專利名稱：投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影機，特別涉及一種LCD投影機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的LCD投影機主要分為穿透式和反射式兩種。其基本工作原理均為通過施加圖像電 信號，控制液晶分子的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)制光線的偏振態(tài)，從而形成視覺可以感知的彩色畫面。
對于穿透式LCD投影機，每一像素區(qū)域內(nèi)包括可以透光的液晶分子和控制液晶分子旋轉(zhuǎn) 的薄膜晶體管(TFT， Thin Film Transitor)。因為薄膜晶體管為半導(dǎo)體器件，典型的采用 非晶材料制成，該種非晶材料對光電效應(yīng)比較敏感。所以，為了避免光線直接照射薄膜晶體 管，同時，為了避免相鄰像素之間的滲色問題，每一像素均涂布有較低反射率的金屬材料， 稱為黑矩陣(Black Matrix)。因此，從光源發(fā)出的光線經(jīng)過LCD面板時，因為部分光線被 黑矩陣吸收，導(dǎo)致開口率(Aperture Ratio)較低。開口率是指在單元像素內(nèi)，實際可透光 區(qū)的面積與單元像素總面積的比率，開口率越高，光線的透過率也越高。
為了提高面板的開口率，面板制造商一般會在面板內(nèi)部，例如透明導(dǎo)電玻璃基板上形成 一片固定式的微透鏡陣列(MLA， Micro Lens Array)。由于微透鏡對光線具有會聚作用， 使得本來入射到黑矩陣上的光線可以通過透光的液晶分子，從而提高面板的開口率。然而， 從面板出射的圖像光入射到投影鏡頭時是發(fā)散光束，由此會引入大角度入射光線，減小投影 鏡頭的光圈值，進而使投影畫面的解析度降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種改變?nèi)肷涞酵队扮R頭的光線的發(fā)散角度，并使投影畫面具有 較佳解析度的投影機。
一種投影機，用于向顯示屏幕投射圖像畫面。投影機包括光源，液晶調(diào)制器，投影鏡頭 ，以及一個透鏡元件。光源用于發(fā)出近似平行光線。液晶調(diào)制器包括微透鏡陣列和液晶單元 ，微透鏡陣列用于將光源發(fā)出的近似平行光線會聚以通過液晶單元。投影鏡頭將從液晶單元 出射的光線投射到顯示屏幕上。透鏡元件與微透鏡陣列構(gòu)成一焦距可以調(diào)節(jié)的透鏡組合，通 過調(diào)節(jié)透鏡組合的有效焦距，改變?nèi)肷涞酵队扮R頭的光線的發(fā)散角。
上述投影機通過調(diào)節(jié)可動微透鏡組和微透鏡陣列之間的距離，改變透鏡組合的有效焦距 ，進而改變?nèi)肷涞酵队扮R頭上的光線的發(fā)散角，使投射畫面具有較佳的解析度。


圖l為投影機的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為顯示屏幕上不同區(qū)域顯示畫面解析度的示意圖。
圖3為圖1所示投影機中可動微透鏡組和微透鏡陣列的示意圖。
圖4為圖3所示投影機中可動微透鏡組的微透鏡與微透鏡陣列的微透鏡的位置關(guān)系之一種 示意圖。
圖5為圖3所示投影機中可動微透鏡組的微透鏡與微透鏡陣列的微透鏡的位置關(guān)系之另一 種示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施方式進行說明
請參閱圖l， 一種三片式LCD投影機IO，用于向顯示屏幕44上投射圖像畫面。投影機10包 括光源12，積分透鏡14，偏振轉(zhuǎn)換器16，分色鏡20、 24，反射鏡22、 26、 28，延遲鏡262、 264，可動透鏡組23、 25、 27，液晶調(diào)制器32、 34、 36，合光棱鏡38，以及投影鏡頭42。上 述各光學(xué)元件配置成位于光源12和顯示屏幕44之間，以形成光學(xué)通路。
光源12可以為高壓鹵素燈或者高壓汞燈，其包括燈絲122和反射燈罩124。反射燈罩124 可以為拋物形狀，用于將燈絲122發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成近似平行光線，該平行出射光線沿光束 傳播路徑上具有近似圓形的截面。
積分透鏡14包括一對相背設(shè)置的積分鏡片14a和14b。積分鏡片14a和14b具有若干微透鏡 ，并具有與液晶調(diào)制器32、 34、 36中的長方形液晶面板基本相同的尺寸。積分鏡片14a和 14b使上述從光源12出射的圓形截面的光束均勻分布在液晶面板上。
偏振轉(zhuǎn)換器16相對積分透鏡14設(shè)置，用于改變從積分透鏡14出射光線的偏振狀態(tài)，使出 射光線僅有一種偏振態(tài)，例如將S光轉(zhuǎn)換成P光，從而從偏振轉(zhuǎn)換器16出射的光線為P光。
分色鏡20、 24被設(shè)置成與偏振轉(zhuǎn)換器具有一定的夾角，例如45度。分色鏡20、 24具有基 本平行的分光面202、 242，該等分光面202、 242分別鍍有對不同可見光譜敏感的光學(xué)薄膜。 從偏振轉(zhuǎn)換器16出射的光線首先入射到分色鏡20的分光面上202，該分光面202對紅色光透明 ，而反射青色光(綠色光和藍色光的混合)。經(jīng)分色鏡20反射的青色光然后入射到分色鏡 24的分光面242上，該分光面242對藍色光透明，而反射綠色光。從而，經(jīng)分色鏡20、 24作用 后的光束被分離成紅(R)、綠(G)、藍(B)三種色光。其中，從分色鏡20透射之紅色光 經(jīng)反射鏡22反射后，入射到液晶調(diào)制器34上；從分色鏡24反射之綠色光入射到液晶調(diào)制器32 上；從分色鏡24透射之藍色光依次經(jīng)反射鏡26、 28兩次反射作用后入射到液晶調(diào)制器36上。
在分色鏡24和反射鏡26之間以及反射鏡26、 28之間分別設(shè)置延遲鏡262、 264，該延遲鏡262 、264用于使藍色光與綠色光和紅色光具有基本相等的光學(xué)路徑長度。
液晶調(diào)制器32、 34、 36分別用于根據(jù)由圖像輸入信號轉(zhuǎn)換成的電驅(qū)動信號作用，改變液 晶分子的旋轉(zhuǎn)方向，進而改變各色光的偏振狀態(tài)。液晶調(diào)制器32、 34、 36分別包括微透鏡陣 列324、 344、 364和液晶單元326、 346、 366。微透鏡陣列324、 344、 364在二維方向上規(guī)則 地排列有若干微透鏡322、 342、 362。紅、綠、藍三種色光分別經(jīng)微透鏡322、 342、 362會聚 后，再分別通過液晶單元326、 346、 366，可以提高液晶面板的開口率。經(jīng)液晶調(diào)制器32、 34、 36調(diào)制后的三色光入射到合光棱鏡38，該合光棱鏡38透射綠色光，而反射紅色光和藍色 光，從而三色光被混合成一束光入射到投影鏡頭42上。投影鏡頭42包括多片具有正光焦度或 者負光焦度的球面或者非球面透鏡，以將該混合后的光束投射到顯示屏幕44上。
請一并參閱圖2，因為投影鏡頭42是由多片透鏡所構(gòu)成，而透鏡對不同角度的入射光線 存在成像品質(zhì)的差異，所以投射到顯示屏幕44上各區(qū)域內(nèi)的畫面解析度也存在差異。其中中 心圓形444示意的區(qū)域?qū)?yīng)投影鏡頭42靠近光軸部分投射的光線，該部分光線的入射角度較 小，相應(yīng)地具有較小的球面像差、色差、畸變像差等，因此畫面解析度較高。而周邊四個圓 形442示意的區(qū)域?qū)?yīng)從投影鏡頭42以較大角度投射的光線，該部分光線因為入射角度較大 ，所以具有比較明顯的像差、色差、畸變像差等，畫面解析度較低。
請再次參閱圖l，在微透鏡陣列324、 344、 364之入射光路上，分別設(shè)置多片可動微透鏡 組23、 25、 27。可動微透鏡組23位于分色鏡24和微透鏡陣列324之間；可動微透鏡組25位于 反射鏡22和微透鏡陣列344之間；可動微透鏡組27位于反射鏡28和微透鏡陣列364之間。微透 鏡組23、 25、 27在與入射光路垂直的二維方向上分別包括若干微透鏡232、 252、 272。通過 調(diào)節(jié)可動微透鏡組23、 25、 27以及相對應(yīng)的微透鏡陣列324、 344、 364之間的距離，改變?nèi)?射到投影鏡頭42的光線的發(fā)散角，使光線集中盡量靠近于光軸部分，從而改善投影畫面的解 析度。
請一并參閱圖3，以可動微透鏡組23為例，在分色鏡24和液晶調(diào)制器32的微透鏡陣列 324之間設(shè)置有四片可動微透鏡組23，每片可動微透鏡組23分別與微透鏡陣列324的四個邊緣 區(qū)域相對應(yīng)，也即與顯示屏幕44之周邊圓形示意區(qū)域442相對應(yīng)?？蓜游⑼哥R組23的微透鏡 232與微透鏡陣列324的微透鏡322—一相對。假設(shè)微透鏡232與微透鏡322之間的距離為A X， 通過移動調(diào)節(jié)機制，例如微型電機改變它們之間的距離A X，改變從液晶單元326出射的光線 的發(fā)散角度，從而使得投影畫面每一像素的解析度均可以得到改善。
請參閱圖4，投影機10還包括控制器52和微型電機54。其中控制器52電性連接微型電機
54。控制器52用于根據(jù)用戶手動輸入之控制信號或者投影機10自動產(chǎn)生的控制信號，控制微 型電機54驅(qū)動可動微透鏡組23沿其光軸方向來回移動。假設(shè)可動微透鏡組23中的微透鏡232 的像方焦距為F ，微透鏡陣列324中的微透鏡322的像方焦距為F2'，微透鏡232和微透鏡 322之間的距離為AXh則由微透鏡232和微透鏡322構(gòu)成的透鏡組的有效焦距為Fefff(F *F2' )/(F +F2' -AXO。近似平行入射光束經(jīng)微透鏡232和微透鏡322的會聚作用后，以發(fā) 散角e工入射到投影鏡頭42上。
請參閱圖5，當用戶或者投影機10通過自動判別機制發(fā)現(xiàn)顯示屏幕44的周邊某一區(qū)域 442出現(xiàn)畫面解析不良時，通過調(diào)節(jié)可動微透鏡組23和微透鏡陣列324之間的距離改變透鏡組 合的有效焦距Fefn，修正入射到投影鏡頭42的光線的入射角。例如，通過控制器52驅(qū)動微型 電機54移動微透鏡232，使微透鏡232和微透鏡322之間的距離增大為AX2，則由微透鏡232、 322構(gòu)成的透鏡組合的有效焦距Fefff(F *F2' )/(F工'+F2' - A X2)。因為AX2〉A(chǔ)X!，所以 Feff2>Feffl。由于透鏡的焦距越長，對光線的會聚特性越弱，從而從液晶調(diào)制器32、 34、
36出射的光線以較小的發(fā)散角e 2 (e 2〈 e D入射到投影鏡頭42上。因為靠近光軸并以小角
度入射的光線具有較小的球面像差，色差，畸變像差等，從而投影畫面解析不良的區(qū)域得到 了改善。
同時，通過增大可動微透鏡組23和微透鏡陣列324之間的距離A X使光線到投影鏡頭42具 有較小的入射角度e，也即投影鏡頭42對該入射光線具有較大的光圈值F。由于不同的入射 角度e對應(yīng)不同之光圈值F，所以在近軸光線情形之下，對于固定焦距的投影鏡頭，還可以 進一步通過調(diào)節(jié)可動微透鏡組23相對微透鏡陣列324之間的距離A X，改變投影鏡頭的光圈值 ，從而調(diào)節(jié)投影畫面的亮度和對比度等。
上述投影機10通過調(diào)節(jié)其可動微透鏡組23和微透鏡陣列324之間的距離，改變微透鏡 232和微透鏡322構(gòu)成的透鏡組的有效焦距，進而改變?nèi)肷涞酵队扮R頭上的光線的會聚角度， 從而使經(jīng)投影鏡頭42投射到顯示屏幕44上的畫面具有較佳的解析度。進一步，在近軸光線情 形下，通過改變投影鏡頭42對入射光線的光圈值，還可以調(diào)節(jié)畫面的亮度和對比度。
可以理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到在此 基礎(chǔ)上可以作一定的變更，而不脫離本發(fā)明的保護范圍。
其一，僅對投影機10的一個液晶調(diào)制器對應(yīng)設(shè)置可動微透鏡組，例如，僅對應(yīng)液晶調(diào)制 器32設(shè)置可動微透鏡組23，或者僅對應(yīng)液晶調(diào)制器34設(shè)置可動微透鏡組25，亦或僅對應(yīng)液晶 調(diào)制器36設(shè)置可動微透鏡組27，以分別對應(yīng)改變綠色光或者藍色光或者紅色光入射到投影鏡 頭42的光線的發(fā)散角度，改善投影畫面的解析度。
其二，僅對投影機10的二個液晶調(diào)制器對應(yīng)設(shè)置可動微透鏡組，例如，僅對應(yīng)液晶調(diào)制 器32和36分別設(shè)置可動微透鏡組23和27，以改變綠色光和藍色光入射到投影鏡頭42的光線角 度，或者僅對應(yīng)液晶調(diào)制器32和34分別設(shè)置可動微透鏡組23和25，以改變綠色光和紅色光入 射到投影鏡頭42的光線角度，或者僅對應(yīng)液晶調(diào)制器34和36分別設(shè)置可動微透鏡組25和27， 以改變紅色光和藍色光入射到投影鏡頭42的光線的發(fā)散角度，從而改善投影畫面的解析度。
其三，對投影機10的三個液晶調(diào)制器均對應(yīng)設(shè)置可動微透鏡組，即對應(yīng)液晶調(diào)制器32、 34和36分別設(shè)置可動微透鏡組23、 25和27，以同時改變綠色光、紅色光和藍色光入射到投影 鏡頭42的光線的發(fā)散角度，從而改善投影畫面的解析度。
如上所述的三種情形，可動微透鏡組23、 25和27可以為一片也可以為多片。在一種變更 實施方式中，可動微透鏡組23、 25和27也可以被設(shè)置成位于相對應(yīng)的液晶調(diào)制器32、 34和 36的出射光路上?？蓜游⑼哥R組23、 25和27分別與微透鏡陣列324、 344、 364構(gòu)成焦距可以 調(diào)節(jié)的透鏡組合，分別通過移動微透鏡組23、 25和27與微透鏡陣列324、 344、 364之間的距 離，減小入射到投影鏡頭42的光線的發(fā)散角，改善投影畫面的解析度。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種投影機，包括光源，液晶調(diào)制器以及投影鏡頭，所述光源用于發(fā)出近似平行光線，所述液晶調(diào)制器包括微透鏡陣列和液晶單元，所述微透鏡陣列用于將入射的近似平行光線會聚以通過所述液晶單元，所述投影鏡頭將從所述液晶單元出射的光線投射到顯示屏幕上，其特征在于所述投影機還包括透鏡元件，所述透鏡元件與所述微透鏡陣列構(gòu)成焦距可以調(diào)節(jié)的透鏡組合，通過調(diào)節(jié)所述透鏡組合的有效焦距，改變?nèi)肷涞剿鐾队扮R頭的光線的發(fā)散角。
全文摘要
一種投影機包括光源，液晶調(diào)制器，投影鏡頭以及透鏡元件。所述液晶調(diào)制器包括微透鏡陣列和液晶單元，所述微透鏡陣列用于將入射的近似平行光線會聚以通過所述液晶單元。所述投影鏡頭將從所述液晶單元出射的光線投射到所述顯示屏幕上。所述透鏡元件與所述微透鏡陣列構(gòu)成一焦距可以調(diào)節(jié)的透鏡組合，通過調(diào)節(jié)所述透鏡組合的有效焦距，可改變?nèi)肷涞剿鐾队扮R頭的光線的發(fā)散角，從而改善投影畫面的解析度。
文檔編號G02F1/13GK101387815SQ20071020167
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者周玉山, 朱清德, 王柏林, 許建文 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司