投影机原理（投影机技术原理与重要参数解析）

投影机作为一种用来放大显示图像的投影装置，自诞生以来即被广泛应用于各个行业。凭借其打造出无与伦比的大画面视觉效果，已经成为了视频、影像显示解决方案的首选。根据投影机的应用环境不同，大概可分为家庭影院型、便捷商务型、教育会议型、主流工程型以及专业影院型五种类别。
当然，投影机的发展和社会的进步、技术的革新是分不开的。二战后，人类迎来了第三次科技革命，电脑的发明、集成电路的大量出现，也使投影机进入的数字化时代。1989年，爱普生和索尼拥有了液晶板的核心技术，同年，爱普生VPL-2000诞生，在投影界掀起了一次液晶狂潮。巴可、东芝、科视、明基都纷纷推出自己的投影新产品，一时间，投影界风起云涌。
时至今日，投影技术应用到越来越多的专业及民用领域，激光投影的问世也为影音行业带来了新的机遇。下面，笔者就为大家详细介绍有关投影技术与投影机重要参数指标的内容，以供大家参考。
一、投影机的原理和分类
投影机自问世以来发展至今出现了许多投影技术：CRT（Cathode Ray Tube）阴极射线管投影、LCD（Liquid Crystal Display）液晶投影、DLP（Digital Lighting Process）数字光处理器投影机和LCOS（Liquid Crystal on Silicon）投影技术。
1、CRT投影技术（Cathode Ray Tube）
译作阴极射线管。作为成像器件，是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。CRT投影机把输入信号源分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色，它们控制电子束分别打在RGB三个CRT管的荧光屏上，光粉在高压作用下发光，在荧光屏上重现一个较亮的图像，经过光学系统放大、会聚，在大屏幕上显示出彩色图像。
三枪CRT投影机
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投影机的亮度值，到目前为止，其亮度值始终徘徊在300lm以下。同时，由于操作复杂，机身体积庞大，只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所，并且不宜搬动。目前，CRT投影机已经逐渐被市场淘汰。
CRT投影机结构
2、LCD投影技术（Liquid Crystal Display）
LCD投影机主要是液晶板投影机。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?C~+70?C。LCD投影机利用金属卤素灯或UHP(冷光源)提供外光源，将液晶板作为光的控制层，通过控制系统产生的电信号控制相应像素的液晶，液晶透明度的变化控制了通过液晶的光的强度，产生具有不同灰度层次及颜色的信号，显示输出图像。LCD液晶投影图像色彩饱和度好，层次丰富。但对比度不高，防尘性差，投影机寿命受液晶板影响较大。
LCD投影原理
3、DLP投影技术（Digital Light Processor）
DLP投影机以DMD(Digital Micormirror Device)数字微镜作为成像器件，采用数字光处理技术调制视频信号，驱动DMD光路系统，通过投影透镜获取屏成像。DLP技术专利为美国德州仪器(TI)公司拥有，目前DMD芯片、DMD控制器等核心部件还是由TI独家提供。经过几年的发展，目前DLP技术的应用领域在逐步扩张，其应用领域涉及数字电影、大屏幕拼接显示、前投式投影机一直到背投电视等大屏幕显示的方方面面。
DLP投影原理
DLP投影在画面、清晰度等各方面都相当不错。唯一不足的是DLP投影机的色彩效果依靠色轮和DMD芯片运动息息相关，单芯片DLP投影系统采用的反射式结构，特别是在中低端产品中，单芯片DLP投影系统在图像颜色的还原上比采用三原色混合LCD投影机稍逊一筹，色彩不够鲜艳生动。而两片、三片DLP投影机的成本又过于昂贵。
4、LCoS 投影技术（Liquid Crystal on Silicon）
LCoS投影机和LCD投影机的基本原理相似，最大的不同是LCD投影机是利用光源穿过LCD作调变，属于穿透式，而LCoS投影机中是利用反射的架构，所以光源发射出来的光并不会穿透LCoS面板，属于反射式。LCoS投影机在高分辨率投影方面非常具有潜力，通常可以达到SXGA(1365×1024)或更高。
值得一提的是，目前LCoS系统的低成本优势还没有完全体现出来。虽然理论上LCoS应该是最适应数字高清应用的显示技术。但可惜的是，LCoS的量产技术特别困难，其液晶层和CMOS电路控制层分开来制造都不难，可是将它们纹丝不差的每个像素点对应的贴合在一起，却是目前仍然很难克服的高难度制造技术。
这从根本上导致LCoS的价格非常高昂，尤其是采用更高技术难度开发的采用液晶层垂直排布方式和无机配向膜的两种变种技术：SONY的SXRD和 JVC的D-ILA 。在它们初期推向市场的家庭影院产品的时候，价格分别是20几万人民币的正投和10几万人民币的背投。但这两种技术，无疑改变了传统LCoS的制造工艺，尤其是SONY的SXRD技术，在投影显示的性能上的确是非常出色，而且SONY也正在着手解决更低成本制造的问题。
二、投影机的分辨率
无论显示设备还是投影机，分辨率一直都是最重要的参数之一。分辨率的表示方法是用画面中水平像素数乘以垂直像素数。提到投影机的分辨率一般不是指投影机可以接收到的信号的分辨率，而是指它们的核心光引擎（DMD芯片、LCD面板、LCOS面板等）的物理分辨率。物理分辨率也称标准分辨率，物理分辨率为XGA的投影机并不表示投影机只能支持1024*768分辨率的图像，可以接收的信号的分辨率有一定的范围，一般投影机会有一个最高分辨率的指标，它表示投影机所能够显示的最高分辨率。
需要注意的是，高于物理分辨率的图像即使能够显示，也是经过了插值，导致了画面细节出现损失，使其清晰度要略低于物理分辨率的图像。常见分辨率和表示方法如下：
SVGA：800*600，经济型投影机常见分辨率；
XGA：1024*768，主流商务和教育投影机采用的分辨率；
SXGA+：1400*1050，面向图像等高端专业应用的高档投影机采用的分辨率。
480P：852*480，低端家用投影机采用的分辨率；
720P:1280*720/1280*768，中档家用投影机采用的分辨率，可以无损播放720P高清视频；
1080P：1920*1080/1920*1200,高档家用投影机采用的分辨率，可以无损播放720P、1080i/p高清视频。
虽然说1080P还没有在民用投影机市场完全普及，但是更高分辨率的4K投影机却已经出现了。索尼推出的VW1000ES便是4K家用投影机的代表，其拥有4096×2160的分辨率、2000流明的亮度、3D功能和100万:1超高动态对比度，其强劲的配置对于追求极致画面表现的用户绝对是一个福音。
三、投影机的亮度
我们所说的投影机“亮度”是投影机的光输出的总光通量。光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明。目前投影机行业中的亮度单位一般分为两种：ANSI流明和ISO流明。亮度不够，环境光线会影响投影出来的画面。
ANSI标准是在早期及欧美厂商的投影机中使用较多，现在应用的厂商逐渐减少；而ISO标准是当前的主流，在日系厂商及新出品的机器中应用增多。投影机亮度来源于机身内的灯泡，本质上也就是投影机灯泡（组）的亮度，目前投影机灯泡的单个亮度可以做到3000ml以上，高亮度的投影机一般是双灯，甚至4灯，开启多个灯泡时投影机的功率也会增加。如果亮度不够，投影受环境光影响就大，观众也容易疲劳，在立体投影中也会降低观众的沉浸感。屏幕的尺寸和增益也会对人的亮度感觉产生影响，因此，投影机的亮度指标需要配合环境和屏幕来选择。
四、投影机的对比度
对比度也是投影机的重要指标之一，在某些应用中甚至与亮度的重要性不相上下。在市场上，销售人员常常将对比度其作为产品的一项重要指标来进行介绍，强调对比度对投影效果的重要性。对比度是最亮画面（可以理解为纯白色）和最暗画面（可以理解为纯黑色）的亮度比值，它反映显示系统能够呈现的动态范围和灰度层次。从视觉感受上讲，比值越大，从黑到白的亮度对比度越强烈、灰度渐变层次越丰富，能够获得更锐利、更细腻的主观视觉感受，显示彩色时，能够获得鲜明艳丽的效果。相反，如果对比度较低，说明其显示系统的亮度动态范围狭窄-------白色不够明亮，黑色不够深沉，画面灰调集中在一个较小的范围，有种灰蒙蒙的感觉，缺乏细节表现，色彩的层次感也会差。
还有一个指标叫做动态对比度，它来源于液晶显示技术，核心思路是通过调整平板液晶的背光强度或是调节液晶投影机的光瞳大小来控制光输出。以投影机为例，该产品实时统计每一幅图像的亮度信息（如亮度动态范围），并基于以上统计信息调整光瞳。光瞳的作用相当于水龙头------光瞳越大，光输出则多；光瞳越小，光输出则减少。在暗场景中，原始图像的最小亮度和最大亮度差值较小，即亮度动态范围狭窄。在这种情况下，通过缩小光瞳和放大原始信号，既可以有效控制投影到屏幕上的光线、也可以扩大数据处理的动态范围，能同时提升对比度和降低暗场噪点，获得更为突出的黑色表现。
商务会议往往要求高亮度的环境，演示的文本内容主要由黑白反差较大的文本和图表构成，图像灰度跨越最黑到最亮，亮度动态范围非常大，也就是说一半真正起到作用的是投影机的原始对比度。因此，用户在选购投影机时，原始对比度特别重要。高原始对比度的产品在黑白反差、清晰度和完整性等方面都具有优势。动态对比度能提升暗场画面的细节再现，在视频、影音环境的打造时需要加以考虑，以兼顾各种投影的应用。
五、激光投影技术
谈到这里，就不得不提一下激光投影技术，由于目前投影机寿命、颜色、亮度、使用成本、不环保等问题的局限，用激光作为光源的激光投影机一直被认为是影音行业的“潜力股”。其实早在20年前就有人开始尝试研发激光投影机，但由于技术门槛高，而且需要整合全球资源，最终没能面市。直到近1-2年，才有索尼、松下、卡西欧等品牌推出技术难度相对较低的非工程产品。据了解，目前Barco、RED、Christie等品牌可已经开发出量产的高亮激光投影机。
激光投影技术作为显示行业的一大革命性进步，虽然从目前来看，激光投影机的色彩和亮度，尤其是价格还有着一些问题，但是其前景还是非常光明的。
当然，除了上述的内容之外，投影机的画面均匀度、视频带宽、聚焦性能以及投影机的灯泡等等也都是十分重要的性能参数。
结语：在技术层面上来看，4K分辨率、3D投影显示、全息投影等技术越来越完善；从功能性上来看，投影手机、投影相机、智能投影手环、微型投影机…等诸多产品层出不穷。投影技术的不断进步，使投影机的发展与应用已经到了十分繁荣的地步。我们也非常期待有更多更好的产品面世，为大家的娱乐、视听生活提供完美的体验。