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)逐步走進了家庭。為了滿足適應(yīng)各式各樣的市場需求，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，能提供更強的視覺效果，因而逐步受到市場的青睞。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中每個子透鏡的形狀必須與液晶板相同，對于寬銀幕的液晶投影儀，每個子透鏡的長寬比也應(yīng)為16∶9。傳統(tǒng)的寬銀幕投影儀的設(shè)計就是采用兩塊子透鏡長寬比為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，同時復(fù)眼透鏡II把對應(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，通常燈絲像的尺寸會遠大于復(fù)眼透鏡II中的子復(fù)眼，落在對應(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)點為1)運用長寬比在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)運用長寬比在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)眼的長寬比范圍在4∶3～16∶9之間，而液晶板的長寬比為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，此時在長度和寬度兩個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兩個相互垂直的方向進行不同比例的放大。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)眼長寬比可以選取任意比例，可根據(jù)燈絲的弧長等特性來確定最佳的子復(fù)眼長寬比，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大于長度方向，可以表明，對于每個子復(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。旁邊兩列光斑會造成圖2長度方向上形成液晶板形狀之外的兩條能帶，由于這時子復(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，本實用新型提出使用長寬比在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)號與圖1相對應(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。對于子復(fù)眼為任意長寬比的復(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，因為光線經(jīng)過第一塊柱面透鏡6a，只有長度方向上的光線進行了會聚，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改進為雙圓錐透鏡或其它類型的非球面透鏡7a。圖6為改進后的裝置結(jié)構(gòu)圖。改進后的雙圓錐透鏡或非球面透鏡在子午和弧矢兩個方向均有光焦度，可以對寬度方向上光線也進行限制，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)點是1)運用長寬比在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)運用長寬比在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G02B27/28GK1523396SQ0315096
公開日2004年8月25日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)