很多朋友对彩虹投影仪原理，投影仪原理还不了解，今天小绿就为大家解答一下。
【投影仪原理】投影仪的原理是什么？投影仪成像原理介绍
投影仪是一种用于放大和显示图像的投影设备。目前，它已被用于会议室演示和通过连接家中的DVD播放器和其他设备在大屏幕上观看电影。在电影院，也开始取代旧胶片的数字电影放映机被用作硬盘数字数据的屏幕。
投影仪的原理是什么？
说到投影仪成像原理，基本上所有类型的投影仪都是一样的。投影仪将光照射到图像显示元件上以产生图像，然后通过透镜将其投影。投影仪的图像显示元件包括使用光透射来产生图像的透射型和使用反射光来产生图像的反射型。无论是哪一种，投影灯光都分为红、绿、蓝三种颜色，然后产生各种颜色的图像。因为元素本身只能显示单色，所以需要用三个元素分别生成三个颜色分量。然后，三色图像通过棱镜合成一幅图像，最后通过透镜投射到屏幕上。
图1:投影仪示意图
使用图像显示元件，分别产生红色、绿色和蓝色图像，然后通过合成进行投影。
图像元素包括三种类型(参见图2)。其中，有两种类型的液晶，即使用光透射液晶的透射型液晶元件和使用反射光的反射型液晶元件。后一种元件是DMD(数字微镜元件)，它为每个像素使用一个微镜，通过改变反射光的方向来生成图像。
图2:三种图像显示元素
它是分别使用液晶的透射型液晶元件和反射型液晶元件，以及使用反射镜来产生像素的DMD。这三个组件各有利弊。
图3:反射式液晶元件采取的措施
投影仪使用的反射式液晶元件一般采取以下三种措施：(1)无机材料制成的取向膜易于控制液晶；(2)通过减小液晶层的厚度来提高响应速度；(3)通过消除液晶中的屏障，即间隔物，提高了光的利用效率。
与液晶面板结构相同的透射元件
通过A型液晶元件产生图像的原理与已经被广泛用作普通计算机显示屏的液晶显示器的原理相同。在日本，精工爱普生和索尼已经开始提供这种组件。投影仪中使用的液晶元件由高温多晶硅液晶制成。因为它不同于普通的液晶显示器，小像素产生的图像被放大到几百倍再投影，所以极其微小的缺陷放大后会非常明显，制造时需要相当高的精度。
透射式液晶元件的工作原理与液晶显示器完全相同。液晶分子的方向在通电后会发生变化，可以通过液晶分子的方向来调节是否让光线通过，从而显示白色和黑色。
它的缺点是光的利用效率差。这是因为透射式液晶面板由多层构成，因此只有大约30%的入射光可以通过。
透射型液晶元件的尺寸变得越来越小。一般透射式液晶元件在0.7-0.8英寸之间，但为了控制成本，主流投影机使用的元件都在0.7英寸左右。然而，元件越小，光透过的面积越小，因此图像越暗。因此，当使用小元件时，为了保证亮度，投影灯应该更大，并且为了提高亮度
透射型液晶元件会由于长期使用而老化。这是因为用于调节液晶分子方向的取向膜和用于控制光线方向的偏振片是由有机材料制成的。由于投射灯功率大，不仅发热，而且光线强，会引起有机物质发生化学变化。由于投射灯的使用模式和用户的使用方法，材料的老化程度差异很大。
适用于视频回放的反射型液晶元件
在可以实现高图像质量的液晶元件中，有一种反射型液晶。最大的特点就是视频显示的响应速度非常快，而且因为对比度高，黑色显示的非常清晰。这种液晶适用于显示电影和其他视频。
目前，已有三家日本公司成功开发了这一组件。JVC、日立和索尼分别在1997年、2001年和2003年发布了这种组件。JVC的组件名是“D-ILA”，索尼的组件名是“SXRD”。
反射型液晶元件比透射型液晶元件具有更高的光利用效率，因此可以制造高亮度的投影仪。液晶部分下面有一层反射光线的薄膜，可以反射60-70%的光线。高对比度是由于当电压关闭时液晶的垂直排列。这种方法称为垂直定向。当没有施加压力时，它显示为黑色，因此可以更清楚地显示黑色。当显示暗画面时，反射式液晶元件的优点更容易理解。当黑色的衣服和头发显示在黑暗的屏幕上时，它可以不受背景的影响而显示出来。
投影仪中使用的反射式液晶元件的高响应速度是由于在液晶部分采取了一些措施(见图3)。通过将液晶层减小到小于2m，提高了响应速度。一般来说，为了保证液晶面板的厚度均匀，需要在液晶中加入一种叫做隔离物的辅助材料。该隔离物的厚度是液晶层的厚度。而JVC的D-ILA和索尼的SXRD在制造方法和封装材料上下足了功夫，在不使用垫片的情况下做到了2m的厚度。“通过取消间隔物，解决了像素显示部分会出现间隔物的问题。液晶盒的厚度由封装材料来保证。
如何使用镜头进行反射？
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。这是德州仪器开发的DMD。由于DMD专利归该公司所有，因此只有该公司可以生产和供应。使用DMD的投影仪被称为DLP(数字光处理)投影仪。
DMD的每个像素都是一面镜子，在半导体衬底上有多少像素就有多少微镜。微镜的边长只有14微米.带有最多微镜的DMD约为800，000像素。图像由0.7英寸(对角线长度)底板上的大约800，000个微镜一个接一个地移动来显示。
每个微镜以对角线方向为轴左右倾斜。微镜通过静电引力移动。当对微镜本身施加20V的电压，在一个对角端的下方施加5V的电压，并且对另一个微镜施加0V的电压时，0V端的电势差很大，因此微镜将向这一侧移动。
图4: DMD结构(左)和用DMD生成图像的原理(右)
利用微镜的角度来改变反射方向。当显示白色时，它被设置为朝向镜头的反射光的角度。当显示黑色时，光被吸收板吸收。
通过倾斜DMD的方向来改变光的反射角度，可以实现白色和黑色(如右图4)。当微镜向某个方向倾斜10度时，通过调整，光线会反射到透镜方向，当微镜向相反方向倾斜10度时，光线会反射到吸光板。以这种方式，当光向透镜反射时显示白色，当向光吸收板反射时显示黑色。中间色调是通过在极短的时间内反复切换黑白来实现的。
与液晶元件相比，DMD像素具有更高的图像显示性能。首先，对比度高。最高对比度为3000: 1。另外，对信号的响应速度快。响应速度在15微秒左右，几乎是液晶的1000倍。re越快
图5:投影仪的类型和用途
包括4个类别。单面板DLP投影仪和具有三个透射液晶元件的液晶投影仪是演示和家庭影院的流行产品。使用反射液晶的液晶投影仪和3面板DLP投影仪是用于影院数字投影仪、大厅和各种群众活动的高价产品。
图6:单片式DLP投影仪的结构
只有一个DMD的单面板DLP投影仪通过高速旋转滤色器，用红色、绿色和蓝色光依次照射DMD。DMD连续显示各种颜色的图像，然后通过镜头投射出来。是根据日本德州仪器的公开资料制作的。
适用于小型化单板投影仪
适用于小型化单面板投影仪
投影仪中使用三种类型的组件，而实际使用这些组件的产品分为以下四类：
(1)仅使用一个DMD的单板DLP投影仪；
(2)使用三种透射型液晶的液晶投影仪；
(3) 3面板DLP投影仪，使用3个DMD和
(4)具有三个反射液晶元件的液晶投影仪。来自投影仪原理，显示红绿蓝图像，基本是3板。然而，像DMD一样，具有高图像显示性能的一个组件可以构成投影仪。DMD价格高是采用单板设计的原因之一。使用DMD的DLP投影机，除了部分大型产品外，基本都是单面板投影机(见图5)。
单面板DLP投影仪并没有提前分离光线，而是通过一个由红、绿、蓝组成的滤色器依次切换三种颜色(见图6)。彩色滤光片每秒旋转60 ~ 180次。穿过滤色器的光照射DMD。DMD高速连续显示三色图像，当红光照射时显示红色分量的图像，当绿光照射时显示绿色分量的图像。DMD反射的三色图像通过透镜投射。
单片式DLP投影仪对比度高，响应速度快，适用于家庭影院等视频显示领域。而且光学系统不需要太大，所以设计小，重量轻，便于携带，也适合用电脑携带(图1)。
但也有人指出，单片式DLP投影机采用滤色器连续显示三色图像，也有相应的缺点。这就是高速图像显示引起的分色“彩虹现象”。有人指出分色会“晃眼睛”。面向家庭影院的产品可以通过提高彩色滤光片的旋转速度，将彩色滤光片分为六种，或者在三种颜色之外添加白色来减少这种分色现象。
1:小型DLP投影仪
日本PLUS Vision推出的DLP投影仪“V-1100”。重约1.0kg，长宽尺寸为180 45 141mm，可单手握持。
使用特殊的透镜来分光。
采用投影机基本结构的投影机，即3片式投影机，包括以下三类：(1)普及型投影机，即采用透射式液晶的产品；(2)使用DMD的高价产品和使用反射型液晶元件的高价产品。
以液晶投影仪为例介绍这类产品的结构(图7)。首先，投射灯发出的光线中要去除对健康有害的紫外线和影响温度的红外线。然后根据波长把光分成红、绿、蓝三色。一种叫做“分色镜”的特殊透镜被用来分离光线。分色镜具有仅允许特定波长的光通过并反射其他光线，或者仅反射特定光并允许剩余光线通过的特性。先分离红色，再分离绿色，最后剩下蓝色的光。有些产品是按照蓝、绿、红的顺序分开的。一个像元生成一个三色图像，然后这些光通过棱镜组合。为了形成自然色，光线按照红3、绿6、蓝1的比例组合。
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。然后被一个叫做分色镜的特殊透镜分成红、绿、蓝光。三色图像生成后，通过棱镜合成并投影。
图8:梯形失真补偿技术
减少元素上导致梯形失真的像素数量
根据投影仪组件的种类和使用的组件数量，特性也有所不同。但是，除了组件之外，实际产品已经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。一是用于会议室等场合的演示，二是用于家庭影院在家里看电影，三是作为数字放映机在影院等场合放映数字电影。
在产品数量最多的演示和家庭影院中，12 ~ 60万日元左右的小型产品得到了广泛应用。从这类产品的销量来看，80%左右采用透射式液晶元件，20%左右采用DMD。在会议室和各种活动中，电影院使用带有三个DMD的DLP投影仪和带有反射液晶元件的投影仪。
我们是否注重亮度、对比度和色彩表现，取决于不同的用途。演示投影仪主要用于会议室。在会议室，为了做笔记，周围的环境必须达到一定的亮度。所以投影仪有亮度要求。如果亮度达到1500ANSI流明到2000ANSI流明之间，即使周围光线很亮也可以正常投影。而且因为需要显示表格等小字符，所以需要显示高分辨率。它们中的大多数最近都达到了与计算机显示器相同的XGA(1024768像素)规格。
另一方面，在家庭影院中，可以降低房间亮度，所以亮度要求较低。而是对比是否能把黑色表现的更深，把红色充分表现出来，这对皮肤很重要。为了提高色彩表现效果，“通过改进分光镜的制造工艺，使红色和绿色的效果得以充分展现”(三洋电机消费企业集团AV Solutions公司投影仪事业部商品企划科长杉村)。此外，采用反射式液晶元件的高价投影仪也开始采用光波分布接近自然光、色彩表现良好的佳能投射灯。
通过增加像素间隔，显示的图像被校正。
对于投影仪来说，虽然图像质量与其他显示设备一样重要，但是也存在由“投影”方法引起的投影仪特有的问题。一是必须调整投影角度，二是屏幕和投影仪之间不能有障碍空间。
由于投影角度不正确，投影仪会导致图像出现梯形失真(见图8)。房间狭窄时，有时投影仪必须水平错开，或者必须从下面斜着投。如果水平投影，会产生一个从左向右变宽的梯形，而从下向上倾斜投影，会形成一个上宽下窄的梯形。
这种梯形校正技术现在已经很成熟，并且已经应用到大部分产品上(见下图8)。这种技术被称为“梯形校正”。
以长宽比为4: 3的投影仪投影的画面为例。一个上宽下窄的梯形，根据下面的线把图片修正成4:3的矩形。为此，有必要更改组件生成的图像。也就是说，增加在直接投影期间将被加宽的元素部分的像素间距。也就是说，通过将元件上的显示调整为梯形，投影图像显示为矩形。但是，像素间距增加的部分分辨率会降低。
不同的场合对投影仪有不同的要求。
而且矫正技术也在不断进步。有些产品不仅在上下左右加宽时可以校正，在投影时还可以通过倾斜传感器检测机身角度，自动校正图像失真。
一种独特的方式是NEC ViewTechnology开发的校正技术。用附带的遥控器指定显示屏的四个角，按set键将其修正为由指定的四个点组成的四边形。该公司通过使用自研芯片实现了这一校正技术。
此外，已经进行了研究和开发以缩短屏幕和投影仪之间的距离。因为如果不想投射中间的障碍物，投射距离越短越好。近来，对镜头短焦距产品的需求日益强烈。目前短焦镜头主要用在高分辨率和高价位的机型上。但由于镜头价格昂贵，原本只用于高性能高价位的产品。由于最近镜头价格逐渐降低，两年前开始逐渐应用到小产品上。
此外，不使用镜头也能实现短焦距的产品也在开发中。这就是NEC ViewTechnology研发的DLP投影仪“WT600”，利用镜头反射的光线来调整角度。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，因此不会投射阴影。“生产中最大的困难是提高亮度。目前通过改进滤色器已经做到了1200ANSI流明。”
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