投影机光学系统简介

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1、投影機光學系統簡介第一章：前言如圖中所示，為一液晶投影器顯示系統之簡圖。在此中，我們將其分為三個部分，1.照明系統、2.投影顯示系統、3.量測在照明系統部份中，我們要討論的是呈像與非呈像光學，另外，也會探討極化光學的部分。在第二個部份中，要讓學員了解到液晶的工作原理和鏡頭呈像的工作原理。另外在鏡頭呈像出去到屏幕的上方，我們要了解到一些繞射光學的概念。第三，在量測部分，學員必須具備光度學與色度學的基本概念，才可以分析出呈像品質的好壞。2-1依顯示元件分類接下來在第一部份中，我們就依照顯示元件，將其分為LCD,LCOS和DLP。如圖中顯

2、示是LCD的實物圖，以及其之對應投影機的光機架構示意圖。LCD為LiquidCrystalDisplay的簡稱，為穿透式之面板，這種微型面板技術開發最早，迄今已經有相當成熟的產品，主要有SHARP，EPSON，SONY三大廠牌，其中SHARP的3.6吋與6.4吋LCD面板，以及SONY的1.6吋LCD面板主要是搭配單片光機設計，而三片式光機引擎則採用1.8吋、1.3吋、0.9吋、0.7吋、0.5吋等LCD為其面板。而此類型之光機面板則主樣有SONY、或EPSON兩家廠商所供應。如圖中所示是LCOS之實物圖，以及他所對應之投影機光機架

3、構示意圖，LCOS為LiquidCrystalonSilicon之簡稱，不同於穿透式之面板，其為反射式之面板。在看好未來背投影是電視以及液晶投影之市場發展潛力下，國內廠商繼大使吋TFT之後，已經注意到液晶投影器關鍵零組件、反射式單精細，也就是LCOS面板的開發。而由於LCD與DLP僅有少數幾家日本以及美國公司能夠供應，是屬於寡占的市場，因此這種使用半導體為機版的LCOS，史的台灣在發展上有著較大之優勢，也因此吸引較多的廠商來投注開發。如圖中所示為DMD之實物圖，以及其以及他所對應之投影機光機架構示意圖。DMD為DigitalMicr

4、o-mirrorDevice之簡稱，是由美國德州儀器TI，其利用微積電，mans之製程方式所研發的微型顯示器，DMD面板加上TI提供的驅動電路板，統稱為DLP，也就是所謂的DigitalLightProcess技術。單片式DLP光機設計在光線的處理方面，比LCD來的簡單，由於影像顯示版並沒有偏極化的限制，再加上分合色系統是由色盤，也就是所謂的colorwheel以及電子軟體所同完成，其光學架構大大的簡化，非常適合於大量生產。2-2依顯示元件數目分類接下來我們依照顯示元件數目，將其分為singlepanel、twopanels、和th

5、reepanels三種。如圖中顯示的，是使用單片示LCD所組成的光機系統。此設計採用sony出產的1.6吋微型面板，主要光路是利用拋霧燈於非球面透鏡，將光線匯聚於積分透境內，將光束均勻化後，做一極化轉換。平行的打入紅藍綠三面濾鏡，而由於紅藍綠三面濾鏡的角度相隔2-4度，引此使得出色的紅藍綠色光，各以角度相隔4-8度打到液晶面板上面。接下來我們來看在微型面板上面，內置於液晶面板上的microlens，其中每一顆微小透鏡，將三束不同方向的光，送至R、G、BLCDxel上，形成一完整畫素，此類型光機利用R、G、B分合光的技術，所以光的利用

6、效率會比較好，但由於雙色鏡對於光的角度較為敏感，同時和液晶面板的對位公差都非常的嚴格，這使得光機引擎的設計都非常的複雜，組裝公差上都非常言嚴格，所以量產上會有很大的瓶頸。這是目前單光路穿透式LCD面板所面臨到的一個技術困難。圖中顯示的是使用單片示DMD所組成的光機系統，如圖面所示，光源通常搭配一橢球型反射器，將光線具焦於積分光管，也就是Integratorrod的入口處，光光管中達到均勻化後，經過傳遞透鏡，也就是relaidlens呈像於DMD上面，而單片式的DLP光機的照明系統設計，在不同的引擎架構中相當類似，尤其以光均勻化和分色

7、元件的一致性更高。圖中顯示的是使用雙片示DMD所組成的光機系統，其架構與單片式DMD之架構類似，而目前市面上較少見到兩片式之光機架構，相較於單片式光機，主要應用於簡報用攜帶型之市場，兩片式之光機架構則是針對少量、高單價的professional之市場。圖中顯示的是使用三片式LCD所組成的光機系統，如圖面所顯示，光源通常搭配一拋霧燈，在光機架構內分為紅、藍、綠三種不同顏色之光路，透過照明系統之設計，均勻且有效的照射在LCD面板上，另外，圖中將某一顏色，以此為例為紅色之照明通道relay之設計，搭配光和元件，如圖中所示之x-prism，

8、使得光機可以縮小化，是目前LCD三片式光機最成熟之光學設計。圖中顯示的是使用三片式DMD所組成的光機系統，同樣是將光線分成紅藍綠三種不同顏色之光路，均勻且有效率的照射在DMD面板上，不同於單片式的DMD，此種三片式之DMD光學架構，主