投影仪是用来放大显示图像的投影装置。目前，它已用于会议室演示和通过连接DVD播放机和家庭其他设备在大屏幕上观看电影。在电影院里，数字电影放映机也被用作硬盘数字数据的屏幕，数字电影放映机也开始取代旧电影。

投影仪的原理是什么

说到投影仪成像的原理，几乎所有类型的投影仪都是一样的。投影仪首先将光线照射到图像显示元件以产生图像，然后通过透镜将其投射出去。投影仪的图像显示元件包括通过光传输生成图像的传输类型和通过反射光生成图像的反射类型。不管是哪种类型，投射灯的光线分为红色、绿色和蓝色，产生各种颜色的图像。因为组件本身只能显示单色，所以需要使用三个组件来生成三个颜色组件。然后通过棱镜将三色图像合成成图像，并通过透镜投射到屏幕上。

投影仪原理

利用图像显示元素，分别生成红色、绿色和蓝色图像，然后进行合成投影。

有三种类型的图像显示元素(见图2)。其中，液晶有两种，一种是采用透光液晶的透射式液晶元件，另一种是采用反射光的反射式液晶元件。后者是dmd(数字微镜元件)。每个像素使用微镜通过改变反射光的方向来生成图像。

三种图像显示元件

分别使用了液晶的透射和反射液晶元件以及由反射镜产生的像素的dmd。这三个部分各有利弊。

反射液晶元件采取的措施

投影仪中使用的反射式液晶元件一般采取以下三种措施：(1)采用无机定向膜，便于液晶的控制;(2)减小液晶层的厚度，提高响应速度;(3)通过消除液晶中的障碍物，即间隔物，提高光的利用效率。

与液晶面板结构相同的发射元件

透射式液晶元件产生图像的原理与一般计算机显示屏上广泛使用的液晶显示器相同。在日本，精工爱普生和索尼已经开始提供这个组件。投影仪中使用的液晶元件是由高温多晶硅液晶制成的。由于它不同于普通的液晶显示器，通过将小像素产生的图像放大到几百倍后再投影，放大后会出现非常明显的微小缺陷，这就需要相当高的制造精度。

透射式液晶元件的工作原理与液晶显示器的工作原理完全相同。液晶分子带电后，其取向发生了变化。液晶分子的方向调整光是否通过，以显示白色和黑色。

缺点是光利用效率差。这是因为透明液晶面板由多层组成，所以只有大约30%的入射光可以通过。

透射型液晶元件的尺寸越来越小。透射率LCD元件通常在0.7到0.8英寸之间，但为了控制成本，主流投影机使用的是0.7英寸左右。然而，元素越小，光线通过的区域越小，图像越暗。因此，为了保证使用小部件时的亮度，投影灯应该更大，为了提高光的传输效率，光学系统会变得更大。”因为在使用小型液晶面板时，为了保证亮度，必须有更多的光线照射，所以机身会更大。如果尺寸在0.9英寸左右，不仅可以保证足够的亮度，而且可以设计得更小。

由于长期使用，穿透性液晶元件会老化。这是由于有机材料在定向薄膜中的使用，用来调节液晶分子的方向，而偏振器用来控制光的方向。由于投光灯的高功率，它不仅产生热量，而且有很强的光，所以会引起有机材料的化学变化。不同的投影仪模式和用户模式，材料老化程度差别很大。

视频播放用反射液晶元件

液晶元件中有一个反射液晶，可以获得高画质。最重要的特点是在显示视频时，临界响应速度非常快，并且由于高对比度，黑色显示非常清晰。该液晶显示器适用于电影显示等视频播放。

目前，已有三家日本公司成功开发了该组件。合资公司、日立和索尼分别于1997年、2001年和2003年发布了这些组件。JVC组件称为“D-ILA”，索尼组件称为“SXRD”。

反射式液晶元件比透射式液晶元件具有更高的光效率，可以产生高亮度的投影仪。液晶部分下面有一层薄膜反射光，可以反射6-70%的光。高对比度是由于当电压关闭时液晶的垂直排列。这种方式叫做垂直方向。因为在不加压的情况下，它是用黑色显示的，所以它可以更清楚地显示黑色。反射式液晶元件的优点在显示深色图片时更容易理解。当黑色衣服和头发显示在黑屏上时，它们可以在不受背景影响的情况下显示。

投影仪中使用的反射液晶元件的高响应速度是由于在液晶部分采用了某些措施(见图3)。通过将液晶层减小到小于2μm来提高响应速度。一般来说，为了保证均匀的薄度，液晶面板需要在液晶中添加一种叫做隔离器的辅助材料。隔离器的厚度是液晶层的厚度。但合资公司的d-ila和索尼的sxrd通过其制造方法和包装材料，在不使用隔离器的情况下，实现了2微米的厚度。”通过去除隔离器，解决了在像素显示单元部分显示隔离器的问题。采用封装材料保证了lcd单元的厚度。

如何使用镜头反射

每个像素都有一个反射光的微镜。

一些投影仪也使用微镜元件。这是德州仪器公司开发的DMD。由于DMD专利属于该公司，只有该公司生产和供应这些专利。使用DMD的投影仪称为DLP(数字光处理)投影仪。

DMD的每个像素都是一个镜子，在半导体基板上布置有与像素一样多的微镜。微镜的边缘长度只有14微米。最微镜的DMD大约是80万像素。通过在0.7英寸(对角线长度)的地板上逐个移动大约80万个微镜来显示图像。

每个微镜在对角线方向左右倾斜。静电引力用于移动微镜。微镜本身施加20V电压，对角线一端下方5V，另一端下方0V电压。由于0V一端的电位差很大，微镜会向这边移动。

通过使用微镜的角度改变反射方向。当显示白色时，将设置反射光朝向镜头的角度。黑光被吸收体吸收。

白色和黑色是通过倾斜DMD的方向来改变光反射的角度来实现的(图4的右边)。当微镜向一个方向倾斜10度时，通过调节光线，光线将被反射到镜头的方向。当微镜向相反方向倾斜10度时，光线会反射到吸光板上。这样，光线反射到镜头时是白色的，反射到吸光板时是黑色的。中间色调是通过在很短的时间内反复切换白色和黑色来实现的。

与液晶元件相比，dmd像素具有更高的图像显示性能。首先是高对比度。最高对比度可达3000:1。此外，对信号的响应速度很快。响应速度约为15微秒，几乎是液晶的1000倍。响应速度越快，显示的视频图像越平滑。此外，dmd具有更好的光效率。由于像素是由微镜组成的，因此90%的光被照亮后会被反射。然而，虽然性能很高，但每个像素的平均价格也很高。

投影仪的类型和用途

它包括四个类别。单板dlp投影机和三个透射式lcd元件的lcd投影机是演示和家庭影院的热门产品。液晶投影机和采用反射式液晶显示器的三板dlp投影机是电影院数字投影机、影厅和各种公共活动的高价产品。

单板DLP投影仪的结构

单板dlp投影机只有一个dmd，通过高速旋转滤色片依次向dmd照射红绿蓝三色光。DMD连续显示各种图像，然后通过镜头投射。基于日本德州仪器的公开数据。

适合小型化的单板投影仪

适合小型化的单板投影仪

投影仪中使用的组件有三种，而实际使用这些组件的产品分为以下四类：

(1)仅使用一台DMD单板DLP投影仪;

(2)采用三台透射式液晶投影仪。

(3)带3个DMD和

(4)带三个反射液晶元件的液晶投影仪。根据投影仪显示红、绿、蓝三色图像的原理，它们基本上是三板式的。然而，像dmd一样，投影仪可以由一个具有高性能图像显示的组件组成。DMD价格较高也是采用单板设计的原因之一。使用DMD的DLP投影仪基本上是单板的，除了一些大型产品(见图5)。

单板DLP投影仪不预先分离光，但通过红、绿、蓝三色滤光片，可以依次切换三色(见图6)。彩色滤镜每秒旋转60到180次。滤色器发出的光照在DMD上。DMD连续高速显示三色图像。当红灯亮起时，显示红色分量的图像。当绿灯亮起时，显示绿色分量的图像。DMD反射的三色图像通过透镜投影。

由于其高对比度和快速响应，单板dlp投影机适合家庭影院和其他视频显示领域。而且，光学系统不需要太大，所以设计紧凑，重量轻，便于携带，所以也适合随身携带(图1)。

然而，也有人指出，在单板dlp投影机中使用彩色滤光片连续显示三色图像也产生了相应的缺点。这就是高速图像显示导致分色的“彩虹现象”。有人指出，分色可以“震撼你的眼睛”。面向家庭影院的产品通过提高滤色片的旋转速度，将滤色片分为六种或在三种颜色之外添加白色来减少这种现象。

小型DLP投影仪

DLP投影仪“V-1100”由Plus Vision在日本推出。它重约1.0公斤，宽180 x，高45 x，长141毫米。它可以用一只手拿着。

特殊透镜光谱学

投影机的基本结构，即三片式投影机，包括以下三类：(1)通用型，即使用透明液晶的产品;(2)使用DMD的高价产品和使用反光液晶元件的高价产品。

以液晶投影仪为例介绍了该产品的结构(图7)。首先，有害的紫外线和红外线影响温度，应该从投影仪发出的光中去除。然后根据波长将光分为红、绿和蓝。一种叫做“分色镜”的特殊透镜用来分离光线。色谱仪的特点是只允许特定波长的光通过并反射其他光，或者只反射特定光并允许剩余光通过。先是红色，然后是绿色，最后是蓝光。有些产品按蓝色、绿色和红色的顺序分开。由图像元素生成三幅彩色图像，然后用棱镜合成这些光。为了形成自然色，按红3、绿6、蓝1的比例对光线进行合成。

图7：液晶投影仪的结构

投射灯发出的光首先分为紫外线和红外线。然后，用一种特殊的透镜称为二色镜，将其分为红光、绿光和蓝光。生成三色图像后，用棱镜合成图像并进行投影。

图8：梯形失真补偿技术

减少导致梯形失真的组件上的像素。因此分辨率降低。

不同场合对投影仪的不同要求

会议室和家庭使用的不同要求

投影仪根据部件的类型和使用部件的数量有不同的特点。不过，除了成分外，实际产品也根据用途进行了调整。

投影仪的使用大致可以分为三个方面。一是在会议室等场合演示使用，二是在家庭影院观看电影，三是在影院等场合放映数字电影的数字投影仪。

在产品数量最多的示范和家庭影院方面，12万至60万日元的小规模产品得到了广泛应用。就这些产品的销售而言，约80%是传输型液晶器件，约20%是DMD器件。在会议室和各种活动中，电影院使用三台DMD DLP投影仪和一台反光LCD投影仪。

我们是否重视亮度、对比度和色彩表现取决于不同的用途。演示用投影仪主要用于会议室。在会议室，为了记录，周围环境必须达到一定的亮度。因此，投影仪有亮度要求。如果亮度在1500ansi流明到2000ansi流明之间，即使周围光线很亮，也可以进行正常投影。由于需要显示表格等小文本，还需要显示高分辨率。最近，它们中的大多数已经达到了与计算机显示器相同的xga(1024x 768像素)规格。

另一方面，家庭影院，因为它可以降低房间的亮度，所以对亮度的要求很低。相反，对比度是否能更深刻地表达黑色，显示对皮肤非常重要的红色。为了提高显色效果，“通过改进分光镜的制造工艺，可以充分展现红绿效果”(一位来自音视频解决方案公司投影仪业务部商品策划科杉村一人，三洋电器消费集团)。此外，采用反光液晶元件的高价位投影机也开始采用光波分布接近自然光、色彩表现良好的佳能投影机。

通过增加像素间距修改显示图像

对于投影仪来说，虽然质量和其他显示设备一样重要，但由于采用“投影”模式，投影仪也存在一些特殊问题。首先，投影角度必须调整，其次，屏幕和投影仪之间不得有障碍物空间。

由于投影角度不正确，投影仪将产生梯形失真(见图8)。有时房间狭窄时，投影仪会水平交错或从下面斜投影。水平投影形成左右宽的梯形，斜底向上投影形成上宽下窄的梯形。

这种梯形校准技术现已成熟，并已应用于大多数产品(见下图8)。这种技术被称为“梯形失真校正”。

本文以水平投影与垂直投影之比为4:3为例。上宽下窄的梯形形状根据底线将图片校正为4:3的矩形。为了达到这个目的，我们需要改变由组件生成的图像。也就是说，当组件上的直接投影增加时，该部分的像素间距将变宽。也就是说，通过将组件上的显示调整为梯形，投影图像显示为矩形。但是，像素间距越大的部分分辨率越低。

不同场合对投影仪的不同要求

校准技术也在不断进步。有些产品不仅可以在宽度上下加宽时进行校正，还可以在投影时通过倾斜传感器检测机身角度，从而自动校正图像失真。

一种独特的方法是由nec-view技术开发的校正技术。通过使用附带的遥控器指定显示屏的四个角并按下设置按钮，可以将其校正为由四个指定点组成的四边形。该公司利用自主研发的芯片实现了这一校准技术。

此外，还开展了缩短屏幕与投影仪之间距离的研发工作。因为如果你想避免在中间投射障碍物，投射距离越短越好。近年来，短镜头焦距产品的需求不断增加。短焦距镜头目前主要用于高分辨率、高成本的机型。然而，由于镜片的高成本，它们最初只用于高性能、高价格的产品。最近，镜头价格逐渐降低，所以两年前就开始在小规模产品中使用。

此外，不带镜头的短焦距产品正在开发中。这是由NEC VIEW技术开发的DLP投影仪“WT600”，它利用镜头的反射光来调整角度。光线依次反射到四个非球面透镜上进行投影。由于投影仪可以放置在演示者和屏幕之间，因此无法投射阴影。”投产最大的困难是提高亮度。目前，通过对滤色片的改进，已经实现了1200安的nsi流明。

由NEC View Technology推出的DLP投影仪“WT600”。60英寸(0.9 x 1.2米)屏幕的投影距离为26厘米。