專利名稱：具有帶開口的光屏蔽板的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)，以及使用該結(jié)構(gòu)的尤其是用作數(shù)字電影投影機(jī)的一種投影顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著液晶技術(shù)和DLP(數(shù)字光處理Digital Light Processing；商標(biāo))技術(shù)的迅速發(fā)展，帶來了投影顯示設(shè)備體積上的減小和性能上的提高，用于投影圖像的投影顯示設(shè)備被用于更廣泛的領(lǐng)域。投影顯示設(shè)備作為前投影機(jī)備受關(guān)注，其是一種正在取代傳統(tǒng)家用電視機(jī)的大型投影顯示設(shè)備。由于具有能使該設(shè)備以實(shí)際大小投射高分辨率圖像的高分辨率面板，投影顯示設(shè)備還可作為數(shù)字電影(DLP電影)投影機(jī)用于放映電影。
通常，電影通過將存儲(chǔ)在視頻膠片中的圖像投射到非常大的屏幕上來顯示，例如在劇院。數(shù)字電影與傳統(tǒng)電影共同之處是圖像都被投射并顯示在非常大的屏幕上。但是，數(shù)字電影與傳統(tǒng)電影不同的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取代膠片被用于投射并由投影顯示設(shè)備或數(shù)字電影投影機(jī)投射到屏幕上。數(shù)字電影在大小、亮度和可靠性上大大不同于例如在教室或會(huì)議室中使用的前投影機(jī)。
例如，前投影機(jī)通常使用最高約300W的超高壓汞燈作為光源，而數(shù)字電影投影機(jī)需要2kW-6kW的氙燈。因此，燈產(chǎn)生的熱量、燈的大小以及危險(xiǎn)，與前投影機(jī)相比要大得多，設(shè)備的總大小和總重量與前投影機(jī)相比也要大得多。
基于弧光放電從氙燈發(fā)出的光束通常具有圓形截面。然而，顯示裝置用于產(chǎn)生圖像的視頻顯示面具有例如是4∶3或16∶9的高寬比的、與將要投射到屏幕上的圖像類似的矩形形狀。雖然可利用具有圓形橫截面的光束覆蓋矩形形狀的整個(gè)視頻顯示面，但該圓形橫截面要求比包圍該矩形視頻顯示面的圓形大。由于實(shí)際上入射在視頻顯示面上的光束面積比光束的全部面積小，從而損失了大部分光。該方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是，視頻顯示面在其中心區(qū)域較亮，而在其邊緣區(qū)域較暗，因此，不能獲得屏幕的均勻亮度。為了解決該問題，使用了一種特殊照明光學(xué)系統(tǒng)，其利用諸如積分透鏡的用于均勻照明的元件，該積分透鏡是一種蠅眼透鏡、管狀光管或光遂(light tunnel)。該特殊的照明光學(xué)系統(tǒng)通過將圓形光束轉(zhuǎn)換成與視頻顯示面形狀類似的矩形光束來提高效率，還通過重疊光束來提高亮度的均勻性。因此，積分透鏡、光管或光遂通常具有與顯示裝置的矩形視頻顯示面類似的矩形橫截面。數(shù)字電影投影機(jī)通常使用氙燈作為高輸出燈以及包含三個(gè)DMD(數(shù)字微鏡裝置)的顯示裝置。在這種數(shù)字電影投影機(jī)中，使用光遂或光管(下文稱作“棒狀積分器”)的特殊照明光學(xué)系統(tǒng)通常與投影機(jī)結(jié)合使用以提高光學(xué)性能。在該布置中，從燈發(fā)出的具有圓形橫截面的光束利用透鏡等會(huì)聚到具有矩形橫截面的棒狀積分器上。
然而，燈實(shí)際上具有有限尺寸的光發(fā)射點(diǎn)。光會(huì)聚到其上的點(diǎn)也具有有限尺寸。此外，光束包含不期望地從主光束中偏離的分量。因此，不能夠使得全部光束會(huì)聚到棒狀積分器上并在其矩形橫截面內(nèi)。該不期望地偏離的光被組成保持諸如棒狀積分器的光學(xué)元件的支撐機(jī)構(gòu)的元件的開口切斷，并且還被棒狀積分器的入射表面切斷。照射在支撐機(jī)構(gòu)的元件上的光加熱該元件，導(dǎo)致了元件的較早退化，使得難以保持元件的可靠性。如果從高輸出燈發(fā)出會(huì)聚光，那么，金屬元件不久將退化，除非其被冷卻。如果該不期望地偏離的光是從用于數(shù)字電影投影機(jī)中的高輸出燈發(fā)出的，則其會(huì)引起大問題，雖然如果該光從低輸出燈發(fā)出達(dá)到300W都不會(huì)有問題。
日本專利未決公開No.2002-318423披露了一種視頻顯示設(shè)備，其具有光屏蔽板，以防止不期望的照明光進(jìn)入光學(xué)元件，并防止光學(xué)元件的溫度過度升高。該光屏蔽板定位在沿著照明光路布置的彩色濾光器和棒狀積分器的前面。與每個(gè)光屏蔽板集成的散熱器從鏡室伸出，以將該視頻顯示設(shè)備內(nèi)部的不期望的熱量發(fā)散到外部。
根據(jù)除了上述專利文獻(xiàn)中披露的技術(shù)之外的現(xiàn)有技術(shù)，為了冷卻光學(xué)元件，在構(gòu)成用于支撐照明光學(xué)系統(tǒng)的支撐機(jī)構(gòu)120的棒狀積分器保持器141上設(shè)置冷卻肋片(cooling fins)。如圖1所示，棒狀積分器保持器141通過借助于冷卻風(fēng)扇161向冷卻肋片供給冷卻空氣而被冷卻。該照明光學(xué)系統(tǒng)具有容納在燈室111中的光源燈，用于反射從該光源燈發(fā)出的光并將紅外輻射與該光分離的冷光鏡112，用于接收由冷光鏡112反射的光的未示出的棒狀積分器，用于支持照明光學(xué)系統(tǒng)的支撐機(jī)構(gòu)120，以及具有圖像顯示單元的顯示裝置單元170。支撐機(jī)構(gòu)120包括容納并支撐棒狀積分器的棒狀積分器保持器141。
如果使用高輸出型的光源燈，那么該棒狀積分器對(duì)入射面的影響是最關(guān)心問題之一。因此，在其中容納該棒狀積分器的棒狀積分器保持器141具有與棒狀積分器的入射面的橫截面類似形狀的開口，并且具有位于其外表面上的有高冷卻性能的冷卻肋片。
在近些年，燈的輸出已經(jīng)增至6kW或7kW，以符合圖像的更高亮度的需要。然而，由于不期望的光對(duì)光學(xué)元件的影響增加，增加的輸出使得難以長(zhǎng)時(shí)間保持光學(xué)元件的可靠性。另外，用于數(shù)字電影投影機(jī)的燈通常用另一個(gè)具有不同輸出的燈更換，由于例如投影機(jī)的高成本，還使用該數(shù)字電影投影機(jī)的其它元件。具體地說，僅僅數(shù)字電影投影機(jī)的燈用具有不同輸出的燈來更換，以便將該數(shù)字電影投影機(jī)用作具有不同亮度水平的投影機(jī)，或以便依據(jù)數(shù)字電影投影機(jī)安裝的位置，基于數(shù)字電影投影機(jī)是用于特殊目即數(shù)字電影投影的考慮，調(diào)節(jié)亮度水平。在該例子中，由于可能使用不同類型和具有不同輸出水平的燈，其必需防止不期望的光并使照明光學(xué)系統(tǒng)冷卻。在這些情況下，現(xiàn)有技術(shù)的投影顯示設(shè)備不再能夠長(zhǎng)時(shí)間保持元件的可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)能夠防止棒狀積分器和棒狀積分器保持器由不期望的光導(dǎo)致的溫度上升，即便當(dāng)燈用具有不同輸出的其它燈替換時(shí)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種投影顯示設(shè)備，其引進(jìn)了用于保護(hù)棒狀積分器的該結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于保護(hù)投影顯示設(shè)備使用的棒狀積分器的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括用于棒狀積分器的保護(hù)管，保護(hù)管在其中容納棒狀積分器，其中保護(hù)管具有分別限定在面對(duì)棒狀積分器的光入射面和光出射面的位置處的開口；以及光屏蔽板，其位于在開口和用于向棒狀積分器發(fā)射光的光源之間，開口面對(duì)棒狀積分器的光入射面，其中光屏蔽板具有用于允許光穿過以使光入射在棒狀積分器上的開口。
由于不期望的光被光屏蔽板反射，從而防止了保護(hù)管的溫度升高。
光屏蔽板可布置成以預(yù)定間隔遠(yuǎn)離保護(hù)管的面對(duì)光入射面的開口，其中光屏蔽板的開口在形狀上與保護(hù)管的面對(duì)光入射面的開口類似。因此，用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)能夠獲得緊湊的布置。光屏蔽板的開口的邊可比保護(hù)管的開口的相應(yīng)邊大，其中所述開口面對(duì)棒狀積分器的光入射面，所述開口的相應(yīng)邊可比棒狀積分器的光入射面的相應(yīng)邊大。因此，光入射在棒狀積分器上而不受阻擋。此外，光屏蔽板可與保護(hù)管獨(dú)立地布置，從而由光屏蔽板吸收的熱量不會(huì)直接傳遞給保護(hù)管。
可提供風(fēng)扇，用于向面對(duì)棒狀積分器的光入射面的保護(hù)管的開口和光屏蔽板之間的間隙供給冷卻空氣。保護(hù)管和光屏蔽板的開口都能利用單個(gè)風(fēng)扇被強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。保護(hù)管可具有位于在其外圓周表面上的冷卻肋片，其中該冷卻肋片構(gòu)成為與從風(fēng)扇供給的冷卻空氣接觸。
光屏蔽板可由金屬制成，并可在光源側(cè)具有鏡面精加工表面。光屏蔽板反射大部分不期望的光，而不是吸收，防止了該光屏蔽板的溫度升高。
提供了一種具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過接下來參照說明了本發(fā)明的例子的附圖的說明變得明顯。


圖1是用于投影顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的透視圖，示意性說明了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)；圖2為用于投影顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的透視圖，示意性說明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)；圖3A和3B分別為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖和截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)的示意性平面圖；以及圖5為從光投射側(cè)看、根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于保護(hù)棒狀積分器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的投影顯示設(shè)備。在該說明中，由于由不期望的光導(dǎo)致的與棒狀積分器相關(guān)的元件溫度升高對(duì)于使用高輸出氙燈的數(shù)字電影投影顯示設(shè)備更成問題，所以使用氙燈作為光源的數(shù)字電影投影顯示設(shè)備將作為解決該問題的優(yōu)選例子來進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明不限于使用氙燈的投影顯示設(shè)備，還可應(yīng)用于使用高壓汞燈的普通投影顯示設(shè)備。
如圖2所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)10中，從容納在燈室11中的未示出的氙燈發(fā)出的光束會(huì)聚在冷光鏡12上，紅外輻射被截止。然后，可見光被冷光鏡12反射并穿過組成了根據(jù)本發(fā)明的用于保護(hù)棒狀積分器31(參見圖3B)的結(jié)構(gòu)30的一部分的光屏蔽板50的開口51(參見圖5)。穿過光屏蔽板50的開口51的可見光進(jìn)入到進(jìn)口開口44(參見圖3B)，該進(jìn)口開口44也組成了用于保護(hù)棒狀積分器31的結(jié)構(gòu)30的一部分。然后，該可見光進(jìn)入保持在保護(hù)管40中的棒狀積分器31的入射面32。保護(hù)管40組成用于照明光學(xué)系統(tǒng)(參見圖2)的支撐機(jī)構(gòu)20的一部分。如圖5中所示，保護(hù)管40的進(jìn)口開口44的尺寸比棒狀積分器31的入射面32大。光屏蔽板50的開口51的尺寸比位于光進(jìn)口部分43處的保護(hù)管40的進(jìn)口開口44大。因此，在利用光屏蔽板50和光進(jìn)口部分43有效反射不期望的光時(shí)，入射在棒狀積分器31上的必要光沒有被阻擋。這樣，光進(jìn)口部分43用作了第二光屏蔽板。
相當(dāng)大一部分不期望的光被光屏蔽板50的表面截止，剩余部分的不期望的光被保護(hù)管40的進(jìn)口開口44的外邊緣截止。從而，僅需要的光被允許入射在棒狀積分器31上。
入射在棒狀積分器31上的光被棒狀積分器31的限定棒狀積分器31的周邊表面的反射表面重復(fù)反射，并轉(zhuǎn)換成具有矩形形狀的光束。然后，增加了均勻性的光在光出射面33處離開棒狀積分器31。在離開棒狀積分器31后，經(jīng)由布置在支撐機(jī)構(gòu)20中的透鏡和反射鏡，該光進(jìn)入設(shè)置在顯示裝置單元70中的諸如DMD的顯示裝置，并且該光被顯示裝置調(diào)制。該被調(diào)制的圖像光被未示出的投影透鏡投射到未示出的屏幕上。
如圖3B所示，在其間具有不同熱膨脹時(shí)，棒狀積分器31通常通過在保護(hù)管40中提供片簧45來被支撐在保護(hù)管40內(nèi)，從而保持棒狀積分器31在適當(dāng)?shù)奈恢谩＞唧w地，棒狀積分器31通常由玻璃制成，保護(hù)管40通常由金屬制成。片簧45用于減輕由棒狀積分器31和保護(hù)管40的不同熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力。因此，片簧45作為支撐機(jī)構(gòu)起重要的作用。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于其容易受由暴露于不期望的光導(dǎo)致的溫度升高而惡化或損壞，該片簧可能具有較差的可靠性。另外，保護(hù)管40的光進(jìn)口部分43由于可能在棒狀積分器31的入射面32附近發(fā)生的溫度升高也會(huì)惡化，并可能在長(zhǎng)期可靠性上惡化。然而，這些問題通過提供根據(jù)本發(fā)明的具有開口51的光屏蔽板50得到解決。根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備沒有上述問題，并高度可靠。
如果從高輸出燈發(fā)出不期望的光，甚至該不期望的光可能大大地影響光屏蔽板50的長(zhǎng)期可靠性。根據(jù)該示范性實(shí)施例，光屏蔽板50的面對(duì)光源的表面被加工成鏡面精加工表面52(參見圖4)，以反射大部分的不期望的光，并從而防止光屏蔽板50的溫度升高。因此，光屏蔽板50也保持高度可靠性。通常，光屏蔽板被加工成低反射系數(shù)表面，諸如黑色涂層，以防止雜散光(stray light)。然而，在使用高輸出燈的投影顯示設(shè)備中，如在本實(shí)施例中，被加工成低反射系數(shù)的表面，諸如黑色涂層，可能導(dǎo)致加熱過度并導(dǎo)致光屏蔽板的溫度大大升高。
根據(jù)本實(shí)施例，光屏蔽板50被布置成以一定距離離開光進(jìn)口部分43，如圖3A所示，光屏蔽板50和保護(hù)管40在具有大的熱輻射面積的支撐基座21上被獨(dú)立支撐，如圖2所示。因此，防止了在光屏蔽板50處產(chǎn)生的熱能被直接傳遞到光進(jìn)口部分43。
通過改變光源角度和/或冷光鏡的角度來進(jìn)行光源的軸向布置。光學(xué)元件這樣布置以便從光源發(fā)出的光束聚焦在棒狀積分器的入射面上。通過將光束的焦點(diǎn)定位在基本上位于棒狀積分器的入射面的中心處，來實(shí)現(xiàn)光源的軸向布置。這時(shí)，光束的焦點(diǎn)可能移動(dòng)并可能臨時(shí)定位在除了棒狀積分器的入射面之外的各種位置。由于燈具有導(dǎo)致在焦點(diǎn)處溫度大大升高的高亮度光束，光束聚焦在其上的元件可能容易惡化或損壞。根據(jù)本實(shí)施例，由于為保護(hù)管40另外提供了具有開口51的光屏蔽板50，不但在正常使用投影顯示設(shè)備時(shí)，而且為了光源的軸向?qū)?zhǔn)而調(diào)節(jié)光學(xué)元件時(shí)，光屏蔽板50都有效地防止了保護(hù)管40的光進(jìn)口部分43由于溫度升高而惡化或損壞。因此，能夠確保長(zhǎng)期的可靠性。
如圖3A所示，利用設(shè)置在光屏蔽板50和光進(jìn)口部分43下方的冷卻風(fēng)扇61，冷卻空氣被供給到光屏蔽板50和光進(jìn)口部分43之間的間隙，其中該間隙是通過將光屏蔽板50布置成離開光進(jìn)口部分43而形成的。冷卻空氣同時(shí)有效地冷卻光屏蔽板50和光進(jìn)口部分43。如果光屏蔽板50布置成太遠(yuǎn)離光進(jìn)口部分43，那么雖然利用由冷卻風(fēng)扇61供給的冷卻空氣來冷卻光屏蔽板50的需要可能減少，但照明光學(xué)系統(tǒng)不利地具有了長(zhǎng)光路。
如圖3A、3B和4所示，環(huán)狀冷卻肋片41間隔地設(shè)置在保護(hù)管40的外部圓周表面上，葉片狀冷卻肋片42安裝在光進(jìn)口部分43上。從保護(hù)管40向冷卻肋片41、42傳遞的熱利用由冷卻風(fēng)扇61產(chǎn)生的空氣流動(dòng)被散發(fā)。雖然在該示范性實(shí)施例中說明了環(huán)狀冷卻肋片41和葉片狀冷卻肋片42，但是環(huán)狀冷卻肋片41和葉片狀冷卻肋片42中的任一個(gè)或二者可根據(jù)溫度條件被省略。
雖然已經(jīng)示出并詳細(xì)描述了本發(fā)明的一定優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，可作出各種改變和變形而不脫離權(quán)利要求的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)投影顯示設(shè)備使用的棒狀積分器的結(jié)構(gòu)，包括保護(hù)管，用于在其中容納所述棒狀積分器，其中所述保護(hù)管具有分別限定在面對(duì)所述棒狀積分器的光入射面和光出射面的位置處的開口；以及光屏蔽板，其位于所述開口和用于向所述棒狀積分器發(fā)射光的光源之間，所述開口面對(duì)所述棒狀積分器的所述光入射面，其中所述光屏蔽板具有用于允許光穿過以使光入射在所述棒狀積分器上的開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述光屏蔽板被布置成以預(yù)定間隔離開所述保護(hù)管的面對(duì)所述光入射面的所述開口，其中所述光屏蔽板的所述開口在形狀上與所述保護(hù)管的面對(duì)所述光入射面的所述開口相似。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的結(jié)構(gòu)，其中所述光屏蔽板的所述開口的邊比所述保護(hù)管的所述開口的相應(yīng)邊大，所述開口面對(duì)所述棒狀積分器的所述光入射面，并且其中所述開口的所述相應(yīng)邊比所述棒狀積分器的所述光入射面的相應(yīng)邊大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)，其中所述光屏蔽板與所述保護(hù)管獨(dú)立地布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，用于向所述保護(hù)管的所述開口和所述光屏蔽板之間的間隙供給冷卻空氣，所述開口面對(duì)所述棒狀積分器的所述光入射面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的結(jié)構(gòu)，其中所述保護(hù)管具有位于其外部周圍表面上的冷卻肋片，其中所述冷卻肋片構(gòu)成為與所述風(fēng)扇供給的所述冷卻空氣接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的結(jié)構(gòu)，其中所述保護(hù)管具有沿著所述保護(hù)管的邊緣設(shè)置的葉片狀冷卻肋片，所述邊緣面對(duì)所述棒狀積分器的所述光入射面，其中所述冷卻肋片構(gòu)成為與所述風(fēng)扇供給的所述冷卻空氣接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)，其中所述光屏蔽板由金屬制成，并且在所述光源一側(cè)具有鏡面精加工表面。
9.一種投影顯示設(shè)備，其具有根據(jù)權(quán)利要求1-8的任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
提供了一種用于保護(hù)投影顯示設(shè)備使用的棒狀積分器的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有用于棒狀積分器的保護(hù)管，該保護(hù)管在其中容納棒狀積分器，其中保護(hù)管具有分別限定在面對(duì)棒狀積分器的光入射面和光出射面的位置處的開口；以及光屏蔽板，其位于開口和用于向棒狀積分器發(fā)射光的光源之間，開口面對(duì)棒狀積分器的光入射面，其中光屏蔽板具有用于允許光穿過以使光入射在棒狀積分器上的開口。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1971405SQ20061016280
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者莊司英策 申請(qǐng)人:日本電氣視象技術(shù)株式會(huì)社