現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償和實現短焦等措施。

??? 投影儀是一種用來放大顯示圖像的投影裝置。目前已經應用于會議室演示以及在家庭中通過連接DVD影碟機等設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碼影院放映機，被用作面向硬盤數字數據的銀幕。

??? 說到投影儀顯示圖像的原理，基本上所有類型的投影儀都一樣。投影儀先將光線照射到圖像顯示元件上來產生影像，然后通過鏡頭進行投影。投影儀的圖像顯示元件包括利用透光產生圖像的透過型和利用反射光產生圖像的反射型。無論哪一種類型，都是將投影燈的光線分成紅、綠、藍三色，再產生各種顏色的圖像。因為元件本身只能進行單色顯示，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，分別產生紅、綠、藍三色圖像，然后通過合成進行投影。

??? 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（數字微鏡元件），每個像素使用一個微鏡，通過改變反射光的方向來生成圖像。3種元件各有利弊。

??? 投影儀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

??? 結構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廣泛用作普通電腦顯示屏的液晶顯示器相同。在日本國內，精工愛普生和索尼兩公司已經開始提供這種元件。投影儀用的液晶元件是用高溫多晶硅液晶制造的。因為它不同于普通液晶顯示器，通過將小像素生成的圖像放大至數百倍后進行投影，因此極其微小的缺陷放大后都會非常明顯，在制造的時候需要相當高的精度。

??? 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改變，由液晶分子的方向來調節是否讓光線通過，以此顯示白色和黑色。

??? 其缺點是光的利用效率較差。這是因為透過型液晶面板由多層構成，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，主流投影儀使用的元件都在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，光學系統也會變大?！坝捎谠谑褂眯∫壕姘鍟r，為了確保亮度，必須照射更多的光線，因此機身反而會更大。而尺寸為0.9英寸左右的話，不僅可確保足夠的亮度，同時還能設計到更小?！保ㄍ队皟x專業制造商NEC顯示技術公司投影系統業務部商品規劃部經理高木清英）

??? 透過型液晶元件會因長時間使用而老化。這是因為用來調節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材料。由于投影燈功率高，因此不僅發熱，而且光線很強，所以會使有機材料產生化學變化。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

??? 在可實現高畫質的液晶元件中有一種反射型液晶。最大的特點是顯示視頻時至關重要的響應速度非?？?，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成功了這種元件。JVC、日立制作所和索尼已經分別于1997年、2001年和2003年發布了這種元件。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儀。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。對比度高是因為關閉電壓時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，為黑色顯示，因此能夠更清晰地表現黑色。反射型液晶元件的優點在顯示暗畫面時更容易理解。在漆黑的畫面上顯示黑衣服和頭發時，能夠不受背景的影響進行顯示（JVC ILA中心規劃部經理柴田恭志）。

??? 投影儀用的反射型液晶元件的響應速度高是因為在液晶部分采取了一定的措施。通過將液晶層減小到2μm以下，提高了響應速度。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現了2μm的厚度?！巴ㄟ^取消隔離片，解決了在像素顯示部分會顯出隔離片的問題。利用封裝材料確保了液晶單元的厚度?！保ㄋ髂嵬队帮@示器公司投影儀引擎部綜合部長橋本俊一）

??? 如何使用透鏡來進行反射

??? 投影儀有的還使用微鏡元件。這就是美國德州儀器開發的DMD。由于DMD專利歸該公司所有，因此只有該公司進行生產和供貨。采用DMD的投影儀稱為DLP（數字光處理）投影儀。

??? DMD的每一個像素都是一面鏡子，在半導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80萬枚微鏡逐枚動作來顯示圖像。

??? 每一枚微鏡以對角線方向為軸左右傾斜。采用靜電引力移動微鏡。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偏移。

??? 利用微鏡角度改變反光方向。顯示白色時設置成反射光朝向鏡頭的角度。顯示黑色時光線則光被吸收板所吸收。結構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，來實現白色和黑色。當微鏡向某個方向傾斜10度時，通過調整光線將反射到鏡頭方向，反方向傾斜10度時光線將反射到光吸收板上。這樣一來，光線朝鏡頭反射時顯示白色，朝光吸收板反射時顯示黑色。中間色調則通過在極短時間內反復切換白色和黑色來實現。

??? 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3000：1。另外對信號的響應速度快。響應速度約為15微秒，差不多是液晶的1000倍。響應速度越快，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成會反射出去。不過，雖然性能高，但每個像素的均價也高。
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