專利名稱：寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶投影儀廣泛應(yīng)用于電化教學(xué)、辦公、商務(wù)以及廣告娛樂等方面，而且已經(jīng)逐步走進(jìn)了家庭。為了滿足適應(yīng)各式各樣的市場(chǎng)需求，投影儀的規(guī)格和款式也千變?nèi)f化。與普通投影畫幅為4∶3的投影儀相比，16∶9的寬銀幕投影儀在寬度方向上具有更為廣闊的視場(chǎng)，能提供更強(qiáng)的視覺效果，因而逐步受到市場(chǎng)的青睞。復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)是一種最為常見的投影系統(tǒng)照明方式。本專利的方案正是在此基礎(chǔ)上提出的。
根據(jù)復(fù)眼透鏡的工作原理，復(fù)眼陣列I中每個(gè)子透鏡的形狀必須與液晶板相同，對(duì)于寬銀幕的液晶投影儀，每個(gè)子透鏡的長(zhǎng)寬比也應(yīng)為16∶9。傳統(tǒng)的寬銀幕投影儀的設(shè)計(jì)就是采用兩塊子透鏡長(zhǎng)寬比為16∶9的復(fù)眼透鏡，復(fù)眼透鏡I將從光源發(fā)出的光束分成許多子光束聚焦在復(fù)眼透鏡II上，同時(shí)復(fù)眼透鏡II把對(duì)應(yīng)的復(fù)眼透鏡I中的子復(fù)眼成像在液晶板上，不同子光束在液晶板上的相互重疊，從而提供了均勻的照明。復(fù)眼透鏡II上的焦點(diǎn)光斑為光源燈絲的像，呈橢圓型，其大小主要取決于光源的參數(shù)。另外，為了提高系統(tǒng)的光能量，通常復(fù)眼透鏡I中的子復(fù)眼都進(jìn)行了偏心，復(fù)眼透鏡II中的子復(fù)眼光學(xué)中心保持不變，這樣增大了軸外像差。綜合以上兩點(diǎn)，通常燈絲像的尺寸會(huì)遠(yuǎn)大于復(fù)眼透鏡II中的子復(fù)眼，落在對(duì)應(yīng)子復(fù)眼之外的光線無法被系統(tǒng)利用，這就造成了光能的損失。除此之外，還有在4∶3的投影系統(tǒng)中依靠電路控制將屏幕分割成為16∶9，這種方法也會(huì)造成較大的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)。
一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)依次具有光源、復(fù)眼透鏡組、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、柱面透鏡組、透鏡和液晶板，其中，復(fù)眼透鏡組由復(fù)眼透鏡I和復(fù)眼透鏡II組成，柱面透鏡組由兩柱面透鏡組成。
另一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)依次具有光源、復(fù)眼透鏡組、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、非球面透鏡組、透鏡和液晶板，其中，復(fù)眼透鏡組由復(fù)眼透鏡I和復(fù)眼透鏡II組成，非球面透鏡組由兩非球面透鏡組成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1)運(yùn)用長(zhǎng)寬比在4∶3～16∶9之間的復(fù)眼透鏡組都可得到16∶9的寬銀幕投影顯示；2)運(yùn)用長(zhǎng)寬比在4∶3～16∶9之間的復(fù)眼透鏡組可以提高系統(tǒng)的能量利用率，減少能量損失；3)使用柱面透鏡、雙圓錐透鏡和非球面透鏡的系統(tǒng)仍保持光分布均勻性。


圖1是傳統(tǒng)寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是傳統(tǒng)寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)中液晶板上的光斑分布圖；圖3是傳統(tǒng)寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)的復(fù)眼透鏡II上光斑分布圖；圖4是使用柱面透鏡組的寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是使用柱面透鏡組的寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)的液晶板上的光斑分布圖；圖6是使用非球面透鏡的寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)依次具有光源1、復(fù)眼透鏡組3、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4、柱面透鏡組6、透鏡8和液晶板9，其中，復(fù)眼透鏡組3由復(fù)眼透鏡I3a和復(fù)眼透鏡II3b組成，柱面透鏡組6由柱面透鏡6a、6b組成。
另一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)依次具有光源1、復(fù)眼透鏡組3、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4、非球面透鏡組7、透鏡8和液晶板9，其中，復(fù)眼透鏡組3由復(fù)眼透鏡I3a和復(fù)眼透鏡II3b組成，非球面透鏡組7由非球面透鏡7a、7b組成。
本發(fā)明采用的復(fù)眼透鏡子復(fù)眼的長(zhǎng)寬比范圍在4∶3～16∶9之間，而液晶板的長(zhǎng)寬比為16∶9。根據(jù)復(fù)眼照明的工作原理，要將復(fù)眼透鏡I中子復(fù)眼(4∶3～16∶9)成像到液晶板(16∶9)上，此時(shí)在長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向上需要的放大倍率不同，可以通過引入兩塊柱面透鏡分別對(duì)兩個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行不同比例的放大。由于柱面透鏡組物體所成的子午像和弧矢像并不重合，所以必須使用至少兩組分離的柱面透鏡，使復(fù)眼透鏡I經(jīng)過柱面透鏡后在長(zhǎng)度和寬度方向上均能成像在液晶板上。
柱面透鏡的引入使得復(fù)眼透鏡的子復(fù)眼長(zhǎng)寬比可以選取任意比例，可根據(jù)燈絲的弧長(zhǎng)等特性來確定最佳的子復(fù)眼長(zhǎng)寬比，原則就是復(fù)眼透鏡中的子復(fù)眼經(jīng)過偏心后，盡可能多的光斑集中在與其相應(yīng)的子復(fù)眼上，減少能量損失。
如圖1所示，該系統(tǒng)由光源1、復(fù)眼透鏡組2、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4、透鏡5、透鏡8以及液晶板9組成，其中，復(fù)眼透鏡組2由復(fù)眼透鏡I2a和復(fù)眼透鏡II2b。燈碗選取拋物碗，光源發(fā)出的光經(jīng)過反光碗之后為類平行光。復(fù)眼透鏡I2a、II2b的子復(fù)眼長(zhǎng)寬比為16∶9。其工作原理為復(fù)眼透鏡I將從燈源發(fā)出的光分成許多子光束聚焦于復(fù)眼陣列II。通過復(fù)眼透鏡II的會(huì)聚光經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變?yōu)榫€偏振光。再經(jīng)過透鏡5和透鏡8，使復(fù)眼透鏡I中的子透鏡均成像在液晶板上，不同子光束在液晶板上的相互重疊，從而得到均勻照明。此外通過復(fù)眼透鏡II成像，將光源的圓形光斑轉(zhuǎn)換為液晶板所需要的矩形光斑，減少了能量損失。
如圖2所示，圖中可以明顯看出，在液晶板寬度方向上有兩條較寬的能量帶，這部分能量分布在液晶板之外，無法被利用。這兩條能量帶是由于復(fù)眼透鏡II上的光斑大于子復(fù)眼造成的。由圖可知，在寬度方向上能量的損失遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度方向，可以表明，對(duì)于每個(gè)子復(fù)眼，落在上下相鄰子復(fù)眼的光能總和大于落在左右相鄰子復(fù)眼的光能總和。
如圖3所示，圖中的方格線為復(fù)眼透鏡II的子復(fù)眼?？梢钥吹剑虚g兩列復(fù)眼光斑幾乎連成一片，有較多能量分布在上下相鄰的子復(fù)眼內(nèi)。這兩列的光斑是造成圖2寬度方向上所示的兩條能量帶的主要原因。旁邊兩列光斑會(huì)造成圖2長(zhǎng)度方向上形成液晶板形狀之外的兩條能帶，由于這時(shí)子復(fù)眼之外的能量不高，所以在圖中不能明顯看出。為了減少液晶板寬度方向上的能量損失，本實(shí)用新型提出使用長(zhǎng)寬比在4∶3～16∶9之間的復(fù)眼透鏡，使復(fù)眼透鏡II的子復(fù)眼在寬度方向上變寬，減少落在其他子復(fù)眼上的光能量。
如圖4所示，圖中所有元件的標(biāo)號(hào)與圖1相對(duì)應(yīng)，只是將圖1中的透鏡5拆分為兩塊母線互相垂直的柱面透鏡6a和柱面透鏡6b，通過柱面透鏡將4∶3的光斑整形為16∶9。對(duì)于子復(fù)眼為任意長(zhǎng)寬比的復(fù)眼透鏡I，改變兩塊柱面透鏡的焦距，都可以使其成像為液晶板的大小。
圖5為引入柱面鏡之后的液晶板上的光斑分布?？梢悦黠@看出，和圖4相比，落在液晶板之外的光線大大減少了，總輸出光能也大大提高。
由圖4可以看出，柱面透鏡6b的通光口徑較大，因?yàn)楣饩€經(jīng)過第一塊柱面透鏡6a，只有長(zhǎng)度方向上的光線進(jìn)行了會(huì)聚，寬度方向的光線保持不變。為了減小柱面透鏡6b的通光口徑，可以將柱面透鏡6a改進(jìn)為雙圓錐透鏡或其它類型的非球面透鏡7a。圖6為改進(jìn)后的裝置結(jié)構(gòu)圖。改進(jìn)后的雙圓錐透鏡或非球面透鏡在子午和弧矢兩個(gè)方向均有光焦度，可以對(duì)寬度方向上光線也進(jìn)行限制，從而減小柱面透鏡6b的口徑。
權(quán)利要求
1.一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)，其特征在于，它依次具有光源(1)、復(fù)眼透鏡組(3)、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)、柱面透鏡組(6)、透鏡(8)和液晶板(9)，其中，復(fù)眼透鏡組(3)由復(fù)眼透鏡I(3a)和復(fù)眼透鏡II(3b)組成，柱面透鏡組(6)由柱面透鏡(6a)、(6b)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)，其特征在于所說復(fù)眼透鏡中子復(fù)眼的長(zhǎng)寬比范圍為4∶3～16∶9。
3.一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)，其特征在于，它依次具有光源(1)、復(fù)眼透鏡組(3)、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)、非球面透鏡組(7)、透鏡(8)和液晶板(9)，其中，復(fù)眼透鏡組(3)由復(fù)眼透鏡I(3a)和復(fù)眼透鏡II(3b)組成，非球面透鏡組(7)由非球面透鏡(7a)、(7b)組成
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)，其特征在于所說復(fù)眼透鏡中子復(fù)眼的長(zhǎng)寬比范圍為4∶3～16∶9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬銀幕液晶投影顯示照明系統(tǒng)。提出了在照明系統(tǒng)中引入柱面透鏡、雙圓錐透鏡和其它類型的非球面透鏡來提高能量利用率的方法。該系統(tǒng)依次具有光源、復(fù)眼透鏡組、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、柱面透鏡組(或非球面透鏡組)、透鏡和液晶板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)運(yùn)用長(zhǎng)寬比在4∶3～16∶9之間的復(fù)眼透鏡組都可得到16∶9的寬銀幕投影顯示；2)運(yùn)用長(zhǎng)寬比在4∶3～16∶9之間的復(fù)眼透鏡組可以提高系統(tǒng)的能量利用率，減少能量損失；3)使用柱面透鏡、雙圓錐透鏡和其他類型的非球面透鏡的系統(tǒng)仍保持光分布均勻性。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1523396SQ0315096
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者周平, 李海峰, 鄭臻榮, 林宇翔, 周 平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)