LCD微动曝光显像装置 【技术领域】
本发明提供一种用于LCD(液晶)影像技术的微动曝光显像装置，用于改进因LCD开口率低、可用分辨率低而导致的较低的影像质量。属于数码显像技术领域。
背景技术
目前能够输出高质量影像的显像系统大部分来自富士、柯达、诺日士等公司，它们采用了激光扫描曝光或微光阀曝光方法，再加上相应的冲洗设备，价格昂贵，每台最低也要达到70万元人民币，导致大多数数码彩扩店难以接受。可见国外技术主要存在以下不足：(1)国外的显像系统结构与技术复杂，难以实现；(2)成本较高而设备利用率低，难以让消费者接收；(3)技术所用一些关键器件，目前还完全依赖国外提供，难以达到产业化，严重制约了我国数码显像产业的起步和形成。
目前国内研发的数码显像系统很少，多数采用LCD技术，由于受到LCD可用分辨率低与开口率低的限制，导致在输出较大尺寸影像时远远不能满足人们对图像质量的要求，即影像分辨率极低；少量数码显像系统采用LCOS(硅基液晶)技术，由于LCOS的良品率低，技术不够稳定，所以根本不能达到实际应用。
目前基于LCD的显像系统大多采用卤素灯或氙气灯作为照明光源，输出的影像颜色的鲜艳程度较低，色平衡控制较难。另外目前的LCD可用分辨率较低，而目前国内基于LCD的显像技术没有额外的技术上的突破，导致只能冲洗小尺寸的影像，输出影像尺寸较大时，都会存在暗格效应；基于LCOS的数码显像系统根本不能达到实际应用。
【发明内容】
本发明地目的在于针对现有数码显像系统的不足以及LCD的可用现状，提供一种用于数码显像系统的微动曝光显像装置，使其结构简单，成本低，能充分利用现有可用的LCD分辨率，能实现很好的色彩鲜艳程度，而对系统的散热要求低，不需要使用分色装置，不需要牺牲光能量来实现色平衡。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用一组固定于LED基板上的红、绿、蓝三色发光二极管、一组固定于准直架上的准直镜组成照明单元，照明单元与一个混光筒及毛玻璃构成照明系统，而照明系统、LCD微动台、变焦投影镜头及相纸完全共轴，构成整个LCD微动曝光显像装置。其中LCD微动台由微动台底板、LCD芯片、LCD架、微动台限位块、压电陶瓷、压电陶瓷限位块、压电陶瓷限位块及弹簧片构成，压电陶瓷用以推动LCD架，使之产生精确的微位移。
本发明中，混光筒外壳嵌在混光筒的外表面，用于固定混光筒并保证以上各部分的共轴关系。贴近LED基板的下面设置准直架，而准直架的下表面为一方形槽，刚好嵌到混光筒的光线入口处，保证了光能无损失。混光筒的下表面，即光线的出口处与毛玻璃相接，毛玻璃以45度角嵌于混光筒的光线出射口处，两者保证了照射到微显示面板上的光均匀度。毛玻璃下面为LCD微动台，位于LCD微动台上的用于调制图像的LCD芯片贴近毛玻璃设置，LCD芯片与毛玻璃两者距离很近可以避免光能损失及其它杂光的进入。LCD微动台与相纸之间放置一变焦投影镜头，其焦距用电脑直接控制，用于调节LCD芯片光线的出射面与相纸尺寸一一对应。
本发明的LCD微动台由上、中、下三层构成，底层为微动台底板，中层由中层底板、中层底板限位块、压电陶瓷、压电陶瓷限位块及弹簧片构成。其中弹簧片紧贴并固定于中层底板的一个侧面，位于中层底板与压电陶瓷之间，与此中层底板侧面相互垂直的另外两个侧面分别紧贴一个中层限位块，压电陶瓷的另一端紧贴压电陶瓷限位块，以保证压电陶瓷的水平与垂直方向的位置不变。上层由LCD芯片、LCD架、上层限位块、弹簧片、压电陶瓷及压电陶瓷限位块构成，LCD芯片固定于LCD架的上面，上层的弹簧片、压电陶瓷及压电陶瓷限位块与中层的弹簧片、压电陶瓷及压电陶瓷限位块位置结构相同，只不过上层弹簧片所依附的上层LCD架侧面与中层弹簧片所依附的中层侧面相互垂直，与上层弹簧片所依附的LCD架侧面相互垂直的LCD架的两个侧面分别紧贴一个上层限位块。
LED发出的光经准直基板，射入混光筒，经毛玻璃出射的光照射于已经调制好图像的LCD，再经变焦投影镜头，投射到相纸上曝光成像。根据色平衡原理，可计算出红、绿、蓝三色光源曝光时间比，且总曝光时间可调。
微动台控制流程如下：首先将图像分解成红、绿、蓝三基色图像，然后分别将其取反。控制系统给出曝光时间，自动计算出三色的爆光时间，三色灯各曝光四次。首先让LCD调制红色取反图像，让红色LED发光，发光时间为红色灯发光时间的四分之一，熄灭红色灯，微动台移动，然后红灯继续发光，共移动曝光四次，绿灯，蓝灯依次曝光，曝光原理如红色灯曝光原理。三色光曝光结束后，控制系统通知走纸机构，进行走纸洗相。
微动台的移动过程是这样的：三色LED灯各曝光四次，每一种颜色的LED灯曝光四次后，LCD微动台沿正方形的四边最后移动到原位置。每曝光一次，LCD微动台移动像素尺寸的一半，水平面内X方向与Y方向上各移动两次。首先沿水平面内X方向移动一次，再沿Y方向移动一次，然后再分别沿X方向与Y方向的反向移动各一次，最后回到原位置。
本发明的微动曝光显像装置具有显著的优点：采用LED作为照明光源，提高了系统的寿命，降低了系统的散热要求，达到更高的色彩鲜艳程度，无需使用分色装置，无需损耗光能来实现色平衡。微位移的致动元件选用压电陶瓷，微位移精度高(精度为0.1微米)，可控性好，缩小了微动台的整体体积；LCD微动台中采用弹簧片的弹性变形实现了微位移，摩擦力非常小，保证了系统的高度稳定性和可重复性，有效地提高了输出影像的尺寸及质量，进一步满足人们的不同分辨率图像的需求。LCD微动台采用预加载荷设计，避免了回程误差。采用本发明的微动曝光装置，可使现有可用分辨率的LCD输出大尺寸、高质量的影像，降低显像系统的复杂度及价格。本发明可与传统的胶片式彩扩机兼容，扩展了传统彩扩机的数码冲印功能。
【附图说明】
图1为本发明LCD微动曝光显像装置结构示意图。
图1中，1为LED基板，2为准直基板，3为混光筒外壳，4为混光筒，5为LCD微动台，6为变焦投影镜头，7为相纸，16为整个照明系统，17为毛玻璃。
图2为本发明的LCD微动台结构示意图。
图2中，8为微动台底板，9为LCD芯片，10为LCD架，11为微动台上层限位块，12为中层压电陶瓷，13为中层压电陶瓷限位块，14为微动台中层限位块，15为中层弹簧片，18为中层底板，19为上层弹簧片，20为上层压电陶瓷，21为上层压电陶瓷限位块。
图3为本发明中曝光系统控制流程。
图4为本发明中微动台移动原理图。
图4中，a为象素的实际尺寸，b为有效曝光象素尺寸，虚框表示实际象素，实框表示有效曝光象素，虚线箭头表示象素的4次移动方向，每次移动a/2。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
图1所示的是本发明的微动曝光装置一个实施例的结构组成示意。图中的虚线范围内是本发明的多光源LED照明系统16，由依次设置在同一个光轴上的LED基板1、准直架2、混光筒4、毛玻璃17构成，LED基板1上固定一组红、绿、蓝三色发光二极管，准直架2上固定一组准直镜，混光筒外壳3嵌在混光筒4的外表面，用于固定混光筒3并保证以上各部分的共轴关系。贴近LED基板1的下面设置准直架2，而准直架2的下表面为一方形槽，刚好嵌到混光筒4的光线入口处，保证了光能无损失；混光筒4的下表面，即光线的出口处与毛玻璃17相接，毛玻璃17以45度角嵌于混光筒4的光线出射口处，两者保证了照射到LCD芯片9上的光均匀度。毛玻璃17下面为LCD微动台5，位于LCD微动台5上的用于调制图像的LCD芯片9贴近毛玻璃设置，LCD芯片9与毛玻璃17之间的距离很近，以免光能损失及其它杂光的进入。LCD微动台5与相纸7之间放置一变焦投影镜头6，其焦距用电脑直接控制，用于调节LCD芯片9光线的出射面与相纸7尺寸一一对应。
本发明LCD微动台5的结构如图2所示，由微动台底板8、LCD芯片9、LCD架10、微动台上层限位块11、中层压电陶瓷12、中层压电陶瓷限位块13、微动台中层限位块14、中层弹簧片15、中层底板18、上层弹簧片19、上层压电陶瓷20、上层压电陶瓷限位块21构成。其中上层压电陶瓷20用以推动LCD架10，使之产生精确的微位移。
整个微动台5由上、中、下三层构成，底层为微动台底板8，中层由中层底板18、中层底板限位块14、中层压电陶瓷12、中层压电陶瓷限位块13及中层弹簧片15构成。其中中层弹簧片15紧贴并固定于中层底板18的一个侧面并位于中层底板18与中层压电陶瓷12之间，中层压电陶瓷12的另一端紧贴中层压电陶瓷限位块13，以保证中层压电陶瓷12的水平与垂直方向的位置不变。与中层弹簧片15所在中层底板18的侧面相邻的两个侧面两端分别紧贴一个中层限位块14。微动台5的上层由LCD芯片9、LCD架10、上层限位块11、上层弹簧片19、上层压电陶瓷20及上层压电陶瓷限位块21构成，LCD芯片9固定于LCD架10的上面，上层弹簧片19、上层压电陶瓷20及上层压电陶瓷限位块21与中层的位置结构相同，只不过上层弹簧片19所依附的上层LCD架10侧面与中层弹簧片15所依附的侧面相互垂直，与上层弹簧片15所依附的LCD架10侧面相互垂直的LCD架的两个侧面两端分别紧贴一个上层限位块11。
LED基板1上的LED发出的光经准直基板2后，进入混光筒4，经毛玻璃17照射到已调制好图像的LCD芯片9上，经投影变焦镜头6在相纸7上曝光。需要指出的是，事先已将图像分解成红、绿、蓝三基色图像，并分别将三基色图像取反。LCD芯片9调制红色取反图像时，用对应的红光曝光。同理，LCD芯片9调制绿色取反图像及蓝色取反图像时，用其对应相同颜色的光曝光。
本发明拟采用由红、绿、蓝三色光合成的标准白光源D65。根据色品图可查出标准白光源D65的色品坐标，进而可以求出该光源的三刺激值(即构成该光源的三基色光的能量)，由(2)给出。相纸接收的总能量由(1)式给出。即可以求出三基色光源的能量比，由于所使用的红、绿、蓝三色灯的光功率已知，进而可以求出三色光的曝光时间比。
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为照射面积，即相纸7面积；IR、IG、IB分别为红、绿、蓝三色光在相纸7面上的照度；TR、TG、TB分别为红、绿、蓝三色光在相纸7面上的曝光时间；ET为相纸7所接收的总能量；ER、EG、EB分别为相纸7所接收的红、绿、蓝三色光的总能量。(2)式中x10，y10，z10为标准白光源D65的色品坐标，X10，Y10，Z10为合成标准白光源D65的红、绿、蓝三色光的三刺激值。
本发明的微动曝光控制原理如图3所示：电源启动后，首先由PC机设定曝光时间，根据上述原理自动计算出三色光的曝光时间，然后让LCD芯片9调制红色取反图像(事先将要曝光的图像分解成RGB三基色图像，然后分别取反)，点燃相同颜色的LED灯，进行曝光，曝光时间为该色光曝光时间的四分之一，停止曝光；驱动LCD微动台5，使其沿水平面内一方向移动像素尺寸的一半，相同颜色的LED灯再继续曝光(曝光时间与上次相同)，同理再继续曝光两次，共曝光四次。LCD微动台5的移动路线如图4所示，图4中，a为象素的实际尺寸，b为有效曝光象素尺寸(与LCD的开口率有关，开口率越大，b越大)；虚框表示实际象素，实框表示有效曝光象素；虚线箭头表示象素的4次移动方向，每次移动a/2。绿色LED灯与蓝色LED灯的曝光过程与红色LED灯的曝光过程相同。三色光各曝光四次，每曝光一次，LCD微动台5移动像素尺寸的一半，水平面内X方向与Y方向上各移动两次，如图4，LCD微动台首先沿水平面内X方向移动一次，再沿Y方向移动一次，然后再分别沿X方向与Y方向的反向移动各一次，最后回到原位置。