投影机原理.doc

流明 Lumen编辑本段名称定义 光通量的单位。发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1流明”。英文缩写(lm)。 所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度.一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光. 40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。投影仪表示光通量的单位是ANSI流明，ANSI流明是美国国家标准化协会制定的测量投影仪光通量的标准，它测量屏幕田字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，再求九点的平均值，即为该投影仪的ANSI流明。流明值越高表示越亮，明亮度越高则在投影时就不需要关灯。 ANSI为American National Standards Institute（美国国家标准局）的缩写。编辑本段详细介绍 同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多 对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4I。也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4 =12.56 lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。 要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。 人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。 至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。编辑本段常见发光的大致效率（流明/瓦） 白炽灯，15 白色LED，80-90 日光灯，50 太阳，94 钠灯，120DLP的全称是Digital Light Processing，该项技术由美国德州仪器公司于11年前所开发。得益于其工作原理及特性，该项技术的可靠性很高。DLP投影系统的DMD芯片是一块极为精密的半导体光开关部件，由数量巨大显示微镜所组成，每个显示微镜由微型铰链固定，通过显示微镜向前以及向后倾斜，可实现或明或暗的投影象素。DLP投影系统的色彩，则由高速旋转的色轮来负责实现，投影系统的光源所产生的光透过色轮后可被滤为红色、蓝色以及绿色，三种颜色的灰度图象轮流高速显示，由人眼来完成三种灰度图象的叠加，以此产生彩色的图象。 单片式DLP投影机工作原理 DLP投影系统的核心部件DMD芯片，具有耐热、耐潮湿、耐振动的特性，且相对于其他投影技术，DMD芯片不会因为长期使用而使投影图象产生变色等老化现象，因此，可靠性极高的DLP投影系统非常适合于应用在商用大屏市场，自从DLP技术诞生以来，基于该项技术的大屏显示系统也是攻城略地，快速占领了部分领域的大部分市场。 虽然DLP具有锐利的数据显示和轻便的体积，没有类似LCD的退化现象或是纱窗（栅格）效应。但DLP投影机的缺点也是明显的色彩硬伤。单片式DLP由于采用色轮显示色彩，所以色轮的性质往往就决定了色彩的数量和细腻度，另外每一种色彩显示的时候并不同步，因此会出现一些色彩断裂的现象（俗称：彩虹效应），这也是单片DLP投影机的最大缺陷。DLP投影机图片 数码光处理投影机是美国德州仪器公司以数字微镜装置 DMD芯片作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种投影技术。它与液晶投影机有很大的不同，它的成像是通过成千上万个微小的镜片反射光线来实现的。DLP芯片的核心技术一直控制在美国的德州仪器，DLP技术似乎在追逐着Intel Inside的道路，因为它要求所有采用DLP技术的投影机产品都必须打上DLP的标志。不管其是否会取得Intel在PC领域那样的成就，至少显示了其领导投影机底层技术的决心。DLP的生产厂家主要为欧美厂商，如ASK、惠普、丽讯等。 DLP投影机分为：单片DMD机（主要应用在便携式投影产品）、两片DMD机（应用于大型拼接显示墙）、三片DMD机（应用于超高亮度投影机）。 DLP投影机原理： 以1024768分辨率为例，在一块DMD上共有1024768个小反射镜，每个镜子代表一个像素，每一个小反射镜都具有独立控制光线的开关能力。小反射镜反射光线的角度受视频信号控制，视频信号受数字光处理器DLP调制，把视频信号调制成等幅的脉宽调制信号，用脉冲宽度大小来控制小反射镜开、关光路的时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。DMD投影机根据反射镜片的多少可以分为单片式，双片式和三片式。以单片式为例，DLP能够产生色彩是由于放在光源路径上的色轮（由红、绿、蓝群组成），光源发出的光通过会聚透镜到彩色滤色片产生RGB三基色，包含成千上万微镜的DMD 芯片，将光源发出的光通过快速转动的红、绿、蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的微芯片DMD的表面，这些微镜面以每秒5000次的速度转动，反射入射光，经由整形透镜后通过镜头投射出画面。数字光处理（Digital Light Processing，缩写：DLP） 是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术。DLP技术最早是由德州仪器开发的。它至今仍然是此项技术的主要供应商。现在，DLP技术被很多许可制造商所采用，他们销售的产品都是基于德州仪器芯片组的。德国德累斯顿Fraunhofer学院（The Fraunhofer Institute of Dresden）也生产有着特殊用途的数字光处理器，并把它称作空间光调节器（Spatial Light Modulators，SLM）。例如，瑞典Micronic激光系统公司（Micronic Laser Systems of Sweden）就在其开发的Sigma印版硅模板刻印机中，利用Fraunhofer生产的空间光调节器来生成远紫外线图像。在DLP投影仪中，图像是由DMD（Digital Micromirror Device，数字微镜器件）产生的。DMD是在半导体芯片上布置一个由微镜片（精密、微型的反射镜）所组成的矩阵，每一个微镜片控制投影画面中的一个像素。微镜片的数量与投影画面的分辨率相符，800600、1024768、1280720和1920 x 1080 (HDTV)是一些常见的DMD的尺寸。这些微镜片在数字驱动信号的控制下能够迅速改变角度，一旦接收到相应信号，微镜片就会倾斜10，从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态的微镜片被示为“开”，并随数字信号而倾斜+10；如果微镜片处于非投影状态，则被示为“关”，并倾斜-10。与此同时，“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上；而“关”状态下反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。本质上来说，微镜片的角度只有两种状态：“开”和“关”。微镜片在两种状态间切换的频率是可以变化的，这使得DMD反射出的光线呈现出黑（微镜片处于“关”状态）与白（微镜片处于“开”状态）之间的各种灰度。DLP投影仪主要通过两种方法来产生彩色图像，这两种方法分别被用在单片DLP投影仪和三片DLP投影仪中。单片DLP投影仪单片DLP投影仪内部只安装一片DMD芯片，颜色是通过在光源与DMD之间安装一个色轮来产生的。色轮通常被分为四个区域：红区、绿区、蓝区和一个用来增加亮度的透明区域。由于透明区域会减弱色彩的饱和度，所以在某些型号的投影仪中可能会被禁用或者干脆省略掉。DMD芯片与色轮的转动保持同步，这样，当色轮中蓝色部分位于光源前面的时候，DMD就显示画面中蓝色的部分。红色和绿色的情况也非常类似。红、绿、蓝三种画面按照顺序以非常高的速度被投射出来，因此观察者就能看见合成的“全彩色”画面了。在早期的型号中，每显示一帧画面，色轮只旋转一周。后期的型号中，色轮按照帧速率的两到三倍旋转，其中也有一些型号同时将色轮上的颜色区域重复两次，这意味着红绿蓝三色序列图像将在一帧之中重复六次。DLP的“彩虹效应”简而言之，此种视觉现象可以被简单地理解为可感知的红绿蓝三色闪光留下的“影子”，这种现象经常发生的场合大多为明亮(白色)的物体出现在几乎全暗(黑色)的背景上，例如大多数影片(不可逆转即为特例)的结尾制作人员名单滚动字幕中。彩虹现象对于有些人来说，他们是一直可以看到的，而有些人就很少能看到，除非他们把自己的头沿着画面进行快速转动。甚至还有一些人从来都没有感受到彩虹现象。其实，这种现象的产生原因，来自于闪烁融合阈限概念(flicker fusion threshold，一种视觉心理学psychophysics of vision概念)。右边显示的是，在长时间曝光条件下，一个白色圆圈在沿水平位置上移动的摄像机中的图像。看起来白色光很明显地分成了彩色分量。彩虹现象就是在类似情形下被肉眼所观察到的。右图的多个圆圈表示了在视频中每一个单桢画面的情况，与彩虹现象并无直接关系。“彩虹效应”是单片DLP投影仪所特有的现象。如前所述，因为单片DLP投影仪使用一个色轮来控制颜色，那么在任一特定时刻，屏幕上出现的其实只有一种颜色。如果人的目光在投影屏幕前快速晃动，那么合成画面的组合颜色(任一个特定时刻的红绿蓝三种颜色的画面)将会是对肉眼可见的。单片DLP投影仪的生产商使用更快的色轮转速，以及更多的色轮颜色段数来消除这一先天缺陷，这就是我们现在在市场上所看到的2倍速、3倍速或者4倍速色轮了。例如，一个六段色轮(红绿蓝红绿蓝)以2倍速的转速转动，那么其带来的结果将是4倍速色轮。另外一种方法是将分段色轮变为阿基米德螺旋色轮，这样的色轮是使颜色在屏幕的上下移动。普通的分段式色轮在颜色与颜色的转换之间会有一个短暂的暂停，这就意味着如果色轮的颜色段数越多投影图像就会越暗一些(反之段数越少图像越明亮)。使用了螺旋色轮，微镜器件就会在同一时刻在屏幕上投射出不止一种颜色，每一种颜色都随着色轮的转动而上下移动。dp三片DLP投影仪三片DLP投影仪内部安装三片DMD芯片，光源发出的光被棱镜分离成三路，这三路光线经过滤光分别成为红、绿、蓝三种颜色，然后分别照射到相应的DMD芯片上。最后，三束经过DMD芯片调制的光线借助棱镜再重新合并成一路光线，并通过镜头投射到屏幕上。三片DLP系统能够显示35万亿种颜色，相比之下，单片DLP系统却只能够显示1670万种颜色。市场在背投电视市场上，DLP技术正在迅速成为主角。使用DLP技术的背投电视已经销售了200多万台，并且抢占了10%的市场份额。在2004的圣诞和新年假期中，有超过50家的厂商供应此类产品，这一数字在2003年还只有18。而于数位前投影机的市场中，2006年时DLP的市场占有率已经达到50%，与3LCD技术平分市场 (according to Pacific Media市场调查）。现在，德州仪器公司总销售额的5%来自于DLP芯片组。使用DLP技术的小型独立投影单元（也称作前置投影仪）在办公室演示和家庭影院中也变得非常流行。优点:图像平滑流畅 优秀的色深以及对比度 不会烧屏 消除了传统LCD技术本身的“Screen door effect”缺点，能够得到无缝画质 DLP背投电视比CRT电视更小、更薄、更轻 光源可更换，因此潜在寿命比CRT和等离子显示器更长 光源的更换比LCD投影仪更为简便，通常可由用户自己进行 缺点:在单片设计中，一些人能够观察到“彩虹效应” 重量上与LCD或等离子显示器相差不大，但是却比它们要厚 存在风扇噪音 DLP 与 LCoS与DLP技术最为接近的技术是LCoS (硅基液晶 Liquid Crystal on Silicon). 该技术使用一个芯片表面上的固定光镜，并通过液晶阵列来控制光线反射的强弱，来投射最终构成的画面.液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白画素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。LCD是Liquid Cristal Display 的英文缩写。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种。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，从机时影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。下面分别说明两种LCD投影机的原理。编辑本段液晶光阀投影机它采用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 25002000，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。主要品牌有：休斯-JVC、Ampro、松下等。液晶板投影机它的成像器件是液晶板，也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP（冷光源），若是三块LCD板设计的则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；信号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶单元的开启、闭合，从而控制光路的通过断，再经镜子合光，由光学镜头放大，显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比较流行单片设计（LCD单板，光线不用分离），这种投影机体积小，重量轻，操作、携带极其方便，价格也比较低廉。但其光源寿命短，色彩不很均匀，分辨率较低，最高分辨率为1024768，多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号，但液晶本身的物理特性，决定了它的响应速度慢，随着时间的推移，性能有所下降。编辑本段数码投影机DLP是英文Digital Light Porsessor 的缩写，译作数字光处理器。这一新的投影技术的诞生，使我们在拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力后，终于实现了数字信息显示。DLP技术是显示领域划时代的革命，正如CD在音频领域产生的巨大影响一样，DLP将为视频投影显示翻开新的一页。它以DMD（Digital Micormirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件DLP投影机的技术关键点如下：首先是数字优势。数字技术的采用，使图像灰度等级达 256-1024级，色彩达256³-1024³种，图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新。其次是反射优势。反射式DMD器件的应用，使成像器件的总光效率达60%以上，对比度和亮度的均匀性都非常出色。在DMD块上，每一个像素的面积为16µm16，间隔为1µm。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为：单片机、两片机、三片机。 DLP投影机清晰度高、画面均匀，色彩锐利，三片机亮度可达2000流明以上，它抛弃了传统意义上的会聚，可随意变焦，调整十分便利；分辨率高，不经压缩分辨率可达1024768（有些机型的最新产品的分辨率已经达到12801024RGB是对一种颜色进行编码的方法统称为颜色空间或色域。用最简单的话说，世界上任何一种颜色的颜色空间都可定义成一个固定的数字或变量。RGB（红、绿、蓝）只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用三个变量来表示-红色绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时，R GB是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此，件多电子电器厂商普遍采用的做法是，将RGB转换成YUV 颜色空同，以维持兼容，再根据需要换回RGB格式，以便在电脑显示器上显示彩色图形。DMD（Digital Micro mirror Device，数字微镜元件）：由美国德州一仪器公司（TI）开发，系一种极小的反射镜，这些微镜皆悬浮着并可向两侧倾斜10-12左右，从而可构成启通和断开两种工作状态。为了获得不同的亮度，微镜启通和断开的速率还可以改变，工作时得用成千上万个微镜器件，并由DLP板进行控制。 DMD可以提供1670万种颜色和256段灰度层次，从而确保DLP投影机可投影的活动影像画面色彩艳丽的细腻、自然逼真。DMD最多可内置20481152阵列，每个元件约可产生230万个镜面，这种DMD已有能力制成真正的高清晰度电视。