图像投影设备以及电路板保持结构的制作方法
【专利摘要】根据本发明的实施例，一种图像投影设备包括：光源装置；第一电路板，第一电路板包括被配置成使用光形成图像的图像显示装置、连接器以及靠近连接器的电气导电部分；由金属制成的保持部件；被保持部件保持，并且被配置成将光引导至图像显示装置的光学照明单元；配置成将图像投影在投影表面的光学投影单元；配置成与连接器电连接的第二电路板；被固定并电连接至保持部件的金属板；以及被布置在金属板上的弹性金属部件。第一电路板被固定到保持部件，弹性金属部件与电气导电部分接触。第二电路板被固定并电连接至金属板。本发明还涉及一种电路板保持结构。
【专利说明】图像投影设备以及电路板保持结构
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2013年6月26日在日本提交的日本专利申请N0.2013-134362的优先权,并且通过引用将其全部内容合并。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及图像投影设备以及电路板保持结构。
【背景技术】
[0004]一些类型的图像投影设备通过将来自光源的光导向至例如液晶面板或者数字微镜装置(DMD)的图像显示装置，并且将由图像显示装置根据图像而调制的光投影到投影表面，将图像投影到例如屏幕的投影表面。为了以这样的方式执行图像投影，这样的图像投影设备包括至少其上安装了图像显示装置的电路板以及配置成控制图像显示装置等的控制电路板。这些电路板经由连接器彼此电连接。
[0005]对于作为图像投影设备的投影仪，有在完成投影大屏幕图像的同时使投影仪的外部所需的投影空间小型化的需求。为了增加投影屏幕的尺寸，同时减小图像投影设备的外部投影空间，理想的是，将形成要被投影的图像的成像光的光路的大部分尽可能地放置在投影仪内部。包括这样的光学系统的图像投影设备在日本专利N0.4210314中被公开。采用这样的光学系统允许减小图像投影设备的外部投影空间，并且此外，减小图像投影设备的体积尺寸。但是，当包括例如DMD的图像显示装置的图像投影设备被使用时，会出现问题。这种类型的图像投影设备典型地包括下面的构造:包括图像显示装置的DMD电路板被水平地放置；以及控制图像投影设备的主电路板被垂直放置，并且经由连接器连接到DMD电路板。如果在靠近连接器的部分产生不需要的电噪声，那么为了防止噪声向外部漏泄，屏蔽结构可能会被添加到图像投影设备中。因此，尽管图像投影设备的体积尺寸能够通过上述的光学系统构造的优点被减小，屏蔽结构的增加会增加设备的尺寸。
[0006]日本专利特开N0.02-161798公开了一种用于降低经由连接器彼此连接的主电路板以及副电路板的噪声的结构。在这种结构中，主电路板和副电路板被彼此平行地设置，并且每个电路板都被接地连接到被插入在它们之间的底座。
[0007]然而，例如DMD以及其它电路板的图像显示装置典型地是彼此垂直地设置。
[0008]考虑到上述的情况，需要提供一种比常规的图像投影设备生成较少的电噪声的图像投影设备。
[0009]本发明的一个目的是至少部分地解决常规技术中的问题。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的是至少部分的解决现有技术中的问题。
[0011]根据本发明，提供了一种用于将图像投影在投影表面上的图像投影设备，图像投影设备包括:光源装置，所述光源装置被配置成发出光；第一电路板，所述第一电路板包括被配置成使用所述光形成图像的图像显示装置、连接器以及靠近所述连接器的电气导电部分；保持部件，所述保持部件由金属制成；光学照明单元，所述光学照明单元被所述保持部件所保持，并且被配置成将从所述光源装置发出的光引导至所述图像显示装置；光学投影单元，所述光学投影单元被配置成将由所述图像显示装置形成的所述图像投影到所述投影表面上；第二电路板，所述第二电路板被配置成电连接至所述第一电路板的所述连接器；金属板，所述金属板被固定并电连接至所述保持部件；以及弹性金属部件，所述弹性金属部件被布置在所述金属板上，其中所述第一电路板被固定到所述保持部件，所述弹性金属部件与所述第一电路板的所述电气导电部分接触，并且所述第二电路板被固定并电连接至所述金属板。
[0012]本发明还提供一种电路板保持结构，包括:第一电路板(42)，所述第一电路板包括被配置成使用所述光形成图像的图像显示装置(41)、连接器(42a)以及靠近所述连接器(42a)的电气导电部分(45，46);保持部件(56)，所述保持部件由金属制成；第二电路板
(80)，所述第二电路板被配置成电连接至所述第一电路板(42)的所述连接器(42a);金属板(70)，所述金属板被固定并电连接至所述保持部件(56);以及弹性金属部件(73，74)，所述弹性金属部件被布置在所述金属板(70)上，其中所述第一电路板(42)被固定到所述保持部件(56)，所述弹性金属部件(73，74)与所述第一电路板(42)的所述电气导电部分(45,46)接触，并且所述第二电路板(80)被固定并电连接至所述金属板(70)。
[0013]本发明的上述以及其他目的，特征，优势和技术及产业上的意义将通过连同参考附图阅读以下关于本发明当前最优方案的详细说明得到更好的理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是图解根据本发明的第一实施例的图像投影设备的使用情况的立体图；
[0015]图2是图1中所示的图像投影设备的光学引擎单元和光源装置的立体图；
[0016]图3是图像投影设备的光学引擎单元的立体图；
[0017]图4是图像投影设备的光学照明单元和图像处理单元的立体图；
[0018]图5是图像投影设备的图像处理单元的立体图；
[0019]图6是图像投影设备的光学投影单元的立体图；
[0020]图7是图像投影设备的光学投影单元的立体图；
[0021]图8是图像投影设备的光学投影单元的侧视图；
[0022]图9A是图解用于将图像处理单元装配到图像投影设备的光学照明单元上的方法的不意图；
[0023]图9B是另一个图解用于将图像处理单元装配到图像投影设备的光学照明单元上的方法的示意图；
[0024]图10是图解用于向DMD印刷电路板(PCB)提供电气接地连接的方法的示意图；
[0025]图11是另一个图解用于向DMD PCB提供电气接地连接的方法的示意图；
[0026]图12A是图解图像投影设备的彼此接触的金属片簧部件和导热部分的示意图；
[0027]图12B是图解图像投影设备的彼此接触的金属片簧部件和导热部分的示意图；
[0028]图13A是包括图像投影设备的DMD的DMD PCB的前侧的构造的示意图；
[0029]图13B是包括图像投影设备的DMD的DMD PCB的沿箭头A-A方向的截面图；
[0030]图14A是图解图像投影设备的用于装配通过连接器连接到DMD PCB的控制电路板的方法的示意图；
[0031]图14B是另一个图解图像投影设备的用于装配通过连接器连接到DMD PCB的控制电路板的方法的示意图；
[0032]图15A是图像投影设备的控制电路板的前侧的构造的示意图；
[0033]图15B是图像投影设备的控制电路板的后侧的构造的示意图；
[0034]图16是图解其它部件是如何被装配到控制电路板上的示意图；以及
[0035]图17是图解其它部件是如何被装配到控制电路板上的另一个示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面通过参考附图详细的描述本发明的示范性的实施例。图1是根据本发明的实施例的图像投影设备I的外部的立体图。图像投影设备I基于从个人电脑、摄影机等馈送的图像数据来形成图像，并且将图像投影和显示在屏幕2上。图像投影设备I的实例包括广为人知的液晶投影仪。近来，由于光源灯泡的效率的提高，液晶投影仪在亮度以及较低的成本上得以改进。具有数字微镜装置(DMD)的紧凑的以及轻量化的图像投影设备不仅仅在办公室以及学校，而且在家庭使用中也普及了。特别是，便携性得以改进的前投影仪被广泛的使用包括在几个人的小型会议中。
[0037]图2是图1中所示的图像投影设备的外壳3被移除的立体图。如图2中所示，图像投影设备I主要包括光学引擎单元30和光源装置20。光源装置20通过控制例如高压水银灯的光源，来提供向光学引擎单元30进行图像投影所需的白色光。
[0038]光源装置20包括作为支撑例如卤素灯、金属卤化物灯或者高压水银灯的光源21的保持部件的光源支架22。光源21被安装在光源支架22的上部。保持反射器(未图示)等的保持器24被拧入光源支架22的来自光源21的光的出射侧上。保持器24在与光源21的相反侧上具有出射窗23 (见图3)。从光源21出射的光被反射器(未图示)会聚到出射窗23，并且通过出射窗23射出。保持器24进一步包括在其侧面上的光源进气口 24b，用于冷却光源21的空气通过光源进气口 24b流入。保持器24进一步包括在其顶面上的光源出气口 24c，被光源21加热的空气通过光源出气口 24c流出。
[0039]光学引擎单元30根据输出图像数据提供处理来自光源装置20的光以及投影被处理的光的控制。图3是详细图解光学引擎单元30的构造的立体示意图。光学引擎单元30包括光学照明单元31，光学投影单元33，以及图像处理单元32。如上所述的来自光源装置20的白色光被导向至光学照明单元31。光学照明单元31将从光源装置20发出的白色光分离成红色、绿色和蓝色(RGB)分量，并且将这些分量引导到图像处理单元32。图像处理单元32根据调制信号形成图像。光学投影单元33投影并放大由图像处理单元32形成的图像。
[0040]图4是图解光学照明单元31和图像处理单元32的布局的示意图。光学照明单元31包括色轮38、光通道37、中继透镜36、柱面镜35以及凹面镜34。包括盘状的滤色片的色轮38使用滤色片在每个单位时间内将由光源装置20发出的白色光转换成R、G和B中的一个的光，并且发出被转换的光。通过将平板玻璃结合在一起形成圆柱形而形成光通道37。光通道6将从色轮38出射的光引导至中继透镜36。中继透镜36通过结合两个透镜而形成，并且会聚从光通道37出射的光，同时校正轴向色差。
[0041]柱面镜35和凹面镜34反射从中继透镜36出射的光。被反射的光进入图像处理单元32。图像处理单元32包括DMD(图像显示装置的一个实例)41 (见图5)，DMD41包括由多个微镜组成的基本上矩形的镜面。DMD 41处理并反射投影光，以便根据图像数据通过以时分方式单独驱动(即，重新定位)微镜来形成想要的图像。在图像处理单元32中，用于根据图像数据以时分方式被DMD 41的多个微镜使用的光在图4中箭头B所示的方向上被朝向投影透镜51反射，同时不必要的光在箭头C所示的方向上被朝向光接收器反射。
[0042]图5是图解图像处理单元32的构造的立体图。图像处理单元32包括DMD 41、控制DMD 41的DMD印刷电路板(下文中称为“DMD PCB” ) 42 (第一电路板)、冷却DMD 41的散热器43，以及将散热器43朝向DMD 41按压的固定板44。在这个实施例中，散热器43用作散热单元。散热器43与要被冷却的DMD 41接触从而将DMD 41发出的热驱散。图6是详细图解光学投影单元33的构造的立体图。从图像处理单元32出射的光被朝向图7中所示的投影透镜51反射。不必要的光被朝向图7中所示的光接收器53反射。
[0043]图7和图8是分别图解光学投影单元33的立体图和侧视图。从投影透镜51出射的被放大的图像光沿着由折叠镜54折叠的光路行进。然后光被反射离开自由曲面镜55，以将图像在屏幕2上投影并放大。由于上述的构造允许将光学引擎单元30靠近屏幕2放置，所以图像投影设备I能够被设计成具有紧凑的直立的结构，其中元件被竖直地堆叠，需要较小的占地面积。
[0044]图9A和9B图解了用于将图像处理单元32装配到光学照明单元31上的方法的示意图。如图9A和9B所示，通过将螺钉61插入靠近DMD 41的四个位置处的孔47中，DMD41基本在四个孔的中间，包括DMD 41的DMD PCB42在横向方向上被紧固到光学照明单元31上。采用这种装配方法的原因如下。DMD 41是主要光学元件之一，并且因此DMD 41相对于光学照明单元31的定位精度相当重要。为了相对于光学照明单元31准确的放置以及水平的定位DMD 41 JfDMD 41通过螺钉连接到靠近DMD 41的四个位置，DMD 41基本上位于这四个位置的中间，这样的结构在功能上是非常有利的。然而，由于和下面将描述的控制电路板(第二电路板)80(见图14A和14B)连接，大量的电噪声出现在靠近连接器42a处，而不是靠近DMD 41。
[0045]图10和11是描述用于提供电气接地连接到DMD PCB42的的方法的示意图。金属接地板70以图10和11中所示的方式被固定到光学照明单元31。金属片簧部件74和73被固定到金属接地板70，金属片簧部件74和73是由金属制成的弹性部件。金属片簧部件74和73在施力方向上彼此不同。金属片簧部件73在图11中的向上的方向上被施力，同时金属片簧部件74在图11中的向下的方向上被施力。金属片簧部件74被放置在DMD PCB42的背面靠近连接器42a的位置。金属片簧部件74与DMD PCB42的抗蚀(绝缘)层被剥离的导热部分45接触，从而使得金属接地板70和DMD PCB42之间电气接地连接。金属片簧部件73在DMD PCB42的前侧靠近连接器42a的位置。金属片簧部件73与DMD PCB42的抗蚀(绝缘)层被剥离的导热部分46接触，从而使得金属接地板70和DMD PCB42之间电气的接地连接。导热部分46是位于DMD PCB42上比DMD PCB42被固定到光学照明单元31的位置更靠近连接器42a的位置。弹性部件不局限于本实施例中的这些。可以采用具有弹力并且被配置成与导热部分45和46接触的任何弹性部件。
[0046]图12A和图12B分别是图解金属片簧部件74和导热部分46彼此接触以及金属片簧部件73和导热部分45彼此接触的示意图。如图12A和12B所示，金属接地板70利用螺钉75和螺钉76被固定到光学照明单元31的金属部件(由镁合金制成)56上。金属部件56是例如支撑光学照明单元31的组件的支架的保持部件。金属片簧部件74和73被固定到金属接地板70上的不同位置。金属片簧部件74和73中的一个在DMD PCB42的前面靠近连接器42a的位置处与导热部分46接触。金属片簧部件74和73中的另一个在DMD PCB42的背面靠近连接器42a的位置处与导热部分45接触。金属片簧部件74和73的形状不局限于本实施例的这些。可选择的，金属片簧部件74和73可以被配置成具有两个以上的突出顶部，突出顶部与导热部分45或46接触以便增加接触区域。同时，金属片簧部件74和73中的每一个都通过在边缘形成卷曲而被固定到金属接地板70上。被排列在不同的或者两个方向上的金属片簧部件74和73是相同的组件，其中之一被上下颠倒地固定。采用这种构造的金属片簧部件74和73允许通过不增加模具的种类来降低成本。
[0047]图13A和13B图解了包括DMD 41的DMD PCB42的构造。DMD PCB42具有四层结构，其中整个第一层和整个第四层的每一层都覆盖有抗蚀(绝缘)层49。接地层50铺设在抗蚀层49的内侧。抗蚀层49被剥离以露出在导热部分45和46处的接地层50。图案层48被铺设在抗蚀层49和接地层50之间。通过利用金属片簧部件73和74与导热部分45和46接触，使得DMD PCB42接地连接允许高效的降低从靠近连接器42a的DMD PCB42的前面和背面出现的电噪声。
[0048]图14A和14B是图解用于利用连接器连接将控制电路板80装配到DMD PCB42上的方法的示意图。控制电路板80通过将连接器82连接到连接器42a而被连接到DMD PCB42。利用螺钉81，控制电路板80在靠近连接器82的两个固定位置被紧固到金属接地板70上。
[0049]图15A和15B分别图解了控制电路板80的前侧和后侧的构造。如图14A、14B、15A和15B中所示，控制电路板80包括通过在固定位置处剥离抗蚀(绝缘)层而形成的前侧上的导热部分83和后侧上的导热部分84，控制电路板80利用螺钉81在固定位置处被紧固到DMD PCB42。在固定位置处进行与金属接地板70的接地连接。
[0050]根据上述的本实施例的构造，在靠近电路板的连接器的位置处，DMD PCB42和控制电路板80中的每一个在每个电路板的前侧和后侧上都被接地连接到包括金属片簧部件73和74的金属接地板70。相应地，电噪声能够被有效地减少。
[0051]图16和17是详细图解其它部件是如何被装配到控制电路板80上的示意图。被用在外部输入与输出的插入类型的输入/输出终端，例如HDMI (注册商标)连接器以及RGB连接器被安装在控制电路板80上。当电缆终端从外部被插入输入/输出终端或从输入/输出终端中被拔出时，插入或拔出的力被施加到输入/输出终端。由于控制电路板80被固定到其上安装了 DMD 41的DMD PCB42以及光学照明单元31上，这个力能够被施加到用于连接器82以及光学照明单元31上，控制电路板80利用连接器82被连接到DMD PCB42上，使得出现连接器82的损坏或接触不良。例如电噪声的增加，以及光学照明单元31中包括透镜和镜的光学元件的定位精度以及DMD 41的定位精度的降低的最终的不利影响能够导致例如图像变形的问题。
[0052]然而，在本实施例中，在例如HDMI (注册商标)连接器和RGB连接器的输入/输出终端中限定了螺孔，并且输入/输出终端利用螺钉被紧固到PCB支架90 (第二保持部件)上。这个结构使得由于外部的电缆终端插入连接器或从连接器中拔出所施加的所有力被PCB支架90接收。由于PCB支架90被固定到图像投影设备I的壳体等等上，而不是被固定到光学照明单元31上，所以插入或拔出的力被阻止施加到需要定位精度的光学元件以及连接器。
[0053]根据上述实施例的图像投影设备I被配置成如下所示。DMD PCB42和控制电路板80在大量电噪声出现的靠近连接器42a和82的位置处被接地连接到金属接地板70。金属接地板70被连接到光学照明单元31的具有最大电容的金属部件。相应的，由于电噪声能够被有效地降低，所以图像投影设备I的尺寸的增加能够被降低。
[0054]同时，大部分的电噪声在靠近连接器42a的前侧和后侧从包括例如DMD 41的图像显示装置的DMD PCB42的前侧和后侧出现。使得由金属制成的接地弹性部件与前侧和后侧接触能够增加减少电噪声的能力。
[0055]根据本发明的一个实施例，一种图像投影设备产生比常规的图像投影设备更少的电噪声。
[0056]尽管根据特定的实施例对本发明做出了完整且清楚的揭示，附加的权利要求不是要对此做限制，而是要被解释为包含所有本领域的技术人员能想到的变型和可替换的结构并落入在此阐明的基本的教导。
【权利要求】
1.一种用于将图像投影在投影表面上的图像投影设备，其特征在于，所述图像投影设备包括: 光源装置，所述光源装置被配置成发出光； 第一电路板，所述第一电路板包括被配置成使用所述光形成图像的图像显示装置、连接器、以及靠近所述连接器的电气导电部分； 保持部件，所述保持部件由金属制成； 光学照明单元，所述光学照明单元被所述保持部件所保持，并且被配置成将从所述光源装置发出的光引导至所述图像显示装置； 光学投影单元，所述光学投影单元被配置成将由所述图像显示装置形成的所述图像投影到所述投影表面上； 第二电路板，所述第二电路板被配置成电连接至所述第一电路板的所述连接器； 金属板，所述金属板被固定并被电连接至所述保持部件；以及 弹性金属部件，所述弹性金属部件被布置在所述金属板上，其中 所述第一电路板被固定到所述保持部件， 所述弹性金属部件与所述第一电路板的所述电气导电部分接触，并且 所述第二电路板被固定并被电连接至所述金属板。
2.如权利要求1所述的图像投影设备，其特征在于， 与所述弹性金属部件接触并且靠近所述连接器的所述电气导电部分包括多个电气导电部分，并且 至少一个所述电气导电部分在所述第一电路板的前面，并且其它的一个以上的所述电气导电部分在所述第一电路板的背面。
3.如权利要求1或2所述的图像投影设备，其特征在于， 所述弹性金属部件包括多个弹性金属部件， 所述多个弹性金属部件被固定到所述金属板，并且 所述多个弹性金属部件彼此形状相同。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的图像投影设备，其特征在于，进一步包括: 独立于所述保持部件的第二保持部件，其中 具有螺孔的插入型的输入/输出终端被安装在所述第二电路板上， 所述输入/输出终端利用穿过所述螺孔紧固的螺钉而被固定到所述第二保持部件，并且 所述保持部件和所述第二保持部件没有彼此固定。
5.一种电路板保持结构，其特征在于，包括: 第一电路板，所述第一电路板包括被配置成使用光来形成图像的图像显示装置、连接器、以及靠近所述连接器的电气导电部分； 保持部件，所述保持部件由金属制成； 第二电路板，所述第二电路板被配置成电连接至所述第一电路板的所述连接器； 金属板，所述金属板被固定并被电连接至所述保持部件；以及 弹性金属部件，所述弹性金属部件被布置在所述金属板上，其中 所述第一电路板被固定到所述保持部件，所述弹性金属部件与所述第一电路板的所述电气导电部分接触，并且所述第二电路板被固定并被电连接至所述金属板。
【文档编号】H01R13/648GK104298053SQ201410283813
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】山田正道, 藤冈哲弥, 石川直行, 三川晃尚, 金井秀雄, 御沓泰成, 土屋聪 申请人:株式会社理光