專利名稱：Lcd微動曝光顯像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于LCD(液晶)影像技術(shù)的微動曝光顯像裝置，用于改進因LCD開口率低、可用分辨率低而導(dǎo)致的較低的影像質(zhì)量。屬于數(shù)碼顯像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前能夠輸出高質(zhì)量影像的顯像系統(tǒng)大部分來自富士、柯達、諾日士等公司，它們采用了激光掃描曝光或微光閥曝光方法，再加上相應(yīng)的沖洗設(shè)備，價格昂貴，每臺最低也要達到70萬元人民幣，導(dǎo)致大多數(shù)數(shù)碼彩擴店難以接受?？梢妵饧夹g(shù)主要存在以下不足(1)國外的顯像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)復(fù)雜，難以實現(xiàn)；(2)成本較高而設(shè)備利用率低，難以讓消費者接收；(3)技術(shù)所用一些關(guān)鍵器件，目前還完全依賴國外提供，難以達到產(chǎn)業(yè)化，嚴重制約了我國數(shù)碼顯像產(chǎn)業(yè)的起步和形成。
目前國內(nèi)研發(fā)的數(shù)碼顯像系統(tǒng)很少，多數(shù)采用LCD技術(shù)，由于受到LCD可用分辨率低與開口率低的限制，導(dǎo)致在輸出較大尺寸影像時遠遠不能滿足人們對圖像質(zhì)量的要求，即影像分辨率極低；少量數(shù)碼顯像系統(tǒng)采用LCOS(硅基液晶)技術(shù)，由于LCOS的良品率低，技術(shù)不夠穩(wěn)定，所以根本不能達到實際應(yīng)用。
目前基于LCD的顯像系統(tǒng)大多采用鹵素燈或氙氣燈作為照明光源，輸出的影像顏色的鮮艷程度較低，色平衡控制較難。另外目前的LCD可用分辨率較低，而目前國內(nèi)基于LCD的顯像技術(shù)沒有額外的技術(shù)上的突破，導(dǎo)致只能沖洗小尺寸的影像，輸出影像尺寸較大時，都會存在暗格效應(yīng)；基于LCOS的數(shù)碼顯像系統(tǒng)根本不能達到實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有數(shù)碼顯像系統(tǒng)的不足以及LCD的可用現(xiàn)狀，提供一種用于數(shù)碼顯像系統(tǒng)的微動曝光顯像裝置，使其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能充分利用現(xiàn)有可用的LCD分辨率，能實現(xiàn)很好的色彩鮮艷程度，而對系統(tǒng)的散熱要求低，不需要使用分色裝置，不需要犧牲光能量來實現(xiàn)色平衡。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用一組固定于LED基板上的紅、綠、藍三色發(fā)光二極管、一組固定于準直架上的準直鏡組成照明單元，照明單元與一個混光筒及毛玻璃構(gòu)成照明系統(tǒng)，而照明系統(tǒng)、LCD微動臺、變焦投影鏡頭及相紙完全共軸，構(gòu)成整個LCD微動曝光顯像裝置。其中LCD微動臺由微動臺底板、LCD芯片、LCD架、微動臺限位塊、壓電陶瓷、壓電陶瓷限位塊、壓電陶瓷限位塊及彈簧片構(gòu)成，壓電陶瓷用以推動LCD架，使之產(chǎn)生精確的微位移。
本發(fā)明中，混光筒外殼嵌在混光筒的外表面，用于固定混光筒并保證以上各部分的共軸關(guān)系。貼近LED基板的下面設(shè)置準直架，而準直架的下表面為一方形槽，剛好嵌到混光筒的光線入口處，保證了光能無損失。混光筒的下表面，即光線的出口處與毛玻璃相接，毛玻璃以45度角嵌于混光筒的光線出射口處，兩者保證了照射到微顯示面板上的光均勻度。毛玻璃下面為LCD微動臺，位于LCD微動臺上的用于調(diào)制圖像的LCD芯片貼近毛玻璃設(shè)置，LCD芯片與毛玻璃兩者距離很近可以避免光能損失及其它雜光的進入。LCD微動臺與相紙之間放置一變焦投影鏡頭，其焦距用電腦直接控制，用于調(diào)節(jié)LCD芯片光線的出射面與相紙尺寸一一對應(yīng)。
本發(fā)明的LCD微動臺由上、中、下三層構(gòu)成，底層為微動臺底板，中層由中層底板、中層底板限位塊、壓電陶瓷、壓電陶瓷限位塊及彈簧片構(gòu)成。其中彈簧片緊貼并固定于中層底板的一個側(cè)面，位于中層底板與壓電陶瓷之間，與此中層底板側(cè)面相互垂直的另外兩個側(cè)面分別緊貼一個中層限位塊，壓電陶瓷的另一端緊貼壓電陶瓷限位塊，以保證壓電陶瓷的水平與垂直方向的位置不變。上層由LCD芯片、LCD架、上層限位塊、彈簧片、壓電陶瓷及壓電陶瓷限位塊構(gòu)成，LCD芯片固定于LCD架的上面，上層的彈簧片、壓電陶瓷及壓電陶瓷限位塊與中層的彈簧片、壓電陶瓷及壓電陶瓷限位塊位置結(jié)構(gòu)相同，只不過上層彈簧片所依附的上層LCD架側(cè)面與中層彈簧片所依附的中層側(cè)面相互垂直，與上層彈簧片所依附的LCD架側(cè)面相互垂直的LCD架的兩個側(cè)面分別緊貼一個上層限位塊。
LED發(fā)出的光經(jīng)準直基板，射入混光筒，經(jīng)毛玻璃出射的光照射于已經(jīng)調(diào)制好圖像的LCD，再經(jīng)變焦投影鏡頭，投射到相紙上曝光成像。根據(jù)色平衡原理，可計算出紅、綠、藍三色光源曝光時間比，且總曝光時間可調(diào)。
微動臺控制流程如下首先將圖像分解成紅、綠、藍三基色圖像，然后分別將其取反?？刂葡到y(tǒng)給出曝光時間，自動計算出三色的爆光時間，三色燈各曝光四次。首先讓LCD調(diào)制紅色取反圖像，讓紅色LED發(fā)光，發(fā)光時間為紅色燈發(fā)光時間的四分之一，熄滅紅色燈，微動臺移動，然后紅燈繼續(xù)發(fā)光，共移動曝光四次，綠燈，藍燈依次曝光，曝光原理如紅色燈曝光原理。三色光曝光結(jié)束后，控制系統(tǒng)通知走紙機構(gòu)，進行走紙洗相。
微動臺的移動過程是這樣的三色LED燈各曝光四次，每一種顏色的LED燈曝光四次后，LCD微動臺沿正方形的四邊最后移動到原位置。每曝光一次，LCD微動臺移動像素尺寸的一半，水平面內(nèi)X方向與Y方向上各移動兩次。首先沿水平面內(nèi)X方向移動一次，再沿Y方向移動一次，然后再分別沿X方向與Y方向的反向移動各一次，最后回到原位置。
本發(fā)明的微動曝光顯像裝置具有顯著的優(yōu)點采用LED作為照明光源，提高了系統(tǒng)的壽命，降低了系統(tǒng)的散熱要求，達到更高的色彩鮮艷程度，無需使用分色裝置，無需損耗光能來實現(xiàn)色平衡。微位移的致動元件選用壓電陶瓷，微位移精度高(精度為0.1微米)，可控性好，縮小了微動臺的整體體積；LCD微動臺中采用彈簧片的彈性變形實現(xiàn)了微位移，摩擦力非常小，保證了系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性和可重復(fù)性，有效地提高了輸出影像的尺寸及質(zhì)量，進一步滿足人們的不同分辨率圖像的需求。LCD微動臺采用預(yù)加載荷設(shè)計，避免了回程誤差。采用本發(fā)明的微動曝光裝置，可使現(xiàn)有可用分辨率的LCD輸出大尺寸、高質(zhì)量的影像，降低顯像系統(tǒng)的復(fù)雜度及價格。本發(fā)明可與傳統(tǒng)的膠片式彩擴機兼容，擴展了傳統(tǒng)彩擴機的數(shù)碼沖印功能。


圖1為本發(fā)明LCD微動曝光顯像裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為LED基板，2為準直基板，3為混光筒外殼，4為混光筒，5為LCD微動臺，6為變焦投影鏡頭，7為相紙，16為整個照明系統(tǒng)，17為毛玻璃。
圖2為本發(fā)明的LCD微動臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，8為微動臺底板，9為LCD芯片，10為LCD架，11為微動臺上層限位塊，12為中層壓電陶瓷，13為中層壓電陶瓷限位塊，14為微動臺中層限位塊，15為中層彈簧片，18為中層底板，19為上層彈簧片，20為上層壓電陶瓷，21為上層壓電陶瓷限位塊。
圖3為本發(fā)明中曝光系統(tǒng)控制流程。
圖4為本發(fā)明中微動臺移動原理圖。
圖4中，a為象素的實際尺寸，b為有效曝光象素尺寸，虛框表示實際象素，實框表示有效曝光象素，虛線箭頭表示象素的4次移動方向，每次移動a/2。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。
圖1所示的是本發(fā)明的微動曝光裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)組成示意。圖中的虛線范圍內(nèi)是本發(fā)明的多光源LED照明系統(tǒng)16，由依次設(shè)置在同一個光軸上的LED基板1、準直架2、混光筒4、毛玻璃17構(gòu)成，LED基板1上固定一組紅、綠、藍三色發(fā)光二極管，準直架2上固定一組準直鏡，混光筒外殼3嵌在混光筒4的外表面，用于固定混光筒3并保證以上各部分的共軸關(guān)系。貼近LED基板1的下面設(shè)置準直架2，而準直架2的下表面為一方形槽，剛好嵌到混光筒4的光線入口處，保證了光能無損失；混光筒4的下表面，即光線的出口處與毛玻璃17相接，毛玻璃17以45度角嵌于混光筒4的光線出射口處，兩者保證了照射到LCD芯片9上的光均勻度。毛玻璃17下面為LCD微動臺5，位于LCD微動臺5上的用于調(diào)制圖像的LCD芯片9貼近毛玻璃設(shè)置，LCD芯片9與毛玻璃17之間的距離很近，以免光能損失及其它雜光的進入。LCD微動臺5與相紙7之間放置一變焦投影鏡頭6，其焦距用電腦直接控制，用于調(diào)節(jié)LCD芯片9光線的出射面與相紙7尺寸一一對應(yīng)。
本發(fā)明LCD微動臺5的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由微動臺底板8、LCD芯片9、LCD架10、微動臺上層限位塊11、中層壓電陶瓷12、中層壓電陶瓷限位塊13、微動臺中層限位塊14、中層彈簧片15、中層底板18、上層彈簧片19、上層壓電陶瓷20、上層壓電陶瓷限位塊21構(gòu)成。其中上層壓電陶瓷20用以推動LCD架10，使之產(chǎn)生精確的微位移。
整個微動臺5由上、中、下三層構(gòu)成，底層為微動臺底板8，中層由中層底板18、中層底板限位塊14、中層壓電陶瓷12、中層壓電陶瓷限位塊13及中層彈簧片15構(gòu)成。其中中層彈簧片15緊貼并固定于中層底板18的一個側(cè)面并位于中層底板18與中層壓電陶瓷12之間，中層壓電陶瓷12的另一端緊貼中層壓電陶瓷限位塊13，以保證中層壓電陶瓷12的水平與垂直方向的位置不變。與中層彈簧片15所在中層底板18的側(cè)面相鄰的兩個側(cè)面兩端分別緊貼一個中層限位塊14。微動臺5的上層由LCD芯片9、LCD架10、上層限位塊11、上層彈簧片19、上層壓電陶瓷20及上層壓電陶瓷限位塊21構(gòu)成，LCD芯片9固定于LCD架10的上面，上層彈簧片19、上層壓電陶瓷20及上層壓電陶瓷限位塊21與中層的位置結(jié)構(gòu)相同，只不過上層彈簧片19所依附的上層LCD架10側(cè)面與中層彈簧片15所依附的側(cè)面相互垂直，與上層彈簧片15所依附的LCD架10側(cè)面相互垂直的LCD架的兩個側(cè)面兩端分別緊貼一個上層限位塊11。
LED基板1上的LED發(fā)出的光經(jīng)準直基板2后，進入混光筒4，經(jīng)毛玻璃17照射到已調(diào)制好圖像的LCD芯片9上，經(jīng)投影變焦鏡頭6在相紙7上曝光。需要指出的是，事先已將圖像分解成紅、綠、藍三基色圖像，并分別將三基色圖像取反。LCD芯片9調(diào)制紅色取反圖像時，用對應(yīng)的紅光曝光。同理，LCD芯片9調(diào)制綠色取反圖像及藍色取反圖像時，用其對應(yīng)相同顏色的光曝光。
本發(fā)明擬采用由紅、綠、藍三色光合成的標準白光源D65。根據(jù)色品圖可查出標準白光源D65的色品坐標，進而可以求出該光源的三刺激值(即構(gòu)成該光源的三基色光的能量)，由(2)給出。相紙接收的總能量由(1)式給出。即可以求出三基色光源的能量比，由于所使用的紅、綠、藍三色燈的光功率已知，進而可以求出三色光的曝光時間比。
ET＝ER+EG+EB＝IR×S×TR+IG×S×TG+IB×S×TB(1)
x10=X10(X10+Y10+Z10)]]>y10=Y10(X10+Y10+Z10)---(2)]]>z10=Z10(X10+Y10+Z10)]]>(1)式中S為照射面積，即相紙7面積；IR、IG、IB分別為紅、綠、藍三色光在相紙7面上的照度；TR、TG、TB分別為紅、綠、藍三色光在相紙7面上的曝光時間；ET為相紙7所接收的總能量；ER、EG、EB分別為相紙7所接收的紅、綠、藍三色光的總能量。(2)式中x10，y10，z10為標準白光源D65的色品坐標，X10，Y10，Z10為合成標準白光源D65的紅、綠、藍三色光的三刺激值。
本發(fā)明的微動曝光控制原理如圖3所示電源啟動后，首先由PC機設(shè)定曝光時間，根據(jù)上述原理自動計算出三色光的曝光時間，然后讓LCD芯片9調(diào)制紅色取反圖像(事先將要曝光的圖像分解成RGB三基色圖像，然后分別取反)，點燃相同顏色的LED燈，進行曝光，曝光時間為該色光曝光時間的四分之一，停止曝光；驅(qū)動LCD微動臺5，使其沿水平面內(nèi)一方向移動像素尺寸的一半，相同顏色的LED燈再繼續(xù)曝光(曝光時間與上次相同)，同理再繼續(xù)曝光兩次，共曝光四次。LCD微動臺5的移動路線如圖4所示，圖4中，a為象素的實際尺寸，b為有效曝光象素尺寸(與LCD的開口率有關(guān)，開口率越大，b越大)；虛框表示實際象素，實框表示有效曝光象素；虛線箭頭表示象素的4次移動方向，每次移動a/2。綠色LED燈與藍色LED燈的曝光過程與紅色LED燈的曝光過程相同。三色光各曝光四次，每曝光一次，LCD微動臺5移動像素尺寸的一半，水平面內(nèi)X方向與Y方向上各移動兩次，如圖4，LCD微動臺首先沿水平面內(nèi)X方向移動一次，再沿Y方向移動一次，然后再分別沿X方向與Y方向的反向移動各一次，最后回到原位置。
權(quán)利要求
1.一種LCD微動曝光顯像裝置，其特征在于由依次設(shè)置在同一個光軸上的LED基板(1)、準直架(2)、混光筒(4)、毛玻璃(17)構(gòu)成照明系統(tǒng)(16)，LED基板(1)上固定一組紅、綠、藍三色發(fā)光二極管，準直架(2)上固定一組準直鏡，混光筒外殼(3)嵌在混光筒(4)的外表面，用于固定混光筒(3)并保證以上各部分的共軸關(guān)系，貼近LED基板(1)的下面設(shè)置準直架(2)，準直架(2)的下表面為一方形槽，剛好嵌到混光筒(4)的光線入口處，毛玻璃(17)以45度角嵌于混光筒(4)的光線出射口處，毛玻璃(17)下面設(shè)置帶有調(diào)制圖像的LCD芯片(9)的LCD微動臺(5)，LCD微動臺(5)與相紙(7)之間放置變焦投影鏡頭(6)，其焦距用電腦直接控制，用于調(diào)節(jié)LCD芯片(9)光線的出射面與相紙(7)尺寸一一對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的LCD微動曝光顯像裝置，其特征在于所述LCD微動臺(5)由上、中、下三層構(gòu)成，底層為微動臺底板(8)，中層彈簧片(15)緊貼并固定于中層底板(18)的一個側(cè)面并位于中層底板(18)與中層壓電陶瓷(12)之間，中層壓電陶瓷(12)的另一端緊貼中層壓電陶瓷限位塊(13)，以保證中層壓電陶瓷(12)的水平與垂直方向的位置不變；與中層彈簧片(15)所在中層底板(18)側(cè)面相鄰的兩個側(cè)面兩端分別緊貼一個中層限位塊(14)，上層中，LCD芯片(9)固定于LCD架(10)的上面，上層彈簧片(19)、上層壓電陶瓷(20)及上層壓電陶瓷限位塊(21)分別與中層彈簧片(15)、中層壓電陶瓷(12)、中層壓電陶瓷限位塊(13)的位置結(jié)構(gòu)相同，但上層彈簧片(19)所依附的上層LCD架(10)側(cè)面與中層彈簧片(15)所依附的側(cè)面相互垂直，與上層彈簧片(15)所依附的LCD架(10)側(cè)面相互垂直的LCD架的兩個側(cè)面兩端分別緊貼一個上層限位塊(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的LCD微動曝光顯像裝置，其特征在于所述LCD微動臺(5)采用預(yù)加載荷設(shè)計以避免回程誤差。
全文摘要
一種LCD微動曝光顯像裝置，用于LCD數(shù)碼顯像系統(tǒng)，采用一組固定于LED基板上的紅、綠、藍三色發(fā)光二極管、一組固定于準直架上的準直鏡組成照明單元，照明單元與一個混光筒及毛玻璃構(gòu)成照明系統(tǒng)，而照明系統(tǒng)、LCD微動臺、變焦投影鏡頭及相紙完全共軸，構(gòu)成整個LCD微動曝光顯像裝置。其中LCD微動臺由微動臺底板、LCD芯片、LCD架、微動臺限位塊、壓電陶瓷、壓電陶瓷限位塊、壓電陶瓷限位塊及彈簧片構(gòu)成，壓電陶瓷用以推動LCD架，使之產(chǎn)生精確的微位移。本發(fā)明的微位移精度高，控制簡單，圖像色平衡及鮮艷程度較好，對系統(tǒng)的散熱要求低，光源壽命長。
文檔編號G03B27/32GK1632694SQ20041009313
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者孫文軍, 王宇興, 竇曉鳴, 趙海鷹, 羅培青 申請人:上海交通大學