目录
第一部分：原理部分……………………………………………….1
第一章： 投影机的原理与比较………………………………….1
一、投影机的定义、分类、原理及比较：………………….1
二、各种投影机的性能比较…………………………………4
第二章、光学系统原理与器………………………………………14
一、投影机的光学原理………………………………………20
二、光学器件…………………………………………………45
第一部分 原理部分
第一章 投影机原理与比较
一、 投影机的定义、分类、原理及比较：
1. 投影机的定义：将输入的图像或文本信息，通过显示器件转换为图像光信号，再经光学系统变换后投射到屏幕，形成放大的图像或文本信息的光、机、电一体化的设备。
2.投影机的分类：
按照投影或观看的方式分为前投影机（front screen projector
）与背投影机（rear screen projector
），前投影机将图象投射在反射屏幕上，经反射后进入观看者眼睛，背投影机将图象投射在透射屏幕上，经透过后进入观看者眼睛。
按照显示器件分为阴极射线管投影机（CRT projector）、液晶投影机（LCD projector）、数字光处理投影机（DLP projector）和硅基液晶投影机（LCOS projector）。
CRT投影机是将图像信号通过阴极射线管变成图像光信号，从阴极射线管的荧光屏发出去后，再利用光学系统和投影系统将图像光信号放大并投射到光学屏幕上形成图像的装置。其中，阴极射线管背投影机的投射装置在光学屏幕的后方，投射装置与光学屏幕构成整体，且光投射方向与观看方向相对。阴极射线管前投影机的投射装置在光学屏幕的前方，投射装置与光学屏幕构成整体，且光投射方向与观看方向相同。
| LCD投影机是将输入的图像或文本信息，通过液晶显示器件（LCD）转换为图像光信号，再经光学系统变换后投射到屏幕，形成放大的图像或文本信息的设备，其图像或文本信息通过透射屏到达观众一侧或经反射屏反射到观众一侧。
DLP投影机将输入的图像或文本信息，通过数字光处理器件（DMD）转换为图像光信号，再经光学系统变换后投射到屏幕，形成放大的图像或文本信息的设备。
LCOS投影机是利用硅基液晶（LCOS）形成的图像光信号，通过光学系统和投影系统，把图像光信号放大，投射到屏幕上，形成图像的设备。
3.各种投影机的工作原理：
A. CRT投影机
CRT投影机的成像器件是投影管，一共有三个，分别是红投影管、绿投影管、蓝投影管，工作时分别发出红、 绿、 蓝三种基色光，输入的图象信号经过信号处理电路解码变换后，输出的R G B 三个基色电信号分别加到红、绿、 蓝三个投影管上，三个投影管分别发出受调制的红、 绿、蓝三个基色光信号，再通过投影镜头的放大、聚焦，投射到投影屏幕上会聚形成彩色图象。扫描、偏转电路的作用与普通CRT电视机的扫描、偏转电路的作用相同，为投影管提供扫描电流和高压等，以维持投影管的正常工作。会聚电路保证红 、绿 、蓝三支投影管的扫描光栅在投影屏幕上实现会聚，目前普遍采用数字会聚电路以保证图象会聚质量，早期用模拟会聚电路，调整特别复杂。控制电路是实现对整机性能的控制，一般用I²C总线。
B．液晶投影机
液晶投影机的成像器件为小尺寸液晶板。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，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。 视频信号（复合视频、
图二、 LCD投影机原理图
S-端子、色差分量）、计算机信号（VGA信号、DVI信号）和控制信号（RS-232控制信号、USB接口等）从输入输出电路进入投影机后，
通过信号的解码、数模转换和格式变换等处理，将图象信号送入驱动板，驱动板再将调制好的信号送入液晶板，从而在液晶板上产生图象。另一方面，由主电源供电的整流器在得到主板的点灯信号后产生高压，点亮投影机灯泡，灯泡发出的白光经过匀光与偏振系统后，经过分光系统分解为红、绿、蓝三束光分别打在三片液晶上，经合光系统合色后，在经过投影镜头放大后投影在屏幕上从而形成放大的彩色图象。
C．Lcos投影机
Lcos（Liquid Crystal on Silicon）是近几年发展起来的一种新型液晶器件，一般叫做硅基液晶，也就是说Lcos器件是把液晶灌注在上层透明导电玻璃和下层的单晶硅片之间，在单晶硅片的下面制造控制电路，控制每个液晶像素的工作状态。其工作原理是把穿过液晶像素的光又被下层硅片上的反射电极反射回去，再次穿过液晶像素，利用液晶分子对光透过率的改变，形成图象光信号，图象光信号再通过光学系统和投影系统把图象光信号聚焦，放大后投射到屏幕上形成彩色图象。
D．DLP投影机：
DLP(Digital light Prosessing)是数字光处理器件，它的核心技术是DMD(Digital micromirror device)即数字微镜装置。一个DMD器件上，按行和列紧密排列着由微镜片形成的微镜片矩阵，每个微镜片对应一个像素，微镜片的大小12~16µm，镜片间距为1µm，这些微镜片用支柱支撑，支柱叫偏置电压支柱，支柱的下面是像素单元取址电压驱动电路，像素驱动电压的输出决定了微镜片的状态。可以有±10°或±12°的倾斜变化，当微镜片倾斜为–10°时，入射到微镜片上的光反射后不能通过投影透镜，被光吸收装置所吸收，屏幕变成黑色；若微镜片倾斜+10°时，入射到微镜片上的光反射后刚好可以通过投影透镜，屏幕上形成白色图像。
灯泡发出的白色光通过透镜照射到色轮上，色轮如图三所示，是一个360°等分的圆片，分别涂上R G B 滤光材料，把白光分解成红、绿、蓝三基色光，由色轮输出的红、绿、蓝基色光进入积分棒，使光线均匀化后经过光学透镜进入TIR棱镜（TIR棱镜是全反射棱镜），其作用是调整光线射入DMD上的入射角度，使DMD上的微镜片倾斜，将光线准确地射入或偏离投影透镜。
图三、色轮
图三、色轮
图四、DLP投影机示意图
二.各种投影机的性能比较：
A．光学原理：LCD：红色，绿色和蓝色光同时投射
图五 LCD光学原理
DLP红色，绿色，蓝色和白色光交替投射
图六 DLP光学原理
DLP 比LCD体积更小、重量更轻
B. 颜色饱和度:
LCD光学技术可以呈现更加广阔的色彩范围
单芯片DLP或LCOS :小于sRGB色彩范围
三片式LCD :大于sRGB色彩范围
•优异的色彩再现
•完美的色彩影像
单芯片 DLP, 单芯片 LCOS
3片LCD
C.色彩配合度：
DLP:单片系统交替投射红绿蓝色
导致色彩分离（彩虹现象）；
LCD:三片LCD系统同时投射全彩影像
单芯片 DLP, 单芯片 LCOS
3片LCD
D.线性灰阶：
DLP 投影机在黑色区域有抖动噪音
，DLP投影机不能显示黑色区域的细节
；LCD投影机可以在黑色区域显示平滑的线性色彩
单芯片 DLP, 单芯片 LCOS
3片LCD
E.对比度：DLP（2000：1）对比度高于LCD（600：1）
DLP 2000:1超高对比度
：色彩更具张力、文本更加锐利、灰阶层次更丰富
F．像素轮廓：DLP像素轮廓比LCD要小，影像更加细腻平顺。
G. 画质保持时间：
画质缺陷发生时间（芒赛尔实验室测试结果）：
）
平均使用时间相当于： ~1 年 ~2 年 ~3 年 ~4 年
芒赛尔实验室测试结果
： 3312小时
由上图可以看出LCD和 DLP 数码投影机的图象可靠性随时间推移产生明显的区别：
在测试期间，DLP™ 技术的图象可靠性不变,DMD使用寿命长达100,000 小时
，而由光学元件衰化引起的图象质量下降在 LCD中明显可见
，LCD 的大多数参变数据均显示了光学性能的退化，
其图象质量退化是永久性的，更换投射灯也无济于事。
LCD的持续衰退
而DLP的色轮很薄，由于一直在做高速旋转（大约3600转/分钟），在投影机使用中如果有碰撞，色轮很容易被损坏。
H．对温度及散热的要求
DLP投影机中的DMD芯片能承受较高的温度，而LCD投影机中的液晶和偏振片只能承受80度的温度，因此对散热的要求较高，一般有四个至七个风扇散热，而且风扇转速较高，导致整机的噪音比DLP要高。
LCOS技术优势 ：
与穿透式HTPS－LCD及DLP相比，LCOS具有下列优势：
光利用效率高：LCOS与LCD投影显示器类似，主要的差别就是LCOS属反射式成像，所以光利用效率可达40%以上，与DLP相当，而穿透式LCD仅有3－10%而已。
体积小：LCOS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小。
分辨率高：由于LCOS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。分辨率普遍达到SXGA等级（1280×1024）