专利名称：用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构以及使用该安装结构的投射类型图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，它将不对称孔径光阑固定在透镜保持器上，该不对称孔径光阑具有关于投影透镜的光轴不对称的孔，该透镜保持器例如将投影透镜保持在投射类型图像显示装置中的透镜室，该投射类型图像显示装置例如例如数字微镜(micromirror)装置(下文中称为“DMD”)；本发明还涉及一种投射类型图像显示装置，它包括该不对称孔径光阑安装结构。
相关技术的说明投射类型图像显示装置已经公知，其中，DMD用作图像显示装置(光阀)，该DMD包括多个具有可变光反射角的镜元件，用于根据图像信号改变照射光的反射角，以便只朝投影透镜系统反射形成图像所需的信号光。DMD包括矩形微镜(镜元件)，该矩形微镜具有很高反射率，用于根据图像信号在预定角度范围内改变它们的倾斜角，该DMD通过使用CMOS半导体技术而形成于硅存储器芯片上。使用DMD的投射类型图像显示装置设置成通过改变镜元件的角度而调节由光源发出的光的反射方向，这样，只有合适的反射光会聚在屏幕上，从而投射图像。
因此，DMD具有这样的特性，即，在倾斜入射到它的镜元件表面上的光中，将成为信号光的光朝着投影透镜发射，而不成为信号光的光(不需要的光)沿并不指向投影透镜的方向发射。不过，将成为不需要的光的光的一部分可能通过镜元件表面散射，这样形成的散射光可能进入投影透镜，并降低对比度。因此，为了消除散射光的影响并提高对比度，使用DMD的投射类型图像显示装置通常提供有光阑部件，通过该光阑部件，可以入射到投影透镜上的光流经过区域限制为预定范围。因为DMD基本有倾斜入射和倾斜发射的特征，因此已知该光阑部件的孔(光阑孔)具有关于投影透镜的光轴不对称的形状，即它的形状为这样，在光阑部件绕光轴旋转2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，光阑孔并不与它的初始形状完全重合(见TEXAS INSTRUMENTSINCORPORATED，Applicantion Report LDPA006A-JUNE2001“DLPProjector System Optics Contrast-Enhancement Techniques”)。
不对称孔径光阑可以用于采用DMD的投射类型图像显示装置的外部，该不对称孔径光阑的光阑孔尽管并不是关于光轴完全不对称，但也不为圆形(见日本未审专利公开No.昭63-144319、日本未审专利公开No.平06-011681、以及日本专利公开No.3137435)。不过，用于将该不对称孔径光阑安装在透镜室等中的结构(即不对称孔径光阑安装结构)并没有公开。
如上所述，不对称孔径光阑可以布置在使用DMD的投射类型图像显示装置中的、用于投影透镜的透镜室中。不过，当不对称孔径光阑的光阑孔具有关于光轴不对称的形状时，该不对称孔径光阑在安装时的方向限制为预定方向。当不对称孔径光阑布置成其它方向时，该光阑部件可能失去它的瞄准光学性能。
已知使透镜室和在投影透镜中的不对称孔径光阑具有指示该不对称孔径光阑的布置方向的标记，以便注意在安装该不对称孔径光阑时不会弄错安装方向。不过，这并不是足以使不对称孔径光阑总是布置在正确方向的装置。
发明简介考虑到前述问题，本发明的一个目的是提供一种用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，它能够使具有关于光轴不对称的光阑孔的不对称孔径光阑准确定位和固定在用于保持投影透镜的透镜室等上，以便相对于光轴为预定方向；以及提供一种投射类型图像显示装置，它包括该用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，该结构使不对称孔径光阑定位和固定在用于使投影透镜相对于光轴保持在预定方向的透镜保持器上，该不对称孔径光阑具有关于投影透镜光轴不对称的光阑孔，该不对称孔径光阑包括定位部分，该定位部分形成为关于光轴不对称，该透镜保持器有配合部分，该配合部分用于只在不对称孔径光阑相对于光轴处于预定方向的状态下才能与定位部分啮合，在定位部分和配合部分彼此啮合的状态下，该不对称孔径光阑固定在透镜保持器上。
“光阑孔相对于投影透镜的光轴不对称”是指光阑孔具有这样的形状，即在不对称孔径光阑绕光轴旋转2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，该光阑孔并不与它的初始形状完全重合。即，并不意味着该光阑孔自身的形状必须不对称。该光阑孔自身的形状可以不对称，或者可以是关于线对称或旋转对称。
当只有一个定位部分时，“定位部分形成为相对于光轴不对称”是指定位部分有这样的形状，即在不对称孔径光阑绕光轴旋转2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，该定位部分并不与它的初始形状完全重合。当提供有多个定位部分时，各定位部分自身的形状并不总是不对称。多个定位部分可以布置在关于光轴不对称的位置，即在这样的位置，在不对称孔径光阑绕光轴旋转2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，这些定位部分并不与它的初始位置完全重合。
在本发明的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构中，定位部分可以由多个凸台孔构成，这些凸台孔布置成关于光轴并不彼此对称，而配合部分可以由分别与该多个凸台孔相对应的多个凸台构成。
在多个凸台分别与多个凸台孔啮合之后，该多个凸台中的至少一部分可以进行热变形，这样，不对称孔径光阑将固定在透镜保持器上。
多个凸台孔可以包括定位凸台孔，该定位凸台孔的直径与多个凸台中的相应凸台的直径相同；椭圆形的定向凸台孔，该定向凸台孔布置在越过光轴基本与该定位凸台相对的位置，它的宽度基本与其它凸台中的相应凸台的直径相同；以及引导凸台孔，该引导凸台孔相对于其余凸台中的相应凸台形成有预定游隙。
透镜保持器可以是透镜室。
本发明提供了一种投射类型图像显示装置，它包括光源部分；照射光系统，用于将来自光源部分的光输出为预定的照射光；图像显示器，用于将来自照射光系统的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并输出这样获得的图像显示光；以及投影透镜系统，用于发射来自图像显示器的图像显示光，以便将图像投射到图像投射表面上；该投射类型图像显示装置还包括根据本发明的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构。
该图像显示器可以是数字微镜装置。
附图的简要说明
图1A和1B是表示本发明实施例的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构的视图；以及图2是示意表示本发明实施例的投射类型图像显示装置的结构的原理视图。
优选实施例的说明下面将参考附图详细介绍本发明的实施例。
图2是示意表示本发明实施例的投射类型图像显示装置的结构的视图。
如图2所示，例如用于图像投影仪的本发明投射类型图像显示装置1包括光源部分2；照射光系统3，该照射光系统3沿光轴方向布置在光源部分2的前面；图像显示器4，该图像显示器4沿光轴方向布置在照射光系统3的前面；以及投影透镜系统5，该投影透镜系统5沿光轴方向布置在图像显示器4的前面，这些部件都装于壳体11内。
照射光系统3包括彩色转盘31，用于按时间序列将来自光源部分2的光流(白色光流)分解成R、G、B三种颜色；杆积分器(rodintegrator)32，用于使颜色分解的光流的密度均匀；以及反射镜33，用于朝着图像显示器4反射已经这样使密度均匀的光流。照射光系统3还包括其它光学元件，例如用于中继来自杆积分器32的光流的中继透镜以及用于将来自反射镜33的光流朝着图像显示器4发射的中继透镜(它们未示出)。
对于图像显示器4，例如采用DMD(数字微镜装置)。该DMD包括镜表面，其中，大量的镜元件(分别为矩形的铝镜)布置在基质上，而构成镜表面的各个镜元件的反射方向可以独立地在两个方向(形成大约20°或24°的狭小角度)之间转换。反射方向的转换通过在用各镜元件作为像素时供给DMD内的图像信号(视频信号)的ON/OFF控制来进行。在这样控制下，图像显示器将从照射光系统3入射到它上面的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并朝着投影透镜系统5输出该图像显示光。
投影透镜系统5包括多个串联布置的投影透镜；以及透镜运动机构，用于使这些投影透镜沿光轴运动，以便改变焦距长度，从而改变图像放大率等。因此，投影透镜系统5构成为使从图像显示器4入射到它上面的图像显示光投射到图像投射表面(屏幕)上。
尽管图2中未示出，但是如图1A和1B所示，用于限制由图像显示器4发出的光流所经过的区域的不对称孔径光阑6布置在投影透镜系统5中，以便提高对比度。图1A和1B是表示本发明实施例的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构的视图。特别是，图1A是该结构的正视图，而图1B是沿图1A中的线A-A’的剖视图。为了易于识别，图1B表示的不对称孔径光阑6比实际情况更厚。
如图1A所示，不对称孔径光阑6有关于光轴L不对称的光阑孔61。即，在不对称孔径光阑6绕光轴L旋转2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，该光阑孔61并不与它的初始形状完全重合。这样，该不对称孔径光阑6相对于光轴L安装在限定方向。不对称孔径光阑6只有在相对于光轴L安装在预定方向时才能表现它的瞄准光学性能。否则，该不对称孔径光阑6不仅不能表现瞄准性能(从而降低对比度和产生漫射光)，而且可能引起例如由于温度升高而产生故障和损坏等麻烦，因为原先应当进行投射的大功率图像光可能照射该不对称孔径光阑的无孔部分。尽管当在发货前在检查过程中发现装配错误时可以消除该麻烦，但是必须进行重新组装的返回处理，这使得操作复杂。
图1A和1B中所示的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构实施例将用于精确安装不对称孔径光阑6，下面将参考图1A和1B进行详细介绍。
不对称孔径光阑6安装在作为投影透镜保持器的透镜室7。透镜室7包括柱形透镜保持部分71，用于保持投影透镜51、52；以及柱形不对称孔径光阑保持部分72，它形成为具有比透镜保持部分71的直径更大的直径，并有用于安装不对称孔径光阑6的空间。该不对称孔径光阑保持部分72包括凸起74，该凸起74提供用于螺钉(未示出)的螺钉孔73，该螺钉用于将透镜室7安装到装置本体上；以及肋75，该肋75用于进行增强。如图1A所示，三个凸起74和三个肋75环绕光轴L以等角度间隔形成。
不对称孔径光阑保持部分72形成有六个凸台76，该凸台作为沿光轴L凸出的配合部分。全部六个凸台76形成有相同直径。凸台76布置在关于光轴L不对称的相应位置，即，在这样的位置，当透镜室7绕光轴L旋转角度2π/N(N＝2、3、4…)角度或倒转之后，全部凸台76并不与它们的初始位置完全重合。
另一方面，如上所述包括不对称光阑孔61的不对称孔径光阑6整个有基本圆形的外周形状，如图1A所示。外周部分形成有环绕光轴L等角度间隔布置的、用于接收凸起74的三个切口62以及用于接收肋75的三个切口63。
不对称孔径光阑6还包括作为定位部分的六个凸台孔64，与透镜室7的不对称孔径光阑保持部分72上的相应凸台76相对应。该凸台孔64分成三种。即，六个凸台孔64包括定位凸台孔64A、定向凸台孔64B和引导凸台孔64C。定位凸台孔64A形成为直径基本与凸台76的直径相同。定向凸台孔64B布置在越过光轴L基本与定位凸台孔64A相对的位置，并为椭圆形状，宽度基本与凸台76的直径相同。其余四个引导凸台孔64C分别形成为直径稍微大于凸台76的直径，同时相对于凸台76产生预定游隙。尽管这样将凸台孔分成三种，但是它们将简称为“凸台孔64”，除非相互特别区分开。
只有当不对称孔径光阑6相对于透镜室7定向正确时，即当光阑孔61相对于光轴L处于预定的正确方向时，透镜室7中的六个凸台76和不对称孔径光阑6上的六个凸台孔64可以相互啮合。当定位凸台孔64A和定向凸台孔64B与它们的相应凸台76啮合时，将准确确定不对称孔径光阑6相对于透镜室7的位置。四个引导凸台孔64C起到引导件的作用，用于使六个凸台76和六个凸台孔64只有在它们彼此一一相对应时才能相互啮合。四个引导凸台孔64C分别有相对于相应凸台76的游隙，以便能吸收制造时的尺寸误差。
在不对称孔径光阑6与透镜室7的不对称孔径光阑保持部分啮合之后，六个凸台76中的至少一部分进行热变形，从而将该不对称孔径光阑6固定在透镜室7上(通过热敛缝)。
在根据本实施例用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构中，如上所述，透镜室7的六个凸台76布置在彼此不对称的各个位置，因此，具有与相应凸台76相对应的六个凸台孔64的不对称孔径光阑6只有在光阑孔61相对于光轴L处于预定正确方向的状态下才能与透镜室7啮合。
这能够可靠防止不对称孔径光阑6以与预定方向不同的方向安装在透镜室7上，从而使不对称孔径光阑6不会失去它的瞄准光学性能。投射类型图像显示装置1包括该用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，因此能通过布置不对称孔径光阑6而保证实现提高对比度的预期目的，从而可以提高产品性能，增加产品的可靠性。
至少一部分凸台76进行热变形，以便将不对称孔径光阑6固定在透镜室7上。即，在安装时起到使不对称孔径光阑6相对于透镜室7定位的功能的凸台76也用于使不对称孔径光阑6和透镜室7彼此固定。因此，与不对称孔径光阑6和透镜室7通过使用其它装置例如粘接剂和螺钉而彼此固定时的情况相比，它们的装配步骤可以更简单、更便宜。
尽管前面已经介绍了本发明的实施例，但是本发明的用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构以及投射类型图像显示装置可以以各种方式进行变化，同时不受上述实施例的限制。
例如，尽管不对称孔径光阑提供有六个凸台孔作为定位部分，而透镜室提供有六个凸台作为配合部分，但是凸台孔和凸台的数目可以进行合适变化。还有，凸台孔的功能的分类并不局限于上述实例。
尽管在上述实施例中，透镜室提供有凸台，而不对称孔径光阑提供有凸台孔，但也可以是不对称孔径光阑提供有凸台，而透镜室提供有凸台孔，或者可以是一部分凸台形成于不对称孔径光阑中，而与该凸台相对应的凸台孔形成于透镜室中。还有，凸台可以形成为直径彼此不同。
定位部分和配合部分的模式并不局限于凸台和凸台孔。例如，在不对称孔径光阑的外周上的相互不对称的各个位置处可以形成用作定位部分的切口，而形成于透镜室中以便与该定位部分相对应的凸起可以用作配合部分。
尽管在上述实施例中使凸台进行热变形，以便将不对称孔径光阑和透镜室彼此固定，即定位部分和配合部分用于使不对称孔径光阑和透镜室彼此固定，但是定位功能和固定功能也可以彼此分离。例如，在不对称孔径光阑和透镜室彼此组合后，在上述实施例中，它们可以通过螺钉或粘接剂而彼此固定。
本发明的、用于投影透镜的不对称孔径光阑不仅能用于使用DMD的投射类型图像显示装置，而且可以用于使用具有不对称光阑孔的不对称孔径光阑的各种光学仪器。
如前所述，在本发明的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构中，不对称孔径光阑包括定位部分，该定位部分形成为关于光轴不对称，而透镜保持器有配合部分，用于只有在不对称孔径光阑处于预定方向的状态下才与定位部分啮合。不对称孔径光阑在定位部分和配合部分彼此啮合的状态下固定在透镜保持器上。因此，可以获得下面的效果。
即，不对称孔径光阑不能与透镜保持器组合或固定，除非光阑孔相对于光轴处于预定的正确方向。这能够可靠防止该不对称孔径光阑以与预定正确方向不同的方向安装在透镜保持器上，从而使不对称孔径光阑不会失去它的瞄准光学性能。
本发明的投射类型图像显示装置包括该用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，因此能够通过安装不对称孔径光阑而可靠提高对比度，这可以提高产品的可靠性。
权利要求
1.一种用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，该结构使不对称孔径光阑定位和固定在用于使投影透镜相对于光轴保持在预定方向的透镜保持器上，该不对称孔径光阑具有关于投影透镜光轴不对称的光阑孔，该不对称孔径光阑包括定位部分，该定位部分关于光轴不对称，该透镜保持器有配合部分，该配合部分用于只在不对称孔径光阑相对于光轴处于预定方向的状态下才能与定位部分啮合，在定位部分和配合部分彼此啮合的状态下，该不对称孔径光阑固定在透镜保持器上。
2.根据权利要求1所述的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，其中定位部分由多个凸台孔构成，这些凸台孔布置成关于光轴并不彼此对称，而配合部分由分别与该多个凸台孔相对应的多个凸台构成。
3.根据权利要求2所述的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，其中在所述多个凸台分别与多个凸台孔啮合之后，使该多个凸台中的至少一部分热变形，这样，将不对称孔径光阑固定在透镜保持器上。
4.根据权利要求2所述的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，其中，多个凸台孔包括定位凸台孔，该定位凸台孔的直径与所述多个凸台中的相应凸台的直径基本相同；椭圆形的定向凸台孔，该定向凸台孔布置在越过光轴基本与该定位凸台孔相对的位置，它的宽度基本与其它凸台中的相应凸台的宽度相同；以及引导凸台孔，该引导凸台孔相对于其余凸台中的相应凸台而形成有预定间隙。
5.根据权利要求1所述的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，其中透镜保持器是透镜室。
6.一种投射类型图像显示装置，包括光源部分；照射光系统，用于将来自光源部分的光输出为预定的照射光；图像显示器，用于将来自照射光系统的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并输出这样所获得的图像显示光；以及投影透镜系统，用于发射来自图像显示器的图像显示光，以便将图像投射到图像投射表面上；该投射类型图像显示装置还包括根据权利要求1所述的、用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构。
7.根据权利要求6所述的投射类型图像显示装置，其中该图像显示器是数字微镜装置。
全文摘要
一种用于投影透镜的不对称孔径光阑安装结构，用于使不对称孔径光阑固定在透镜保持器上。该不对称孔径光阑包括定位部分，该定位部分形成为关于光轴不对称。该透镜保持器有配合部分，该配合部分用于只在不对称孔径光阑相对于光轴处于预定方向的状态下才能与定位部分啮合。在定位部分和配合部分彼此啮合的状态下，该不对称孔径光阑固定在透镜保持器上。
文档编号G03B9/02GK1499243SQ20031010443
公开日2004年5月26日 申请日期2003年10月29日 优先权日2002年10月29日
发明者稻本雅之 申请人:富士写真光机株式会社