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投影仪的成像原理是什么?有哪些主要指标?

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  投影仪在日常的办公教学中应用是非常广的,能够帮助我们更好地进行办公与教学等工作,了解投影仪更多知识,能够帮助我们更好地使用它。

投影仪的成像原理是什么?有哪些主要指标?

  成像原理

  CRT三枪投影仪

  CRT三枪投影机CRT是英文Cathode Ray Tube的缩写,译作阴极射线管。作为成像器件,它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影仪可把输入信号源分解成R(红)、G(绿)B(蓝)三个CRT管的荧光屏上,荧光粉在高压作用下发光系统放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与RT管组成投影管,通常所说的三枪投影仪就是由三个投影管组成的投影仪,由于使用内光源,也叫主动式投影方式。CRT技术成熟,显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力;但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约,直接影响CRT投影仪的亮度值,到目前为止,其亮度值始终徘徊在300lm以下。另外CRT投影仪操作复杂,特别是会聚调整繁琐,机身体积大,只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所,不宜搬动。

  LCD投影仪

  LCD(Liquid Crystal Display)液晶投影仪,可以分成液晶板投影仪和液晶光阀投影仪,前者是投影仪市场上的主要产品。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-55℃~+77℃。投影仪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,影响其液晶单元投影仪的透光率或反射率,从而影响它的光学性质,产生具有不同灰度层次及颜色的图像。由于LCD投影仪色彩还原较好、分辨率可达SXGA标准,体积小,重量轻,携带起来也非常方便,是投影仪市场上的主流产品。按照液晶板的片数,LCD投影仪分为三片机和单片机,而单板投影仪的机型已经很少,我们看到最多的还是三片机。

  在投影仪中有3块液晶板,其中分布着液晶体。液晶体是介于液体和固体之间的物质,本身不发光,它们象荧光屏上的像素一样整齐的排列着。投影仪利用液晶的光电效应,即液晶分子的排列以及液晶分子本身的状态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。投影仪利用这个原理可以达到利用电信号准确控制通过液晶单元的光线的目的。 液晶投影仪中的光源是金属卤素灯或UHP(冷光源),发出明亮的白光, 经过光路系统中的分光镜,将白光分解为RGB(红色、绿色、蓝色)三种元素颜色的光线。RGB三种元素颜色的光线在精确的位置上穿过液晶体,这时候每一个液晶体的作用类似于光阀门,控制每一个液晶体中光线的通过与否以及通过光线的多少。三种元素颜色的光线就这样,经过投影仪的镜头准确投射到屏幕上,哪一点该是什么颜色、光的强度有多少,都分布的正正好好。就这样,在屏幕上投影组成了与源图像一致的色彩斑斓的图像。普通的LCD投影仪具有色彩好、价格优势和亮度均匀性好等多方面优势,因此目前正在以万元甚至低于万元的价格逐渐普及到家庭和小型商用场所之中。

  此外还有液晶光阀投影仪代表了液晶投影仪的高端产品,它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件,是CRT投影仪与液晶与光阀相结合的产物。具有非常高的亮度和分辨率,适用于环境光较强,投影屏幕很大的场合,如超大规模的指挥中心、会议中心或娱乐场所等。

  DLP投影仪

  DLP是英文Digital Light Processor 的缩写,译作数字光处理器。DLP以DMD(Digital Micromirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件。一个DLP电脑板由模数解码器、内存芯片、一个影象处理器及几个数字信号处理器(DSP)组成,所有文字图象就是经过这块板产生一个数字信号,经过处理,数字信号转到DLP系统的心脏--DMD。而光束通过一高速旋转的三色透镜后,被投射在DMD上,然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。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投影仪的物理分辨率,例如一台投影仪的分辨率为600X800,所指的就是DMD装置上的微镜数目就有600x800=480000个。

  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。而且DMD块上每一个像素的面积为16μm×16,间隔为1μm。根据所用DMD的片数,DLP投影仪可分为:单片机、两片机、三片机。DMD数字信号的红,绿,蓝顺序旋转,小镜子根据像素的位置及色彩的多少被打开或关闭,此时DLP可以看作是只有一个光源和一组投影镜头组成的简单光路系统,镜头放大了DMD的反射影像并直接投射在屏幕上,这样一幅生动、明亮的演示效果就展现在我们面前了。

  主要指标

  投影仪的性能指标是区别投影仪档次高低的标志,主要有以下几个指标:

  光输出

  是指投影仪输出的光能量,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)。当投影仪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。决定投影仪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仪镜头性能好,投影仪光输出也可相应提高。

  水平扫描频率

  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,视频投影仪的水平扫描频率是固定的,为15.625KHz(PAL制)或15.725KHz(NTSC制)数据和图形投影仪的扫描频率不是不个频率频段;在这个频段内,投影仪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仪档次的重要投影仪指标。频率范围在15kHz-60kHz的投影仪通常叫做数据投影仪。上限频率超过60kHz的通常叫做图形投影仪。

  垂直扫描频率

  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。

  视频带宽

  投影仪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。

  分辨率

  分辨率有:可寻址分辨率、RGB分辨率、视频分辨率三种。

  对CRT投影仪来说,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分辨率是指投影仪在接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。

  视频分辨率是指投影仪在显示复合视频时的最高分辨率。这里,有必要将视频带、水平扫描频率、垂直扫描频率与RGB分辨率的关系作一分析:首先看看水平扫描频率与垂直扫描频率、的关系。

  在投影仪指标中,分辨率是较易混淆的一个概念,投影仪技术指标上常给出的

  水平扫描频率=A×垂直扫描频率×垂直分辨率

  式中A为常数,约为1.2,垂直扫描频率一般不应低于50Hz,为了保证良好的视觉效果,希望垂直扫描频率高一些好。为了提高图像质量,也要提高垂直分辨率。这些都要求相应地提高水平扫描频率。可见,水平扫描频率是投影仪的一个重要技术指标。例如:当扫描频率为70Hz,垂直分辨率为768时,行频为64.5。

  其次再来看视频带宽与水平扫描频率、水平分辨率的关系。

  视频带宽=R×水平扫描频率×水平分辨率/2

  式中R为约为1.4,其中水平分辨率应比垂直分辨率高,这是由于图像水平与垂直幅度之比是4:3,例如垂直分辨率为768时,水平分辨率一般是1024,此时信号带宽是46MHz。

  综合上述两个公式可以得出:

  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=A×R。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仪的一个重要指标。因此,在区分投影仪质量优劣时,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。例如一台投影仪的最高行频为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。

  CRT管的聚焦性能

  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管的投影仪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。

  会聚

  会聚是指RGB三种颜色在屏幕上和重合,对CRT投影仪来说,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。有些投影仪具有点会聚功能,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。

  以上就是关于投影仪的一些相关知识,希望能够帮助到大家。