投影機如何工作 投影機工作原理介紹【詳解】

　　投影機工作原理詳細資料解說

　　投影機的成像原理

　　基礎概要：投影機目前已廣泛應用於演示和家庭影院中。在投影機內部生成投影影象的元件有三類，根據元件的使用種類和數目，產品的特點也各不同。此外，投影機特有的問題包括：畫面會因投影角度的不同而出現失真以及在螢幕前面要留出一定的空間等。解決辦法是採取失真補償和實現短焦等措施。

　　投影機是一種用來放大顯示影象的投影裝置。目前已經應用於會議室演示以及在家庭中通過連線DVD影碟機等裝置在大螢幕上觀看電影。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，被用作面向硬碟數位資料的銀幕。

　　說到投影機顯示影象的原理，基本上所有型別的投影機都一樣。投影機先將光線照射到影象顯示元件上來產生影像，然後通過鏡頭進行投影。投影機的影象顯示元件包括利用透光產生影象的透過型和利用反射光產生影象的反射型。無論哪一種型別，都是將投影燈的光線分成紅、綠、藍三色，再產生各種顏色的影象。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。然後再通過稜鏡將這3色影象合成為一個影象，最後通過鏡頭投影到螢幕上。

　　使用影象顯示元件，分別產生紅、綠、藍三色影象，然後通過合成進行投影。

　　影象顯示元件包括3類。其中採用液晶的有2類，分別是採用光透過型液晶的透過型液晶元件和採用可反射光的反射型液晶的元件。後一種元件是DMD(數位微鏡元件)，每個畫素使用一個微鏡，通過改變反射光的方向來生成影象。3種元件各有利弊。

　　投影機使用的反射型液晶元件大體上採取如下3種措施：(1)採用無機材料的定向膜，易於控制液晶;(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影象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SONY兩公司已經開始提供這種元件。投影機用的液晶元件是用高溫多晶矽液晶製造的。因為它不同於普通液晶顯示器，通過將小畫素生成的影象放大至數百倍後進行投影，因此極其微小的缺陷放大後都會非常明顯，在製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。液晶分子在加電後方向就會改變，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，主流投影機使用的元件都在0.7英寸左右。然而，元件越小，透過光的面積就越小，因而影象就越暗。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。“由於在使用小液晶面板時，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。」(投影機專業製造商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採用的是有機材料。由於投影燈功率高，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使用者使用方法的不同有很大差異。

　　適合視訊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訊時至關重要的響應速度非常快，而且由於對比度高，因此黑色顯示得非常清晰。這種液晶適合於顯示電影等視訊播放。

　　目前已有三家日本公司開發成功了這種元件。JVC、日立製作所和SONY已經分別於1997年、2001年和2003年釋出了這種元件。JVC的元件名為“D-ILA」，SONY的元件名為“SXRD」。

　　反射型液晶元件由於光的利用效率比透過型高，因此能夠製造出高亮度的投影機。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採用的是垂直排列方式。這種方式稱為垂直定向。由於不加壓時，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髮時，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)。

　　投影機用的反射型液晶元件的響應速度高是因為在液晶部分採取了一定的措施。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SONY的SXRD，通過在製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。“通過取消隔離片，解決了在畫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。」(SONY投影顯示器公司投影機引擎部綜合部長橋本俊一)

　　如何使用透鏡來進行反射

　　投影機有的還使用微鏡元件。這就是美國德州儀器開發的DMD。由於DMD專利歸該公司所有，因此只有該公司進行生產和供貨。採用DMD的投影機稱為DLP(數位光處理)投影機。

　　DMD的每一個畫素都是一面鏡子，在半導體底板上排列著和畫素一樣多的微鏡。微鏡邊長僅14μm。使用微鏡最多的DMD是大約80萬畫素的型號。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影象。

　　每一枚微鏡以對角線方向為軸左右傾斜。採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電壓後，由於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。顯示白色時設定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覆切換白色和黑色來實現。

　　與液晶元件相比，DMD的畫素具有更高的影象顯示效能。首先是對比度高。對比度最高可達3000：1。另外對訊號的響應速度快。響應速度約為15微秒，差不多是液晶的1000倍。響應速度越快，越能平滑地顯示視訊影象。而且DMD的光利用效率更好。由於畫素由微鏡組成，因此照射來的光線有9成會反射出去。不過，雖然效能高，但每個畫素的均價也高。