第八章投影儀

第八章

投影儀

一、基本要求1、了解投影儀的常見分類方法2、掌握投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)3、了解投影幕的種類，電光源種類4、掌握液晶板的工作原理及其結(jié)構(gòu)二、本章重點(diǎn)1、單鏡頭三極式液晶板投影儀的光學(xué)系統(tǒng)2、液晶板的結(jié)構(gòu)及其工作原理第一節(jié)投影儀概述第二節(jié)投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)第三節(jié)投影屏幕簡介、第四節(jié)電光源種類第五節(jié)液晶原理第六節(jié)液晶投影儀的工作原理第七節(jié)拆卸一、概述

目前，在國內(nèi)流行的彩色投影機(jī)一般有兩種類型：陰極射線管式的投影機(jī)光閥投影機(jī)

在1988年之前的彩色投影機(jī)多是采用日本索尼、松下、日電、意大利視麗、美國東麗等陰極射線管式的投影機(jī)，這種投射管式的投影機(jī)最常見的是三管式，它要使用紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)3個(gè)投射管，而且要用3個(gè)大口徑透鏡配合，并在固定的投影距離下進(jìn)行仔細(xì)的三色圖像配準(zhǔn)，所以存在著體積大、笨重以及安裝調(diào)試繁鎖等缺點(diǎn)。但從另一個(gè)角度看，這種陰極射線管式投影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：亮度高、陰極射線管的壽命長(與彩色電視機(jī)顯像管的壽命相當(dāng))，因此這種投影機(jī)多用于錄像廳、電教館等長時(shí)間放映的場所。

液晶彩色投影機(jī)是采用液晶顯示屏作光閥，用外加光源的強(qiáng)光將液晶屏上的圖像投影到銀幕上，這是實(shí)現(xiàn)大屏幕電視的一個(gè)行之有效的方法。由于采用了液晶顯示屏，故液晶彩色投影機(jī)具有體積小、重量輕、投影尺寸可調(diào)、安裝調(diào)試方便，價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。又由于三色合成已在機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，只用一個(gè)投影透鏡進(jìn)行投影成像，所以一般到用戶使用時(shí)不存在調(diào)試三色配準(zhǔn)的問題，它是目前極有前途的彩色投影機(jī)。二、光學(xué)結(jié)構(gòu)

1液晶彩色投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)單鏡頭三板式液晶彩色投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)

投射透鏡DM4DM3DM2DM1M3M2M1液晶板B液晶板R液晶板GUV/IRDM:分光鏡M:反光鏡光源屏幕單鏡頭三板式液晶彩色投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)

單鏡頭三板式液晶彩色投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)還有如右圖所示的棱鏡式光學(xué)系統(tǒng)。這種光學(xué)系統(tǒng)主要是在投射鏡頭處設(shè)置了一個(gè)棱鏡式分光(色)鏡，這可以使光學(xué)系統(tǒng)的體積大大縮小。分光棱鏡式單鏡頭三板式液晶彩色投影機(jī)TFT液晶板分光鏡光源濾光鏡分光鏡反光鏡分光棱鏡投射鏡頭反光鏡RGB聚光鏡光3CCD色分離技術(shù)圖像數(shù)據(jù)原稿反光鏡反光鏡單色光源CCDCCDCCD分光棱鏡2、光學(xué)系統(tǒng)概要

光學(xué)系統(tǒng)還可大致作如下劃分：將其投射鏡頭—液晶板(LCD)間稱為投影光學(xué)系，將其液晶板(LCD)—光源間稱為照明光學(xué)系。一、照明光學(xué)系

(1)光源反射板(拋物線型)：反射可見光，主要使紅外線區(qū)光線向里透射。(2)冷光鏡：反射可見光，使紫外線區(qū)光線透射。(3)UV、IR截止濾光鏡：透射可見光，反射紫外線／紅外線區(qū)的光線。(4)紅(綠)(藍(lán))反射鏡：僅反射可見光的中紅(綠)(藍(lán))光，透射綠／藍(lán)(紅／藍(lán))(紅／綠)光。(5)聚光透鏡：使從光源來的光成為平行光照射LCD(液晶板)屏面。在理論上，點(diǎn)光源存在于聚光透鏡的焦點(diǎn)處。二、投影光學(xué)系統(tǒng)

液晶板(LCD)的單元體的透光率具有如圖如示的特征。不加電壓時(shí)透光率為100％，這樣的LCD通常稱完全透明。而隨著電壓的增加，透光率將減低。3、光學(xué)系統(tǒng)的種類

一、三板式將光分解為紅光、綠光和藍(lán)光，利用紅、綠、藍(lán)各液晶板(LCD)的光通量可從電氣上予以變化這一事實(shí)，顯現(xiàn)全部色彩。夏普XV-530H投影機(jī)的每塊液晶板上含有111203個(gè)像素，3塊共333609個(gè)像素，如圖所示。二、單板式

在一塊液晶板上使紅、綠、藍(lán)濾色片呈三角形排列，利用紅、綠、藍(lán)各光通量可從電氣上變化的事實(shí)，顯現(xiàn)全部色彩。夏普XV-370P投影機(jī)的液晶板上含有R(紅)+G(綠)+B(藍(lán))：301158個(gè)像素。三、光學(xué)裝置的配置三板式

單板式

三、投影屏幕簡介

一、投影幕的種類

1．前投射方式

2．背投射方式這種投射方式是投影機(jī)和觀眾處于同一側(cè)。在這種情況下。外界光強(qiáng)度愈高，愈會(huì)降低投影圖像的對(duì)比度、色飽和度和相對(duì)亮度。

背投式即從屏幕的背面投射，投影機(jī)和觀眾處于屏幕的兩側(cè)，這時(shí)需要透射屏幕。這種透射屏幕是用菲涅爾透鏡和凹凸透鏡組成的。采用這種方式使得外界光經(jīng)屏幕反射后不會(huì)射給觀眾，因此外界光對(duì)投影效果影響較小，只對(duì)相對(duì)亮度有些影響。根據(jù)投影幕毛坯面的不同可以分成以下幾類：

(1)白色投影幕

白色投影幕無方向性，即從任何方向來看其亮度均相同。它不易起皺，特別適于卷放便攜三腳式、彈簧滾子式和電動(dòng)式。這種投影幕的增益為0．85。反射方式如圖所示。(2)玻璃砂投影幕

由于在投影幕的毛坯面上涂了非常小的玻璃珠，所以這種幕反射效率很高，且有一定的方向性。玻璃珠對(duì)平行光的入射光，幾乎在與入射光平行的方向上全反射，由于這一性質(zhì)，投影機(jī)的投射方向折回最亮的光。這種投影幕的增益為乙8，反射方式如圖所示。(3)銀(平板鋁)投影幕

這種幕在毛坯面涂以鋁粉，因此其反射亮度比白色投影幕大2～4倍。這種幕的反射方式如圖所示。(4)鋁曲面投影幕

這種幕不但在毛坯面涂以鋁，而且還將形狀作成曲面。它的方向性強(qiáng)。雖然視野受限，但亮度高，其增益能達(dá)到12．8。這種幕的反射方式如圖所示。

二、畫面亮度與投影幕尺寸的關(guān)系

畫面的亮度與投影幕的尺寸(面積)成反比，即投影幕愈大，畫面的亮度愈低。即亮度X投影幕面積＝常數(shù)

例如，254cm和152cm的投影幕，在其毛坯面材料相同的前提下，254cm的面積比152cm的面積大2．73倍，而152cm的投影幕的亮度比254cm的大2．73倍。

四、電光源種類

通常，實(shí)用化的電光源從發(fā)光原理大致分為3類：(1)熱輻射光源。(2)氣體放電光源。(3)固體發(fā)光光源。

電光源的主要技術(shù)指標(biāo)

1．光通量2．色溫3．顯色指數(shù)光通量是指光源在單位時(shí)間內(nèi)向周圍空間輻射的能量中能引起人們視覺反應(yīng)的那一部分能量，單位是流明(1in)。由于人眼對(duì)不同波長的光有不同的靈敏度，所以光通量的大小不但與輻射的強(qiáng)弱有關(guān)，而且還與輻射的波長有關(guān)。它描述的正好是光源中的有效輻射的大小。色溫是指當(dāng)電光源發(fā)出光的顏色與黑體(能吸收全部光能的物體)加熱到某一溫度時(shí)所發(fā)出的顏色相同(對(duì)氣體放電光源來講是相似)時(shí)，則該溫度就被稱為該光源的顏色溫度，簡稱色溫。單位是K(K——開爾文，稱絕對(duì)溫標(biāo)，它與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是K＝℃+273．15)。我們知道，同一顏色的物體，在不同顏色的光源照射下會(huì)顯示出不同的顏色。光源顯現(xiàn)被照物體顏色的性能被稱為光源的顯色性。它是指在待測光源照射下物體的顏色與在日光照射下物體顏色相符合的程度。顯色指數(shù)愈高，顏色失真愈小，即光源的顯色性愈好。反之顯色指數(shù)愈低，顏色失真愈大，顯色性就愈不好。金屬鹵化物燈

液晶彩色投影機(jī)需要有高亮度白光點(diǎn)光源。金屬鹵化物燈是利用氣體放電(弧光放電或輝光放電)時(shí)發(fā)光的原理而制成的。與熱輻射光源相比，這種燈具有壽命長，色譜分布良好，色溫穩(wěn)定性好，發(fā)光效率高等特點(diǎn)。

五、液晶原理

液晶是介于固體和液體之間的不同于三態(tài)的物質(zhì)態(tài)，自然中大量存在。目前液晶的前沿?zé)衢T課題極多，形成一門物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、微電子學(xué)等多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。液晶應(yīng)用范圍極廣泛，在顯示、電視、投影方面的應(yīng)用已形成巨大的工業(yè)體系。液晶分子的排列有一定的規(guī)律，但這種規(guī)律會(huì)受電磁場的影響。在電場的作用下，液晶分子的排列規(guī)律會(huì)發(fā)生變化，而這種變化必然導(dǎo)致其透光性能的變化，這就是通常說的光電效應(yīng)。1、液晶板的基本工作原理

不加電壓時(shí)，如果在光線不能通過的偏振光方向互相垂直的兩塊偏振光濾光板之間插入扭轉(zhuǎn)的液晶，則從上面入射的光由于沿液晶分子間隙扭轉(zhuǎn)90度，故可通過下面的濾光板(畫面變白)。加電壓時(shí)，液晶分子沿垂直方向排列，扭轉(zhuǎn)消失，由上面來的入射光未發(fā)生任何變化，直接向下，故不能通過下面的濾光板(畫面變黑)。偏振光濾光板偏振光濾光板定向膜電壓光光2、液晶板的結(jié)構(gòu)

3、液晶的驅(qū)動(dòng)

液晶的驅(qū)動(dòng)一般用交流電，以使加在液晶上的平均電壓為零。如果加直流，則會(huì)使液晶老化，壽命顯著降低。對(duì)于液晶彩色投影機(jī)而言，作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的反轉(zhuǎn)圖像信號(hào)和幀脈沖，每一幀都要加在液晶的透明電極上。另外，驅(qū)動(dòng)方法為有源矩陣變換電路的方法。所謂有源矩陣變換電路驅(qū)動(dòng)方法，就是一個(gè)像素一個(gè)像素地裝配有源元件(TFT)，一個(gè)像素一個(gè)像素地可靠地驅(qū)動(dòng)。

4、液晶板的基本動(dòng)作

當(dāng)晶體管為ON時(shí)，液晶分子作定向排列，于是遮斷光源的光；而當(dāng)晶體管為OFF時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)90o，光源的光可以透過。也就是說，在柵極總線上加交流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，A像素和B像素的源極總線上加晶體管OFF信號(hào)，C像素的源極總線上加晶體管ON信號(hào)時(shí)，光源的光通過A像素和B像素，而C像素則將光遮斷。如果從光源相反方向看，A像素和B像素發(fā)光，而C像素則不發(fā)光。因此，每個(gè)像素都由晶體管進(jìn)行ON／OFF，這樣就可顯示任意圖形。液晶板驅(qū)動(dòng)電路視頻信號(hào)處理電路微計(jì)算機(jī)電路電源電路鎮(zhèn)流器電路屏幕鏡頭液晶板光學(xué)系統(tǒng)光源視頻輸入六、液晶投影儀的工作原理

1、視頻信號(hào)處理電路2、液晶板的校正電路

1．液晶顯示模塊中心電平的調(diào)節(jié)2．白平衡校正所謂液晶顯示模塊中心電平的調(diào)節(jié)，是指液晶板的直流電子的調(diào)節(jié)。液晶板不允許加有包含直流電平的信號(hào)。由于液晶板的電壓由信號(hào)電極和公共電極共同決定，而兩電極信號(hào)又經(jīng)液晶顯示模塊內(nèi)部電路處理(如對(duì)逐行倒相的視頻信號(hào)取樣等)，因而很難保證液晶板兩電極的直流電平為零。

暗平衡調(diào)整：R、G、B共3個(gè)液晶顯示模塊的閾值電壓不同，造成對(duì)于亮度低的黑白信號(hào)在屏幕上著色，校正的方法是R、G、B共3個(gè)液晶顯示模塊的3個(gè)公共電極加不同幅度的半行頻方波。亮平衡調(diào)整：R、G、B共3個(gè)液晶顯示模塊的光電轉(zhuǎn)換特性的斜率不同，造成亮度較高的黑白信號(hào)在屏幕上著色。校正的方法是調(diào)整到達(dá)R、B兩個(gè)液晶顯示模塊信號(hào)電極的信號(hào)幅度，使三色光的投射亮度相當(dāng)。3、基色信號(hào)極性切換電路

4、PAL—NTSC變換電路

每7根掃描線抽去1根使掃描線減少，掃描線數(shù)即可一致。但是，簡單地減少掃描線會(huì)使圖像產(chǎn)生畸變。為此，要在每1H前后適當(dāng)?shù)卦龃髨D像信號(hào)幅度，以防止圖像過分畸變。5、液晶模塊的構(gòu)造

6、圖像質(zhì)量修正電路7、電源電路七、拆卸1、投影燈裝置的拆卸(1)松去燈室蓋罩的一只固定螺絲，取下燈室蓋罩。(2)松去投影燈裝置的兩只固定螺絲。(3)取下投影燈裝置。2、頂部機(jī)體、背部機(jī)體及風(fēng)扇室蓋的拆卸

(1)松去端子蓋兩側(cè)的掛耳，取下端子蓋。(2)松去頂部機(jī)體上的4只固定螺絲。(3)松去背部機(jī)體上的3只固定螺絲。(4)松去背部機(jī)體上的一只固定螺絲。(5)松去輸入電路印刷電路板上的兩只固定螺絲。(6)取下背部機(jī)體。(7)將頂部機(jī)體向前滑移10