专利名称：使用边缘弥散技术的彩色液晶视频投影装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于成象光路设计技术领域，特别涉及对液晶式投影装置的改进设计。
传统的液晶式投影装置成本高昂，其原因在于使用了三块独立的单色液晶光阀，由光学系统将光源所发出的白光分解成红、绿、蓝三色光，分别通过三块液晶光阀，由光学装置将三色图象合成为彩色图象，最后进行投影。这不仅需要三套液晶屏及其驱动电路，而且光学系统复杂，并要求很高的精度，投影镜头也需要昂贵的大相对孔径的消色差物镜。虽然其分辨率较高，可达1000线，但目前的电视信号分辨率远低于此。这种投影装置难于在普通家庭或单位中大量使用。
随着液晶显示技术的进步，300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT薄膜晶体管真彩液晶显示屏开始作为液晶小彩电的显示器件大量生产和应用，价格也变得很低廉。如果直接用这种液晶显示屏作为光阀进行投影，由于其采用三基色的点阵显示原理形成彩色，当被高倍投影放大后，图象的栅格非常明显，难以观看，同时由于这种彩色液晶显示屏透光能力差，使图象暗淡。因此这种投影装置投影尺寸小，成象质量不佳，没有实用价值。
本实用新型的目的在于，为克服已有技术的不足之处，针对300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的真彩液晶显示屏的性能以及结构特点，提出了一种新的成象技术并设计了由相应的光学成象系统及光源等其他辅助元件所构成的彩色液晶视频投影装置。这种投影装置画面柔和，适合观看，还大大降低了成本，适于在普通家庭或单位中大量使用。
本实用新型提出一种使用边缘弥散技术的彩色液晶视频投影装置，包括由光源、反光罩、聚光元件组成的投影单元，置于投影单元光路中的液晶显示屏，以及与液晶显示屏相连的由液晶驱动电路、视频-色差解码电路、中频放大电路、音频功率放大电路、电调谐高频头组成的彩色电视信号接收单元，其特征在于，所说的液晶显示屏为300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT真彩液晶显示屏，还包括置于投影单元光路中的两块非消色差正透镜组成的光学校正组件。
所说的两块非消色差正透镜可为焦距为200mm-350mm的一片平凸型正透镜和焦距为120mm-350mm的一片凹凸型正透镜，两透镜的凸面均朝向液晶屏，两透镜之间的距离d可为0-20mm，透镜组相对口径可为1∶1.5-1∶0.6。
本实用新型的成象技术称之为“边缘弥散技术”，根据此原理设计的投影镜片组由两块正透镜组成，为非消色差透镜。在光学系统中，在对彩色图象成象时，为了不产生色差，必须采用消色差透镜，才能获得良好的成象质量，但在本实用新型中，通过边缘弥散技术，却使得最终成象并没有色差，并且与使用消色差透镜组相比，画面没有了明显的栅格现象，画面柔和，适合观看，还大大降低了成本。本实用新型的镜片组同时对边缘畸变等象差进行了校正。
边缘弥散技术是针对三基色点阵的TFT真彩液晶显示屏而提出的。此类显示屏的彩色成象原理是在单片显示屏上的红、绿、蓝三色象素交替排列，分别对红、绿、蓝三色信号进行显示，作为液晶小彩电使用时，由于象素点小，人眼分辨不出各个象素，反映在人眼中，就是彩色的画面，但当其应用于投影时，由于被几十倍的放大，当使用一般投影系统的物镜时，每个点均被精确的成象在屏幕上；人眼看到的不再是彩色的画面，而是明显的三色栅格，如
图1所示。而边缘弥散技术是使用专门设计的非消色差透镜，使得象素的成象并不是精确的一个个分立的方格，而是一个有一定半径的圆斑，这些斑的边缘部分互相叠加混合，形成彩色的图象，如图2所示。但过大的弥散又会造成图象模糊，降低分辨率，因此，镜头的设计要满足能够形成有一定尺寸和叠加率的象素点。
消色差的镜头由于对各个颜色的成象平面的位置都相同，因此不适合形成边缘弥散效应。而具有某种色差和象差的非消色差镜片组则有可能实现所要求的边缘弥散效应，光学原理解释如图3所示，图3-1和图3-2分别表示非消色差正透镜和消色差正透镜的基本性质，对于白光，非消色差正透镜对不同波长的光的折射率不同，因此红、绿、蓝三色的焦点位置不同，而消色差正透镜由于使用折射率不同的正、负透镜组合，使各个波长的光成象在一个焦点上。图3-3和图3-4分别表示两种透镜对三基色点阵式液晶显示屏的成象原理，采用非消色差透镜成象为互相有一定重合率的色斑，而采用消色差透镜成象为三个分离的色点。
图4是应用在本实用新型中的光学校正组件的投影物镜。该投影物镜有两片正透镜组成，镜片2是一片平凸型正透镜，焦距为200mm-350mm，直径根据液晶显示屏而定，当采用4英寸液晶屏时，直径为100mm左右，当采用6英寸液晶屏时，直径为120mm左右。该透镜在光学上起主成象作用，透镜1是焦距、几何失真、象差校正镜片，为凹凸型正透镜，焦距为120mm-350mm，它和透镜2一起实现了边缘弥散的成象，同时，透镜1还起矫正大投影像的边缘弯曲的作用和改变焦距的作用，当采用不同焦距的透镜1时，可使屏幕尺寸在50英寸到150英寸之间变化。透镜1和2之间的距离d为0-20mm。透镜1和2的凸面均朝向液晶屏。透镜1和2的对光学玻璃材质没有要求。光轴同心度要求也较低，同时，由于透镜组结构简单，只需两片透镜，其通光孔径可为1∶1.5-1∶0.6的大相对孔径，而由大相对孔径造成的象差和色差可被边缘弥散技术减弱，从而克服了使用传统消色差投影物镜或变焦物镜通光孔径小，屏幕亮度较暗的缺点。
本实用新型的结构及原理如图5所示。图中，来自闭路线或天线的射频RF信号进入电调谐高频头，经过选台调谐后，得到IF中频信号，该信号进入中频放大电路板，经过放大—检波后，输出视频信号和音频信号，音频信号输出到音频功率放大板放大后推动扬声器发声，视频信号送入视频—色差解码板，经过处理后，得到R-GB色差信号，以上信号通过视频AD转换后，得到数字信号。最后通过液晶驱动电路，驱动液晶屏进行显示，另外，来自VCD机，录相机的音视频信号，可以直接送到音频功率放大板和视频—色差解码板。上述电路均属公知技术，在此不予赘述。
本实用新型利用分辨率为300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT真彩液晶显示屏作为光阀，使用根据边缘弥散技术设计的大孔径非消色差镜头作为投影物镜，采用功率为150W-750W卤钨灯或金属卤素灯或高压氙灯作为光源的可接收射频信号和音、视频信号的视频投影显示装置。其主要特点是可接收视频信号和射频信号，成本低廉，对比度、色彩还原度好，画面柔和，没有明显的栅格现象，分辨率能满足播放电视图象的要求，画面尺寸为50英寸到150英寸。
附图简要说明
图1为显示屏彩色成象的三色栅格示意图。
图2为采用边缘弥散技术形成彩色的图象示意图。
图3分别表示两种透镜对白光及三基色点的成象原理示意图。
图4为本实用新型采用的光学校正组件示意图。
图5是本实用新型的结构及原理框图。
图6为本实用新型的实施例一的结构示意图。
图7为实施例一的主机内部结构的侧视图。
图8为实施例一主机面板的正视图。
图9为本实用新型的实施例二的结构示意图。
本实用新型设计出使用边缘弥散技术的彩色液晶视频投影装置的两种实施例，如图6-图9所示，结合附图分别详细说明如下实施例一是利用投影仪或投影仪的光源及部分光学成象部分，将分辨率为300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT真彩液晶显示屏作为一个插件置于光路中，通过悬臂与投影仪连接，要求液晶显示屏距离投影仪放投影片的放映平面一定高度以充分利用其光能，并在光路中加入光学校正组件。
实施例一的结构结构如图6所示，图中，插件由主机6、悬臂5、光学校正组件3和4、主机用稳压电源7组成。主机6内部包括TFT真彩液晶显示屏13、防尘玻璃21、液晶驱动电路板16、视频-色差解码电路板20、中频放大板19、音频功率放大板17、电调谐高频头18组成，14为主机外壳，在机壳下方液晶屏附近，有散热风扇15，对液晶屏进行强制风冷，如图7所示。
主机面板上的调节旋钮和插座有音频输入插座22、视频输入插座23、电源开关24、音量调节25、电源指示灯26、电源输入插座27、亮度调节32、对比度调节31、色饱和度调节30、UHF/VHF1/VHF2波段选择29、手动选台钮28、射频信号输入插座34，在主机侧面还有与悬臂的连接装置33，如图8所示。
本实施例的光学原理投影仪的卤钨灯11发出的光，经过反光碗12反光、辅助会聚透镜10和菲涅耳聚光透镜9后，形成一锥形会聚光束，将液晶显示屏13置于光束中，使屏正好处于锥形光束截面与屏的大小相近的高度，光通过屏后，即带有视频图象信息，投影仪的单片投影物镜8不能满足焦距的要求和边缘弥散技术的色差要求以及消除大尺寸的投影象边缘变形要求，所以在其上方放置一片凹凸形的正透镜4，焦距为120mm--350mm，直径为50mm--65mm，可以采用度数为+250度到+800度的光学眼镜片代替。光学校正组件除这片正透镜外，还包括一块镀银的玻璃反光镜3，该反光镜替代了投影仪原有的反光镜，能获得更高的亮度和清晰度。
实施例二为一体化的家用投影电视，图9为本实施例的内部结构示意图。
在本实施例中，其光学原理和电路原理与实施例一基本一致。特点是，所有光学元件、光源、电路等均置于一个整机内，包括光源反光碗35、光源36，光源采用功率150W-750W的卤钨灯或金属卤素灯或氙灯，灯有两个，在长时间使用时，可轮流使用，焦距为150mm-250mm的辅助聚焦透镜37、隔热玻璃38，该隔热玻璃使光源部分空气和其他部分相隔离，并吸收一部分红外线，以减小其他部分的温升、焦距为40mm-100mm的双菲涅耳透镜组39、TFT真彩液晶显示屏40、采用图4所示结构的投影物镜组41，投影物镜组41可在主机箱的镜筒内伸缩以实现调焦，投影物镜组中的凹凸形镜片为可换式，当更换不同焦距的该镜片时，可以改变画面大小。46为光源部分散热风扇，风向如图中箭头所示，起排风作用，42为液晶显示屏散热风扇，风向如图中箭头所示，对液晶显示屏起强制风冷作用，44为主电源，包括灯电源和电路电源，当光源使用卤钨灯时，灯电源中采用了软启动电路，使启动时以较小电流预热灯丝，一段时间后再通以额定电流，以减小开机瞬间大电流对灯丝的冲击，延长灯的使用寿命。43为电路部分，包括液晶驱动电路板、视频-色差解码电路板、中频放大板、音频功率放大板、电调谐高频头、以及遥控电路、保护电路等，在液晶屏边缘有一个温度传感元件47，当屏温超过50℃时，通知保护电路发出警报并切断光源电源，以保护液晶屏。机箱后部45是各种输入输出插座及调节装置。
权利要求1.一种使用边缘弥散技术的彩色液晶视频投影装置，包括由光源、反光罩、聚光元件组成的投影单元，置于投影单元光路中的液晶显示屏，以及与液晶显示屏相连的由液晶驱动电路、视频-色差解码电路、中频放大电路、音频功率放大电路、电调谐高频头组成的彩色电视信号接收单元，其特征在于，所说的液晶显示屏为300-500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT真彩液晶显示屏，还包括置于投影单元光路中的两块非消色差正透镜组成的光学校正组件。
2.如权利要求1.所述的彩色液晶视频投影装置，其特征在于，所说的两块非消色差正透镜为焦距为200mm-350mm的一片平凸型正透镜和焦距为120mm-350mm的一片凹凸型正透镜，两透镜的凸面均朝向液晶屏，两透镜之间的距离d为0-20mm，透镜组相对口径为1∶1.5-1∶0.6。
专利摘要本实用新型属于成象光路设计技术领域,包括由光源、反光罩、聚光元件组成的投影单元,液晶显示屏,以及由液晶驱动电路、视频－色差解码电路、中频放大电路、音频功率放大电路、电调谐高频头组成的彩色电视信号接收单元,液晶显示屏为300—500线、尺寸为3英寸到6英寸的TFT真彩液晶显示屏,还包括两块非消色差正透镜组成的光学校正组件。这种投影装置画面柔和,适合观看,还大大降低了成本,适于在普通家庭或单位中大量使用。
文档编号G02F1/13GK2411641SQ99208720
公开日2000年12月20日 申请日期1999年4月9日 优先权日1999年4月9日
发明者邱虹云 申请人:邱虹云