CN1160901A

CN1160901A - 具有可拆装液晶板的投影仪

Info

Publication number: CN1160901A
Application number: CN 96104622
Authority: CN
Inventors: 金厚植
Original assignee: Samsung Aerospace Industries Ltd
Current assignee: Hanwha Aerospace Co Ltd
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1996-04-14
Publication date: 1997-10-01

Abstract

一种具有可拆装液晶板的投影仪，光源发出集中源光线，由反射器反射成均匀散布光线，再由平面反射器反射成平面光线，然后由菲涅耳透镜聚焦。可拆装LCD板部分按所要显示的影像数据旋转地透射该聚焦的光线。光学成像系统用来自LCD板部分的光线成像。小型LCD板可拆装地安装在LCD投影仪上。因此，若背景太亮，可将LCD板装在LCD电视上观看影像。若想通过大屏幕观看，可将LCD板安装在LCD投影仪上以将影像放大。

Description

具有可拆装液晶板的投影仪

本发明涉及一种上面装有可拆装液晶板的投影仪，更具体地说，涉及一种带有用于根据外部提供的信号显示影像的小型可拆装液晶板的便携式投影仪，显示在小型液晶板上的影像被放大成像，这样形成一光学系统。

随着薄膜晶体(TFT)加工技术的提高，液晶板可做得又精细又大。目前，LCD电视已进入实用阶段。

但是，因为加工原因，制造大型液晶显示(LCD)板比制造小而精细的LCD板要困难得多。此外，价格增加很多。

因此，制造40英寸以上的LCD电视时，通过投影对小型液晶板做光学上的扩展是有利的。实际上，直视(direct Viewing)LCD板被用来作为计算机显示器和便携式电视。

图1示出了传统单板型LCD投影仪的结构。

如图1所示，传统单板型LCD投影仪包括：一弧光灯1，一反射器2，一红外线过滤器3，第一偏振片4，一LCD板5，第二偏振片6以及成像透镜组7。

如果信号处理部分(末示出)传出将在LCD板上显示的信号，则发自弧光灯1的几乎如同自然光的照射光被反射器2反射并照射在LCD板5上。

来自反射器2的照射光经红外线过滤器过滤，以消除对LCD板有害的红外线和紫外线。然后，过滤后的光线穿过只能让线性偏振光通过的第一偏振片4，通过的该光线再被照射在LCD板5上。

当照射光照在LCD板5上时，入射的线性偏振光按信号处理部分的像素驱动信号旋转地输出。

穿越LCD板5的光线按照相对于偏振光的相位差有不同的透射率，此偏振光由第二偏振片在LCD板处旋转。因此各像素之间产生了对比度。然后，光线由光学成像系统放大，从而在屏8上成像。

但是用上述传统的LCD投影仪，在明亮的环境下，投射到屏上的影像变得模糊不清。换句话说，投射到屏幕的影像由红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)像素组成，深浅程度即对比度按各个像素的亮度来决定。

例如，若背景光照是黑暗的，即背景亮度为0，假定像素的亮度为S1＝10，S2＝20，S3＝30，S4＝40，S5＝50；若背景的亮度为100，则各像素的亮度为S1′＝110，S2′＝120，S3′＝130，S4′＝140，S5′＝150。

从另一个方面来说，若背景亮度是黑暗的，则像素S1和S5的对比度最大为S5∶S1＝5∶1。但若背景亮度是明亮的，对比度可低至S5′∶S1′＝1.36∶1。

因此，若背景亮度太大，图像对比度的问题变得比较严重，因此难以分辨投射的影像。进一步说，要分辨投射影像，需要一更亮的光照源。结果增加了能耗，仪器会因释放热量的增加而被损坏。

本发明的目的是，克服传统技术中的上述缺陷。

本发明提供一种装有可拆装的LCD板的便携式投影仪，其中，具有一种小型的用于根据外部输入的视频信号显示图像的可拆装LCD板，以及用于放大小型LCD板上显示的影像进行成像的光学系统。

为达到上述目的，根据本发明的装有可拆装LCD板的投影仪包括多个部件。一灯发出一定量的集中源光线；反射器将集中源光线反射成均匀散布光线；平面反射器将反射器的散布光线反射成平面光线；一菲涅耳(Fresnel)透镜将平面反射器反射的平面光聚焦；一可拆装的LCD板部分按要被显示的影像数据将来自菲涅耳透镜的入射光线旋转地透射；光学成像系统用来自LCD板部分的入射光成像。

本发明的另一方面：一灯发出一定量的集中源光线；反射器将集中源光线反射成均匀散布光线；平面反射器将反射器的散布光线反射成平面光线；一菲涅耳透镜将平面反射器反射的平面光聚焦；一可拆装的LCD板部分按要被显示的影像数据将来自菲涅耳透镜的入射光线旋转地透射；光学成像系统用来自LCD板部分的入射光成像。第一和第二镜面装在LCD板部分和光学成像系统之间，缩短了光学系统的全长。

通过参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和其它优点将会更加明了。其中：

图1示出了传统的单板型LCD投影仪的组成。

图2示出了按照本发明具有可拆装LCD板的投影仪的第一实施例的组成。

图3示出了按照本发明具有可拆装LCD板的投影仪的第一实施例的光学成像系统的组成。

图4示出了图3所示光学成像系统的像散。

图5示出了图3所示光学成像系统的畸变像差。

图6示出了图3所示光学成像系统的彗差。

图7示出了按照本发明具有可拆装LCD板的投影仪的第二实施例的组成。

图8为按照本发明第三实施例的具有可拆装LCD板的LCD电视的正视图。

图9为按照本发明第三实施的具有可拆装LCD板的LCD电视的局部剖面图。

图2示出了具有可拆装LCD板的投影仪的第一实施例。弧光灯1发出辐射或光线；反射器2将发自弧光灯1的光线反射；平面反射器30将反射器2反射的光线反射成平面光线；菲涅耳透镜40将来自平面反射器30的平面光束聚焦；可拆装LCD板部分50按将被显示的影像数据旋转地透射来自菲涅耳透镜的入射聚焦的光线；光学成像系统60将来自LCD板部分50的入射光成像。

如图2和3所示。紧凑型LCD投影仪的光学成像系统60包括多个透镜。第一透镜组61包括具有朝向像的凸面及正折射光焦度的第一透镜611，两面都为凹面(双凹)和负折射光焦度的第二透镜612，具有朝向LCD板部50的凸面及正的折射光焦度的第三透镜613。第二透镜组62包括具有朝向像的凸面的弯月形透镜。第三透镜组63包括具有朝向LCD板部50的凸面的弯月形非球面透镜。第四透镜组包括菲涅耳透镜。

成像系统60的第一透镜组60由正性-负性一正性式的三个透镜组成的三合型透镜组成。用来自LCD板部50的入射光线成像时，第一透镜组61为主成像透镜组。

根据本发明的第一实施例的可拆装LCD板部50包括：第一偏振片，该偏振片只允许来自菲涅耳透镜40的聚焦入射光线中的线性偏振光通过；信号处理部分，用于按外部输入的视频信号输出激发像素的信号；按信号处理部分的信号控制的LCD板，用于旋转地输出第一偏振片的输出信号；第二偏振片，以相对于LCD板的旋转偏振光的相位差改变其自身的透射率，从而使输出的各像素之间产生对比度。

本发明的投影仪的工作方式如下：

一般地LCD电视紧凑、重量轻、能耗低且便于携带，但是，公知的LCD投影仪的照射效率低，因此，若想得到期望的明亮的影像，需要强烈的光照射，这样能耗增加了。另外还需要各种散热装置，因而结构变得复杂，不便于携带。

因此，如果要使用LCD电视，本发明中将后灯和LCD板连为一体，以保证可携带性。若要在屏上投射得到较大的影像，将LCD板拆下，装在LCD投影仪上。这样，使用该光源将图像投影在屏上。

不过，在这种情况下，和LCD板相比，投影仪的体积变得较大，结果降低了可携带性。因此提供一光学成像系统，用于放大来自LCD板的入射光的照射，以便使投影仪变得结构紧凑。

通过按照本发明的LCD投影仪将影像投影到屏上时，在弧光灯1发出的光线射向平面反射器30之前，被反射器2反射并转换成均匀分布的光线。平面反射器30将来自反射器2的入射光线转换为平面光线，以将光线射向菲涅耳透镜40。菲涅耳透镜40将来自平面反射器30的光线聚焦以照射到LCD板部分50。

如果仅通过平面反射器30而不用菲涅耳透镜40将光线转换成平行光线，那么反射器30的有效直经应比LCD板部分50的有效直经大。

如广为应用的5英寸LCD板的情况，若将光线入射到LCD板上，需要5英寸以上的反射器。

因此，为使结构更紧凑，使用具有正折射光焦度的菲涅耳透镜，使光线照射到LCD板部分50上。

照射到LCD板部分50上的光线中，只有线性偏振光穿过第一偏振片，然后，根据由来自信号处理部分的信号驱动的LCD板像素的工作状态变化，光线穿越LCD板。之后，光线通过第二偏振片，产生一定的对比度，以入射到成像系统。

成像系统60将入射光线放大，照射在屏上。

根据本发明的LCD板部分50包含10.4英寸的小型板。若借助于LCD板部分50由成像系统所成的像为大小约159mm，则在2020mm距离处，可以投影出1150mm的图象。

成像的原理如下：

几乎垂直于LCD板部分50输出的光线穿过成像系统的菲涅耳透镜64及非球面透镜63，照射在第一透镜组61上。

为缩短光学系统的全长，本发明的菲涅耳透镜64的焦距小于整个光学系统的焦距的三倍。具体地说，本发明的光学系统的焦距为254.956mm，而菲涅耳透镜64的焦距为676.59mm。

安装菲涅耳透镜64的理由如下：要求透镜的直经必须很大，折射率必须很大，若采用普通透镜，其厚度和体积将很大，这使得光学系统的总体尺寸变得很大，且增加了制造成本。故安装菲涅耳透镜以形成本发明的紧凑型投影仪。

在上述情形中，包括非球面透镜的第三透镜组63优化了穿过菲涅耳透镜64的光线的成像性能。光线穿过第三透镜组63，输入到第二透镜组62以较正像差，然后光线输入到第一透镜组61，以在屏上成像。

本发明的第二透镜组62具有负像散，因此可修正全光学系统的部分像散的不平衡；同时，第二透镜组62具有正畸变像差，故第三透镜组63引起的部分畸变像差可得以修正。

根据本发明的可拆装式LCD投影仪的光学成像系统的实例的参数见下表1。

表1参考编号i 曲率半径r₁ 厚度d_i 折射率(nd) 色散系数(ν)1 129.6071 16.0 1.696802 55.42 -1345.7888 0.12

Stop 17.953 -125.8204 8.0 1.672701 32.24 169.6892 12.965 -3091.1859 18.0 1.7130 53.96 -101.5120 0.17 97.2170 14.0 1.7130 53.98 90.6759 82.59 -96.2033 8.0 1.491 61.310 -105.8315 123.6711 332.2063 7.0 1.491 61.312 ∞ 12.0

上表中，第9和第11透镜具有非球面表面，非球面表面由下式定义，非球面系数见下表2。

X = \frac{{(1 / r) xρ}^{2}}{1 + \sqrt [1 - (K + 1) {(1 / R)}^{2} ρ^{2}]} + a_{4} ρ^{4} + a_{6} ρ^{6} + a_{8} ρ^{8} + a_{10} ρ^{10}

表2

透镜9的非球面系数透镜11的非球面系数

K -0.5301059961 -0.11773469E+5

a₄ -0.2595813E-6 0.5022582E-6

a₆ 0.6796243E-10 -0.3281661E-10

a₈ -0.1416262E-13 0.855752E-15

a₁₀ 0.9349121E-18 -0.7441632E-20

图4、5和6示出了图3所示光学成像系统的一些光学特性。

下面描述按照本发明的具有可拆装LCD板的投影仪的第二实施例。

图7示出了按照本发明的具有可拆装LCD板的投影仪的第二实施例的组成。

一弧光灯1发出光线，反射器2反射弧光灯1发出的光线；一平面反射器2将反射器2反射的光线反射成平面光线；一菲涅耳透镜40将来自平面反射器30的入射平面光聚焦。一可拆装LCD板部分50按被显示的影像的数据将来自菲涅耳透镜40的聚焦光线旋转地透射；光学成像系统60用来自LCD板部分50的入射光成像。在成像系统60和LCD板50之间设置第一和第二镜面70和80。

第二实施例的成像系统60的组成和第一实施例相同。

在第二实施例中，可使用比第一实施例的尺寸大的LCD板。为避免光学系统长度的增加，第一镜面70和第二镜面80安装在成像系统60的第三透镜组63和第四透镜组64之间。

来自LCD板部分50的垂直照射在菲涅耳透镜64上的光线被第一镜面70反射，然后被第二镜面80反射，光线照射在成像系统60的第三透镜组63上，并穿过第一透镜组61在屏上成像。

下面对按照本发明第三实例的具有可拆装LCD板的LCD电视进行描述。

图8是按照本发明的第三实施例的具有可拆装LCD板的LCD电视的正视图。

图9是按照本发明的第三实施例的具有可拆装LCD板的LCD电视的局部剖面图。

如图8和9所示，按照本发明第三实施例的具有可拆装LCD板的LCD电视包括：后灯90；供电部分93，用于为驱动后灯提供能量；遥控光接收部分93；信号处理部分92，用于处理接收的视频信号；按照信号处理部分92处理的影像数据显示影像的LCD板部分50。

按照第三实施例的LCD电视的遥控光线接收部分91有二个，分别安装在LCD电视的正面和底面上。

按照本发明的第三实施例的LCD电视和普通的LCD电视在结构和操作方法上是相同的，不同之处在于LCD板部分50是可拆装地安装在上面。

换句话说，若背景照明太明亮，则将LCD板50拆下安装在LCD电视上，采用后灯照射，可通过LCD电视观看所期望的影像。

同时，若想通过大屏观看所期望的影像，则将LCD板50拆下，安装在第一实施例的投影仪上，这样影像可以放大在屏上。

按照上面描述的本发明，一小型LCD板可拆装地安装在LCD投影仪中，因此，若背景照度太明亮，将LCD板安装到LCD电视上就可以观看影像；若要通过大屏幕观看影像，将LCD板安装到LCD投影仪上，以放大影像。

进一步说，在装上可拆装LCD板的本发明投影仪的光学成像系统中采用菲涅耳透镜，可以形成形式紧凑的LCD投影仪。

再进一步说，在光学系统的菲涅耳透镜和主成像透镜之间装上非球面透镜后，提高了透镜的成像质量。

本领域的熟练技术人员通过阅读本文公开的本发明的说明书和实施可对本发明的其它实施例有清楚的了解。本说明书和实例仅为示例性的，本发明的真实精神和范围由权利要求书来明确限定。

Claims

1、一种具有可拆装LCD板的投影仪，包括：

一发出源光线的灯；

一将所述源光线反射成均匀光线的反射器；

一将所述均匀光线反射成平面光线的平面反射器；

一将所述平面光线聚焦的菲涅耳透镜；

一按要显示的影像数据旋转地透射来自所述菲涅耳透镜的聚焦光线的可拆装LCD板；

一用来自LCD板的光线成像的光学成像系统。

2、如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述光学成像系统包括：

一将来自所述LCD板的光线聚焦的菲涅耳透镜；

一校正来自所述菲涅耳透镜的光线的像差的校正透镜组；

一用来自所述校正透镜组的光线成像的主成像透镜组。

3、如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，所述主成像透镜组包括：

第一透镜，具有朝向像方的凸面和正折射光焦度；

第二透镜，为双凹面，具有负折射光焦度；

第三透镜，具有朝向LCD板的凸面及正折射光焦度。

4、如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，所述较正透镜组包括：

包括具有朝向像方的凸面的弯月形透镜的第二透镜组；

包括具有朝向LCD板的凸面的弯月形非球面透镜的第三透镜组。

5、如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，所述菲涅耳透镜的焦距小于整个光学成像系统的焦距的三倍。

6、如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述LCD板部分(50)包括：

只通过来自菲涅耳透镜(40)的光线中的线性偏振光的第一偏振片；

按外部视频信号输出信号以激发对应于被显示图像的像素的信号处理部分；

用于根据信号处理部分的信号旋转地输出第一偏振片的输出信号的液晶板；

第二偏振片，根据相对于液晶板的旋转偏振光的相位差改变其自身透射率，而使输出各像素之间产生对比度。

7、一种具有可拆装LCD板的投影仪，包括：

一发出源光线的灯；

一将所述源光线反射成均匀光线的反射器；

一将所述均匀光线反射成平面光线的平面反射器；

一将所述平面光线聚焦的菲涅耳透镜；

一按所要显示的影像数据旋转地透射来自所述菲涅耳透镜的聚焦光线的可拆装LCD板；

一个用来自所述LCD板的光线成像的光学成像系统；

位于所述LCD板和所述光学成像系统之间的第一和第二镜面，用于缩短光学系统的全长。

8、如权利要求7所述的投影仪，其特征在于，所述光学成像系统包括：

一聚焦来自所述LCD板的入射光线的菲涅耳透镜；

一校正来自所述菲涅耳透镜的光线的像差的校正透镜组；

一用来自所述校正透镜组的光线成像的主成像透镜组。

9、如权利要求8所述的投影仪，其特征在于，所述第一和第二镜面位于所述光学成像系统的校正透镜组和菲涅耳透镜之间，用于将入射光线反射向所述校正透镜组。

10、一种具有可拆装LCD板的LCD电视，包括：

一后灯；为驱动后灯提供能量的供电部分；处理接收的视频信号的信号处理部分；按所述信号处理部分处理的影像数据显示影像的LCD板部分。

其特征在于，所述LCD板部分可拆装地安装。

11、如权利要求10所述的LCD电视，还包括一遥控光接收部分。