专利名称：具有带开口的光屏蔽板的用于保护棒状积分器的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保护棒状积分器的结构，以及使用该结构的尤其是用作数字电影投影机的一种投影显示设备。
背景技术：
随着液晶技术和DLP(数字光处理Digital Light Processing；商标)技术的迅速发展，带来了投影显示设备体积上的减小和性能上的提高，用于投影图像的投影显示设备被用于更广泛的领域。投影显示设备作为前投影机备受关注，其是一种正在取代传统家用电视机的大型投影显示设备。由于具有能使该设备以实际大小投射高分辨率图像的高分辨率面板，投影显示设备还可作为数字电影(DLP电影)投影机用于放映电影。
通常，电影通过将存储在视频胶片中的图像投射到非常大的屏幕上来显示，例如在剧院。数字电影与传统电影共同之处是图像都被投射并显示在非常大的屏幕上。但是，数字电影与传统电影不同的是数字数据取代胶片被用于投射并由投影显示设备或数字电影投影机投射到屏幕上。数字电影在大小、亮度和可靠性上大大不同于例如在教室或会议室中使用的前投影机。
例如，前投影机通常使用最高约300W的超高压汞灯作为光源，而数字电影投影机需要2kW-6kW的氙灯。因此，灯产生的热量、灯的大小以及危险，与前投影机相比要大得多，设备的总大小和总重量与前投影机相比也要大得多。
基于弧光放电从氙灯发出的光束通常具有圆形截面。然而，显示装置用于产生图像的视频显示面具有例如是4∶3或16∶9的高宽比的、与将要投射到屏幕上的图像类似的矩形形状。虽然可利用具有圆形横截面的光束覆盖矩形形状的整个视频显示面，但该圆形横截面要求比包围该矩形视频显示面的圆形大。由于实际上入射在视频显示面上的光束面积比光束的全部面积小，从而损失了大部分光。该方法的另一个缺点是，视频显示面在其中心区域较亮，而在其边缘区域较暗，因此，不能获得屏幕的均匀亮度。为了解决该问题，使用了一种特殊照明光学系统，其利用诸如积分透镜的用于均匀照明的元件，该积分透镜是一种蝇眼透镜、管状光管或光遂(light tunnel)。该特殊的照明光学系统通过将圆形光束转换成与视频显示面形状类似的矩形光束来提高效率，还通过重叠光束来提高亮度的均匀性。因此，积分透镜、光管或光遂通常具有与显示装置的矩形视频显示面类似的矩形横截面。数字电影投影机通常使用氙灯作为高输出灯以及包含三个DMD(数字微镜装置)的显示装置。在这种数字电影投影机中，使用光遂或光管(下文称作“棒状积分器”)的特殊照明光学系统通常与投影机结合使用以提高光学性能。在该布置中，从灯发出的具有圆形横截面的光束利用透镜等会聚到具有矩形横截面的棒状积分器上。
然而，灯实际上具有有限尺寸的光发射点。光会聚到其上的点也具有有限尺寸。此外，光束包含不期望地从主光束中偏离的分量。因此，不能够使得全部光束会聚到棒状积分器上并在其矩形横截面内。该不期望地偏离的光被组成保持诸如棒状积分器的光学元件的支撑机构的元件的开口切断，并且还被棒状积分器的入射表面切断。照射在支撑机构的元件上的光加热该元件，导致了元件的较早退化，使得难以保持元件的可靠性。如果从高输出灯发出会聚光，那么，金属元件不久将退化，除非其被冷却。如果该不期望地偏离的光是从用于数字电影投影机中的高输出灯发出的，则其会引起大问题，虽然如果该光从低输出灯发出达到300W都不会有问题。
日本专利未决公开No.2002-318423披露了一种视频显示设备，其具有光屏蔽板，以防止不期望的照明光进入光学元件，并防止光学元件的温度过度升高。该光屏蔽板定位在沿着照明光路布置的彩色滤光器和棒状积分器的前面。与每个光屏蔽板集成的散热器从镜室伸出，以将该视频显示设备内部的不期望的热量发散到外部。
根据除了上述专利文献中披露的技术之外的现有技术，为了冷却光学元件，在构成用于支撑照明光学系统的支撑机构120的棒状积分器保持器141上设置冷却肋片(cooling fins)。如图1所示，棒状积分器保持器141通过借助于冷却风扇161向冷却肋片供给冷却空气而被冷却。该照明光学系统具有容纳在灯室111中的光源灯，用于反射从该光源灯发出的光并将红外辐射与该光分离的冷光镜112，用于接收由冷光镜112反射的光的未示出的棒状积分器，用于支持照明光学系统的支撑机构120，以及具有图像显示单元的显示装置单元170。支撑机构120包括容纳并支撑棒状积分器的棒状积分器保持器141。
如果使用高输出型的光源灯，那么该棒状积分器对入射面的影响是最关心问题之一。因此，在其中容纳该棒状积分器的棒状积分器保持器141具有与棒状积分器的入射面的横截面类似形状的开口，并且具有位于其外表面上的有高冷却性能的冷却肋片。
在近些年，灯的输出已经增至6kW或7kW，以符合图像的更高亮度的需要。然而，由于不期望的光对光学元件的影响增加，增加的输出使得难以长时间保持光学元件的可靠性。另外，用于数字电影投影机的灯通常用另一个具有不同输出的灯更换，由于例如投影机的高成本，还使用该数字电影投影机的其它元件。具体地说，仅仅数字电影投影机的灯用具有不同输出的灯来更换，以便将该数字电影投影机用作具有不同亮度水平的投影机，或以便依据数字电影投影机安装的位置，基于数字电影投影机是用于特殊目即数字电影投影的考虑，调节亮度水平。在该例子中，由于可能使用不同类型和具有不同输出水平的灯，其必需防止不期望的光并使照明光学系统冷却。在这些情况下，现有技术的投影显示设备不再能够长时间保持元件的可靠。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于保护棒状积分器的结构，其中该结构能够防止棒状积分器和棒状积分器保持器由不期望的光导致的温度上升，即便当灯用具有不同输出的其它灯替换时。
本发明的另一个目的是提供一种投影显示设备，其引进了用于保护棒状积分器的该结构。
根据本发明，提供一种用于保护投影显示设备使用的棒状积分器的结构。该结构包括用于棒状积分器的保护管，保护管在其中容纳棒状积分器，其中保护管具有分别限定在面对棒状积分器的光入射面和光出射面的位置处的开口；以及光屏蔽板，其位于在开口和用于向棒状积分器发射光的光源之间，开口面对棒状积分器的光入射面，其中光屏蔽板具有用于允许光穿过以使光入射在棒状积分器上的开口。
由于不期望的光被光屏蔽板反射，从而防止了保护管的温度升高。
光屏蔽板可布置成以预定间隔远离保护管的面对光入射面的开口，其中光屏蔽板的开口在形状上与保护管的面对光入射面的开口类似。因此，用于保护棒状积分器的结构能够获得紧凑的布置。光屏蔽板的开口的边可比保护管的开口的相应边大，其中所述开口面对棒状积分器的光入射面，所述开口的相应边可比棒状积分器的光入射面的相应边大。因此，光入射在棒状积分器上而不受阻挡。此外，光屏蔽板可与保护管独立地布置，从而由光屏蔽板吸收的热量不会直接传递给保护管。
可提供风扇，用于向面对棒状积分器的光入射面的保护管的开口和光屏蔽板之间的间隙供给冷却空气。保护管和光屏蔽板的开口都能利用单个风扇被强迫通风冷却。保护管可具有位于在其外圆周表面上的冷却肋片，其中该冷却肋片构成为与从风扇供给的冷却空气接触。
光屏蔽板可由金属制成，并可在光源侧具有镜面精加工表面。光屏蔽板反射大部分不期望的光，而不是吸收，防止了该光屏蔽板的温度升高。
提供了一种具有上述结构的根据本发明的投影显示设备。
本发明的上述和其它目的、特征和优点将通过接下来参照说明了本发明的例子的附图的说明变得明显。
图1是用于投影显示设备的光学系统的透视图，示意性说明了根据现有技术的用于保护棒状积分器的结构；图2为用于投影显示设备的光学系统的透视图，示意性说明了根据本发明的示范性实施例的用于保护棒状积分器的结构；图3A和3B分别为根据本发明的示范性实施例的用于保护棒状积分器的结构的侧视图和截面图；图4为根据本发明的示范性实施例的用于保护棒状积分器的结构的示意性平面图；以及图5为从光投射侧看、根据本发明的示范性实施例的用于保护棒状积分器的结构的侧视图。
具体实施例方式
接下来，将说明根据本发明的示范性实施例的投影显示设备。在该说明中，由于由不期望的光导致的与棒状积分器相关的元件温度升高对于使用高输出氙灯的数字电影投影显示设备更成问题，所以使用氙灯作为光源的数字电影投影显示设备将作为解决该问题的优选例子来进行描述。然而，本发明不限于使用氙灯的投影显示设备，还可应用于使用高压汞灯的普通投影显示设备。
如图2所示，在根据本发明的实施例的照明光学系统10中，从容纳在灯室11中的未示出的氙灯发出的光束会聚在冷光镜12上，红外辐射被截止。然后，可见光被冷光镜12反射并穿过组成了根据本发明的用于保护棒状积分器31(参见图3B)的结构30的一部分的光屏蔽板50的开口51(参见图5)。穿过光屏蔽板50的开口51的可见光进入到进口开口44(参见图3B)，该进口开口44也组成了用于保护棒状积分器31的结构30的一部分。然后，该可见光进入保持在保护管40中的棒状积分器31的入射面32。保护管40组成用于照明光学系统(参见图2)的支撑机构20的一部分。如图5中所示，保护管40的进口开口44的尺寸比棒状积分器31的入射面32大。光屏蔽板50的开口51的尺寸比位于光进口部分43处的保护管40的进口开口44大。因此，在利用光屏蔽板50和光进口部分43有效反射不期望的光时，入射在棒状积分器31上的必要光没有被阻挡。这样，光进口部分43用作了第二光屏蔽板。
相当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护管40的进口开口44的外边缘截止。从而，仅需要的光被允许入射在棒状积分器31上。
入射在棒状积分器31上的光被棒状积分器31的限定棒状积分器31的周边表面的反射表面重复反射，并转换成具有矩形形状的光束。然后，增加了均匀性的光在光出射面33处离开棒状积分器31。在离开棒状积分器31后，经由布置在支撑机构20中的透镜和反射镜，该光进入设置在显示装置单元70中的诸如DMD的显示装置，并且该光被显示装置调制。该被调制的图像光被未示出的投影透镜投射到未示出的屏幕上。
如图3B所示，在其间具有不同热膨胀时，棒状积分器31通常通过在保护管40中提供片簧45来被支撑在保护管40内，从而保持棒状积分器31在适当的位置。具体地，棒状积分器31通常由玻璃制成，保护管40通常由金属制成。片簧45用于减轻由棒状积分器31和保护管40的不同热膨胀导致的应力。因此，片簧45作为支撑机构起重要的作用。在现有技术中，由于其容易受由暴露于不期望的光导致的温度升高而恶化或损坏，该片簧可能具有较差的可靠性。另外，保护管40的光进口部分43由于可能在棒状积分器31的入射面32附近发生的温度升高也会恶化，并可能在长期可靠性上恶化。然而，这些问题通过提供根据本发明的具有开口51的光屏蔽板50得到解决。根据本发明的投影显示设备没有上述问题，并高度可靠。
如果从高输出灯发出不期望的光，甚至该不期望的光可能大大地影响光屏蔽板50的长期可靠性。根据该示范性实施例，光屏蔽板50的面对光源的表面被加工成镜面精加工表面52(参见图4)，以反射大部分的不期望的光，并从而防止光屏蔽板50的温度升高。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数表面，诸如黑色涂层，以防止杂散光(stray light)。然而，在使用高输出灯的投影显示设备中，如在本实施例中，被加工成低反射系数的表面，诸如黑色涂层，可能导致加热过度并导致光屏蔽板的温度大大升高。
根据本实施例，光屏蔽板50被布置成以一定距离离开光进口部分43，如图3A所示，光屏蔽板50和保护管40在具有大的热辐射面积的支撑基座21上被独立支撑，如图2所示。因此，防止了在光屏蔽板50处产生的热能被直接传递到光进口部分43。
通过改变光源角度和/或冷光镜的角度来进行光源的轴向布置。光学元件这样布置以便从光源发出的光束聚焦在棒状积分器的入射面上。通过将光束的焦点定位在基本上位于棒状积分器的入射面的中心处，来实现光源的轴向布置。这时，光束的焦点可能移动并可能临时定位在除了棒状积分器的入射面之外的各种位置。由于灯具有导致在焦点处温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恶化或损坏。根据本实施例，由于为保护管40另外提供了具有开口51的光屏蔽板50，不但在正常使用投影显示设备时，而且为了光源的轴向对准而调节光学元件时，光屏蔽板50都有效地防止了保护管40的光进口部分43由于温度升高而恶化或损坏。因此，能够确保长期的可靠性。
如图3A所示，利用设置在光屏蔽板50和光进口部分43下方的冷却风扇61，冷却空气被供给到光屏蔽板50和光进口部分43之间的间隙，其中该间隙是通过将光屏蔽板50布置成离开光进口部分43而形成的。冷却空气同时有效地冷却光屏蔽板50和光进口部分43。如果光屏蔽板50布置成太远离光进口部分43，那么虽然利用由冷却风扇61供给的冷却空气来冷却光屏蔽板50的需要可能减少，但照明光学系统不利地具有了长光路。
如图3A、3B和4所示，环状冷却肋片41间隔地设置在保护管40的外部圆周表面上，叶片状冷却肋片42安装在光进口部分43上。从保护管40向冷却肋片41、42传递的热利用由冷却风扇61产生的空气流动被散发。虽然在该示范性实施例中说明了环状冷却肋片41和叶片状冷却肋片42，但是环状冷却肋片41和叶片状冷却肋片42中的任一个或二者可根据温度条件被省略。
虽然已经示出并详细描述了本发明的一定优选实施例，但应当理解，可作出各种改变和变形而不脱离权利要求的精神或范围。
权利要求
1.一种用于保护投影显示设备使用的棒状积分器的结构，包括保护管，用于在其中容纳所述棒状积分器，其中所述保护管具有分别限定在面对所述棒状积分器的光入射面和光出射面的位置处的开口；以及光屏蔽板，其位于所述开口和用于向所述棒状积分器发射光的光源之间，所述开口面对所述棒状积分器的所述光入射面，其中所述光屏蔽板具有用于允许光穿过以使光入射在所述棒状积分器上的开口。
2.根据权利要求1的结构，其中所述光屏蔽板被布置成以预定间隔离开所述保护管的面对所述光入射面的所述开口，其中所述光屏蔽板的所述开口在形状上与所述保护管的面对所述光入射面的所述开口相似。
3.根据权利要求1或2的结构，其中所述光屏蔽板的所述开口的边比所述保护管的所述开口的相应边大，所述开口面对所述棒状积分器的所述光入射面，并且其中所述开口的所述相应边比所述棒状积分器的所述光入射面的相应边大。
4.根据权利要求1-3的任何一个的结构，其中所述光屏蔽板与所述保护管独立地布置。
5.根据权利要求1-4的任何一个的结构，进一步包括风扇，用于向所述保护管的所述开口和所述光屏蔽板之间的间隙供给冷却空气，所述开口面对所述棒状积分器的所述光入射面。
6.根据权利要求5的结构，其中所述保护管具有位于其外部周围表面上的冷却肋片，其中所述冷却肋片构成为与所述风扇供给的所述冷却空气接触。
7.根据权利要求5的结构，其中所述保护管具有沿着所述保护管的边缘设置的叶片状冷却肋片，所述边缘面对所述棒状积分器的所述光入射面，其中所述冷却肋片构成为与所述风扇供给的所述冷却空气接触。
8.根据权利要求1-7的任何一个的结构，其中所述光屏蔽板由金属制成，并且在所述光源一侧具有镜面精加工表面。
9.一种投影显示设备，其具有根据权利要求1-8的任何一个的结构。
全文摘要
提供了一种用于保护投影显示设备使用的棒状积分器的结构。该结构具有用于棒状积分器的保护管，该保护管在其中容纳棒状积分器，其中保护管具有分别限定在面对棒状积分器的光入射面和光出射面的位置处的开口；以及光屏蔽板，其位于开口和用于向棒状积分器发射光的光源之间，开口面对棒状积分器的光入射面，其中光屏蔽板具有用于允许光穿过以使光入射在棒状积分器上的开口。
文档编号H04N9/31GK1971405SQ20061016280
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月23日 优先权日2005年11月24日
发明者庄司英策 申请人:日本电气视象技术株式会社