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:
本實(shí)用新型涉及一種用于保護(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(lái)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髙分 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(guò)將存儲(chǔ)在視頻膠片中的圖像投射到非常大的屏幕 上來(lái)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?;诨」夥烹姀碾療舭l(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(lighttu皿d)。該特殊的照明光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)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(lái)提 高效率,還通過(guò)重疊光束來(lái)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)DM:D (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)中的髙輸出燈發(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(guò)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(guò)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(shuō),僅僅數(shù)字電影 投影機(jī)的燈用具有不同輸出的燈來(lái)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。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(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)。本實(shí)用新型的另一個(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)本實(shí)用新型,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(guò)以使光入射在棒狀積分器上的開 □。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)本實(shí)用新型的投影顯示設(shè)備。本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)接下來(lái)參照說(shuō) 明了本實(shí)用新型的例子的附圖的說(shuō)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(shuō)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(shuō)明了根 據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(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)本實(shí)用新型的示范性實(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)本實(shí)用新型的示范性實(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)本實(shí)用新型的示范性實(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)施方式
接下來(lái),將說(shuō)明根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的投影顯示設(shè)備。
在該說(shuō)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(lái)進(jìn)行描述。然而,本實(shí)用新型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)本實(shí)用新型的實(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(guò)組成了根據(jù)本 實(shí)用新型的用于保護(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(guò)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(guò)在保護(hù)管40中提供片簧45來(lái)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?。具體地,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(guò)提供根據(jù)本實(shí)用新型的具有開口 51的光屏蔽板50得到解決。根據(jù) 本實(shí)用新型的投影顯示設(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(guò)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(guò)改變光源角度和/或冷光鏡的角度來(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(shuō)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)描述了本實(shí)用新型的一定優(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),其特征在于包括保護(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(guò)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l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l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l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,其特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求1-8的任何 一個(gè)的結(jié)構(gòu)。
專利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(guò)以使光入射在棒狀積分器上的開口。
文檔編號(hào)G03B21/14GK201041610SQ20062014748
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
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