专利名称：教学用投影机的制作方法
技术领域：
到目前为止，广泛用于教学、会议、演示场合的比较先进的投影机主要通过三种显示技术实现，即CRT(阴极射线管)投影技术、LCD(液晶显示)投影技术以及近些年发展起来的DLP(数字光处理器)投影技术。上述三种投影技术的现状简单说明如下CRT是英文Cathode Ray Tube的缩写，译作阴极射线管。作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一处显示技术。这种投影机可把输入信号源分解成R(红)、G(绿)B(蓝)三色并投射到CRT管的荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光系统放大、会聚，在屏幕上显示出彩色图像。这种由光学系统与RT管组成的投影机，通常又称为三枪投影机。由于使用内光源，也叫主动式投影方式。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，其亮度值始终俳徊在3001m，即300流明以下。另外CRT投影机操作复杂，特别是会聚调整繁琐，机身体积大，只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所，不宜经常搬动。
LCD是Liquid Cristal Display(液晶显示)的英文缩写。LCD投影机又分为液晶板和液晶光阀两种。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-550C-+770C。这类投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。下面分别简要地说明两种LCD投影机的原理。
液晶光阀投影机它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机和液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，它采用外光源，也叫被动式投影机。一般的光阀主要由三部分组成光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号外光源产生一束强光，投射到液晶光阀上，由内部的镜子反射，通过光调制器，改变其光学特性，紧随光阀的偏振滤光片，将滤去其它方向的光，而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过，这个光与CRT信号相复合，投射到大屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达6000流明，分辨率为2500×2000，适用于环境光较强，观众较多的场合，如超大规模的指挥中心，会议中心及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光阀不易维修。主要品牌有休斯-JVC，Ampro等。
液晶板投影机它的成像器件是液晶板，也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP(冷光源)，若是三块LCD板设计的则把强光通过分光镜形成RGB(红绿兰)三束光，分别透射过RGB三色液晶板信号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶单元的开启、闭合，从而控制光路的通或断，再经镜子合光，由光学镜头放大，显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比校流行单片设计(LCD单板，光线不用分离)。这种投影机体积小，重量轻，操作、携带方便。但其光源寿命短，色彩不很均匀，分辨率较低。最高分辨率为1024×768，多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号，但液晶本身的物理特性，决定了它的响应速度慢，随着时间的推移，性能有所下降。
LCD技术的一个先天不足就是亮度损失问题。由于液晶板上覆盖有栅格，会阻挡光线透过，高分辨率时问题尤其严重，甚至会有60％的光线由此损失掉，严重影响了LCD投影机的亮度表现。为了解决这一问题，EPSON采用了微透镜技术，在第一个栅格后面放置了一个微型透镜以补偿光线损失，这样显示著的提高了光透过效率，使得亮度输出可以超过1000流明。SONY也采用了一种复眼透镜技术，不过这种技术的目的是提高亮度均匀性。由于光路设计上的因素，投影机产生的图像中心区域的亮度往往都比屏幕边缘要亮一些，这和一盏白炽灯在地面上的投射效果颇为相似。复眼透镜技术使投影机光源发射出的光线以相同的角度投射到液晶板上，均匀度提高到95％以上。
DLP是英文Digital Light porcessor的缩写，译作数字光处理器。又称数码投影机，它以DMD(Digital Micormirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件。
DLP投影机的技术关键点如下数字技术的采用，使图像灰度等级达256-1024级，色彩2563-10243种，像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久犹新。其次是其反射优势。反射式DMD器件的应用，使成像器件的总光效率达60％以上，对比度和亮度的均匀性都非常出色。在DMD块上，每一个像素的面积为16μm×16，间隔为1μm。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为单片机、两片机、三片机。DLP投影机清晰度高、画面均匀、色彩锐利，三片机亮度可达2000流明以上，它抛弃了传统意义上的会聚，可随意变焦，调整十分便利分辨率高，不经压缩分辨率可达1024×768(有些机型的最新产品的分辨率已经达到1280×1024)LCD的核心部件是液晶板，目前只有爱普生和夏普两家公司提供，其中三板投影用小尺寸(1英寸左右)高分辨率液晶在国内价格较高，而且在国内市场上很难买到；DLP中的关键芯片-DMD，依然由德州仪器一家控制，虽然有其它厂商宣称可以生产，但根本无法实现批量供货，而德州仪器的产量也很有限，能够得到DMD芯片的投影机厂商屈指可数。
TFT(Thin Film Transistor)液晶板是一种薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，它在每个像素点上设计一个场效应管，易实现真色彩、高分辨率；目前，TFT液晶板一般已具有国际先进水平8bit以上的彩色，VGA(640*480)、SVGA(800*600)、XGA(1024*768)、SXGA(1280*1024)甚至UXGA(1600*1200)的分辨率；其质量品质较优、价格居中，是目前液晶显示领域令人关注的技术之一。
上述技术方案中，光源是必不可少的部分。但是在中国以及广大发展中国家和地区，很多部门尤其是教育部门，普遍配备的只有使用胶片的静态投影机，无法播放动态图像。对这样的用户而言，使用上述技术中的带光源的投影仪价格太高，在3万元人民币以上，而且一旦使用，原有胶片投影设备就不得不闲置、废弃，造成浪费。
本实用新型的目的，在于利用现有的胶片投影机设备，附加一种装置，既可保留胶片投影机的现有功能，又可播放电视、VCD、录像机以及计算机的动态图像的投影机。
本实用新型的目的是通过利用现有的胶片投影机的光源和光路设备，外加一块液晶板，与该液晶板同时提供的计算机信号电路、视频电路、驱动电路和置于液晶板上方一个透镜组的设计实现的。
本实用新型的教学用投影机，由胶片投影机及附加装置构成，所述胶片投影机包括透镜，台面及镜头；所述附加装置由位于胶片投影机的台面上、镜头之下的带中央空洞的盒体，设在盒体上的信号输入插孔，上下双面凸透镜，与盒体固定的外壁，与外壁螺纹联结且与上下双面凸透镜周边固定的内壁，电路板，液晶板，从盒体引出且外端带有插头的计算机信号输入线、输出线以及与电路板相连的带有电源插头的电源线、两端带有信号插头的信号线构成；所述电路板固定在盒体内，其上设有计算机信号电路、相连的视频电路及驱动电路，驱动电路输出连接液晶板，信号输入插孔与视频电路的输入端相连，计算机信号输入线、输出线的内端分别与计算机信号电路的输入端及输出端连接；液晶板水平地卡接在盒体的中央空洞处，盒体的中央空洞位于胶片投影机透镜的正上方，液晶板所在高度的光截面积与液晶板的面积相当。
本实用新型的教学用投影机，在附加装置的液晶板与双面凸透镜之间设有周边与内壁固定的上下双面凹透镜。该上下双面凹透镜与双面凸透镜配合，对光线进行矫正，有效地减少图像边缘色散和模糊现象。
本实用新型的教学用投影机，所述的液晶板为TFT彩色液晶板或黑白液晶板。
本实用新型的教学用投影机的优点在于胶片投影机已较广泛地用于教学领域；胶片投影机的亮度普遍较高，通常可以达到3000流明左右。TFT液晶板视其尺寸，光能损失比率有所不同，一般在60％-75％之间，所以胶片投影机在使用了该设备后播放动态图像时的亮度仍可以达到600-1000流明甚至更高，基本可以满足普通教学的需要，并且不用对原有教学用胶片投影机进行任何的改动。
该教学用投影机的使用方法简单，只要接通电源和信号，将附加装置盒体的中心空洞处对准胶片投影机的透镜，装置平放在加电的胶片投影机台面上即可。
本实用新型的教学用投影机，其工作原理及所用电路简述如下许多有关液晶的文献中都提出，可以将TFT液晶板直接置于平行白光源上即可产生投影。但这些观点并未经过实践检验，在实际使用中是不具备意义的。原因在于液晶尺寸小于光源的尺寸，以胶片投影机为例，其台面有效面积至少有A4幅面即21*29.7＝623.7平方厘米，而一块6英寸液晶的面积仅有6*0.8*6*0.6*2.54*2.54＝111平方厘米，是台面面积的17.8％。也就是说有超过80％的光能被浪费，加上液晶内的栅格，能获得的亮度仅有3000*17.8*30％＝60流明。
通过研究发现，胶片投影机的光源发出的白光，经过了灯头外的透镜和隔热玻璃后，并不是平行光，而是锥体形光。其焦点在投影机的台面和镜头之间。本设备就是利用这一特性设计，提高液晶的位置，使得在其所在高度的光截面积基本等于液晶板面积，从而实现对光能的最大程度的利用，确保投影获得较高亮度。
将液晶位置上移后，在原有的透镜焦距和投影机上部镜头高度可调节范围内，难以对准焦距，图像模糊，所以在液晶板和胶片投影机原有镜头之间再增加一块可通过螺纹调节的上下活动的双面凸透镜，使焦点对实。为了消除该凸透镜所造成的曲边矩形轮廓和边缘色散，还可在光路上的该凸透镜下方增加一块同时可调节的双面凹透镜，从而获得效果较好的图像质量。经电路板的电路处理的动态图像，在液晶板上形成，通过透镜组汇聚于原有的胶片投影机的镜头处，最后，经镜头反射投影到大屏幕或墙壁上。本投影机附加装置的电路板与液晶板，均可在市场上购买到，如可播放电视、VCD、录像机的动态图像电路与液晶板，可采用河南省郑州市的友利华高科技开发有限公司生产的YV系列彩色液晶监视器，它是将相连的视频电路及驱动电路做成一体并与TFT液晶板联结成整体出售，即YV系列彩色液晶监视器；可播放计算机的动态图像的电路板，亦有成品市售，如可采用台湾圆刚公司生产的AverKey系列产品，其中的KeyPro价格在700元左右，北京中关村的中恒讯视科技发展中心有AverKey系列产品销售，该电路板的输入通过计算机信号输入线由计算机显示输出口(即显卡输出口)提供，其输出通过计算机信号输出线直接插入信号输入插孔即可，计算机信号输出经过彩色液晶监视器的视频电路、驱动电路及彩色液晶板，会聚、投影到大屏幕上，显示计算机输出画面。
下面结合实施例对本实用新型的教学用投影机作进一步说明。
实施例1。
图1为本实施例的教学用投影机附加装置的结构示意图。
图2为本实施例的教学用投影机的工作原理示意图。
图3为本实施例1所述附加装置的构成框图。
参见
图1-图3。
本实施例的教学用投影机，由胶片投影机及附加装置构成，所述胶片投影机包括透镜8，台面9及镜头10；所述附加装置由位于胶片投影机的台面9上、镜头10之下的带中央空洞的盒体1，设在盒体1上的信号输入插孔11，上下双面凸透镜3，与盒体1固定的外壁6，与外壁6螺纹联结且与上下双面凸透镜3周边固定的内壁7，电路板5，液晶板2，从盒体1引出且外端带有插头的计算机信号输入线、输出线以及与电路板5相连的带有电源插头的电源线、两端带有信号插头的信号线构成；所述电路板5固定在盒体1内，其上设有计算机信号电路、相连的视频电路及驱动电路，驱动电路输出连接液晶板2，信号输入插孔11与视频电路的输入端相连，计算机信号输入线、输出线的内端分别与计算机信号电路的输入端及输出端连接；液晶板2水平地卡接在盒体1的中央空洞处，盒体1的中央空洞位于胶片投影机透镜8的正上方，液晶板2所在高度的光截面积与液晶板2的面积相当。
本实施例的教学用投影机，在附加装置的液晶板2与双面凸透镜3之间还设有周边与内壁7固定的上下双面凹透镜4。
本实施例的教学用投影机，所述的液晶板2为TFT彩色液晶板。
本实施例1的教学用投影机，通过信号线的插头将电视，VCD或录像机的输出联结到信号输入插孔，开机后，即可静、动态地显示电视，VCD或录像机的图像；本实施例1既保留了现有胶片投影机的显示胶片静态画面的功能，又可播放电视、VCD、录像机的动、静态图像；所述的电路及彩色液晶板采用河南省郑州市的友利华高科技开发有限公司生产的YV系列彩色液晶监视器；所述的计算机信号电路采用台湾圆刚厂生产的KeyPro产品。
实施例2。
图4。为本实施例2所述附加装置的构成框图。
参见
图1，图2及图4。
本实施例2的教学用投影机，其构成与实施例1相同；但将计算机信号输入线与计算机显示输出联结，计算机信号输出线直接插入信号输入插孔，使计算机信号电路的输出作为视频驱动电路的输入，从而播放计算机输出的静、动态画面。
本实施例2的教学用投影机，既保留胶片投影机的现有功能，又可播放计算机的动态图像，适于计算机教学，特别适于互联网上教学。
权利要求1.一种教学用投影机，由胶片投影机及附加装置构成，所述胶片投影机包括透镜(8)，台面(9)及镜头(10)；其特征在于所述附加装置由位于胶片投影机的台面(9)上、镜头(10)之下的带中央空洞的盒体(1)，设在盒体(1)上的信号输入插孔(11)，上下双面凸透镜(3)，与盒体(1)固定的外壁(6)，与外壁(6)螺纹联结且与上下双面凸透镜(3)周边固定的内壁(7)，电路板(5)，液晶板(2)，从盒体(1)引出且外端带有插头的计算机信号输入线、输出线以及与电路板(5)相连的带有电源插头的电源线、两端带有信号插头的信号线构成；所述电路板(5)固定在盒体(1)内，其上设有计算机信号电路、相连的视频电路及驱动电路，驱动电路输出连接液晶板(2)，信号输入插孔(11)与视频电路的输入端相连，计算机信号输入线、输出线的内端分别与计算机信号电路的输入端、输出端连接；液晶板(2)水平地卡接在盒体(1)的中央空洞处，盒体(1)的中央空洞位于胶片投影机透镜(8)的正上方，液晶板(2)所在高度的光截面积与液晶板(2)的面积相当。
2.根据权利要求1所述的教学用投影机，其特征在于在附加装置的液晶板(2)与双面凸透镜(3)之间设有周边与内壁(7)固定的上下双面凹透镜(4)。
3.根据权利要求1或2所述的教学用投影机，其特征在于所述的液晶板(2)为TFT彩色液晶板或黑白液晶板。
专利摘要本实用新型涉及一种教学用投影机,由胶片投影机及附加装置构成;附加装置由带中央空洞的盒体,上下双面凸镜,与盒体固定的外壁,与外壁螺纹联结且与上下双面凸镜周边固定的内壁,计算机信号、视频驱动电路板,与视频驱动输出连接且水平地卡接在盒体的中央空洞处的液晶板,分别与计算机信号的输入、输出端连接的计算机信号输入、输出线,电源线及信号线构成;液晶板所在高度的光截面积与液晶板的面积相当;该机可播放动、静态图像。
文档编号G02B27/18GK2470855SQ0121875
公开日2002年1月9日 申请日期2001年4月3日 优先权日2001年4月3日
发明者姜剑涛, 易亮, 叶峥 申请人:姜剑涛, 易亮, 叶峥