第電視原理與接收技術(shù)演示文稿

第電視原理與接收技術(shù)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)優(yōu)選第電視原理與接收技術(shù)當(dāng)前第2頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)

CRT投影失聚現(xiàn)象與克服方法；

數(shù)字會(huì)聚電路；

光源和照明光學(xué)系統(tǒng)；

分色/合色器件；

液晶投影的顯示驅(qū)動(dòng)電路；

硅基液晶LCOS顯示；

DMD器件；

DLP投影光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)前第3頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)教學(xué)建議

要求了解CRT投影失聚現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與克服方法，掌握數(shù)字會(huì)聚電路。熟悉調(diào)制型投影顯示的光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、分色/合色器件。分色/合色器件是本章的難點(diǎn)。了解液晶投影的分類、顯示驅(qū)動(dòng)電路，掌握硅基液晶LCOS顯示。了解DMD器件，掌握DLP投影光學(xué)系統(tǒng)。

建議學(xué)時(shí)數(shù)為4學(xué)時(shí)當(dāng)前第4頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)投影顯示(ProjectionDisplay)是指由圖像信息控制光源，利用光學(xué)系統(tǒng)和投影空間把圖像放大并顯示在投影屏幕上的方法或裝置。根據(jù)顯示器件形成圖像的方式，投影顯示可以分為發(fā)光型和調(diào)制型兩類。發(fā)光型投影顯示是指顯示器件上直接產(chǎn)生高亮度圖像，再由光學(xué)系統(tǒng)投影至屏幕上觀看，發(fā)光型投影顯示有CRT投影顯示和激光投影顯示，常用的是CRT投影顯示。調(diào)制型投影顯示的顯示器件本身并不發(fā)光，而是根據(jù)輸入圖像信息改變顯示媒質(zhì)的某些電光特性(如反射率、投射率、折射率、雙折射、散射等)，經(jīng)外加光源的照射，將顯示器件上的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)讀出并投影在屏幕上。LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶)投影、LCoS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)投影、DLP(DigitalLightProcessing，數(shù)字式光處理)投影都是調(diào)制型投影顯示。當(dāng)前第5頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)8.1CRT投影顯示8.2調(diào)制型投影顯示8.3液晶投影8.4數(shù)字式光處理技術(shù)當(dāng)前第6頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.1CRT投影顯示

8.1.1CRT投影

8.1.2失聚現(xiàn)象與克服方法

8.1.3數(shù)字會(huì)聚電路當(dāng)前第7頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.1.1CRT投影

CRT投影顯示技術(shù)是歷史最悠久、最成熟的技術(shù)，目前還在不斷發(fā)展與完善。CRT投影是用投影透鏡將小型高亮度CRT上的圖像放大，在較大屏幕實(shí)現(xiàn)顯示的裝置。圖8-1是CRT投影的示意圖，圖中紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色的CRT中心位置的光經(jīng)過投影透鏡投射到屏幕中心。圖8-1CRT投影的示意圖紅CRT投影透鏡藍(lán)CRT綠CRT屏幕當(dāng)前第8頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

1.高亮度CRT投影管投影管采用大口徑、高清晰度、大電流專用電子槍，對提高屏幕亮度和延長投影管的壽命起著關(guān)鍵作用。內(nèi)凸的負(fù)半徑熒光屏可以有效加大圖像的發(fā)光面積，能使屏幕四周的圖像亮度提高20％。與此同時(shí)，還能使畫面亮度的不均勻性得到明顯改善。投影管屏幕上的熒光粉為含有稀土元素的合成材料，發(fā)光亮度比普通熒光粉增大數(shù)十倍，而且能在高亮度、高溫度情況下長時(shí)間工作而不老化。為了使三只單色投影管分別產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)三幅單色圖像重合成一幅逼真的畫面，背投影彩色電視機(jī)均設(shè)有數(shù)字會(huì)聚調(diào)整電路，分別產(chǎn)生符合要求的水平(或稱東西)及垂直(或稱南北)行、場會(huì)聚信號(hào)并加到會(huì)聚調(diào)整線圈上，實(shí)現(xiàn)三幅單色圖像在投影屏幕上的完全重合。當(dāng)前第9頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

目前背投式彩色電視機(jī)中使用的投影管有15.2、17.8、20.3cm(即6、7.5、8英寸)等規(guī)格。一般說來，投影管熒光屏尺寸越大，畫面亮度越高、越清晰。由于投影管工作電流大、發(fā)光強(qiáng)度高，在正常工作條件下就會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使熒光屏溫度升高。在沒有外加散熱措施的條件下，投射管屏幕熒光粉的表面溫度高達(dá)120℃～130℃。長期工作在如此高溫下的熒光粉壽命會(huì)縮短，安裝在投影管前面的由樹脂組成的透鏡會(huì)因過熱而性能變壞，甚至燒毀。因此必須對投影管采取有效的散熱措施，在熒光屏和透鏡之間設(shè)置一個(gè)金屬冷卻腔，冷卻腔內(nèi)灌裝透光率高、導(dǎo)熱性能好的冷卻液（冷媒）。投影管工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量通過冷媒的對流傳遞給冷卻腔，再由腔體表面的散熱片將熱量散出。為提高光的透射率，冷卻腔的外形設(shè)計(jì)成特定的形狀，內(nèi)部的冷媒和前面的“C”碗共同組成一個(gè)光學(xué)上的凹透鏡，以有利于提高圖像的亮度和改善圖像的聚焦性能，如圖8-2所示。

當(dāng)前第10頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-2CRT投影管冷卻腔示意圖負(fù)半徑熒光屏C碗冷卻腔冷卻液高壓咀當(dāng)前第11頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.背投影型CRT投影電視機(jī)背投影型CRT投影電視機(jī)將CRT、投影透鏡、鏡子和屏幕等所有組成的零部件一體化，包容在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，外觀上與通常CRT方式的電視機(jī)相似。圖8-3是背投影型CRT投影電視機(jī)剖面圖，為了縮短裝置的進(jìn)深，設(shè)有使光路折返的鏡子。縮短投影透鏡與屏幕間的光學(xué)距離(即投影距離)可以減小進(jìn)深，這樣，背投型電視機(jī)可做到薄形化。

CRT投影的優(yōu)點(diǎn)是圖像細(xì)膩、色彩豐富、逼真自然、分辨率調(diào)整范圍較大、幾何失真調(diào)整功能較強(qiáng)。CRT投影的缺點(diǎn)是亮度低、亮度均勻性差、體積大、重量重、調(diào)整復(fù)雜、長時(shí)間顯示靜止畫面會(huì)使管子產(chǎn)生灼傷。CRT投影在投影機(jī)中已經(jīng)被淘汰，但目前國產(chǎn)的投影電視機(jī)仍以CRT投影為主。當(dāng)前第12頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-3背投影型CRT投影電視機(jī)剖面圖CRT投影透鏡鏡子屏幕當(dāng)前第13頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.1.2失聚現(xiàn)象與克服方法

1.失聚產(chǎn)生的原因

CRT投影彩色電視機(jī)中，三只投影管與屏幕的相對位置和角度互不相同，三個(gè)單色圖像到屏幕的光程不同導(dǎo)致三者不能理想地重合在一起；投影管前面的透鏡組件對不同波長的紅、綠、藍(lán)色光折射率不相同，加上光傳輸中固有的發(fā)散特性，必然造成圖像的幾何失真和失聚；三只投影管的偏轉(zhuǎn)靈敏度及三組偏轉(zhuǎn)線圈的參數(shù)不可能一致，三幅單色圖像也就達(dá)不到理想的會(huì)聚。偏轉(zhuǎn)線圈分布參數(shù)的差別，會(huì)造成單色畫面的局部產(chǎn)生畸變，使會(huì)聚更加困難。當(dāng)前第14頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.會(huì)聚的基本方法⑴靜態(tài)會(huì)聚。精確選擇三只投影管的安裝位置和角度，將失聚現(xiàn)象減小到最低限度；設(shè)置會(huì)聚機(jī)械調(diào)整構(gòu)件，對投影管的安裝角度(安裝軸線)、偏轉(zhuǎn)線圈的傾斜度進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)屏幕中心部位的會(huì)聚。⑵動(dòng)態(tài)會(huì)聚。設(shè)置專門的會(huì)聚調(diào)整電路產(chǎn)生會(huì)聚調(diào)整電流通過投影管上的會(huì)聚線圈產(chǎn)生一個(gè)會(huì)聚調(diào)整磁場(相當(dāng)于在偏轉(zhuǎn)線圈上粘貼小磁片)，分別對三只投影管中電子射束的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行極為精細(xì)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)整個(gè)屏幕上紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色圖像的精確會(huì)聚。動(dòng)態(tài)會(huì)聚電路包括會(huì)聚電流產(chǎn)生電路、會(huì)聚電流放大電路、會(huì)聚線圈與屏幕顯示電路，屏幕顯示電路用來產(chǎn)生會(huì)聚調(diào)整時(shí)所需要的方格信號(hào)和“十”字信號(hào)，既是調(diào)整用信號(hào)，也是會(huì)聚調(diào)整效果的檢驗(yàn)信號(hào)。

當(dāng)前第15頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)會(huì)聚信號(hào)產(chǎn)生電路首先產(chǎn)生四種基本校正用波形：以行、場掃描逆程脈沖作頻率基準(zhǔn)，由RC電路產(chǎn)生的行、場鋸齒波；由行、場鋸齒波通過不同時(shí)間常數(shù)的RC積分電路形成的行、場拋物波；以行、場鋸齒波為基準(zhǔn)產(chǎn)生的行、場正弦波和行、場四倍頻率正弦波。然后利用由可變電阻器組成的矩陣電路，將四種基本波形變?yōu)?6種以上的可供選擇的混合波形的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后分為行、場掃描兩組共6路饋送給設(shè)置在三只投影管上的6只會(huì)聚線圈，這便是模擬會(huì)聚電路。模擬會(huì)聚調(diào)整電路中需要設(shè)置60只以上可調(diào)電阻，調(diào)整時(shí)要對這些可調(diào)電阻逐個(gè)進(jìn)行反復(fù)多次地調(diào)試，因而相當(dāng)麻煩。由于可調(diào)元件多，電路的工作穩(wěn)定性差。當(dāng)前第16頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.1.3數(shù)字會(huì)聚電路

1.數(shù)字會(huì)聚原理數(shù)字會(huì)聚電路由微處理器代替了由可變電阻器組成的矩陣電路，首先利用A／D轉(zhuǎn)換器將上述四種基本波形的會(huì)聚校正信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)：根據(jù)紅、綠、藍(lán)三種單色光柵在屏幕上的具體失聚情況，通過I2C總線鍵入需要的數(shù)值，由微處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算自動(dòng)形成具有最佳補(bǔ)償效果的數(shù)字式會(huì)聚信號(hào)；然后通過D／A變換電路轉(zhuǎn)換為模擬會(huì)聚信號(hào)，經(jīng)功率放大后饋送給會(huì)聚線圈實(shí)現(xiàn)會(huì)聚調(diào)整。當(dāng)前第17頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

數(shù)字會(huì)聚電路在電路之間采用I2C總線彼此連接，結(jié)構(gòu)簡單，會(huì)聚調(diào)整點(diǎn)在100個(gè)以上，調(diào)整更精確，效果更好；生產(chǎn)中可通過計(jì)算機(jī)接口，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和調(diào)整，大大提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品性能一致性好；減少了元器件的數(shù)量，省掉了調(diào)整用幾十個(gè)可變電阻器，電路穩(wěn)定性較好。數(shù)字會(huì)聚電路制成一個(gè)模塊，背投彩電出廠前均已調(diào)整、設(shè)置好，使用中無需用戶調(diào)整，背投彩電開機(jī)后的極短時(shí)間內(nèi)，微處理器從存儲(chǔ)器中取出已儲(chǔ)存的會(huì)聚最佳數(shù)據(jù)，迅速將其調(diào)整好。自動(dòng)會(huì)聚調(diào)整在日立公司生產(chǎn)的一些背投彩電中稱為“魔術(shù)會(huì)聚”，索尼公司稱為“數(shù)碼快速聚焦”。當(dāng)前第18頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.數(shù)字會(huì)聚電路的組成數(shù)字會(huì)聚電路的組成如圖8-4所示。其中數(shù)字會(huì)聚信號(hào)處理電路由行、場掃描位置采樣電路，A／D變換器，行、場用修正波形發(fā)生器，組合運(yùn)算電路等組成，能對行、場掃描信號(hào)位置采樣，能適應(yīng)PAL、NTSC、HDTV等彩電制式和隔行掃描、逐行掃描、VGC等掃描格式，有6個(gè)6bit數(shù)字會(huì)聚校正信號(hào)輸出，有專門用于會(huì)聚調(diào)整用方格、點(diǎn)、光標(biāo)圖案的輸出，在I2C總線控制下，具有會(huì)聚自行調(diào)整以及粗波和精波混合調(diào)整功能，還有1個(gè)模擬輸出引腳用于動(dòng)態(tài)聚焦。常用電路有CM0006CF、CM0021AF等。當(dāng)前第19頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)行逆程脈沖圖8-4數(shù)字會(huì)聚電路結(jié)構(gòu)方框圖HD數(shù)字會(huì)聚處理電路PLL時(shí)鐘產(chǎn)生電路VDRHRVGVGHBHBV12路D/A變換RHRVGHGVBHBV6路有源低通濾波6路會(huì)聚功率放大RHRVGHGVBHBVR會(huì)聚線圈G會(huì)聚線圈B會(huì)聚線圈E2PROMI2C有源濾波及放大動(dòng)態(tài)聚焦信號(hào)放大動(dòng)態(tài)聚焦電路聚焦電極RGBGYSG視頻信號(hào)處理DF當(dāng)前第20頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

PLL時(shí)鐘產(chǎn)生電路是鎖相環(huán)式壓控振蕩器與數(shù)字會(huì)聚信號(hào)處理電路中的PLL電路一起組成穩(wěn)定的13.5MHz時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。電可擦除、可編程存儲(chǔ)器通過I2C接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，用于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)聚校正系數(shù)。輸入的電視信號(hào)同步觸發(fā)脈沖HD、VD或VGA同步觸發(fā)脈沖VGA-H、VGA-V，在其內(nèi)部作為會(huì)聚同步及實(shí)時(shí)采樣信號(hào)，所得采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過A／D變換后，首先產(chǎn)生會(huì)聚信號(hào)用的粗調(diào)波和細(xì)調(diào)波；在相應(yīng)軟件控制下，進(jìn)行相當(dāng)復(fù)雜的對比、運(yùn)算、組合等“加工”后疊加成需要的行、場共6個(gè)數(shù)字會(huì)聚信號(hào)RV、RH、GV、GH、BV、BH經(jīng)過D／A變換電路（為提高變換速度，兩個(gè)變換器并聯(lián)使用）變換成6個(gè)模擬會(huì)聚信號(hào)后，分別送到6個(gè)有源濾波器，濾除無用的高頻時(shí)鐘信號(hào)并經(jīng)前置放大后，傳輸給會(huì)聚信號(hào)功率放大電路，放大后的模擬會(huì)聚信號(hào)送到R、G、B三只單色投影管的水平、垂直共6組會(huì)聚校正線圈。在I2C總線控制下，通過鍵入相應(yīng)的數(shù)值，便可消除光柵的幾何失真及失聚現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)單色光柵的最佳會(huì)聚。當(dāng)前第21頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)數(shù)字會(huì)聚處理電路還向視頻信號(hào)處理電路輸出會(huì)聚調(diào)整用的R、G、B單色方格信號(hào)、光標(biāo)、調(diào)整菜單字符信號(hào)。這些信號(hào)在視頻信號(hào)處理電路中經(jīng)切換、放大后激勵(lì)對應(yīng)的投影管，在屏幕上顯示出需要的會(huì)聚調(diào)整信號(hào)。數(shù)字會(huì)聚電路的一般調(diào)整原則是：先“靜”后“動(dòng)”，先“綠”后“紅藍(lán)”、先“大”后“小”。即先進(jìn)行靜會(huì)聚調(diào)整，首先使紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色光柵的中心與屏幕中心重合，并使屏幕中心區(qū)域?qū)崿F(xiàn)會(huì)聚。然后，將動(dòng)會(huì)聚調(diào)整信號(hào)饋送給投影管的會(huì)聚線圈，進(jìn)行動(dòng)會(huì)聚調(diào)整；無論是靜會(huì)聚調(diào)整，還是動(dòng)會(huì)聚調(diào)整，一般是以綠投影管會(huì)聚方格畫面作基準(zhǔn)，再依次進(jìn)行紅、藍(lán)投影管會(huì)聚方格畫面的調(diào)整；先“大”后“小”是指，將屏幕依次均勻地劃分為100～288個(gè)調(diào)整區(qū)域，首先對屏幕上若干個(gè)均勻分布的大區(qū)域進(jìn)行粗調(diào)，通過粗調(diào)完成70％～80％的會(huì)聚校正及光柵幾何失真校正，然后再對每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，完成剩下的20％～30％的會(huì)聚調(diào)整。另外，會(huì)聚調(diào)整應(yīng)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色光柵基本無幾何失真的情況下進(jìn)行。當(dāng)前第22頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)會(huì)聚調(diào)整與視頻信號(hào)的制式有關(guān)。制式不同，會(huì)聚調(diào)整過程也不一樣，背投影彩色電視機(jī)只有完成不同制式信號(hào)的會(huì)聚調(diào)整后，才能正常顯示各種制式的信號(hào)源。

3.自動(dòng)會(huì)聚修正電路背投影彩色電視機(jī)生產(chǎn)時(shí)會(huì)聚已調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，用戶購買回家安裝后，由于地磁場發(fā)生了變化，或受其他設(shè)備漏磁的影響，還可能在搬運(yùn)過程中會(huì)聚調(diào)整機(jī)件發(fā)生微小的移動(dòng)等原因，會(huì)聚發(fā)生偏差，造成紅、綠、藍(lán)三色不完全重合，圖像出現(xiàn)可覺察的彩色鑲邊、色純不良等失聚現(xiàn)象。自動(dòng)會(huì)聚修正電路就是為解決這一問題而設(shè)置的。當(dāng)前第23頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)自動(dòng)會(huì)聚修正電路在屏幕四個(gè)邊框中心交叉線上設(shè)置4個(gè)或8個(gè)光電傳感器，記錄下背投影彩色電視機(jī)工廠調(diào)試后處于最佳會(huì)聚狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；用戶將背投影彩色電視機(jī)在家中安裝好以后，接通電視信號(hào)并收到正常的彩色畫面后，按一下面板上的自動(dòng)會(huì)聚調(diào)整鈕，背投影彩色電視機(jī)在微處理器的控制下自動(dòng)執(zhí)行自動(dòng)會(huì)聚修正功能：首先測量出當(dāng)前的工作狀態(tài)，并與存儲(chǔ)的最佳會(huì)聚狀態(tài)時(shí)的有關(guān)參數(shù)相比較，進(jìn)而計(jì)算出兩者的差值并求出相對應(yīng)的補(bǔ)償量。然后驅(qū)動(dòng)有關(guān)會(huì)聚電路，按補(bǔ)償量的要求，將紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色圖像的會(huì)聚情況恢復(fù)到最佳狀態(tài)。自動(dòng)會(huì)聚修正電路有的公司稱為一鍵式自動(dòng)會(huì)聚調(diào)整電路，也有的稱為魔術(shù)會(huì)聚電路。當(dāng)前第24頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

4.動(dòng)態(tài)聚焦電路

無論是彩色顯像管還是單色投影管，其屏幕上的各點(diǎn)到電子槍的距離是不一樣的。這種結(jié)構(gòu)必然給掃描電子束在整個(gè)熒光屏上的聚焦帶來困難，通常的直流電壓聚焦法只能保證熒光屏中心區(qū)域的理想聚焦。離中心越遠(yuǎn)，電子束的散焦越厲害，結(jié)果四周邊緣部分畫面的清晰度降低。單色投影管熒光屏的面積雖小，也存在上述失聚現(xiàn)象，經(jīng)光學(xué)放大幾十倍以后，散焦現(xiàn)象也很明顯，所以背投影彩色電視機(jī)中普遍設(shè)有動(dòng)態(tài)聚焦電路。

當(dāng)前第25頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

所謂動(dòng)態(tài)聚焦電路，就是一個(gè)能使聚焦電壓值隨著掃描電子束運(yùn)動(dòng)而變化的電路，主要改善投影管屏幕邊緣部位的電子束聚焦情況，從而實(shí)現(xiàn)掃描電子束在整個(gè)屏幕上的良好聚焦，達(dá)到整個(gè)屏幕上畫面清晰度均勻一致。聚焦電壓應(yīng)由兩部分組成：一是直流聚焦電壓，用它實(shí)現(xiàn)熒光屏中心區(qū)域的聚焦；二是動(dòng)態(tài)聚焦電壓，是隨著電子束遠(yuǎn)離中心而逐漸升高的變化電壓，即它的波形應(yīng)是拋物線狀。將行、場掃描信號(hào)變?yōu)閽佄锊ㄐ盘?hào)后，與直流聚焦電壓相疊加成為一個(gè)復(fù)合的聚焦電壓，只要其幅度變化合適，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)屏幕的良好聚焦。

當(dāng)前第26頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

動(dòng)態(tài)聚焦信號(hào)來自兩方面：一是數(shù)字會(huì)聚信號(hào)處理電路內(nèi)部產(chǎn)生的專用于垂直方向動(dòng)態(tài)聚焦的信號(hào)DF。該信號(hào)經(jīng)有源濾波及放大后，又被進(jìn)一步放大后饋送給動(dòng)態(tài)聚焦電路，通過I2C總線實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦的調(diào)整；二是行輸出變壓器輸出的行掃描逆程脈沖，經(jīng)積分變換成的行頻拋物波電壓，該動(dòng)態(tài)聚焦信號(hào)直接送到動(dòng)態(tài)聚焦電路，最后動(dòng)態(tài)聚焦電路輸出的行、場拋物波電壓與直流聚焦電壓相疊加送到聚焦極上。

CRT背投電視的高亮度和精密聚焦，依靠CRT的近3萬伏高電壓，而高壓和X射線輻射的存在，是現(xiàn)代人們追求安全和環(huán)保的最大障礙。隨著數(shù)字化的進(jìn)展，以電子束掃描為技術(shù)基礎(chǔ)的CRT投影電視，已經(jīng)不能適應(yīng)數(shù)字化高頻率、高精度的要求，調(diào)制型投影顯示成為開發(fā)研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前第27頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.2調(diào)制型投影顯示

8.2.1調(diào)制型投影顯示系統(tǒng)的組成

8.2.2光源

8.2.3照明光學(xué)系統(tǒng)

8.2.4分色/合色器件當(dāng)前第28頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.2.1調(diào)制型投影顯示系統(tǒng)的組成

1.調(diào)制型投影顯示系統(tǒng)組成

調(diào)制型投影顯示系統(tǒng)通常由光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、空間光調(diào)制器(SpatialLightModulator)、驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)等部分組成，如圖8-5所示。

圖8-5調(diào)制型投影顯示系統(tǒng)組成方框圖照明光學(xué)系統(tǒng)光源空間光調(diào)制器投影成像光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)當(dāng)前第29頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.單片式系統(tǒng)和三片式系統(tǒng)

按照投影系統(tǒng)中所使用的微型空間光調(diào)制器件的數(shù)量，投影顯示系統(tǒng)可以分為單片式和多片式，其中以單片式系統(tǒng)和三片式系統(tǒng)比較常見，兩種投影顯示系統(tǒng)在工作原理上最主要的區(qū)別在于采用不同的分色和合色方法。單片式系統(tǒng)中，任何像素在任一時(shí)刻只能顯示一種顏色的圖像信息。因而為了實(shí)現(xiàn)彩色顯示，單片式投影系統(tǒng)通常讓顯示器件在不同時(shí)刻顯示不同的顏色信息，對相應(yīng)顏色的照明光進(jìn)行調(diào)制，并利用人眼的視覺遲滯效果，將連續(xù)快速交替的單色圖像融合為彩色圖像。這種方法可以稱為時(shí)間分色法。對于采用R、G、B作為三基色的系統(tǒng)，這種方法通常要求顯示器件的顯示頻率是圖像的3倍、6倍或者更高。由于調(diào)制器在不同時(shí)刻顯示不同顏色的圖像信號(hào)，因而在任一時(shí)刻只能利用一種顏色的照明光，導(dǎo)致系統(tǒng)能量利用率較低。

當(dāng)前第30頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)三片式投影顯示系統(tǒng)中，每一顯示器件分別顯示R、G、B三基色中的一種顏色的圖像信息，通常采用空間分色、合色的方法，首先將白色照明光分為R、G、B三單色光路，分別照明相應(yīng)的空間光調(diào)制器，在經(jīng)由特定的光學(xué)元件或光路結(jié)構(gòu)將顯示在顯示器件上的3單色圖像的像精確的重疊在一起，合成為彩色圖像，并由投影物鏡成像在屏幕上。三片式系統(tǒng)通常具有更高的亮度和分辨率，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，常應(yīng)用于對亮度等性能具有較高要求的高端投影顯示設(shè)備。而單片式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但系統(tǒng)的能量利用率(亮度)也低，常應(yīng)用于背投影系統(tǒng)或便攜式正投影系統(tǒng)等低端產(chǎn)品。當(dāng)前第31頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.2.2光源常用的光源有超高壓水銀燈(UltraHighPressureMercuryLamp，UHP)、金屬鹵化物燈(Metal-halideLamp)、氙燈(XenonLamp)以及鹵素?zé)?Tungsten-HalogenLamp)四種，統(tǒng)稱為高亮度放電燈(HID：HighIntensityDischarge)，其中前三種是利用放電發(fā)光的燈，根據(jù)投影儀對光源的要求為短弧燈。鹵素?zé)羰抢脽岚l(fā)光的光源，燈絲小型化的鹵素?zé)粢部梢杂米鞴鈱W(xué)儀器的光源。氙燈和超高壓水銀燈的紫外光偏高，而金屬鹵素?zé)粼谌搜圩罡咭曈X靈敏度波長555納米處的光功率偏低。超高壓水銀燈是現(xiàn)在小型及通用投影儀光源的主流。氙燈是大輸出的大型投影儀所必須的光源。金屬鹵化物燈比較廉價(jià)，具有中等輸出光源的特征；鹵素?zé)艄庠吹奶攸c(diǎn)是小輸出、廉價(jià)。后兩種燈在投影儀發(fā)展初期為主流光源，現(xiàn)在用于非常廉價(jià)的液晶投影儀光源。LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）是一種很有潛力的光源，目前主要用于微型投影。當(dāng)前第32頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

1.超高壓水銀燈超高壓水銀燈在穩(wěn)定點(diǎn)亮的時(shí)候，水銀蒸氣壓是150～250大氣壓的超高壓，弧長為1～2mm的極短弧。普通高壓水銀燈放電時(shí)，紅光光譜發(fā)光不充分，隨著水銀蒸氣壓的增大，發(fā)光的光譜也增大，水銀蒸氣壓達(dá)到150大氣壓時(shí)，紅光達(dá)到可以應(yīng)用的比例，可以用作投影儀光源。當(dāng)水銀蒸氣壓為150個(gè)大氣壓的時(shí)候，全管壁的溫度大約在860℃，要達(dá)到200個(gè)大氣壓溫度在920℃以上。

100W的超高壓水銀燈可以有5000小時(shí)以上的壽命，而額定功率為150W以上的燈管壽命是2000個(gè)小時(shí)左右。孤軸垂直點(diǎn)燃的燈管管壁溫度比較均勻，管壁不易起白濁，有良好的壽命特性。輸入功率為200W的直流點(diǎn)燃燈管也能有5000個(gè)小時(shí)以上的壽命。隨著燈管技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)壽命可以延長2～3倍。當(dāng)前第33頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.金屬鹵化物燈一般照明用的金屬鹵化物燈的水銀蒸氣壓是幾個(gè)大氣壓，水銀蒸氣有絕熱效果，可以提高燈的效率。投影儀使用的金屬鹵化物燈的水銀蒸氣壓是數(shù)十個(gè)大氣壓，金屬鹵化物的原子光譜或分子光譜與水銀原子光譜組合而得到發(fā)光。金屬鹵化物燈的效率與壽命是很強(qiáng)的逆相關(guān)關(guān)系，根據(jù)燈的設(shè)計(jì)，效率會(huì)發(fā)生變化。標(biāo)準(zhǔn)弧長為5mm的金屬鹵化物燈可得到80lm/W的效率，弧長為3mm時(shí)效率為70lm/W，弧長為2mm時(shí)效率則為65lm/W左右。與交流燈比較，直流燈的效率要低一些。若設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在屏幕的光通量上，金屬鹵化物燈的壽命多為1500～2000個(gè)小時(shí)；如果犧牲屏幕的光通量，可以設(shè)計(jì)達(dá)到5000個(gè)小時(shí)的壽命。當(dāng)前第34頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

3.氙燈

氙燈是一種高彩色再現(xiàn)性的光源，能以約6000K色溫的連續(xù)光譜發(fā)光，短弧氙燈是一種高亮度光源?，F(xiàn)在大量使用的攝影用氙閃光燈正是利用其高彩色再現(xiàn)性。氙燈燈內(nèi)充有高壓惰性氣體，氣體壓強(qiáng)可達(dá)2×106Pa，與金屬鹵化物燈同屬于氣體放電發(fā)光。氙燈光譜能量的分布及色溫較為穩(wěn)定，隨功率變化較小。氙燈的電弧形狀從陰極到陽極成反射狀園錐體，整個(gè)電弧的亮度分布很不均勻，在橫截面上的分布是中心對稱的，幾何中心處的亮度與電極之間的距離有關(guān)。氙燈效率較低，為30～40lm/W，且燈管電壓低，電流大，所以燈管及點(diǎn)燃電路的價(jià)格頗高，適用于固定安裝用的高品質(zhì)、大輸出投影儀的光源。當(dāng)前第35頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

4.鹵素?zé)酐u素?zé)舻慕Y(jié)構(gòu)與白熾鎢絲燈泡相同，只是在燈內(nèi)充入高壓惰性氣體和少量鹵素，高壓氣體可以抑制鎢的蒸發(fā)，使鎢絲的工作溫度從2400K提升到3000K左右，在可見光波段的光強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。當(dāng)鎢絲受熱蒸發(fā)時(shí)，與惰性氣體會(huì)形成熱對流，蒸發(fā)出來的鎢原子與氣體發(fā)生碰撞而回到鎢絲表面，形成鹵素循環(huán)(HalogenCycle)，不會(huì)使蒸發(fā)的鎢沉積在燈壁上，因此可以提高燈泡壽命。鹵素?zé)舨恍枰獜?fù)雜的點(diǎn)燃電路，是小型輕量的光源。缺點(diǎn)是效率低、亮度低、壽命短等。當(dāng)前第36頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

5.LED

與上述光源相比，LED有許多優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)有紅色、綠色和藍(lán)色的LED，不需要從白光中提取基色光，因此在LED的投影系統(tǒng)中不需要分光鏡。另外與UHP燈相比，LED光源不會(huì)發(fā)出紫外和紅外波段的光，系統(tǒng)中不需要UV和IR濾光片。這些都會(huì)使系統(tǒng)的體積更小、成本更低、損耗更小。LED壽命很長，可以點(diǎn)燃10萬個(gè)小時(shí)，大大提高了投影儀的使用時(shí)間。LED的體積小，驅(qū)動(dòng)電壓低，是廉價(jià)密集可攜帶的投影儀的理想光源。LED光源的發(fā)光光譜很窄，接近于單色光，因此能產(chǎn)生大的色域、增加配色數(shù)目、提高圖像質(zhì)量。

LED的缺點(diǎn)是強(qiáng)度太低，效率大約為UHP燈的1/50。只能作為微型投影儀光源，還要設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到所要求的照度和均勻。一般將許多LED排成一個(gè)陣列，作為面光源使用。增加LED的排列也就增加了發(fā)光有效面積，增加了光通量。當(dāng)前第37頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

LUMILED公司在LED投影儀方面做了大量的工作，研制出了單只120ANSIlm的高功率LED，提出一種高功率LED投影儀的結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵器件是一種花瓣型能量收集器，可以高效地收集LED的能量。高功率LED的研制成功使得LED作為亮度要求較低的背投照明光源完全是可能的，對于投影畫幅較小的前投系統(tǒng)，LED照明光源的投影儀可以大大減小系統(tǒng)尺寸和重量，真正成為超輕、超小型的移動(dòng)辦公投影儀。LED光源是投影顯示發(fā)展的一個(gè)重要方向，主要要解決的問題就是能量收集率的問題。表8-1是光源性能比較表當(dāng)前第38頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)光源效率（lm/W）色溫（K）壽命（h）弧長（mm）增亮?xí)r間主要用途UHP60(100～150W)7000～850050001～1.2(100～150W)短100W級(jí)低功耗投影儀金屬鹵化物燈60～840(80～400W)6500～80002000～50001.2～3.5(50～250W)長200W以上的高亮度投影儀氙燈25～40(150～7KW)58001000～20001(7KW)長大型高功率商務(wù)投影儀(尤其是DMD用)鹵素?zé)?0～30(150～500W)3000～350025～2000近似點(diǎn)光源短小型投影儀LEDR：30～40G：20～30B：10～15W：15～25

10000近似點(diǎn)光源極短微型投影儀表8-1光源性能比較表當(dāng)前第39頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.2.3照明光學(xué)系統(tǒng)照明光學(xué)系統(tǒng)收集光源發(fā)出的光能，在空間光調(diào)制器上形成亮度均勻的照明光斑。同時(shí)調(diào)整照明光斑的形狀，以適合空間光調(diào)制器矩形形狀要求，減小由于照明光斑形狀不匹配而產(chǎn)生的能量損失。

1.反光碗

反光碗是反射式光學(xué)元件，通常與光源集成在一起，將由發(fā)光電弧釋放的光能反射向特定的方向。常見的反光碗包括拋物形和橢球形的反光碗，前者將照明光會(huì)聚為準(zhǔn)直光束，后者則將照明光會(huì)聚在橢球的焦點(diǎn)上。

當(dāng)前第40頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)橢球反光碗是一種很通用的收集光能的反光碗。由于它結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，被廣泛應(yīng)用于投影顯示中。弧光燈沿光軸放置在旋轉(zhuǎn)橢球面反光碗的內(nèi)焦點(diǎn)P，而被照明物體(目標(biāo)點(diǎn))放在橢球面反光碗的第二個(gè)焦點(diǎn)Q附近，根據(jù)橢球面反光碗的特性，光能在反射鏡的第二焦點(diǎn)附近被采集。

雙拋物面反光碗中兩個(gè)拋物面反光半碗上下對稱放置，光軸在同一條直線x軸上?；」鉄舴旁诘谝粋€(gè)拋物面反光半碗的焦點(diǎn)P處，反射光準(zhǔn)直射向第二個(gè)拋物面反光半碗。被準(zhǔn)直的光線進(jìn)入第二個(gè)拋物面反光半碗，然后在它的焦點(diǎn)Q會(huì)聚。由于雙拋物面反光碗只收集了弧光燈一部分的光線，我們可以在第一個(gè)拋物面反光半碗的對面放置一個(gè)半球形的反光碗，球心與弧光燈位置重合。因此到達(dá)半球形反光碗的光線被反射回來而最終被第一個(gè)拋物面反光半碗收集。雙拋物面反光碗光能利用率為73.34%。

當(dāng)前第41頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)雙橢球面反光碗中兩個(gè)橢球面反光半碗旋轉(zhuǎn)對稱放置，光源在第一個(gè)橢球面的下焦點(diǎn)P處，而目標(biāo)點(diǎn)在第二個(gè)橢球面的上焦點(diǎn)Q處。兩個(gè)橢球面的另一個(gè)的焦點(diǎn)在O點(diǎn)重合。根據(jù)橢球面的性質(zhì)，光源發(fā)出的光經(jīng)過第一個(gè)橢球面反光半碗的反射，在點(diǎn)O處匯聚，光線繼續(xù)傳播，被第二個(gè)橢球面反射又在焦點(diǎn)Q處匯聚。同樣我們在第一個(gè)橢球反光半碗對面放置一個(gè)半球形反光碗，球心與光源位置重合，到達(dá)半球形反光碗的光線被反射回來被第一個(gè)橢球面反光半碗收集。雙橢球面反光碗光能利用率為62.6%當(dāng)前第42頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

雙軸雙拋物面反光碗中兩個(gè)反光半碗的光軸之間距離為D，在第一拋物面反光半碗沿y軸方向?qū)γ娣胖玫诙€(gè)拋物面反光半碗，而第一拋物面反光半碗的沿z軸方向?qū)γ娣胖靡粋€(gè)半球面反光碗。光源放在第一拋物面反光半碗的焦點(diǎn)P上，被照明物體放在第二拋物面反光半碗的焦點(diǎn)Q上。與雙拋物面反光碗系統(tǒng)相似，光線經(jīng)半球面反光碗與第一拋物面反光碗反射后，被準(zhǔn)直射向第二拋物面反光碗，最后被匯聚在照明物體上。照明光束的發(fā)散角可以由D值調(diào)節(jié)。雙軸雙拋物面反光碗光能利用率為66.6%。詳見參考文獻(xiàn)48。

當(dāng)前第43頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.復(fù)眼透鏡和方棒積分元件收集反光碗反射的光能，同時(shí)起到調(diào)整光斑形狀的作用。復(fù)眼透鏡和方棒是目前最為常用的兩種積分光學(xué)元件，其基本原理都是將單一的光源成像為二維的光源陣列，并將光源陣列的像疊加，以實(shí)現(xiàn)高均勻性的照明光斑。照明成像系統(tǒng)將照明光會(huì)聚在空間光調(diào)制器上，通常采用柯拉照明的形式，將光能分布均勻的前段照明系統(tǒng)的光闌成像在顯示器件上，從而滿足系統(tǒng)對均勻性的要求。

當(dāng)前第44頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

⑴復(fù)眼照明系統(tǒng)

復(fù)眼照明系統(tǒng)是投影顯示系統(tǒng)中常見的一種照明結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的圓形光斑轉(zhuǎn)換為顯示器件需要的矩形光斑，同時(shí)還可以有效的提高系統(tǒng)的照明均勻性。圖8-6給出了復(fù)眼照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)復(fù)眼照明系統(tǒng)由帶反光碗的光源、復(fù)眼透鏡和后繼照明透鏡組組成。復(fù)眼透鏡由一系列小透鏡拼合而成，也可以稱為透鏡陣列。圖8-6復(fù)眼照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖光源反光碗復(fù)眼透鏡1復(fù)眼透鏡2透鏡1透鏡2空間光調(diào)制器當(dāng)前第45頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)復(fù)眼照明系統(tǒng)通常配合拋物型反光碗光源使用，系統(tǒng)中引入兩組復(fù)眼透鏡以獲得高能量利用率和高均勻度的照明光斑。HID燈位于拋物碗的焦點(diǎn)上，發(fā)出的光線經(jīng)拋物反光碗反射后成為準(zhǔn)直光束，投射在第一組復(fù)眼透鏡上，并由第一組復(fù)眼的小透鏡會(huì)聚成像在第二塊復(fù)眼透鏡上，從而將一個(gè)光源分成多個(gè)光源。第二組復(fù)眼透鏡位于第一組復(fù)眼透鏡的焦平面上，它的每個(gè)小透鏡將前排復(fù)眼對應(yīng)的小透鏡重疊成像于無窮遠(yuǎn)，然后由后繼照明透鏡組成像于空間光調(diào)制器的表面上。由于光源的整個(gè)光束被分為多個(gè)細(xì)光束照明，每個(gè)細(xì)光束的均勻性優(yōu)于整個(gè)寬光束的均勻性，而且對稱位置上的細(xì)光束光斑相互疊加，進(jìn)一步補(bǔ)償了細(xì)光束的不均勻性，因而復(fù)眼透鏡系統(tǒng)可以獲得良好的照明均勻度。當(dāng)前第46頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

⑵方棒照明系統(tǒng)

方棒將光源輸出的圓形光斑轉(zhuǎn)化為空間光調(diào)制器所需要的矩形照明光斑，同時(shí)滿足系統(tǒng)光能利用率及照明均勻性要求，常與橢球型反光碗光源配合使用。通常方棒位于橢球反光碗的第二焦點(diǎn)上，其截面長寬比與空間光調(diào)制器的長寬比相等。光線進(jìn)入方棒后，經(jīng)過多次反射從另一端面出射，在出射面上形成照明均勻的矩形光斑。圖8-7是方棒工作原理示意圖。圖8-7方棒工作原理示意圖光源橢球反光碗透鏡1透鏡2空間光調(diào)制器當(dāng)前第47頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)方棒可以是實(shí)心的玻璃棱鏡，也可以是由鍍有高反射薄膜的平面反射鏡粘接而成的空心器件。實(shí)心方棒(lightrod)利用光波在玻璃內(nèi)的全反射，其特點(diǎn)是反射效率高，加工方便，成本低。而空心方棒(lighttunnel)利用反射鏡實(shí)現(xiàn)光能在方棒內(nèi)的傳輸，反射效率較低，但也避免了玻璃材料的吸收和實(shí)心方棒前后表面的反射造成的能量損失，同時(shí)由于沒有玻璃的折射，光線在方棒內(nèi)具有更大的角度，可以在更短的長度內(nèi)實(shí)現(xiàn)同樣次數(shù)的內(nèi)部反射，達(dá)到相同的照明均勻性，避免了實(shí)心方棒中由于前后表面的瑕疵對均勻性的影響。復(fù)眼照明系統(tǒng)，特別是復(fù)眼透鏡的加工十分復(fù)雜，成本較高。而方棒照明系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)都很簡單，成本相對較低。當(dāng)前第48頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.2.4分色/合色器件

1.PBSPBS(PolarizingBeamSplitter，偏振分光膜)廣泛應(yīng)用在投影光學(xué)系統(tǒng)中。當(dāng)光以布儒斯特(Brewster)角入射鍍有無機(jī)薄膜棱鏡斜面時(shí)，對s光（偏振方向垂直入射線）有著較高的反射率，而對p光（偏振方向平行入射線）反射率幾乎為零，入射p光大部分透射。只要適當(dāng)增加薄膜層數(shù)，并使所有這些薄膜界面都滿足Brewster角，就可實(shí)現(xiàn)s光全反射，而p光全透射，這就是典型的PBS。在棱鏡斜面鍍上多層無機(jī)薄膜，可使PBS獲得了較好的光學(xué)性能，可見光區(qū)s光的透射率小于0.1，而p光的透射率大于97%。為了獲得高效率、均勻的光學(xué)照明，常使用復(fù)眼和偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)即PBS陣列，s偏振光經(jīng)過偏振薄膜反射后出射。p偏振光經(jīng)過偏振薄膜后透射，然后在p偏振光出射端前面加一個(gè)1/2波片，使之轉(zhuǎn)換為s偏振光后出射，實(shí)現(xiàn)偏振的轉(zhuǎn)化合成，大大提高光能的利用率。當(dāng)前第49頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.Philips棱鏡投影顯示系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)的核心之一就是分色合色系統(tǒng)。分色合色系統(tǒng)可以將白光分成紅、綠、藍(lán)三基色，分別由圖像源對這三種顏色的光進(jìn)行調(diào)制后，再由合色系統(tǒng)合色投影到屏幕上產(chǎn)生彩色圖像。

Philips棱鏡是一種常見的分色合色系統(tǒng)，圖8-8是Philips棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖。棱鏡材料是K9玻璃，n=1.5163。第1面的入射角為16°，鍍了反藍(lán)透紅綠分色薄膜，其間是空氣隙，光線換算到空氣當(dāng)中的出射角為24.8°，第2面入射角也是16°，鍍了反紅透綠分色薄膜，然后膠合。當(dāng)前第50頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-8Philips棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖RGB123PBS照明光投影光當(dāng)前第51頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)照明光束經(jīng)PBS反射后，s偏振光進(jìn)入Philips棱鏡，藍(lán)光由1面反射后，再由3面全反射到達(dá)B空間光調(diào)制器；紅光由2面反射后經(jīng)1面全反射到達(dá)R空間光調(diào)制器；綠光透射。R、G、B三色光分別經(jīng)三塊空間光調(diào)制器后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光，再通過Philips棱鏡合色后，其中p偏振分量經(jīng)PBS出射，由投影物鏡在屏幕上形成彩色圖像。Philips棱鏡在系統(tǒng)中既是分色元件又是合色元件，分色合色系統(tǒng)對s和p偏振光的要求實(shí)際上是一致的。分色合色薄膜同時(shí)承擔(dān)著分色和合色的任務(wù)。分色時(shí)，棱鏡工作在s偏振分量，而合色時(shí)，棱鏡工作在p偏振分量，因此Philips棱鏡總的透過率為s和p偏振分量透過率的乘積。由于薄膜的偏振效應(yīng)，s和p分量的光譜曲線分離是不可避免的。其結(jié)果是不僅使s和p分量之間光譜分離波段的部分光能量無法利用，而且這部分光將在Philips棱鏡內(nèi)部多次反射而形成雜散光。因此減少偏振分離的分色合色膜系既可提高光能利用率，又可減少雜散光的干擾而提高系統(tǒng)的對比度。當(dāng)前第52頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

3.色輪在單片式投影系統(tǒng)中，色輪(Color-Wheel)是產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三色光的部件，被用來產(chǎn)生彩色投影圖像，可分為三段、四段和六段三種結(jié)構(gòu)。圖8-9是三段色輪結(jié)構(gòu)示意圖，三段色輪以60Hz的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，每秒可提供180色場。該色輪工作時(shí)，任意給定的時(shí)間內(nèi)有2/3的光線被阻擋，只有一種顏色的光被通過。當(dāng)白光射到紅色濾光片時(shí)，紅光透過，而藍(lán)光和綠光被吸收。同樣道理，藍(lán)色濾光片通過藍(lán)光而吸收紅、綠光；綠色濾光片通過綠色而吸收紅、藍(lán)光。因此這種色輪的光利用率只有1/3。當(dāng)前第53頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)RB色輪白色光束光閥GR、G、B、R圖8-9三段色輪結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前第54頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

4.TIR棱鏡單片式DLP背投影光學(xué)引擎常采用TIR(TotalInternalReflection，全反射)棱鏡作為DMD（詳見）前區(qū)分照明光路和出射光路的器件。TIR棱鏡由2塊三角形棱鏡膠合而成，兩塊棱鏡間留有幾個(gè)微米的空氣隙，因而通過光線在該斜面上的透射和全反射實(shí)現(xiàn)光路的區(qū)分。為了提高能量利用率，兩塊棱鏡在該面上鍍有增透膜，以提高亮態(tài)光束的透過率。而由于薄膜的存在不能改變?nèi)瓷錀l件，照明光在該面上依然發(fā)生全反射。棱鏡1主要起區(qū)分光路的作用。棱鏡2則用于補(bǔ)償由棱鏡1引起的光程差。照明光束進(jìn)入棱鏡1后，在斜面2上發(fā)生全反射，繼而在面3上發(fā)生透射而照射在DMD表面上。被DMD反射的出射光再次進(jìn)入棱鏡1，并在斜面2上發(fā)生透射，經(jīng)過棱鏡2后進(jìn)入投影物鏡。圖8-10給出了亮態(tài)和暗態(tài)時(shí)TIR棱鏡中照明光和出射光的傳播。當(dāng)前第55頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-10TIR棱鏡中照明光和出射光的傳播亮態(tài)暗態(tài)棱鏡1棱鏡22323棱鏡2棱鏡1當(dāng)前第56頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

5.濾光片式合色系統(tǒng)

濾光片式合色系統(tǒng)如圖8-11所示，采用了兩片濾光片，一片反射綠光，而其它的光透過；另一片反射紅光，透射其它顏色的光。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但是體積較大，不夠緊湊，因此在小型投影系統(tǒng)中很少用這種方案。圖8-11濾光片式合色系統(tǒng)示意圖R反射鏡GBW綠反射紅反射當(dāng)前第57頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

6.X立方棱鏡

X立方棱鏡如圖8-12所示，由四塊直角棱鏡膠合而成，在膠合面上鍍有偏振分光膜，鍍膜面1反射紅光而讓其它光透過；鍍膜面2反射藍(lán)光而讓其它光透過。代表RGB三色圖像的光分別從棱鏡的三個(gè)面入射，經(jīng)過鍍膜面的反射透射后合成彩色圖像，再通過投影鏡頭投射到投影屏上。該方案的結(jié)構(gòu)明顯緊湊，所占的空間小，適合于小型投影系統(tǒng)。另外該方案的合色部分結(jié)構(gòu)上可以做成一個(gè)整體，安裝方便。圖8-12X立方棱鏡合色系統(tǒng)示意圖RGBW藍(lán)反射紅反射當(dāng)前第58頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.3液晶投影

8.3.1液晶投影的分類

8.3.2液晶投影的顯示驅(qū)動(dòng)電路

8.3.3硅基液晶顯示技術(shù)

8.3.4液晶投影的特點(diǎn)當(dāng)前第59頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.3.1液晶投影的分類八十年代末、九十年代初興起的液晶投影顯示發(fā)展非常迅速，不僅能實(shí)現(xiàn)高亮度和高分辨率的大屏幕顯示，在圖像對比度、穩(wěn)定性等方面性能良好，而且體積小、重量輕、靈巧、方便，是一種較為理想的顯示技術(shù)。液晶投影的原理是把光源發(fā)出的光束照射在小型液晶元件(光閥)，再將因液晶光閥形成圖像放大投影到屏幕上。液晶投影儀由光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、液晶光閥、投影光學(xué)系統(tǒng)和屏幕組成。當(dāng)前第60頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)光源一般采用高亮度放電燈(HID：HighIntensityDischarge)，附加與之一體化的反射碗。照明光學(xué)系統(tǒng)由復(fù)眼、聚光鏡、分色器件等組成，將光源發(fā)射的光束導(dǎo)向液晶光閥。關(guān)鍵部件液晶光閥(LightValve)是使光線通過、切斷或調(diào)制的元件（光的閥門），也叫空間光調(diào)制器。投影光學(xué)系統(tǒng)將液晶光閥形成圖像信息光束放大投影到屏幕上。進(jìn)入光閥的輸入信號(hào)(圖像信息)的地址(寫入)方法有：①用p-SiTFT或c-SiMOSFET等半導(dǎo)體集成電路的電地址方式；②是用小型顯示元件的光學(xué)像或激光束等寫入的光地址方式；③是用真空中的電子束掃描來寫入信息的電子束地址方式。這些方式要控制獨(dú)立光源發(fā)出的光束并放大顯示到屏幕上。與自發(fā)光型CRT投影儀比較，由于所使用的光源具有能增加顯示畫面尺寸及亮度的特性，所以很適合大屏幕顯示。當(dāng)前第61頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

1.正投和背投液晶投影儀按照所用屏幕的形態(tài)，分為正投和背投兩類。

①前投影(正投)是用反射型的前屏幕方式，屏幕有幕板、有孔玻璃珠、微粒等種類，投影儀與屏幕分離，結(jié)構(gòu)簡單，容易作到大型化。使用高反射率材質(zhì)的屏幕表面(有平面及曲面型)，能夠得到明亮圖像，不需要背面空間，聲源可以放在屏幕后面，價(jià)廉、小型、輕量、可攜帶，適用于高畫質(zhì)的圖像投影。但是外部光對于圖像灰暗部分的畫質(zhì)有很大損傷，所以觀看環(huán)境限定在暗室。

②背投影(背投)型是用透過型的后屏幕方式，屏幕有擴(kuò)散型、雙凸透鏡、透鏡陣列、帶有菲涅耳鏡片等種類。有與投影儀分離型以及投影儀和屏幕容納在同一機(jī)箱內(nèi)的一體型(背投影型投影儀)。背投影型屏幕的光透過率高，外光透過屏幕時(shí)在裝置內(nèi)部被吸收，所以基本能作到因外光引起對比度降低的情況要比前投影型少，適合室內(nèi)明亮環(huán)境中使用。

當(dāng)前第62頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.單片式與三片式液晶投影機(jī)依照使用LCD片數(shù)的不同可分為單片式與三片式兩種。單片式液晶投影機(jī)僅使用一片LCD，由于在同一片液晶面板上必須同時(shí)提供R、G、B三種顏色，因此光源利用效率較低。單片式液晶投影機(jī)具有輕便短小、結(jié)構(gòu)簡單且價(jià)錢便宜等特性，一般使用在影視播放系統(tǒng)或是單價(jià)較低的產(chǎn)品。三片式液晶投影機(jī)將光源分離成R、G、B三色光分別加以調(diào)制，因?yàn)榉稚恼瓗V色片光能效率較高，所以光源利用效率較高、顏色逼真。但是三片式投影機(jī)對定位要求很高，它可將不同的顏色合在一起，由于系統(tǒng)需要三片LCD與較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，因此體積較大、重量較重且價(jià)錢較高。當(dāng)前第63頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

3.透射式和反射式液晶投影系統(tǒng)按照LCD使用方式不同來區(qū)分，可分為透射式和反射式兩種，他們的結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)及其功能也有所差異。透射式液晶投影系統(tǒng)如圖8-14所示，是利用光源穿過LCD做調(diào)制，因此會(huì)有高能量的光照射在LCD上，要有高透射率才能使投影亮度提高，但是受限于LCD本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，偏光片、液晶、玻璃等都會(huì)吸收透射光能量，作為象素點(diǎn)開關(guān)控制的三極管被安置在液晶板的相應(yīng)位置上，三極管自身要阻擋部分入射的光線，因此開口率(Apertureratio，像素透射光或反射光面積與像素總面積之比)不高，約為50%左右。另外因?yàn)門FT-LCD所利用的是偏振光，其透過率不高，亮度和分辨率都受到一定的限制。當(dāng)前第64頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-14透射式液晶投影示意圖藍(lán)反射反射鏡綠液晶紅液晶聚光鏡藍(lán)液晶綠反射綠反射紅反射反射鏡光源復(fù)眼聚光鏡聚光鏡投影鏡頭屏幕當(dāng)前第65頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)反射式液晶投影系統(tǒng)如圖8-15所示，由光源發(fā)出的光，通過復(fù)眼積分器、分色系統(tǒng)和偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將白光分成紅、綠、藍(lán)三色光，三個(gè)偏光分離PBS分別配置在紅、綠、藍(lán)的光閥前。S偏振光被PBS反射，分別照在R、G、B三塊液晶板上，圖像信號(hào)由驅(qū)動(dòng)電路寫入三塊液晶板中，由各液晶板將入射S偏振光調(diào)制成P偏振光，通過PBS后，由X立方棱鏡進(jìn)行色合成，最后由投影物鏡投射到屏幕上形成顯示彩色圖像。由于使用反射式LCD，因此必須要在反射面下制造驅(qū)動(dòng)晶體管，晶體管不會(huì)阻擋反射光，LCD能使用兩倍于透射式投影機(jī)的面積，所以能提高開口率、亮度與精度。但是多出三個(gè)PBS，LCD的安裝也需要更高的準(zhǔn)確性。反射式液晶空間光調(diào)制器有LCLV和LCoS器件。當(dāng)前第66頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-15用X棱鏡的反射式液晶投影示意圖藍(lán)綠反射紅液晶藍(lán)液晶PBS光源復(fù)眼投影鏡頭屏幕綠反射綠液晶反射鏡PBSPBSPBS當(dāng)前第67頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.3.2液晶投影的顯示驅(qū)動(dòng)電路液晶投影的LCD板驅(qū)動(dòng)電路可分為取樣保持式驅(qū)動(dòng)電路和鎖存式驅(qū)動(dòng)電路兩大類。

1.取樣保持式驅(qū)動(dòng)電路取樣保持式驅(qū)動(dòng)電路先把圖像處理級(jí)輸出的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)過一系列處理后，采用對模擬信號(hào)的取樣和保持的方法，并控制順序形成6或12路視頻信號(hào)，經(jīng)緩沖級(jí)同時(shí)送到某個(gè)基色的液晶顯示板。當(dāng)前第68頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-16是取樣保持式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖。經(jīng)圖像處理級(jí)對數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行各種處理后，輸出各個(gè)基色分量的數(shù)字視頻信號(hào)。在取樣保持驅(qū)動(dòng)電路中，先對其進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換變成模擬的視頻信號(hào)，接著進(jìn)入箝位級(jí)箝位，箝位電壓可調(diào)。放大級(jí)具備獨(dú)立的R、G、B伽馬校正。信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)輸出后，進(jìn)入翻轉(zhuǎn)放大級(jí)，根據(jù)輸入控制信號(hào)FRP決定視頻信號(hào)被翻轉(zhuǎn)或不翻轉(zhuǎn)放大。模擬視頻信號(hào)通過取樣保持群組，將時(shí)間順序信號(hào)轉(zhuǎn)換成6路或12路周期并行的視頻信號(hào)，取樣保持群組由順序控制器進(jìn)行適當(dāng)控制。最后，這些視頻信號(hào)通過固定增益的緩沖放大器輸出，直接驅(qū)動(dòng)LCD板當(dāng)前第69頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-16取樣保持式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖放大圖像處理DAC箝位驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)放大取樣保持緩沖取樣保持緩沖共6路液晶顯示板時(shí)序產(chǎn)生當(dāng)前第70頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-17是一種實(shí)際的XGA液晶投影機(jī)的取樣保持式顯示驅(qū)動(dòng)電路方框圖，由圖像處理級(jí)輸出的數(shù)字RGB圖像信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)槿稲GB模擬信號(hào)，送到液晶顯示信號(hào)預(yù)處理器CXA2111R，該芯片包含了伽馬校正和增益放大，并提供偏置，還可通過I2C總線和外部調(diào)節(jié)端子進(jìn)行調(diào)整。它的輸出是液晶顯示驅(qū)動(dòng)器CXA3512R的理想輸入，CXA3512R包含行翻轉(zhuǎn)放大器和模擬多路分離器以及它們所需的時(shí)序發(fā)生器和輸出緩沖器，通過總線還可調(diào)整取樣保持等功能，6片CXA3512R分別驅(qū)動(dòng)紅綠藍(lán)3塊液晶板LCX029。當(dāng)前第71頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-17一種實(shí)際的取樣保持式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖LCD信號(hào)預(yù)處理DAC取樣保持驅(qū)動(dòng)器DACDAC時(shí)序產(chǎn)生取樣保持驅(qū)動(dòng)器取樣保持驅(qū)動(dòng)器取樣保持驅(qū)動(dòng)器取樣保持驅(qū)動(dòng)器取樣保持驅(qū)動(dòng)器666666CXD3500R同步信號(hào)RGBCXA3197R×3CXA2111RCXA3512R×612路LCD顯示板（R）12路LCD顯示板（G）12路LCD顯示板（B）3×8bitLCX029×3當(dāng)前第72頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.鎖存式驅(qū)動(dòng)電路鎖存式驅(qū)動(dòng)電路直接對數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行順序控制并鎖存，形成6或12路路數(shù)字視頻信號(hào)，然后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成多路模擬視頻信號(hào)，經(jīng)放大后輸出給各個(gè)基色光液晶顯示板。圖8-18是鎖存式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖。由圖像處理級(jí)輸出的三基色10bit數(shù)字視頻信號(hào)先進(jìn)行數(shù)字式伽馬校正，經(jīng)放大后進(jìn)入6路2級(jí)寄存器進(jìn)行按順序鎖存。利用鎖存的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)有效地替代了取樣保持功能。然后，高速10bit寬帶信號(hào)由輸入命令控制，順序地加載到6路精確的高速雙極性D/A轉(zhuǎn)換器。在DAC級(jí)還進(jìn)行滿幅電壓控制。轉(zhuǎn)換后的模擬視頻信號(hào)進(jìn)入輸出放大級(jí)，該級(jí)為精確的電流反饋放大器，能提供優(yōu)良控制的脈沖響應(yīng)，并快速設(shè)定電壓給LCD顯示板的大電容負(fù)載。當(dāng)前第73頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-18鎖存式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖校正圖像處理DAC放大2級(jí)鎖存共6路液晶顯示板時(shí)序產(chǎn)生DAC2級(jí)鎖存輸出放大輸出放大順序控制縮放控制當(dāng)前第74頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-19是一種實(shí)際的XGA液晶投影機(jī)的式顯示驅(qū)動(dòng)電路方框圖，LCD信號(hào)處理級(jí)具有伽馬校正、可選延遲線及時(shí)序發(fā)生等功能。由LCD信號(hào)處理級(jí)輸出的RGB數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)入十位驅(qū)動(dòng)器AD8381。AD8381提供了快速10bit緩存的數(shù)字輸入，驅(qū)動(dòng)6路高電壓輸出。10bit輸入命令順序地加載到6路分開的高速雙極性DACs。對于較高清晰度顯示，靈活的數(shù)字輸入格式使得AD8381可多個(gè)并行使用，如圖中每種基色用兩塊AD8381組成12路的XGA顯示格式

采用鎖存式LCD驅(qū)動(dòng)電路具有較高輸出精度，從而提高了圖像質(zhì)量；系統(tǒng)集成度較高，升級(jí)容易；具備較高的靈活性，適應(yīng)性強(qiáng)；功率損耗較低，產(chǎn)生熱量少；所用IC數(shù)量少，整體成本較低。

從產(chǎn)生干擾誤差的角度來看，取樣保持式驅(qū)動(dòng)電路有6個(gè)模擬誤差來源：3個(gè)CXA3197R及其3根輸出印制板線條；鎖存式驅(qū)動(dòng)電路只有CXD2467A或CXD3511Q一個(gè)IC模擬誤差產(chǎn)生源。由于鎖存式LCD顯示驅(qū)動(dòng)電路具有以上優(yōu)點(diǎn)，該驅(qū)動(dòng)電路逐步被LCD投影機(jī)生產(chǎn)廠商采用。

當(dāng)前第75頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)圖8-19一種實(shí)際的鎖存式LCD驅(qū)動(dòng)電路方框圖LCD信號(hào)預(yù)處理10位驅(qū)動(dòng)器666666CXD2467A或CXD3511QRGBAD8381×612路LCD顯示板（R）12路LCD顯示板（G）12路LCD顯示板（B）3×8bitLCX029×310位驅(qū)動(dòng)器10位驅(qū)動(dòng)器10位驅(qū)動(dòng)器10位驅(qū)動(dòng)器10位驅(qū)動(dòng)器3×10bit當(dāng)前第76頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.3.3硅基液晶顯示技術(shù)

1997年IBM開發(fā)了一種新型液晶投影顯示器，利用在CMOS硅基上生成的高反射電極和液晶組成的光閥單元來產(chǎn)生圖像，稱為硅基液晶(LCoS，LiquidCrystalonSilicon)技術(shù)，它將硅基CMOS集成電路技術(shù)與LCD技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

1.LCoS的基本結(jié)構(gòu)

LCoS的基本結(jié)構(gòu)如圖8-20所示，帶有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET，MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor)矩陣的硅晶片基板與一透明玻璃基板之間插入液晶的構(gòu)造組成。在CMOS硅基上，利用半導(dǎo)體技術(shù)制作驅(qū)動(dòng)面板，然后通過研磨技術(shù)磨平，鍍上鋁，作為反射鏡，形成CMOS基板，再將CMOS基板與含有ITO電極的上玻璃基板粘合，注入液晶進(jìn)行封裝而成。當(dāng)前第77頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

MOSFET驅(qū)動(dòng)電路在鋁反射鏡電極的背面，器件的全部面積可以對入射光進(jìn)行調(diào)制。因此像素間距窄，增多像素?cái)?shù)目不會(huì)降低開口率，同時(shí)可以得到高清晰與高亮度。目前LCoS像素間距已經(jīng)微細(xì)化到7.6m，像素?cái)?shù)達(dá)到SXGA，且已經(jīng)產(chǎn)品化。

硅基液晶技術(shù)的成功是由于硅表面化學(xué)機(jī)械拋光處理工藝的突破，把微光學(xué)上起伏不平的反射表面處理得光滑如鏡。在對角線1.3英寸的器件上，安排了130多萬個(gè)像素。

圖8-20LCoS的基本結(jié)構(gòu)示意圖鋁反射鏡硅基板液晶玻璃基板反射光反射光ITO當(dāng)前第78頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.單片式LCoS投影顯示系統(tǒng)單片式LCoS投影顯示系統(tǒng)通常采用時(shí)間分色法。圖8-21給出了應(yīng)用色輪的單片式LCoS投影光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用橢球型光源和方棒照明系統(tǒng)，色輪緊貼方棒的入射端放置在橢球燈的焦點(diǎn)上，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所需的器件少，但能量利用率較低。圖8-21應(yīng)用色輪的單片式LCOS投影原理示意圖光源橢球反光碗方棒反光鏡色輪LCoSPBS投影鏡頭屏幕當(dāng)前第79頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

3.三片式LCoS投影顯示系統(tǒng)三片式LCoS投影顯示系統(tǒng)如圖8-15所示，也可以采用如圖8-8所示的Philips棱鏡結(jié)構(gòu)。

ColorLink棱鏡結(jié)構(gòu)是一種新型的三片式LCoS投影顯示系統(tǒng)的分色合色結(jié)構(gòu)，其原理如圖8-22所示。核心技術(shù)是由多層波片組成的偏振干涉濾光片。圖8-22ColorLink分色合色系統(tǒng)原理示意圖彩色PBS1G/MG/MB/YB/YPBS2PBS3PBS4BRG白光源2B光R光G光當(dāng)前第80頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)照明系統(tǒng)出射的白色照明光首先經(jīng)過起偏系統(tǒng)后轉(zhuǎn)變?yōu)镾態(tài)偏振光，然后經(jīng)過B/Y偏振干涉濾光片，短波長的藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)镻光透射過PBS1，進(jìn)入PBS2，再次發(fā)生透射后到達(dá)藍(lán)色光路的LCoS器件，而紅、綠光成分則保持S光狀態(tài)被PBS1反射后經(jīng)過G/M偏振干涉濾光片，綠光成分偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°，變?yōu)镻光，透射出PBS3后到達(dá)綠色光路的LCoS，紅光成分仍然保持S偏振態(tài)，被PBS3反射后到達(dá)紅色光路的LCoS。R、G、B三路單色光經(jīng)LCoS器件調(diào)制，偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。對于藍(lán)色光路，LCoS的反射光為S光，因而在PBS2和PBS4上發(fā)生反射后到達(dá)第二塊B/Y偏振干涉濾光片。對于綠色光路，LCoS反射光為S光，反射出PBS3后經(jīng)過第二塊G/M濾光片，變?yōu)镻偏振態(tài)，透射過PBS4到達(dá)第二塊B/Y濾光片。對于紅色光路，經(jīng)LCoS反射的光為P偏振態(tài)，透射過PBS3后經(jīng)過第二塊G/M偏振干涉片，偏振態(tài)不變，繼而透射過PBS4到達(dá)B/Y偏振干涉濾光片。經(jīng)過第二塊B/Y濾光片后，R、G、B三單色光都變?yōu)镻偏振態(tài)，合成為色光進(jìn)入投影物鏡。當(dāng)前第81頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

LCoS投影機(jī)具有非常大的亮度與分辨力的提升空間，產(chǎn)品分辨力達(dá)到SXGA(1280×1024)，亮度也在1000lm以上，不過圖像對比度較差。香港精電公司成功地開發(fā)了高對比度LCoS，分辨力達(dá)到1920×1280，灰度等級(jí)8bit，像素間距9m，對比度大于1500∶1，開口率90％。不少廠商看好LCoS的高分辨力與單價(jià)較低，正在開發(fā)高分辨力電視，取代CRT監(jiān)視器或背投影電視。

深圳清華同方的VigloxCOSHDTV背投數(shù)字電視機(jī)已經(jīng)上市。

當(dāng)前第82頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

LCoS利用硅基CMOS集成電路的成熟技術(shù)，與周邊驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，甚至可以集成信息處理系統(tǒng)。LCoS作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優(yōu)勢，有無限的市場潛力，可能會(huì)成為HDTV的背投影技術(shù)發(fā)展的主要方向。

LCoS成像器件不受外國企業(yè)壟斷，沒有基礎(chǔ)專利問題，技術(shù)和產(chǎn)品是開放的，使我國有機(jī)會(huì)掌握核心技術(shù)。同時(shí)發(fā)展LCoS成像器件也有利于我國微電子工業(yè)和光學(xué)加工的發(fā)展。廣闊的投影顯示市場加上國際合作條件，LCoS微顯示投影設(shè)備產(chǎn)業(yè)一定能在我國得到迅速發(fā)展，形成具有一定規(guī)模的大屏幕顯示產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前第83頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.3.4液晶投影的特點(diǎn)

1.液晶背投電視的優(yōu)點(diǎn)⑴圖像分辨率高。單片液晶分辨率一般可達(dá)1280×720＝92.1萬像素，三片液晶投影電視的總彩色像素是單片的3倍，說明書上經(jīng)常號(hào)稱277萬像素。⑵圖像幾何失真小。液晶背投一般采用三片0.9英寸液晶板，由于液晶板面積小，可以采用小孔徑的長焦距鏡頭，投影的圖像幾何失真極小，保證了投影圖像從中心到邊沿都具有良好線性，屏幕像素分布十分均勻。⑶具有特別高的屏幕“幅面/價(jià)格”比。由于采用投影方式，一般可將屏幕做到40英寸～60英寸，而價(jià)格僅僅相當(dāng)于同屏幕尺寸的等離子或液晶平板電視的1/2～1/3。由于內(nèi)部投影裝置的結(jié)構(gòu)變化不大，不同屏幕尺寸的產(chǎn)品僅僅是機(jī)箱大小不同而已。⑷厚度小、重量輕。由于采用多次反射投影方式，背投電視厚度很小。當(dāng)前第84頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.液晶背投電視的缺點(diǎn)⑴對比度不夠高。

背投電視由于采用投影方式，屏幕上不同明暗的像素之間存在互相映照影響，使得圖像對比度降低，其對比度不如液晶、等離子等直接發(fā)光方式的電視，當(dāng)然更不如顯像管。以往的顯像管為了提高對比度，采用了“黑底管技術(shù)”，即在每個(gè)熒光粉點(diǎn)周圍涂鍍石墨，以防正粉點(diǎn)間亮度互相影響。但是投影屏幕無法做到這一點(diǎn)，圖像對比度不夠高，這是目前背投電視的“通病”，無論是DLP背投，還是LCD背投，都具有此缺點(diǎn)。

當(dāng)前第85頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)最新型的背投電視采用了“自動(dòng)光闌技術(shù)”，在投影燈前面裝有照相機(jī)光圈類似的“自動(dòng)光闌’，可以根據(jù)檢測整幅圖像的明暗程度，自動(dòng)調(diào)整光闌直徑大小，控制投影燈光的光通量，使得畫面總亮度隨著圖像內(nèi)容的明暗而改變。這種技術(shù)對暗場圖像的對比度有些改善，但是不能夠提高同一幅圖像中各點(diǎn)的對比度，因而不可能使背投電視的對比度得到真正的改善。而且投影方式存在所謂“太陽效應(yīng)”，當(dāng)改變觀察角度時(shí)，屏幕中心亮點(diǎn)也會(huì)移動(dòng)，屏幕亮度總會(huì)有些變化。⑵需要更換投影燈。目前的投影燈壽命已可達(dá)8000小時(shí)了，以每天工作8小時(shí)計(jì)，可以工作近3年。每3年要花2千元錢來更換投影燈。隨著液晶技術(shù)的進(jìn)步，目前的三片式液晶背投電視，圖像質(zhì)量已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，無論清晰度和對比度都完全能夠達(dá)到家庭觀賞的要求，觀察角度也能夠達(dá)到水平140°，垂直60°。對比度達(dá)到800:1，圖像質(zhì)量與液晶和等離子平板電視相近。當(dāng)前第86頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.4數(shù)字式光處理技術(shù)

數(shù)字式光處理(DLP，DigitalLightProcessing)技術(shù)是美國得克薩斯州儀器(TI，TexasInstruments)公司開發(fā)的一種新式顯示技術(shù)。該技術(shù)使我們在擁有采集、接收、存儲(chǔ)數(shù)字信息的能力后，終于實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息的顯示。

8.4.1DMD器件8.4.2單片式DLP投影光學(xué)系統(tǒng)8.4.3三片式DLP投影光學(xué)系統(tǒng)

當(dāng)前第87頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

8.4.1DMD器件基本的DLP模塊稱為光學(xué)引擎，其核心是高強(qiáng)度的光源和數(shù)字微鏡器件(DigitalMicro-mirrorDevice，DMD)。DMD上的每一面微鏡對應(yīng)于一個(gè)像素，每面微鏡可以在兩個(gè)穩(wěn)定位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)。在“ON”位置，來自光源的光反射以后，正好可以通過投影光學(xué)透鏡，在屏幕上形成一個(gè)亮點(diǎn)；在“OFF”位置，反射光不能通過投影光學(xué)透鏡，屏幕上形成一個(gè)暗點(diǎn)。一個(gè)給定像素的亮度取決于在圖像的一個(gè)幀周期中，相應(yīng)的微鏡多長時(shí)間停留在“ON”位置上。微鏡是方形的，微鏡與微鏡之間只有很小的黑色間隙，得到的投影圖像很光滑，沒有明顯的像素結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第88頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

1.高清DMD芯片

HD1DMD芯片是第一代HD芯片，其微鏡翻轉(zhuǎn)角度為10°，分辨率為1280×720，寬高比為16:9。HD2DMD芯片，其微鏡翻轉(zhuǎn)角度為12°，分辨率仍為1280×720，采用LVDS接口標(biāo)準(zhǔn).同時(shí)符合IEEE1596.3，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)字成像，在提高對比度的同時(shí)保持高亮度，降低了視頻數(shù)字噪聲，使投影畫面顏色豐富，細(xì)節(jié)明顯。

HD2+DMD尺寸為0.85英寸，分辨率為1280×720，HD2+將微鏡表面處理得更平坦，提高了亮度，減少了光散射，圖像的黑色部分表現(xiàn)得更加完美，對比度有很大提高，理論上采用HD2+芯片的產(chǎn)品在全開/關(guān)狀態(tài)下的對比度能夠從2800:1提升到4000:1當(dāng)前第89頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

HD2+芯片微鏡翻轉(zhuǎn)角度為12°，支撐微鏡片的結(jié)合部分的支撐柱變得更細(xì)，構(gòu)成畫面的每個(gè)點(diǎn)矩陣中央的黑點(diǎn)比HD2芯片小很多，投影畫面在一定程度上有效消除了“晶格”效應(yīng)，一直困擾單片DLP產(chǎn)品的黑場下的圖像噪波抖動(dòng)現(xiàn)象得到明顯的改善。HD2+DMD芯片技術(shù)和制作工藝已經(jīng)比較成熟。

HD3DMD尺寸縮小為0.55英寸，有效降低了生產(chǎn)成本，微鏡翻轉(zhuǎn)角度為12°，它的分辨率為1280×720，HD3芯片使用新的黑色涂層，微鏡之間的距離更短，像素密度提升；芯片運(yùn)算速度提高，圖像動(dòng)態(tài)變化更為流暢。

xHD3是TI在2004年推出的，與HD2+的技術(shù)指標(biāo)相同，分辨率提高到了1920×1080，可滿足1080P的高清需求，通過DynamicBlack(動(dòng)態(tài)黑色補(bǔ)償)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了5000:1的理論對比度。在HD3和xHD3中都實(shí)用了菱形DMD網(wǎng)格和SmoothPicture技術(shù)，從而使高清圖像顯示更平滑、精細(xì)。當(dāng)前第90頁\共有103頁\編于星期六\18點(diǎn)

2.菱形DMD陣列在HD1、HD2和HD2+的DMD中，采用直角像素陣列和1:1的圖像像素。新的DMD菱形陣列支持1080p設(shè)備的1920×1080分辨率，具有960對列和540對行(一對行包括一行黑和一行白)。這樣在損失一些對角分辨率的情況下，菱形陣列1080PDMD芯片的尺寸與直角像素陣列720P芯片的尺寸相當(dāng)，節(jié)約了成本。圖8-23是直角像素陣列和菱形陣列示意圖圖8-23直角像素陣列和菱形陣列示意圖直角像素陣列菱形陣列12341234123412