CN100353255C

CN100353255C - 高亮度液晶投影系统

Info

Publication number: CN100353255C
Application number: CNB021572593A
Authority: CN
Inventors: 杨继永
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: CN1510502A

Abstract

本发明提供一种高亮度液晶投影系统，既适用于大小不同的液晶板，光利用率也高，灯和反光碗可单独更换，使用成本较低，对图象可进行一定修正。该投影系统，包括将反光碗、灯、聚光镜、液晶板、投影透镜依次组合，其特征是椭球反光碗(2)安装在光源支架(3)上，在椭球反光碗(2)内轴线上有一灯(4)，灯(4)一端安装在灯座(6)上，灯(4)与椭球反光碗(2)为分离结构，并安装在各自的光源组件上，灯(4)与椭球反光碗(2)之间通过调整部件沿光轴方向可移动0-30mm的相对距离。

Description

高亮度液晶投影系统

技术领域

本发明涉及一种放大投影液晶板类图象的液晶投影装置，特别是涉及适用于单片式液晶投影机的高亮度光学投影系统。

背景技术

目前，公知的单片式液晶投影机，通常采用薄膜晶体管(TFT)有源矩阵驱动方式的液晶板，利用液晶板的光阀原理，配合光学系统放大投影液晶板上的图象。其特点是图象清晰、明亮，色彩还原好，图象逼真。但单片式液晶板的透光率很低，一般在10％左右，高透光率的也只有14％左右。单片式液晶投影机的光学系统由反光碗、灯、聚光镜、液晶板、投影透镜等部分组成，其工作原理是：灯发出的光通过反光碗反射，经聚光镜聚光后照射液晶板，通过投影透镜放大图象显示在屏幕上。由此可见，照射到液晶板上的光被利用投影图象，而其它光未被利用。因此，光利用率(即照射到液晶板上的光量与灯发出的总光量之比)是一项重点的指标。要提高光的利用率，最关键的在于光学系统的设计。目前，光学系统的形式主要有两种：一种方案是采用球形反光碗，灯的发光体设置在球形反光碗的球心处，反光碗与灯分离，灯光一部分经球形反光碗原路反射至球心，与相反方向的光一起通过聚光透镜，照射液晶板(图1)。该光路系统的特点是：结构简单，图象亮度均匀，可适用大规格的液晶板(12.1英寸以下)，散热性能好，灯和反光碗可单独更换，使用成本较低。但该系统的光利用率很底，一般不足20％。要提高这类投影机的亮度，通用的方法是采用较大功率的灯，这又带来功耗增大、发热量增加等一系列的问题，使投影机各部件的工作环境恶化，影响使用寿命；另一种方案是采用抛物线反光碗，灯的发光体设置在抛物线焦点上，灯与反光碗粘合固定在一起。灯光经反光碗反射后平行射出，通过两组透镜组匀光，经聚光透镜后照射液晶板(图2)。其特点是光利用率高，可高达60％。但对光源部件的加工精度要求较高，当灯与反光碗的光轴产生微小的偏差时，会严重影响光的利用率，产生图象不均匀现象。当灯达到使用寿命损坏时，必须将灯与反光碗一起更换，使用成本较高。同时要求反光碗的尺寸大于液晶板的尺寸，一般不宜用于4英寸以上液晶板的光源。

单片式液晶板由按一定的规则排列的象素组成，每一个象素由红、绿、蓝三原色滤色器组成，经投影放大成象时，呈现红、绿、蓝三原色点。当液晶屏分辨率较低时，则颗粒感比较明显，有分色现象。通常投影机对图象不做修正，影响观看效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种高亮度液晶投影系统，既适用于大小不同的液晶板，光利用率也高，灯和椭球反光碗可单独更换，使用成本较低，对图象可进行一定修正。

本发明的目的是这样实现的：采用图3结构，反光碗、灯、聚光镜、液晶板、投影透镜等部分依次组合。反光碗采用椭球反光碗。椭球反光碗内表面镀制光学冷反光干涉膜系，该反射膜对可见光的平均反射率＞93％，对红外光平均透射率＞75％，经椭球反光碗反射的光主要为可见光，可有效地减少红外线对光学系统的热辐射。椭球反光碗口径选用50～80的规格。采用有一定长度发光体的灯，如金属卤化物灯，通过两电极间的电弧产生高亮度的光，光的色温一般为5500±500K°，接近于白光。金属卤化物灯具有发光效率高，体积小的特点，非常适合作投影光源。因灯的形式及功率不同，其两个电极间距也不同，一般为0.8～9.0mm，在此选用灯的电极间距为3.0～9.0mm，功率为75W～300W。另外，也可采用灯丝发光的卤素灯，但光的色温偏低，投影图象偏暖。灯和椭球反光碗采用分离式的结构，灯放置在椭球反光碗的长轴上，灯与椭球反光碗安装在各自的光源组件上，灯与椭球反光碗之间通过调整部件沿光轴方向可移动0-30.0mm的相对距离。根据椭球反光碗的光学特点，当点光源置于椭球反光碗的第一焦点A处，灯光经椭球反光碗反射后，会聚在第二焦点B处，并在聚光镜C处形成光斑(图4)，但光斑亮度并不均匀，表现为内圈亮度高，而外圈缘亮度低。当点光源置于椭球反光碗的第一焦点A内侧时，光斑表现为外圈亮度低，内圈亮度高(图5)。相反，当点光源置于椭球反光碗的第一焦点A外侧时，光斑表现为内圈亮度低，外圈亮度高(图6)。由于现实中的灯并非理想的点光源，而是有一定长度的发光弧(灯丝)，可将其理解为由无数个点光源组成的一条短线。将灯的发光体设置在椭球反光碗的第一焦点A处，调整灯与椭球反光碗的距离，可改变处在焦点A内侧和外侧的发光体长度。根据前面的分析可知，当第一焦点A内侧发光体较长时，C处光斑表现为内环的亮度高，而外环的亮度低。相反，光斑表现为外环亮度高，而内环亮度底。当调整到合适的位置时，可在C处形成内外环亮度均匀的光斑，通过聚光镜均匀照射到液晶板，投出亮度均匀的图象。另外，为了避免灯的直射光的影响，在灯和聚光镜之间设置一分流挡板，分流挡板采用金属材料制成，分流挡板中间有一方形孔，使椭球反光碗反射的光全部能通过方孔，避免在投影图象中心形成亮斑，提高图象的均匀性。由于采用椭球反光碗等特殊结构，其光利用率可高可达60％，是球形反光碗系统的3倍。可适用于10.4英寸以下规格的液晶板制作投影机。由于灯与椭球反光碗采用分离结构，减少了灯对椭球反光碗的直接传热，又有利于空气流通和内部散热，保证灯和椭球反光碗工作在合理的温度下，有效防止灯的金属层氧化和对椭球反光碗镀膜的损坏，延长灯和椭球反光碗的使用寿命。当灯达到使用寿命或损坏时，只需更换灯，不更换椭球反光碗，降低了使用成本。

为修正图象，在镜头和屏之间，放置一个棱角小于10度的棱形透镜，利用棱形镜的分色原理，使红、绿、蓝三色点经棱形镜折射后产生一定相对位移，选择合适的棱形镜角度，可正好使三色重叠在一起，减少条纹感，提高图象观看效果。

本发明的优点：

由于采用上述方案，可使投影光学系统的光利用率提高、图象效果改善，使用成本降低。

附图说明

图1为现有技术的液晶投影装置的光学系统之一示意图；

图2为现有技术的液晶投影装置的光学系统之二示意图；

图3为本发明的实施例的原理示意图；

图4为本发明的光学系统工作原理之一示意图；

图5为本发明的光学系统工作原理之二示意图；

图6为本发明的光学系统工作原理之三示意图；

图7为本发明的实施例光源部分构造示意图；

图8为本发明的实施例的构造示意图。

图中：箱体1、椭球反光碗2、光源支架3、灯4、螺丝5、灯座6、滑杆7、滑槽8、调节螺帽9、定位螺丝10、散热套11、散热风扇12、红外线过滤镜13、聚光镜14、液晶板15、反光镜16、表面反光镜17、支架18、分流挡板19、投影透镜20、棱形透镜21、透镜底座22、调焦螺杆23、电路板24、触发器25、电源板26、镇流器27、喇叭28、遥控接收头29、投影屏幕30。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

所有的配件安装在箱体1内，箱体可用金属板或注塑制成。箱体内主要有四大部分组成。

第一部分为光源组件。椭球反光碗2用钢丝卡安装在光源支架3上，在椭球反光碗2内轴线上有一灯4，灯4为金属卤化物灯，一端用螺丝5安装在灯座6上。灯座6下部连接二根滑杆7，并可在滑槽8内移动30.0mm的距离。其中的一根滑杆一端有螺纹，上有调节螺帽9。调节螺帽9只能转动，而不能移动。灯4、灯座6和滑杆7连成一体，当旋转螺帽9，可使滑杆7移动，即可起到调整灯4的发光体在椭球反光碗2的焦点位置附近，并使投影出的图象亮度最均匀。调整好后，拧紧定位螺丝10，可使灯4的位置固定。光源支架3用金属板制成，并设有散热孔，起到散热和挡光的作用。光源支架3可从箱体1底部拆出。光源支架3外有散热套11，并固定在箱体底板上，散热套11一侧安装散热风扇12，一端开50mm方孔，并安装红外线过滤镜13。散热风扇12设置在箱体1中部。

第二部分为液晶组件。聚光镜14、液晶板15、反光镜16和表面反光镜17全部安装在支架18上，液晶板15和聚光镜14的间距为20mm，同时液晶板15可在0～10度的倾角范围内转动，可对投影图象进行一定的光学梯形校正。聚光镜14可采用玻璃凸透镜，但当液晶板15规格大于5英寸时，可采用菲涅尔透镜。采用反光镜16和表面反光镜17，可显著减小箱体1的尺寸，使内部结构紧凑。支架18一侧安装分流挡板19。

第三部分为投影透镜组件。投影透镜20和棱形透镜21安装透镜底座22上，并完全设置在箱体1内部，可避免日常使用时对透镜的损害。在箱体1上开一孔，用于投射图象。在箱体1底部的调焦螺杆23与透镜底座22相连，调焦螺杆23用手动及电机驱动调焦，使图象清晰。

第四部分为电子组件。由电路板24、触发器25、电源板26、镇流器27、喇叭28、遥控接收头29分别置在箱体1内。

灯4发出的光经椭球反光碗2反射可见光，而大部分红外线则透过椭球反光碗2。反射的可见光通过散热套11的方孔，由红外线过滤镜13进一步过滤红外线。可见光经反射镜16反射，照射到聚光镜14上，光经聚光后，通过液晶屏15。透过液晶屏15的光再由表面反光镜17反射，经棱形透镜21和投影透镜20在屏幕上投影出图象。

在散热风扇12的作用下，冷却气流经箱体1底部、后部的散热孔进入，依次冷却电路板24、触发器25、电源板26、反光镜16、聚光镜14、液晶板15和镇流器27，经散热风扇12，冷却光源组件，通过设在箱体1的百页排出。散热风扇12进风口处设置的分流挡板19可加强液晶板15与聚光镜14间的气体流动，提高液晶板15的散热效果。采用上述特殊结构，只需一只风扇可同时对液晶板15、镇流器27、光源组件的主要散热部件以及其它部件进行散热，冷却效果良好。同时，散热风扇12利用箱体1的隔音作用，可有效降低工作噪声。

箱体1内的全部配件按垂直方向放置，减少灰尘在各光学部件上的存积。

Claims

1、一种高亮度液晶投影系统，包括将反光碗、灯、聚光镜、液晶板、投影透镜依次组合，其特征是椭球反光碗(2)用钢丝卡安装在光源支架(3)上，在椭球反光碗(2)内轴线上有一灯(4)，灯(4)一端安装在灯座(6)上，灯(4)与椭球反光碗(2)为分离结构，并安装在各自的光源组件上，灯(4)与椭球反光碗(2)之间通过调整部件沿椭球反光碗内轴线方向移动30mm的相对距离，调整灯(4)的发光体在椭球反光碗(2)的焦点位置附近，聚光镜(14)、液晶板(15)、反光镜(16)和表面反光镜(17)全部安装在支架(18)上。

2、根据权利要求1所述的高亮度液晶投影系统，其特征是灯座(6)下部连接滑杆(7)，滑杆(7)在滑槽(8)内沿椭球反光碗内轴线方向移动。

3、根据权利要求1所述的高亮度液晶投影系统，其特征是光源支架(3)用金属板制成，并设有散热孔，光源支架(3)从箱体(1)底部拆出。

4、根据权利要求1或3所述的高亮度液晶投影系统，其特征是光源支架(3)外有散热套(11)，并固定在箱体底板上，散热套(11)一侧安装散热风扇(12)。