投影仪原理及种类

一．投影机原理和分类

CRT：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。

CRT投影机可以说是投影机的鼻祖。CRT投影机也叫三枪投影机，其工作原理与CRT 显示器没有什么不同，其发光源和成像均为CRT。虽然CRT投影机的工作特征与LCD、DLP 等投影机有本质区别，且CRT投影机与LCD投影机同属传输型投影机，但CRT投影机是本身发光，是由阴极射线电子束扫描击射在成像面上，使成像面上的荧光粉发光形成图像后，再传输到投影面上。因此，CRT投影机具有CRT技术中成像的所有优点和缺点。即CRT投影机分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、对信号的兼容性强，且技术十分成熟。特别是CRT投影机在采用当前技术先进的CRT新型荫罩后，亮度也有了较大提高。但CRT投影机毕竟是由成像面上荧光粉发光后再投影到屏幕上的，当有效扫描电子数增加到饱和状态时，再增加有效电子数，荧光粉发光量也增不了多少。因此，与其它类型的投影机相比，在亮度方面，CRT投影机要低得多，这一直是困绕CRT投影机的主要因素。不过，CRT投影机分辨率高,对比度好,色彩饱和度佳,信号的兼容较强，技术十分成熟，加上CRT投影机扫描式的成像特点，具有丰富的几何失真调整能力，在分辨率、亮度、对比度、饱和度、线性、枕形、梯形等方面具有调节功能，所以CRT投影机显示的图像色彩丰富，还原性好。缺点是亮度较低，操作复杂，体积庞大，对安装环境要求较高。CRT投影机在航空航天、遥控监控行业中起到其它投影机无法替代的作用，所以应用于相对高端的专业领域。

它有两个性能值得注意：一是会聚性能：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。二是CRT管的聚焦性能：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。

LCD：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。LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物。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。

三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度较高，分辨率适中，现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。

三片式液晶投影仪的工作原理

LCD的优点：首先在画面颜色上，现在主流的LCD投影机都为三片机，采用红、绿、蓝三原色独立的LCD板。这就可以分别地调整每个彩色通道的亮度和对比度，投影效果非常好,能得到高度保真的色彩。在同样档次的DLP投影机，还只能用一片DLP，很大程度上由色轮的物理性质和灯的色温决定好坏，没什么好调整的，只能得到较为正确的色彩。但与同价位的LCD投影机相比，在图像区域的边缘，还是缺乏鲜艳的色调。其次是光效率高。LCD投影机比用相同瓦数光源灯的DLP投影机有更高的ANSI流明光输出，在高亮度竞争中，LCD依然占着优势。7公斤重量级左右的投影机中，能达到3000 ANSI流明以上亮度的，都是LCD投影机。

LCD的缺点：LCD投影机明显缺点是黑色层次表现太差，对比度不是很高。LCD投影机表现的黑色，看起来总是灰蒙蒙的，阴影部分就显得昏暗而毫无细节。这点非常不适合播放电影一类的视频，对于文字到是与DLP投影机差别不是很大。第二个缺点是LCD投影机打出的画面看得见像素结构，观众好像是经过窗格子在观看画面。SVGA(800×600)格式的LCD投影机，不管屏幕图像的尺寸大小如何，都能看得清楚像素格子，除非用分辨率更高的产品。

现在LCD开始使用起了微透镜阵列(MLA)，可以提高XGA格式的LCD板的传输效率，柔化像素格子，使像素格子细微而不明显，且对图像的锐利程度不会带来任何影响。它能使LCD的像素结构感觉可以减少到几乎与DLP投影机一样，但还是有点差距。

DLP：DLP（Digital Light Processor）数码光输处理器。美国德州仪器公司研发的DMD 单元为DLP技术的实现提供技术保障，开辟了投影机产品的技术发展数字时代。DLP投影机以DMD（Digital Micormirror Device）数字微镜作为成像器件。DMD可通过二位元脉冲控制的半导体元件。该元件具有快速反射式数字开关性能，能够准确控制光源。其基本原理是，光束通过一高速旋转的三色透镜后，再投射在DMD部件上，然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。DLP投影机实际上是一种基于DMD技术的全数字反射式投影设备。一片DMD是由许多个微小的正方形反射镜片（简称微镜）按行列紧密排列在一起贴在一块硅晶片的电子节点上形成的，每一个微镜都对应着生成图像的一个像素。因此，DMD 装置的微镜数目决定了一台DLP投影机的物理分辨率，平常我们说投影机的分辨率为

600×800的SVGA模式，所指的就是DMD装置上的微镜数目就有600×800=480000个，是相当复杂和精密的。在DMD装置中每个微镜，都对应着一个存储器，该存储器可以控制微镜在±10度角两个位置上切换转动。单片DMD由很多微镜组成，每个微镜对应一个像素点，DLP投影机的物理分辨率就是由微镜的数目决定的。DLP投影机的技术是一种全数字反射式投影技术。其特点首先是数字优势。数字技术的采用，使图像灰度等级提高，图像噪声消失，画面质量稳定，数字图像非常精确。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大大提高，对比度亮度均匀性都非常出色。DLP投影机清晰度高、画面均匀，色彩锐利，三片机可达到很高的亮度，且可随意变焦，调整十分方便。

DLP投影机采用微镜滤光技术，使用表面由成千上万个微透镜组成的芯片高速切换光像素来产生投影图像。形成DLP图像的光束没有经过过滤，能量没有减少，投影图像信息没有损失，加上DMD部件具有反射性和密合性的优点，光能的利用率远远高于传统的光学系统。配合先进的光学架构与高品质的光学镜头设计，DLP投影机可以产生清晰度高、画面均匀、色彩还原性好的图像，亮度比LCD图像高，出现条纹和重影的情况也比LCD投影机少。DLP投影技术抛弃了传统意义上的会聚，可以随意变焦，调整十分方便，而且其光学路径相当简单，体积更小，所以该技术主要应用在超便携式系统中，现代最轻的DLP超便携投影机的重量可以小于1.5公斤。当然，缩小体积也带来了视频显示方面的缺陷，使DLP投影机的视频显示效果有些失真。DLP投影机的光学机械特性，也决定了它的移动防振性能要比LCD投影机差一些。与LCD投影机一样，DLP的像元也是固化的，所以它的分辨率调整功能较差。

DMD器件单个镜片结构

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）。

单片DLP投影机示意图

两片式DLP投影机结构

三片DLP投影机示意图

D—ILA：D-ILA（Direct-Drive Image Light Amplifier，直接驱动图像光源放大器）技术。D-ILA技术在提供高分辨率和高对比度方面显示了技术优势，2000年，D-ILA技术的投影机的标称分辨率达到S-XGA（1365×1024），对比度达到了350：1，D-ILA技术的核心部件3.3cm(1.3英寸)液晶板的标称分辨率达到了QXGA(2048×1535)。D-ILA技术的核心部件是反射式活性矩阵硅上液晶板，也就是通常所说的反射式液晶板，所以也有人将D-ILA 技术称为反射式液晶技术。

D-ILA技术中液晶板将晶体管作为像素点液晶的开关控制单元做在一层硅基板上，硅基板（也称反射电极层）位于液晶层的下面，用于像素地址寻址的各种控制电极和电极间的绝缘层位于硅基板的下面，因此整个结构是一个3D立体排列方式。光源的光不能穿透反射电极层，而被反射电极层反射，避免了下面的各种结构层对光线的阻挡。因此采用D-ILA 技术的液晶板的光圈比率可以作到93%（DLP技术中DMD的光圈比率为88%，而透射式LCD的液晶板的光圈比率为40%~60%），因此采用D-ILA技术的投影机对光源的利用效率更高，可以实现更高的亮度输出。

DLV（Digital Light Valve：数码光路真空管，简称数字光阀）是一种将CRT透射式投影技术与DLP反射式投影技术结合在一起的新技术。该技术的核心是将小管径CRT作为投影机的成像面，并采用氙灯作为光源，将成像面上的图像射向投影面。因此，DLV投影机在充分利用CRT投影机的高分辨率和可调性特点的同时，还利用氙灯光源高亮度和色彩还原好的特点，DLV投影机不仅是一款分辨率、对比度、色彩饱和度很高的投影机，还是一款亮度很高的投影机。其分辨率普遍达到1250×1024，最高可达到2500×2000，对比度一般都在250:1以上，色彩数目普遍为24位的1670万种，投影亮度普遍在2000～12000 ANSI 流明，可以在大型场所中使用。

二．投影机的技术指标

1．光输出（Light Out）

是指投影机输出的光能量，单位为流明（lm）。与光输出有关的一个物理量是亮度，是指屏幕表面受到光照射发出的光能量与屏幕面积之比，亮度常用的单位是勒克斯（lx，1lx=1lm/m2）。当投影机输出的光通过一定时，投射面积越大亮度越低，反之则亮度越高。决定投影机光输出的因素有投影及荧光屏面积、性能及镜头性能、通常荧光屏面积大，光输出大。带有液体耦合镜头的投影机镜头性能好，投影机光输出也可相应提高。

2．水平扫描频率（行频）

电子在屏幕上从左至右的运动叫做水平扫描，也叫行扫描。每秒钟扫描次数叫做水平扫描频率，视频投影机的水平扫描频率是固定的，为15.625KHz(PAL制)或15.725KHz(NTSC 制)，数据和图形投影机的扫描频率不是同一频率；在这个频段内，投影机可自动跟踪输入信号行频，由锁相电路实现与输入信号行频的完全同步。水平扫描频率是区分投影机档次的重要指标。频率范围在15kHz-60kHz的投影机通常叫做数据投影机。

3．垂直扫描频率（场频）

电子束在水平扫描的同时，又从上向下运动，这一过程叫垂直扫描。每扫描一次形成一幅图像，每秒钟扫描的次数叫做垂直扫描频率，垂直扫描频率也叫刷新频率，它表示这幅图像每秒钟刷新的次数。垂直扫描频率一般不低于50Hz，否则图像会有闪烁感。

4．视频带宽

投影机的视频通道总的频带宽度，其定义是在视频信号振幅下降至0.707倍时，对应的信号上限频率。0.707倍对应的增量是-3db，因此又叫做-3db带宽。视频带宽决定了分辨率、垂直刷新率。一般在110M到300M之间。

5．分辨率

投影机的分辨率是与所连接的电脑密不可分的。电脑分辨率大致有以下几种标准：VGA（640×480），SVGA（800×600），XGA（1024×768），SXGA（1280×1024），UXGA （1600×1200）等．现在一般商用台式电脑的标准为ＸＧＡ，笔记本电脑为SVGA，而在一些电脑教学的场所还在使用VGA，其中SVGA，XGA是市场主流。由于使用投影机的用户大多也同时使用笔记本电脑，而投影机的大幅画面多以文字图表为主，因此SVGA足够一般会场使用要求。

分辨率有：可寻址分辨率、RGB分辨率、视频分辨率三种。

对CRT投影机来说，可寻址分辨率是指投影管可分辨的最高像素，它主要由投影管的聚焦性能所决定，是投影管质量指标的一个重要参数。可寻址分辨率应高于RGB分辨率。RGB分辨率是指投影机在接RGB分辨率视频信号时可过到的最高像素，如分辨率为1024×768，表示水平分辨率为1024，垂直分辨率为768，RGB分辨率与水平扫描频率，垂直扫描频率及视频带宽均有关。

视频带宽=C×水平分辨率×垂直分辨率×垂直扫描频率/2

式中C=1.68。由该公式可以知道要提高图像分辨率，就要提高视频带宽。因而视频带宽也是投影机的一个重要指标。因此，在区分投影机质量优劣时，应注重行频和带宽，在看RGB分辨率时，还应注意它的垂直扫描频率，在行频一定时，垂直扫描频率不同时，最高RGB分辨率也不同。例如一台投影机的最高行频为75kHz，当垂直扫描频率为60Hz时，允许最高RGB分辨率是1280×1024。而如果将垂直扫描频率提高至70Hz时，就达不到1280×1024。

6．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。

7．会聚

会聚是指RGB三种颜色在屏幕上和重合，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。有些投影机具有点会聚功能，它将全屏幕分为208个点，在208个点上逐点进行调整，所以屏幕上每一点都做到精确会聚。

8．亮度（Brightness）

投影机的亮度单位有三种：流明（ｌｕｍｅｎ），勒克斯（ｌｕｘ），ＡＮＳＩ流明，现已基本统一于ＡＮＳＩ流明这种单位．ＡＮＳＩ是ＡｍｅｒｉｃａｎNational Standards Institute 的英文缩写，即美国国家标准协会，ANSI流明亮度是由均匀分布于测试屏幕画面上的9个测点亮度平均值得出，能准确反映出投影机在正常工作下的亮度。亮度是投影机极为关键的性能指标，直接关系到观看者是否能清晰辨认屏幕上的图形文字。一般来讲，对于几十平方的中小型会议室，投到100英寸到120英寸(2.13米-2.44米)宽的屏幕，有1000ANSI 流明左右足够了，若有1500ANSI流明效果非常理想。注意，如有灯光特别是阳光照射到屏幕上，投影机亮度要适当增加。当然，越亮的机器肯定越贵。

9．对比度(Contrast Ratio)

对比度反映的是投影机所投影出的画面最亮与最暗区域之比，对比度对视觉效果的影响仅次于亮度指标，一般来说对比度越大，图像越清晰。

10。均匀度(Uniformity)

任何投影机射出的画面都会有中心区域与四角的亮度不同的现象.均匀度就是反映边

缘亮度与中心亮度的比值，均匀度越高，画面的均匀一致性越好.

11．灯泡寿命(Lamp Life)

LCD，DLP 和LCLV投影机都有外光源，其寿命直接关系到投影机的使用成本，所以在购买时一定要问清灯泡寿命和更换成本.LCD投影机的灯炮寿命一般为2000小时，更换成本约为2元/小时。

12．特殊功能(Special function)

现在一些厂家为满足用户的需要开发出一些特殊功能，比如无级局部放大功能，激光教鞭，中文菜单等。有些功能还是相当实用的，用户可根据需要选择。

13．重量(weight)

以重量作为标准，将投影机分成3类

（1）便携式投影机：这是为经常携带外出使用的客户设计的。它的特点是体积小。重量轻。一般在4KG左右。体积大小允许携带上飞机。由于此类用户大多使用便携式笔记本电脑。SVGA的分辨率是标准要求。而这类投影机用户要将体积，重量尽量减少，所以在亮度和其它性能上有所牺牲。

（2）台式投影机：此类投影机重量在5--10Kg，体积略大，既可固定安装或放在台面上使用，也可应付少量的移动使用。这类投影机的亮度比便携式投影机要高，同时投影的图像质量也有较大提高，而价格相应适中。此类投影机具有使用上的灵活性和较好的性价比，是一般商业用途和教育用途的首选。

（3）固定安装式投影机：这是为大型会议中心、指挥中心、大型阶梯教室设计的，重量在10KG以上，安装到位后一般不再移动。此类投影机在亮度和图像质量上都是最高级别，并且为适应不同的安装环境和使用状况，设有许多可选配的选件，如镜头、信号处理板等，但安装调试必须由专业人员完成，维护较复杂，价格也极为昂贵，现此类投影机已渐退出商业领域。

三．投影机的安装和使用注意事项。

保养投影机应注意问题

1、尽量使用投影机原装电缆、电线

2、投影机使用时要远离水或潮湿的地方

3、注意防尘，可在咨询专业人员后采取防尘措施

4、投影机使用需远离热源

5、注意电源电压的标称值，机器的地线和电源极性

6、用户不可自行维修和打开机体，内部电缆零件更换尽量使用原配件

7、投影机不使用时，必须切断电源

8、投影机使用时，如发现异常情况，先拔掉电源

9、注意使用后，先使投影机冷却

10 、机器的移动要十分注意，轻拿轻放，运输注意包装、防震

投影机在吊装使用中应注意问题

多数投影机都具备画面倒置功能，这种功能使得投影机可以吊装在房屋顶部使用。在吊装工程中，以下几点应特别注意：

1. 计算投影机与屏幕之间的距离（以屏幕大小确定）

2. 墙面悬挂的屏幕上边沿应与吊装影机镜头在同一水平线

3. 投影机镜头中心点与投影屏幕中心点在同一垂直线上

4. 选择尺寸合适的安装吊架

5. 安装固定用的螺丝、螺栓拧紧到位

6. 调整安装后投影画面的梯形

7. 安装使用后，保证关闭电源（真实关闭而不指用遥控器关闭）

维护保养注意问题：

1.机械方面严防强烈的冲撞、挤压和震动。

因为强震能造成液晶片的位移，影响放映时三片LCD的会聚，出现RGB 颜色不重合的现象，而光学系统中的透镜，反射镜也会产生变形或损坏，影响图像投影效果，而变焦镜头在冲击下会使轨道损坏，造成镜头卡死，甚至镜头破裂无法使用。

2.光学系统

注意使用环境的防尘和通风散热。我们目前使用的多晶硅LCD板一般只有1.3英寸,有的甚至只有0.9英寸, 而分辨率已达1024X768或800X600，也就是说每个像素只有0.02mm,灰尘颗粒足够把它阻挡。而由于投影机LCD板充分散热一般都有专门的风扇以每分钟几十升空气的流量对其进行送风冷却，高速气流经过滤尘网后还有可能夹带微小尘粒，它们相互磨擦产生静电而吸附于散热系统中，这将对投影画面产生影响。因此，在投影机使用环境中防尘非常重要，一定要严禁吸烟，因烟尘微粒更容易吸附在光学系统中。因此要经常或定期清洗进风口处的滤尘网。

目前的多晶硅LCD板都是比较怕高温，较新的机型在LCD板附近都装有温度传感器，当进风口及滤尘网被堵塞，气流不畅时，投影机内温度会迅速升高，这时温度传感器会报警并立即切断灯源电路。所以，保持进风口的畅通，及时清洁过滤网十分必要。

吊顶安装的投影机，要保证房间上部空间的通风散热。当我们吊装投影机后，往往只注意周围的环境，而忘了热空气上升的问题，在天花板上工作的投影机，其周围温度与下面有很大差别。

3.灯源部分

目前，大部分投影机使用金属卤素灯（Metal Halide)，在点亮状态时，灯泡两端电压60-80V左右,灯泡内气体压力大于10kg/cm,温度则有上千度,灯丝处于半熔状态。因此，在开机状态下严禁震动，搬移投影机，防止灯泡炸裂，停止使用后不能马上断开电源，要让机器散热完成后自动停机，在机器散热状态断电造成的损坏是投影机最常见的返修原因之一。另外，减少开关机次数对灯泡寿命有益。

4.电路部分

严禁带电插拔电缆，信号源与投影机电源最好同时接地。这是由于当投影机与信号源（如PC机）连接的是不同电源时，两零线之间可能存在较高的电位差。当用户带电插拔信号线或其他电路时，会在插头插座之间发生打火现象，损坏信号输入电路，由此造成严重后果。

投影机在使用时，有些用户要求信号源和投影机之间有较大距离，如吊装的投影机一般都距信号源15米以上，这时相应信号电缆必须延长。由此会造成输入投影机的信号发

生衰减，投影出的画面会发生模糊拖尾甚至抖动的现象。这不是投影机发生故障，也不会损坏机器。解决这个问题的最好办法是在信号源后加装一个信号放大器，可以保证信号传输20米以上而没问题。

以上以LCD投影机为例介绍了一些投影机使用中的要点，DLP投影机与其相似，但可连续工作时间比液晶机长,而CRT投影机的维护相对较少，由于基本不搬动，所以故障率相对很低。但无论何种投影机发生故障，用户都不可擅自开机检查，机器内没有用户可自行维护的部件，并且投影机内的高压器件有可能对人身造成严重伤害。所以，在购买时不仅要选好商品寻好价格，更要选好商家，弄清维修服务电话，有问题向专业人员咨询，才不会有后顾之忧。