DLP、LCD、CRT三大投影技術(shù)完全解析

完全解析

隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，人們已經(jīng)不能滿足于液晶顯示器的可視面積，轉(zhuǎn)而研發(fā)可以顯示更大面積的投影技術(shù)。投影技術(shù)發(fā)展至今 ，一共衍生出了三種常用技術(shù)，它們分別是：DLP投影技術(shù)、LCD投影技術(shù)和CRT投影技術(shù)。下面筆者就來帶各位認(rèn)識(shí)下這些投影技術(shù)的成 像原理。

數(shù)字光學(xué)處理（DLP™）是投影和顯示信息的一個(gè)革命性的新方法?；赥exas儀器公司開發(fā)的數(shù)字微反射鏡器件（DMD™）， DLP完成了顯示數(shù)字可視信息的最終環(huán)節(jié)。數(shù)字光學(xué)處理（DLP™）技術(shù)在消費(fèi)者、商業(yè)和投影顯示工業(yè)的專業(yè)領(lǐng)域方面被作為子系統(tǒng)或“ 發(fā)動(dòng)機(jī)”提供給市場(chǎng)主管。正如CD在音頻領(lǐng)域的革命一樣，DLP將在視頻投影方面帶來革命。

1、DLP投影技術(shù)

數(shù)字光學(xué)處理（DLP™）：如何工作？（）

正如中央處理單元（CPU）是計(jì)算機(jī)的核心一樣，DMD是DLP的基礎(chǔ)。單片、雙片以及多片DLP系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來以滿足不同市場(chǎng)的需 要。一個(gè)DLP為基礎(chǔ)的投影系統(tǒng)包括內(nèi)存及信號(hào)處理功能來支持全數(shù)字方法。DLP投影機(jī)的其它元素包括一個(gè)光源、一個(gè)顏色濾波系統(tǒng)、一 個(gè)冷卻系統(tǒng)、照明及投影光學(xué)元件。

一個(gè)DMD可被簡單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)。成千上萬個(gè)微小的方形16x16um鏡片，被建造在靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（SRAM）上方的 鉸鏈結(jié)構(gòu)上而組成DMD（圖1）。每一個(gè)鏡片可以通斷一個(gè)象素的光。鉸鏈結(jié)構(gòu)允許鏡片在兩個(gè)狀態(tài)之間傾斜，+10度為“開”。-10度為“ 關(guān)”，當(dāng)鏡片不工作時(shí)，它們處于0度“停泊”狀態(tài)。

根據(jù)應(yīng)用的需要，一個(gè)DLP系統(tǒng)可以接收數(shù)字或模擬信號(hào)。模擬信號(hào)可在DLP的或原設(shè)備生產(chǎn)廠家（OEM）的前端處理中轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)，任何隔行視頻信號(hào)通過內(nèi)插處理被轉(zhuǎn)換成一個(gè)全圖形幀視頻信號(hào)。從此，信號(hào)通過DLP視頻處理變成先進(jìn)的紅、綠、藍(lán)（RGB）數(shù) 據(jù)，先進(jìn)的RGB數(shù)據(jù)然后格式化為全部二進(jìn)制數(shù)據(jù)的平面。

一旦視頻或圖形信號(hào)在一種數(shù)字格式下，就被送入DMD。信息的每一個(gè)象素按照1：1的比例被直接映射在它自己的鏡片 上，提供精確的數(shù)字控制，如果信號(hào)是640×480象素，器件中央的640×480鏡片采取動(dòng)作。這一區(qū)域處的其它鏡片將簡單的被置于“關(guān)” 的位置。

圖（1）

上圖所示：器件中部反射部分包括508，800個(gè)細(xì)小的、可傾斜的鏡片。一個(gè)玻璃窗口密封和保護(hù)鏡片。DMD顯示為實(shí)際尺 寸。

通過對(duì)每一個(gè)鏡片下的存儲(chǔ)單元以二進(jìn)制平面信號(hào)進(jìn)行電子化尋址，DMD陣列上的每個(gè)鏡片被以靜電方式傾斜為開或關(guān)態(tài)。決定每個(gè)鏡片 傾斜在哪個(gè)方向上為多長時(shí)間的技術(shù)被稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。鏡片可以在一秒內(nèi)開關(guān)1000多次，這一相當(dāng)快的速度允許數(shù)字灰度等 級(jí)和顏色再現(xiàn)。

在這一點(diǎn)上，DLP成為一個(gè)簡單的光學(xué)系統(tǒng)。通過聚光透鏡以及顏色濾波系統(tǒng)后，來自投影燈的光線被直接照射在DMD上 。當(dāng)鏡片在開的位置上時(shí)，它們通過投影透鏡將光反射到屏幕上形成一個(gè)數(shù)字的方型象素投影圖像（圖2）。

圖（2）

上圖所示的是：入射光射到三個(gè)鏡片象素上，兩個(gè)外面的鏡片設(shè)置為開，反射光線通過投影鏡頭然后投射在屏幕上。這兩個(gè)“開”狀態(tài)的 鏡片產(chǎn)生方形白色象素圖形。中央鏡片傾斜到“關(guān)”的位置。這一鏡片將入射光反射偏離開投影鏡頭而射入光吸收器，以致在那個(gè)特別的 象素上沒有光反射上去，形成一個(gè)方形、黑色象素圖像。同理，剩下的508797個(gè)鏡片象素將光線反射到屏幕上或反射離開鏡片，通過使用 一個(gè)彩色濾光系統(tǒng)以及改變適量的508，800DMD鏡片的每個(gè)鏡片為開態(tài)，一個(gè)全彩色數(shù)字圖像被投影到屏幕上。

2、LCD投影技術(shù)

( Liquid Crystal Display)投影機(jī)分為液晶板投影機(jī)和液晶光閥投影機(jī)兩類。液晶是介于液體和固體之間的物質(zhì)，本身不發(fā)光，工作性質(zhì)受溫度影響很大， 其工作溫度為-55ºC~+77ºC。投影機(jī)利用液晶的光電效應(yīng)，即液晶分子的排列在電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，影響其液晶單元的透光率或反射率 ，從而影響它的光學(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生具有不同灰度層次及顏色的圖像。

LCD投影機(jī)有兩種：

LCD投影機(jī)示意圖

成像器件為液晶板，是被動(dòng)式的投影方式。利用外光源金屬鹵素?zé)艋騏HP（冷光源）。

按照液晶板的片數(shù)，LCD 投影機(jī)分為三片機(jī)和單片機(jī)。

3LCD投影技術(shù)原理圖

三片LCD板投影機(jī)原理是光學(xué)系統(tǒng)把強(qiáng)光通過分光鏡形成RGB三束光，分別透射過RGB三色液晶板；信號(hào)源經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，調(diào)制加到液晶板上 ，通過控制液晶單元的開啟、閉合，從而控制光路的通斷，RGB光最后在棱鏡中匯聚，由投影鏡頭投射在屏幕上形成彩色圖像。目前，三 片板投影機(jī)是液晶板投影機(jī)的主要機(jī)種。

LCD單板投影機(jī)機(jī)體積小，重量輕，操作、攜帶極其方便，價(jià)格比較低廉。但其光源壽命短，色彩不夠均勻，分辨率 較低。 目前單板投影機(jī)的機(jī)型已經(jīng)很少。

從圖像品質(zhì)上，單片機(jī)的表現(xiàn)要比三片機(jī)遜色不少。

液晶光閥投影機(jī)

采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，是CRT投影機(jī)與液晶與光閥相結(jié)合的產(chǎn)物。為了解決圖像分辨率與亮度間的矛盾， 它采用外光源，也叫被動(dòng)式投影方式。一般的光閥主要由三部分組成：光電轉(zhuǎn)換器、鏡子、光調(diào)制器，它是一種可控開關(guān)。通過CRT輸出 的光信號(hào)照射到光電轉(zhuǎn)換器上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為持續(xù)變化的電信號(hào)；外光源產(chǎn)生一束強(qiáng)光，投射到光光閥上，由內(nèi)部的鏡子反射，能過光 調(diào)制器，改變其光學(xué)特性，緊隨光閥的偏振濾光片，將濾去其它方向的光，而只允許與其光學(xué)縫隙方向一致的光通過，這個(gè)光與CRT信號(hào) 相復(fù)合，投射到屏幕上。它是目前為止亮度、分辨率最高的投影機(jī)，亮度可達(dá)6000ANSI流明，分辨率為2500×2000，適用于環(huán)境光較強(qiáng)， 觀眾較多的場(chǎng)合，如超大規(guī)模的指揮中心、會(huì)議中心及大型娛樂場(chǎng)所，但其價(jià)格高，體積大，光閥不易維修。 對(duì)追求高分辨率、高亮度、大畫面的用戶，液晶光閥投影機(jī)是他們的首選。

3、CRT投影技術(shù)

（Cathode Ray Tube）是陰極射線管。是應(yīng)用較為廣泛的一種顯示技術(shù)。CRT投影機(jī)把輸入的信號(hào)源分解到R（紅）、G（綠）B（藍(lán)）三個(gè)CRT管的熒光屏 上，在高壓作用下發(fā)光信號(hào)放大、會(huì)聚、在大屏幕上顯示出彩色圖像。光學(xué)系統(tǒng)與CRT管組成投影管，通常所說的三槍投影機(jī)就是由三個(gè) 投影管組成的投影機(jī)。CRT投影機(jī)顯示的圖像色彩豐富，還原性好，具有豐富的幾何失真調(diào)整能力；缺點(diǎn)是亮度較低，操作復(fù)雜，體積龐 大，對(duì)安裝環(huán)境要求較高。

有兩個(gè)CRT投影機(jī)的特有性能指標(biāo)值得注意：

會(huì)聚性能

會(huì)聚是指紅綠藍(lán)三種顏色在屏幕上的重合。對(duì)CRT投影機(jī)來說,會(huì)聚控制性顯得格外重要,因?yàn)樗蠷GB三種CRT管,平行安 裝地支架上,要想做到圖像完全會(huì)聚,必須對(duì)圖像各種失真均能校正。機(jī)器位置的變化，會(huì)聚也要重新調(diào)整，因此對(duì)會(huì)聚的要求，一是全功 能，二是方便快捷。會(huì)聚有靜態(tài)會(huì)聚和動(dòng)態(tài)會(huì)聚，其中動(dòng)態(tài)會(huì)聚有傾斜，弓形，幅度，線性，梯形，枕形等功能，每一種功能均可在水平 和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整。除此之外，還可進(jìn)行非線性平衡，梯形平衡，枕形平衡的調(diào)整。

CRT管的聚焦性能

我們知道，圖形的最小單元是像素。像素越小，圖形分辨率越高。在CRT管中，最小像素是由聚焦性能決定的，所謂可尋 址分辨率，即是指最小像素的數(shù)目。CRT管的聚焦機(jī)制有靜電聚焦、磁聚焦和電磁復(fù)合聚焦三種，其中以電磁復(fù)合聚焦較為先進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn) 是聚焦性能好，尤其是高亮度條件下會(huì)散焦，且聚焦精度高，可以進(jìn)行分區(qū)域聚焦，邊緣聚焦，四角聚焦，從而可以做到畫面上每一點(diǎn)都 很清晰。

CRT投影機(jī)亮度指標(biāo)

CRT（三槍）投影機(jī)的光輸出用峰值流明來表示，即在一個(gè)白窗口的測(cè)試圖像上，以掃描線尚清晰可見的情況下，測(cè)量白 窗口的最大照度（LUX）乘以白窗面積（m2）來確定投影機(jī)光通量，峰值流明具有很好的實(shí)際意義，由于您看到的任何一幀視頻圖像不可 能全部都是白場(chǎng)，白色所占的比例一般占圖像面積的20%左右。同時(shí)CRT投影機(jī)是依靠投影管內(nèi)電子束在熒光屏上掃描獲取圖像，束電流大 小取決于陰極的發(fā)射能力，正常狀態(tài)下陰極發(fā)射的電子被陰柵之間的負(fù)電位差控制，在陰柵之間形成電子云，隨電位減少，電子流很快被 拉到陽極----熒光屏，CRT管能提供較高的脈沖電流，所以窗口信號(hào)的屏上亮度可較高，而如果畫面是全白場(chǎng)，由于陰極發(fā)射能力的限制 ，只能提供平均束電流，屏上亮度會(huì)大大降低，只有峰值流時(shí)的1/5左右。由于陰極各CRT投影和所采用窗口信號(hào)的大小不同（10%-25%） ，所以各廠家產(chǎn)品的亮度指標(biāo)，沒有絕對(duì)的可比性。