一、投影机的分类
根据投影机成像器件核心技术的不同，可以分为CRT （阴极射线管投影机Crystal Ray Tube ）、LCD （液晶投影机Liquid Crystal Display）、LCOS(反射式液晶投影机Liquid Crystal on Silicon)和DLP （数字光学处理器投影机Digital Light Processor）四种主要类型。CRT 和LCD 投影机采用透射式投射方式，DLP 和LCOS 投影机采用反射式投射方式。
CRT(Cathode Ray Tube)技术作为投影技术领域的先驱，在20 世纪末的投影市场占据重要的地位，早期的投影机几乎都是采用CRT 投影技术。但是由于CRT 投影机的显示和发光亮度均由CRT 来完成，亮度和分辨率的矛盾成为制约CRT 技术在投影机市场进一步发展的主要因素。另外，CRT 投影机由红、绿、蓝三枪分别显示，安装调试过程非常复杂。所以现在的投影机市场，LCD 、DLP 、LCOS 等新技术早已取代了CRT 技术的投影机。LCOS 投影机由于还没解决产品良率的问题，只少量的应用于高端产品，当前市场上主流的投影机是LCD 和DLP 投影机。
下面，从技术原理角度，来分析一下LCD 投影机、DLP 投影机及LCOS 投影机的差别。
（1）LCD （Liquid Crystal Display）投影机
LCD 技术是在1968 年出现的，现在的LCD 投影机均使用3 片液晶板，分别作为红、绿、蓝三原色的成像部件，每一片液晶板上都具有屏幕图像像素点。光线通过滤光片滤掉红外线和紫外线（红外线和紫外线对LCD 片有一定的损害作用），透过两片多镜头镜片将光线均匀化，并将冷光源产生的圆锥形光柱校正为和投影图像近似的矩形光线。在两片镜子之间的棱镜将光线预先极化，然后透过一个凸透镜和偏振片。凸透镜的作用是将光线集中，偏振片则进一步将光线极化，使得光线振动方向一致，可以被液晶片控制。最后光线经过液晶片，通过电路板驱动，液晶片上的各像素点有序开闭，产生了图像。LCD 技术，采用三片显示技术，红、绿、蓝三色分别成像，颜色还原性好，性能稳定，图像层次感好。
（2） DLP （Digital Light Processing）投影机
DLP 投影系统的核心是DMD(DigitalMicromirror Device)数字微镜设备芯片。DMD 芯片是一种复杂的光开关器件，DMD 是一块通常有多达130 万个铰接安装的微镜组成的矩形阵列，每个微镜比头发丝的1/5 还小，一个微镜对应一个像素。DMD 面上的微镜安装在极小的绞链上，在DLP 投影系统中，微镜向光源倾斜时，光反射到镜头上，相当于光开关的“开”状态。当微镜向光源反方向倾斜时，光反射不到镜头上，相当于光开关的“关”状态。这就在输入DMD 的数字化数字图像信号决定每个微镜的“开”和“关”，微镜每秒“开”或“关”几千次。当微镜“开”的次数比“关”的次数多时，反射得到的是一个有灰度级的亮像素，反之，反射得到的是一个有灰度级的较暗像素。这样，DLP 投影系统中的微镜能产生的像素就有1024 级的灰度等级，将输入DMD 的视频或图形信号转换成高清晰度的、高灰度等级的图像。当DLP 投影系统的白光透过彩轮到达DMD 表面时，DMD 表面获得的是红、绿、蓝三色光，单片DLP 投影系统可产生1670 种色彩。三片式系统则可产生35 万亿种色彩。每个微镜的“开”和“关”状态是根据三基色调整的。例如，一个负责投影一个紫色像素的微镜只向投影屏幕反射红、蓝光，由于视觉暂留现象，我们眼睛看到
的不是快速交替红、蓝的光，而是混合效果紫色光。根据DLP 投影机中使用DMD 芯片的数量，分为单片（使用一片DMD 芯片）、三片（使用三片DMD 芯片）DLP 投影机。一般的DLP 投影机只有一个DMD 成像部件，三片式DLP 投影系统可实现非常高的图像质量或非常高的亮度，但成本较高，所以现在市场上绝大部分的DLP 投影机都是单片DMD 芯片的。
（3） LCOS (Liquid Crystal on Silicon) 投影机
LCOS 属于新型的反射式micro LCD 投影技术，它采用涂有液晶硅的CMOS 集成电路芯片作为反射式LCD 的基片，用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜，形成CMOS 基板，然后将CMOS 基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合，再注入液晶封装而成。LCOS 将控制电路放置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而达到更大的光输出和更高的分辨率。LCOS 也可视为LCD 的一种，传统的LCD 是做在玻璃基板上，LCOS 则是做在硅晶圆片上。前者通常用穿透式投射的方式，光利用效率低，解析度不易提高；LCOS 则采用反射式投射，光利用效率可达40%以上，而且它的最大优势是可利用目前广泛使用、便宜的CMOS 制作技术来生产，毋需额外的投资，并可随半导体制程快速的微细化，逐步提高解析度。反观高温
多晶硅LCD 则需要单独投资设备，而且属于特殊制程，成本不易降低。LCOS 面板的结构有些类似TFT LCD ，一样是在上下二层基板中间分布Spacer 加以隔绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。LCOS 面板的上基板是ITO 导电玻璃，下基板是涂有液晶硅的CMOS 基板，LCOS 面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅，因此拥有良好的电子移动率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此与现有的LCD 及DLP 投影面板相比较，LCOS 是一种很容易达到高解析度的新型投影技术。
（4） LCD 与DLP 差异
在画面色彩上，现在主流的LCD 投影机都采用红、绿、蓝三原色独立的LCD 板，能得到高保真的色彩。而同等档次的DLP 投影机，还只能用单片DMD ，只能得到较为正确的色彩，但缺乏鲜艳的色调。LCD 的第二个优点是光效率高。LCD 投影机比用相同功率光源的DLP 投影机有更高的亮度输出。LCD 投影机明显缺点是黑白层次表现太差，对比度低。LCD 投影机表现的黑色，看起来总是灰蒙蒙的，阴影部分就显得昏暗而毫无细节。分辨率低的LCD 投影机画面点阵感太强，好象是隔着网格看画面。DLP 技术是反射式投影技术，对比度和均匀性都非常出色，图像清晰度高、画面均匀稳定。最明显的优点就是外型小巧，市场上最小的DLP 投影机可以做到0.5 公斤以下，但大多数LCD 投影机的重量还要超过2.0 公斤。
（5） LCOS 与DLP 的差异
在光源利用率上LCOS 与DLP 同属于反射式显示系统，但是单片的DLP 显示是利用的时分R ，G ，B 三色显示，同一时间只有一种颜色处在工作状态，使得光通量减少，光源利用率降低，色调饱和度下降。而三片LCOS 投影机是三色同时显示，光通量大大提高，光源利用率很高，亮度和色饱和度都很好。在显示速度和带宽上，由于LCOS 制作成本低，所以很容易以低成本制成三片的LCOS 显示系统。LCOS 和DLP 采用半导体制程，其反应速度很快，可以实现很高的灰度级，使得色彩更加丰富逼真，尽管单片DLP 的显示芯片DMD 的响应速度和LCOS 差不多，但是三色时分显示要求响应速率以及显示带宽都要3 倍于三片分别处理时的速度，这样给处理器和芯片提出很高的要求，使得成本进一步的增加。DMD 制程极其复杂，目前只有TI 独家掌握，高分辨率的DMD 制作成本更高，分辨率难以进一步的提高。而LCOS 技术为多家公司共同竞争发展，技术不断提高，成本也在相应下降。
（6） LCOS 与LCD 差异
LCOS 为反射式技术，不会像LCD 光学引擎会因为光线穿透面板而大幅度降低光利用率，因此光利用率可提高至40%，与穿透式的LCD 相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。LCOS 光学引擎因为产品零件简单，因此具有低成本的优势，再加上**厂商大举投入，相较于由Epson,Sony 供货的LCD 面板、及德仪(TI)独家供应的DLP 面板，LCOS 具有成本的快速降低趋势
由于工作的需要，下面就仅对LCD 投影机的工作原理以及相关的一些情况进行详尽的阐述。
二. LCD投影机
液晶板投影机主要由光学系统、系统控制电路、图像处理电路、电源电路、驱动电路、接口电路，以及投影灯镇流器电路组成。在此仅对光学系统进行介绍。
1、液晶彩色投影机的光学系统
液晶彩色投影机的光学系统一般有两种一种是三镜头方式，一种是单镜头方式。由于
镜头方式对镜头的安装调整要求较高，体积又大、加稍有错位就会出现色不重合，即“重影”现象．严重地影响图像的清晰度。因此实用液晶彩色投影机基本采用单镜头方式。单镜头板式液晶彩色投影机的光学系统构成如图1所示。
图1单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
由图1可见，从光源发出的白光经过分色镜分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色光。其中DMl 能反射绿光，
而通过红光和蓝光，DM2能反射蓝光而通过红光。MI 、M2、M3均为反
光镜。M1将光源的白光全部反射，UV/IR 滤光镜为紫外线／红外线滤光镜，滤除不可见光的干扰。经DMl 反射的绿光再经M2反射通过聚光镜和液晶板(G)，受液晶板(G)调制的绿光通过DM3、DM4和投射镜头将绿色图像投射到银幕上。DM2反射的蓝光通过聚光镜和液晶板(B)形成受蓝光液晶板调制的蓝光。经DM3反射通过DM4和投射镜头将蓝色图像投射到银幕上。被液晶板(R)调制的红光则由M3和DM4反射后通过投射镜头将红色图像投射到银幕上。三基色图像合成后就成为全彩色图像。
单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统还有如图2—2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。
作为光源的金屈卤化物灯的光线由分色镜分为红色、绿色和蓝色三色后，用在其各自的光程上设置的液晶板(LCD)作为光阀，对应于图像信息增减其光通量。将此出射光用二向色镜再予以色合成后，用投射镜头将其放大投影于银幕上。这就是液晶投影机的光学系统概要情况。
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。如图2所示。
图2 分光棱镜式单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
1.1照明光学系
照明光学系的目的是，将光源发出的光分为红、绿、蓝各单色光后，分别照射于各自的液晶板(LCD)上。为了降低LCD 的温度，在用风扇电动强制通风的同时，用光源反射、冷光镜和UV(紫外线) ／IR(红外线) 截止滤光镜除去紫外线和红外线，抑制由照射光中不需要的能量所导致的LCD 温度上升。
各光学部件的作用
(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。
1.2投影光学系
液晶板(LCD)的单元体的透光率具有如图3所示的特征。不加电压时透光率为100％这样的LCD 通常称完全透明。面随着电压的增加，透光率将降低。
图3透光率随电压的变化情况
2．光学系统的种类
液晶彩色投影机光学系统的构成种类大体上分为三板式(如图4) 和单板(如图5) 式两种。
图4 单板式
图5 三板式
一、投影机的分类
根据投影机成像器件核心技术的不同，可以分为CRT （阴极射线管投影机Crystal Ray Tube ）、LCD （液晶投影机Liquid Crystal Display）、LCOS(反射式液晶投影机Liquid Crystal on Silicon)和DLP （数字光学处理器投影机Digital Light Processor）四种主要类型。CRT 和LCD 投影机采用透射式投射方式，DLP 和LCOS 投影机采用反射式投射方式。
CRT(Cathode Ray Tube)技术作为投影技术领域的先驱，在20 世纪末的投影市场占据重要的地位，早期的投影机几乎都是采用CRT 投影技术。但是由于CRT 投影机的显示和发光亮度均由CRT 来完成，亮度和分辨率的矛盾成为制约CRT 技术在投影机市场进一步发展的主要因素。另外，CRT 投影机由红、绿、蓝三枪分别显示，安装调试过程非常复杂。所以现在的投影机市场，LCD 、DLP 、LCOS 等新技术早已取代了CRT 技术的投影机。LCOS 投影机由于还没解决产品良率的问题，只少量的应用于高端产品，当前市场上主流的投影机是LCD 和DLP 投影机。
下面，从技术原理角度，来分析一下LCD 投影机、DLP 投影机及LCOS 投影机的差别。
（1）LCD （Liquid Crystal Display）投影机
LCD 技术是在1968 年出现的，现在的LCD 投影机均使用3 片液晶板，分别作为红、绿、蓝三原色的成像部件，每一片液晶板上都具有屏幕图像像素点。光线通过滤光片滤掉红外线和紫外线（红外线和紫外线对LCD 片有一定的损害作用），透过两片多镜头镜片将光线均匀化，并将冷光源产生的圆锥形光柱校正为和投影图像近似的矩形光线。在两片镜子之间的棱镜将光线预先极化，然后透过一个凸透镜和偏振片。凸透镜的作用是将光线集中，偏振片则进一步将光线极化，使得光线振动方向一致，可以被液晶片控制。最后光线经过液晶片，通过电路板驱动，液晶片上的各像素点有序开闭，产生了图像。LCD 技术，采用三片显示技术，红、绿、蓝三色分别成像，颜色还原性好，性能稳定，图像层次感好。
（2） DLP （Digital Light Processing）投影机
DLP 投影系统的核心是DMD(DigitalMicromirror Device)数字微镜设备芯片。DMD 芯片是一种复杂的光开关器件，DMD 是一块通常有多达130 万个铰接安装的微镜组成的矩形阵列，每个微镜比头发丝的1/5 还小，一个微镜对应一个像素。DMD 面上的微镜安装在极小的绞链上，在DLP 投影系统中，微镜向光源倾斜时，光反射到镜头上，相当于光开关的“开”状态。当微镜向光源反方向倾斜时，光反射不到镜头上，相当于光开关的“关”状态。这就在输入DMD 的数字化数字图像信号决定每个微镜的“开”和“关”，微镜每秒“开”或“关”几千次。当微镜“开”的次数比“关”的次数多时，反射得到的是一个有灰度级的亮像素，反之，反射得到的是一个有灰度级的较暗像素。这样，DLP 投影系统中的微镜能产生的像素就有1024 级的灰度等级，将输入DMD 的视频或图形信号转换成高清晰度的、高灰度等级的图像。当DLP 投影系统的白光透过彩轮到达DMD 表面时，DMD 表面获得的是红、绿、蓝三色光，单片DLP 投影系统可产生1670 种色彩。三片式系统则可产生35 万亿种色彩。每个微镜的“开”和“关”状态是根据三基色调整的。例如，一个负责投影一个紫色像素的微镜只向投影屏幕反射红、蓝光，由于视觉暂留现象，我们眼睛看到
的不是快速交替红、蓝的光，而是混合效果紫色光。根据DLP 投影机中使用DMD 芯片的数量，分为单片（使用一片DMD 芯片）、三片（使用三片DMD 芯片）DLP 投影机。一般的DLP 投影机只有一个DMD 成像部件，三片式DLP 投影系统可实现非常高的图像质量或非常高的亮度，但成本较高，所以现在市场上绝大部分的DLP 投影机都是单片DMD 芯片的。
（3） LCOS (Liquid Crystal on Silicon) 投影机
LCOS 属于新型的反射式micro LCD 投影技术，它采用涂有液晶硅的CMOS 集成电路芯片作为反射式LCD 的基片，用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜，形成CMOS 基板，然后将CMOS 基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合，再注入液晶封装而成。LCOS 将控制电路放置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而达到更大的光输出和更高的分辨率。LCOS 也可视为LCD 的一种，传统的LCD 是做在玻璃基板上，LCOS 则是做在硅晶圆片上。前者通常用穿透式投射的方式，光利用效率低，解析度不易提高；LCOS 则采用反射式投射，光利用效率可达40%以上，而且它的最大优势是可利用目前广泛使用、便宜的CMOS 制作技术来生产，毋需额外的投资，并可随半导体制程快速的微细化，逐步提高解析度。反观高温
多晶硅LCD 则需要单独投资设备，而且属于特殊制程，成本不易降低。LCOS 面板的结构有些类似TFT LCD ，一样是在上下二层基板中间分布Spacer 加以隔绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。LCOS 面板的上基板是ITO 导电玻璃，下基板是涂有液晶硅的CMOS 基板，LCOS 面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅，因此拥有良好的电子移动率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此与现有的LCD 及DLP 投影面板相比较，LCOS 是一种很容易达到高解析度的新型投影技术。
（4） LCD 与DLP 差异
在画面色彩上，现在主流的LCD 投影机都采用红、绿、蓝三原色独立的LCD 板，能得到高保真的色彩。而同等档次的DLP 投影机，还只能用单片DMD ，只能得到较为正确的色彩，但缺乏鲜艳的色调。LCD 的第二个优点是光效率高。LCD 投影机比用相同功率光源的DLP 投影机有更高的亮度输出。LCD 投影机明显缺点是黑白层次表现太差，对比度低。LCD 投影机表现的黑色，看起来总是灰蒙蒙的，阴影部分就显得昏暗而毫无细节。分辨率低的LCD 投影机画面点阵感太强，好象是隔着网格看画面。DLP 技术是反射式投影技术，对比度和均匀性都非常出色，图像清晰度高、画面均匀稳定。最明显的优点就是外型小巧，市场上最小的DLP 投影机可以做到0.5 公斤以下，但大多数LCD 投影机的重量还要超过2.0 公斤。
（5） LCOS 与DLP 的差异
在光源利用率上LCOS 与DLP 同属于反射式显示系统，但是单片的DLP 显示是利用的时分R ，G ，B 三色显示，同一时间只有一种颜色处在工作状态，使得光通量减少，光源利用率降低，色调饱和度下降。而三片LCOS 投影机是三色同时显示，光通量大大提高，光源利用率很高，亮度和色饱和度都很好。在显示速度和带宽上，由于LCOS 制作成本低，所以很容易以低成本制成三片的LCOS 显示系统。LCOS 和DLP 采用半导体制程，其反应速度很快，可以实现很高的灰度级，使得色彩更加丰富逼真，尽管单片DLP 的显示芯片DMD 的响应速度和LCOS 差不多，但是三色时分显示要求响应速率以及显示带宽都要3 倍于三片分别处理时的速度，这样给处理器和芯片提出很高的要求，使得成本进一步的增加。DMD 制程极其复杂，目前只有TI 独家掌握，高分辨率的DMD 制作成本更高，分辨率难以进一步的提高。而LCOS 技术为多家公司共同竞争发展，技术不断提高，成本也在相应下降。
（6） LCOS 与LCD 差异
LCOS 为反射式技术，不会像LCD 光学引擎会因为光线穿透面板而大幅度降低光利用率，因此光利用率可提高至40%，与穿透式的LCD 相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。LCOS 光学引擎因为产品零件简单，因此具有低成本的优势，再加上**厂商大举投入，相较于由Epson,Sony 供货的LCD 面板、及德仪(TI)独家供应的DLP 面板，LCOS 具有成本的快速降低趋势
由于工作的需要，下面就仅对LCD 投影机的工作原理以及相关的一些情况进行详尽的阐述。
二. LCD投影机
液晶板投影机主要由光学系统、系统控制电路、图像处理电路、电源电路、驱动电路、接口电路，以及投影灯镇流器电路组成。在此仅对光学系统进行介绍。
1、液晶彩色投影机的光学系统
液晶彩色投影机的光学系统一般有两种一种是三镜头方式，一种是单镜头方式。由于
镜头方式对镜头的安装调整要求较高，体积又大、加稍有错位就会出现色不重合，即“重影”现象．严重地影响图像的清晰度。因此实用液晶彩色投影机基本采用单镜头方式。单镜头板式液晶彩色投影机的光学系统构成如图1所示。
图1单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
由图1可见，从光源发出的白光经过分色镜分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色光。其中DMl 能反射绿光，
而通过红光和蓝光，DM2能反射蓝光而通过红光。MI 、M2、M3均为反
光镜。M1将光源的白光全部反射，UV/IR 滤光镜为紫外线／红外线滤光镜，滤除不可见光的干扰。经DMl 反射的绿光再经M2反射通过聚光镜和液晶板(G)，受液晶板(G)调制的绿光通过DM3、DM4和投射镜头将绿色图像投射到银幕上。DM2反射的蓝光通过聚光镜和液晶板(B)形成受蓝光液晶板调制的蓝光。经DM3反射通过DM4和投射镜头将蓝色图像投射到银幕上。被液晶板(R)调制的红光则由M3和DM4反射后通过投射镜头将红色图像投射到银幕上。三基色图像合成后就成为全彩色图像。
单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统还有如图2—2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。
作为光源的金屈卤化物灯的光线由分色镜分为红色、绿色和蓝色三色后，用在其各自的光程上设置的液晶板(LCD)作为光阀，对应于图像信息增减其光通量。将此出射光用二向色镜再予以色合成后，用投射镜头将其放大投影于银幕上。这就是液晶投影机的光学系统概要情况。
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。如图2所示。
图2 分光棱镜式单镜头三板式液晶彩色投影机的光学系统
1.1照明光学系
照明光学系的目的是，将光源发出的光分为红、绿、蓝各单色光后，分别照射于各自的液晶板(LCD)上。为了降低LCD 的温度，在用风扇电动强制通风的同时，用光源反射、冷光镜和UV(紫外线) ／IR(红外线) 截止滤光镜除去紫外线和红外线，抑制由照射光中不需要的能量所导致的LCD 温度上升。
各光学部件的作用
(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。
1.2投影光学系
液晶板(LCD)的单元体的透光率具有如图3所示的特征。不加电压时透光率为100％这样的LCD 通常称完全透明。面随着电压的增加，透光率将降低。
图3透光率随电压的变化情况
2．光学系统的种类
液晶彩色投影机光学系统的构成种类大体上分为三板式(如图4) 和单板(如图5) 式两种。
图4 单板式
图5 三板式