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文档简介
第八章
投影仪
一、基本要求1、了解投影仪的常见分类方法2、掌握投影仪的光学结构3、了解投影幕的种类,电光源种类4、掌握液晶板的工作原理及其结构二、本章重点1、单镜头三极式液晶板投影仪的光学系统2、液晶板的结构及其工作原理第一节投影仪概述第二节投影仪的光学结构第三节投影屏幕简介、第四节电光源种类第五节液晶原理第六节液晶投影仪的工作原理第七节拆卸一、概述
目前,在国内流行的彩色投影机一般有两种类型:阴极射线管式的投影机光阀投影机
在1988年之前的彩色投影机多是采用日本索尼、松下、日电、意大利视丽、美国东丽等阴极射线管式的投影机,这种投射管式的投影机最常见的是三管式,它要使用红(R)、绿(G)、蓝(B)3个投射管,而且要用3个大口径透镜配合,并在固定的投影距离下进行仔细的三色图像配准,所以存在着体积大、笨重以及安装调试繁锁等缺点。但从另一个角度看,这种阴极射线管式投影机的优点在于:亮度高、阴极射线管的寿命长(与彩色电视机显像管的寿命相当),因此这种投影机多用于录像厅、电教馆等长时间放映的场所。
液晶彩色投影机是采用液晶显示屏作光阀,用外加光源的强光将液晶屏上的图像投影到银幕上,这是实现大屏幕电视的一个行之有效的方法。由于采用了液晶显示屏,故液晶彩色投影机具有体积小、重量轻、投影尺寸可调、安装调试方便,价格相对低廉等优点。又由于三色合成已在机内实现,只用一个投影透镜进行投影成像,所以一般到用户使用时不存在调试三色配准的问题,它是目前极有前途的彩色投影机。二、光学结构
1液晶彩色投影机的光学系统单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
投射透镜DM4DM3DM2DM1M3M2M1液晶板B液晶板R液晶板GUV/IRDM:分光镜M:反光镜光源屏幕单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统还有如右图所示的棱镜式光学系统。这种光学系统主要是在投射镜头处设置了一个棱镜式分光(色)镜,这可以使光学系统的体积大大缩小。分光棱镜式单镜头三板式液晶彩色投影机TFT液晶板分光镜光源滤光镜分光镜反光镜分光棱镜投射镜头反光镜RGB聚光镜光3CCD色分离技术图像数据原稿反光镜反光镜单色光源CCDCCDCCD分光棱镜2、光学系统概要
光学系统还可大致作如下划分:将其投射镜头—液晶板(LCD)间称为投影光学系,将其液晶板(LCD)—光源间称为照明光学系。一、照明光学系
(1)光源反射板(抛物线型):反射可见光,主要使红外线区光线向里透射。(2)冷光镜:反射可见光,使紫外线区光线透射。(3)UV、IR截止滤光镜:透射可见光,反射紫外线/红外线区的光线。(4)红(绿)(蓝)反射镜:仅反射可见光的中红(绿)(蓝)光,透射绿/蓝(红/蓝)(红/绿)光。(5)聚光透镜:使从光源来的光成为平行光照射LCD(液晶板)屏面。在理论上,点光源存在于聚光透镜的焦点处。二、投影光学系统
液晶板(LCD)的单元体的透光率具有如图如示的特征。不加电压时透光率为100%,这样的LCD通常称完全透明。而随着电压的增加,透光率将减低。3、光学系统的种类
一、三板式将光分解为红光、绿光和蓝光,利用红、绿、蓝各液晶板(LCD)的光通量可从电气上予以变化这一事实,显现全部色彩。夏普XV-530H投影机的每块液晶板上含有111203个像素,3块共333609个像素,如图所示。二、单板式
在一块液晶板上使红、绿、蓝滤色片呈三角形排列,利用红、绿、蓝各光通量可从电气上变化的事实,显现全部色彩。夏普XV-370P投影机的液晶板上含有R(红)+G(绿)+B(蓝):301158个像素。三、光学装置的配置三板式
单板式
三、投影屏幕简介
一、投影幕的种类
1.前投射方式
2.背投射方式这种投射方式是投影机和观众处于同一侧。在这种情况下。外界光强度愈高,愈会降低投影图像的对比度、色饱和度和相对亮度。
背投式即从屏幕的背面投射,投影机和观众处于屏幕的两侧,这时需要透射屏幕。这种透射屏幕是用菲涅尔透镜和凹凸透镜组成的。采用这种方式使得外界光经屏幕反射后不会射给观众,因此外界光对投影效果影响较小,只对相对亮度有些影响。根据投影幕毛坯面的不同可以分成以下几类:
(1)白色投影幕
白色投影幕无方向性,即从任何方向来看其亮度均相同。它不易起皱,特别适于卷放便携三脚式、弹簧滚子式和电动式。这种投影幕的增益为0.85。反射方式如图所示。(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,所以这种幕反射效率很高,且有一定的方向性。玻璃珠对平行光的入射光,几乎在与入射光平行的方向上全反射,由于这一性质,投影机的投射方向折回最亮的光。这种投影幕的增益为乙8,反射方式如图所示。(3)银(平板铝)投影幕
这种幕在毛坯面涂以铝粉,因此其反射亮度比白色投影幕大2~4倍。这种幕的反射方式如图所示。(4)铝曲面投影幕
这种幕不但在毛坯面涂以铝,而且还将形状作成曲面。它的方向性强。虽然视野受限,但亮度高,其增益能达到12.8。这种幕的反射方式如图所示。
二、画面亮度与投影幕尺寸的关系
画面的亮度与投影幕的尺寸(面积)成反比,即投影幕愈大,画面的亮度愈低。即亮度X投影幕面积=常数
例如,254cm和152cm的投影幕,在其毛坯面材料相同的前提下,254cm的面积比152cm的面积大2.73倍,而152cm的投影幕的亮度比254cm的大2.73倍。
四、电光源种类
通常,实用化的电光源从发光原理大致分为3类:(1)热辐射光源。(2)气体放电光源。(3)固体发光光源。
电光源的主要技术指标
1.光通量2.色温3.显色指数光通量是指光源在单位时间内向周围空间辐射的能量中能引起人们视觉反应的那一部分能量,单位是流明(1in)。由于人眼对不同波长的光有不同的灵敏度,所以光通量的大小不但与辐射的强弱有关,而且还与辐射的波长有关。它描述的正好是光源中的有效辐射的大小。色温是指当电光源发出光的颜色与黑体(能吸收全部光能的物体)加热到某一温度时所发出的颜色相同(对气体放电光源来讲是相似)时,则该温度就被称为该光源的颜色温度,简称色温。单位是K(K——开尔文,称绝对温标,它与摄氏温标的换算关系是K=℃+273.15)。我们知道,同一颜色的物体,在不同颜色的光源照射下会显示出不同的颜色。光源显现被照物体颜色的性能被称为光源的显色性。它是指在待测光源照射下物体的颜色与在日光照射下物体颜色相符合的程度。显色指数愈高,颜色失真愈小,即光源的显色性愈好。反之显色指数愈低,颜色失真愈大,显色性就愈不好。金属卤化物灯
液晶彩色投影机需要有高亮度白光点光源。金属卤化物灯是利用气体放电(弧光放电或辉光放电)时发光的原理而制成的。与热辐射光源相比,这种灯具有寿命长,色谱分布良好,色温稳定性好,发光效率高等特点。
五、液晶原理
液晶是介于固体和液体之间的不同于三态的物质态,自然中大量存在。目前液晶的前沿热门课题极多,形成一门物理学、化学、生物学、微电子学等多学科交叉的边缘学科。液晶应用范围极广泛,在显示、电视、投影方面的应用已形成巨大的工业体系。液晶分子的排列有一定的规律,但这种规律会受电磁场的影响。在电场的作用下,液晶分子的排列规律会发生变化,而这种变化必然导致其透光性能的变化,这就是通常说的光电效应。1、液晶板的基本工作原理
不加电压时,如果在光线不能通过的偏振光方向互相垂直的两块偏振光滤光板之间插入扭转的液晶,则从上面入射的光由于沿液晶分子间隙扭转90度,故可通过下面的滤光板(画面变白)。加电压时,液晶分子沿垂直方向排列,扭转消失,由上面来的入射光未发生任何变化,直接向下,故不能通过下面的滤光板(画面变黑)。偏振光滤光板偏振光滤光板定向膜电压光光2、液晶板的结构
3、液晶的驱动
液晶的驱动一般用交流电,以使加在液晶上的平均电压为零。如果加直流,则会使液晶老化,寿命显著降低。对于液晶彩色投影机而言,作为驱动信号的反转图像信号和帧脉冲,每一帧都要加在液晶的透明电极上。另外,驱动方法为有源矩阵变换电路的方法。所谓有源矩阵变换电路驱动方法,就是一个像素一个像素地装配有源元件(TFT),一个像素一个像素地可靠地驱动。
4、液晶板的基本动作
当晶体管为ON时,液晶分子作定向排列,于是遮断光源的光;而当晶体管为OFF时,液晶分子转动90o,光源的光可以透过。也就是说,在栅极总线上加交流驱动信号,A像素和B像素的源极总线上加晶体管OFF信号,C像素的源极总线上加晶体管ON信号时,光源的光通过A像素和B像素,而C像素则将光遮断。如果从光源相反方向看,A像素和B像素发光,而C像素则不发光。因此,每个像素都由晶体管进行ON/OFF,这样就可显示任意图形。液晶板驱动电路视频信号处理电路微计算机电路电源电路镇流器电路屏幕镜头液晶板光学系统光源视频输入六、液晶投影仪的工作原理
1、视频信号处理电路2、液晶板的校正电路
1.液晶显示模块中心电平的调节2.白平衡校正所谓液晶显示模块中心电平的调节,是指液晶板的直流电子的调节。液晶板不允许加有包含直流电平的信号。由于液晶板的电压由信号电极和公共电极共同决定,而两电极信号又经液晶显示模块内部电路处理(如对逐行倒相的视频信号取样等),因而很难保证液晶板两电极的直流电平为零。
暗平衡调整:R、G、B共3个液晶显示模块的阈值电压不同,造成对于亮度低的黑白信号在屏幕上着色,校正的方法是R、G、B共3个液晶显示模块的3个公共电极加不同幅度的半行频方波。亮平衡调整:R、G、B共3个液晶显示模块的光电转换特性的斜率不同,造成亮度较高的黑白信号在屏幕上着色。校正的方法是调整到达R、B两个液晶显示模块信号电极的信号幅度,使三色光的投射亮度相当。3、基色信号极性切换电路
4、PAL—NTSC变换电路
每7根扫描线抽去1根使扫描线减少,扫描线数即可一致。但是,简单地减少扫描线会使图像产生畸变。为此,要在每1H前后适当地增大图像信号幅度,以防止图像过分畸变。5、液晶模块的构造
6、图像质量修正电路7、电源电路七、拆卸1、投影灯装置的拆卸(1)松去灯室盖罩的一只固定螺丝,取下灯室盖罩。(2)松去投影灯装置的两只固定螺丝。(3)取下投影灯装置。2、顶部机体、背部机体及风扇室盖的拆卸
(1)松去端子盖两侧的挂耳,取下端子盖。(2)松去顶部机体上的4只固定螺丝。(3)松去背部机体上的3只固定螺丝。(4)松去背部机体上的一只固定螺丝。(5)松去输入电路印刷电路板上的两只固定螺丝。(6)取下背部机体。(7)将顶部机体向前滑移10
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