专利名称：灯单元及使用该灯单元的投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括冷却机构的灯单元。
背景技术：
通常，投影仪包括用于冷却安装的灯的冷却设备。该冷却设备广 泛地使用风扇。
日本专利申请No. 2003-215706公开了一种包括反射器和保持件 的灯单元，其中该反射器具有位于其焦点上的灯，支撑件用于支撑反 射器的开口端。该反射器的开口端由透明板覆盖，该透明板用于防止 灯爆炸时碎屑四处分散。
支撑件具有用于将空气导入反射器的入口，和用于从反射器排放 空气的出口。当来自设置在反射器外部的风扇的冷却空气由入口导入 反射器中并且在反射器中的空气由出口排放时，气流(冷却气流)在 反射器内经过，并且撞击在灯上以冷却灯。
发明内容
然而，仅当通过从风扇将冷却空气导入反射器中而产生的气流(冷 却气流)撞击在灯上时，难以获得充足的冷却能力。
与投影仪一起广泛使用的高压汞灯存在期望被局部冷却的受热区 域，难以由风扇执行这样的局部冷却。
本发明的示例性特性提供一种灯单元，其可以解决上述和其他的 示例性问题，并且可以高精度地将充足速度的冷却空气施加到灯的期
望区域。
为了获得上述和其他的示例性特性，根据本发明的示例性方面的 灯单元包括其中安装有灯的反射器，由该反射器反射来自灯的光； 支撑反射器的反射器支撑件；以及固定到反射器支撑件的喷射元件， 其喷射空气以冷却灯。喷射元件包括插入元件，将压縮空气提供到 喷射元件的管状空气供应元件插入到该插入元件中；包括液体通道的 液体通道形成元件，空气从插入插入元件中的空气供应元件的末端提 供到该液体通道；以及至少一个孔(例如，具有预定小直径的小孔)， 设定在喷射元件的末端上并且通过设定液体通道的液体通道壁延伸。 液体通道形成元件包括在所述喷射元件末端比在所述插入元件小的液 体通道横截面面积。
根据如上所述的本发明，加压的压縮空气通过空气供应元件提供 到喷射元件，其通过设定在其末端的小孔排放冷却空气。从小孔排放 的冷却空气施加到灯单元以局部地冷却灯。
此外，在本发明中，具有安装在其中的灯的反射器由反射器支撑 件支撑，并且喷射元件固定到反射器支撑件。因此，灯和喷射元件相 对于反射器支撑件被定位。由于相同的元件用作定位灯和喷射元件的 参照物，所以灯和喷射元件之间的位置关系被高精度地设定，并且从 喷射元件的小孔排放的冷却空气可以高精度地施加到灯的期望区域。
相反地，如果灯和喷射元件相对于不同的参照元件定位，则需要 考虑参照元件定位灯和喷射元件的定位精确度和参照元件之间的定位 精确度，并且难以高精度地设定灯和喷射元件之间的位置关系。
根据本发明，空气供应元件插入喷射元件中以实现可交换单元(例 如模块化的)结构。在这样的一种结构中，在插入元件的液体通道的 截面尺寸比空气供应元件的外部轮廓大。如果贯穿整个液体通道形成元件的液体通道截面面积与在插入元件的液体通道的相同，则从空气 供应元件提供的压缩空气被导入作为大空间的液体通道中，因此，空 气受到压力损失，导致从小孔排放的空气的速度减小。液体通道形成 元件的液体通道截面面积可以有利地减小，以最小化由压力损失导致 的从小孔排放的空气速度的减小。根据本发明，由于在喷射元件末端 的液体通道截面面积比在插入元件的液体通道截面面积小，所以增加 了从小孔排放的空气的速度。
根据本发明，如上所述，由于冷却空气从喷射元件的小孔以充足 的速度排放，并且冷却空气被高精度地施加到灯(例如，高压汞灯等) 的期望区域，灯可以保持在合适的温度。因此，可以防止灯发暗变黑 (例如，由于在灯的内壁表面上的汞沉积和阳极斑点)，从而与以前 相比具有长的使用寿命和更高的可靠性。
参考示出本发明实例的附图，本发明的上述和其他示例性方面、 特性和优点将从下面的说明中变得明显。
图1是根据本发明的示例性实施例的灯单元的透视图2是包括图1中所示的喷射元件的喷嘴组件的分解透视图3是图1中所示的喷射元件的实例的横截面图4是图1中所示的喷射元件的另一实例的横截面图5是示出小孔的直径和空气速度之间的关系的特性图6是示出喷射元件和灯(发光管)之间的位置关系的视图7是示出喷射元件和灯(发光管)之间的位置关系的视图8是组合了图1中所示的灯单元的投影仪的主要部分的透视图;
以及
图9是图8中所示的投影仪主要部分的一部分的分解透视图。
具体实施例方式
图1是根据本发明示例性实施例的灯单元的透视图。如图1所示， 组合到投影仪的中的灯单元包括具有灯的反射器10和支撑反射器10
开口端的反射器支撑件20。反射器10具有凹反射面，例如形成为回转
抛物面的反射面，并且灯位于其焦点上。来自灯的光直接地从开口发 射，或者由反射面反射然后以一定方向从开口发射。
反射器支撑件20形成为覆盖反射器IO开口端的杯，并且具有使 从反射器10开口端发射的光穿过的圆形窗21。窗20由透明材料(例 如玻璃或树脂)制成，该材料具有这样的特性该材料可以使在组合 了灯单元的设备中所使用的波长范围内的光从中穿过。
反射器支撑件20包括其上安装有喷射元件22的附件27，将反射 器支撑件20定位在机座上的定位元件24至26，用于将来自风扇(未 示出)的空气导入反射器的入口 29，以及用于将空气从反射器排放的 出口 100。定位元件24至26形成为用于接合入在外部元件的一定位置 上的容器(例如孔等)中的销。反射器支撑件20可以具有四个或更多 的定位元件。反射器支撑件20由定位元件24至26定位，然后由螺丝 固定到机座。除了灯单元，照明光学系统的光学组件、反射棱镜和图 像显示设备(例如数字微镜设备(DMD))也安装在机座上。
图2是包括喷射元件22的喷嘴组件的分解透视图。如图2所示， 喷射元件22是管状的，并且具有用于喷射空气的小孔221，且设定在 其末端附近。喷射元件22具有远离其末端的开口端。连接器23具有 通过其开口端插入喷射元件22的双头螺栓23a。
连接器23包括L形的排气管，并且具有连接到与增压泵(未示出) 的出口连接的管的端部。用于给喷射元件22提供压缩空气的管状双头 螺栓23a安装在连接器23的另一端。双头螺栓23a通过衬垫28插入喷 射元件22。衬垫28用于防止空气从衬垫23a和喷射元件22之间的连 接处泄漏，并且由例如硅树脂等制成。衬垫28可以由粘合剂固定到喷
射元件22的开口端，并且双头螺栓23a可以由固定衬垫28可移动地 固定到位。
喷射元件22的开口端具有孔222、 223，通过该孔喷射元件22固 定到反射器支撑件20的附件27上。附件27具有开口，喷射元件22 通过该开口插入，附件27在开口附近还具有销271和螺丝孔272。销 271插入喷射元件22的孔222中，喷射元件22被定位以使孔223恰好 保持在螺丝孔272上面。然后，将螺丝钉(未示出)穿过孔223插入 螺丝孔272中，从而将喷射元件22固定到反射器支撑件20的附件27 上。由于喷射件22固定到反射器支撑件20上，从小孔221排放的压 縮空气撞击在反射器10中的灯的期望区域上。
图3是喷射元件22的实例的横截面图。如图3所示，喷射元件 22包括管22a和管22b，双头螺栓23a插入该管22a中，管22b具有比 管22a更小的内侧直径。管22a、 22b具有各自的中心"a"，其在垂直 于这些管纵向的截面上基本上彼此对齐。小孔221设定在管22b的侧 壁上。管22b的侧壁具有优选地大约是小孔221直径的三倍的厚度。 例如，如果小孔221的直径是0.3mm，则管22b的侧壁厚度是l.Omm。 当然，本发明不限于这一比率，根据设计者的限制和要求也可以采用 其他的比率。
当双头螺栓23a插入喷射元件22中时，管22a的内侧直径比双头 螺栓23a的外部轮廓大。如果管22a、 22b的内侧直径基本上彼此相同， 则整个管组件的内侧直径比双头螺栓23a的外部轮廓大。换句话说， 喷射元件22的液体通道的横截面面积比双头螺栓23a的液体通道的横 截面面积大。在这种情况下，从双头螺栓23a排放的压縮空气被导入 液体通道(具有相对大的空间)，然后通过小孔221喷射出喷射元件 22。当从双头螺栓23a排放的压縮空气导入具有相对大的空间的液体 通道时，空气受到压力损失，导致从小孔221排放的空气的速度减小。
在喷射元件22中的液体通道的横截面面积和双头螺栓23a的液体 通道的横截面面积之间的差异减小以使压力损失导致的从小孔221排 放的空气速度减小最小化。具体地，在喷射元件22中导入小孔221的 液体通道的横截面面积从双头螺栓23a插入的一侧逐步地(或持续地) 减小，从而减小压力损失并且增加从小孔221排放的空气的速度。根 据图3中示出的结构，因为管22b的内侧直径比管22a的内侧直径小， 所以喷射元件22的液体通道的横截面面积相应地减小，从而增加了从 小孔221排放的空气的速度。
图4是喷射元件22的另一实例的横截面图。如图4所示，喷射元 件22包括管22a和管22c，双头螺栓23a插入该管22a中，管22c具 有比管22a更小的内侧直径。管22a、 22c具有各自的中心，其在垂直 于这些管纵向的截面上彼此偏移。具体地，喷射元件22具有偏心结构， 其中管22c的中心"b"从管22a的中心"a"向着设定小孔221的一侧 偏移。
在图3中所示的喷射元件中，在设定小孔221的一侧上，在管22a 和管22b之间的边界上存在台阶(未示出)，并且小孔221的出口由 该台阶而与灯间隔开。与出口间隔地越大，从小孔221排放的压縮空 气的速度越低。根据在图4中所示的偏心结构，在设定小孔221的一 侧上，在管22a和管22c之间的边界上没有台阶。由于没有台阶，小孔 221的出口设置地与灯更加接近，从而用于冷却灯的压縮空气的速度可 以比具有图3中所示的结构的速度更高。
从小孔221排放的压縮空气的速度根据小孔221的直径而变化。 图5示出了小孔的直径和空气速度之间的关系。在图5中示出的图示 出了实验的结果，其中当导入恒定的压縮空气时测量了小孔的直径和 空气速度之间的关系。结果显示如果小孔221的直径小于0.2mm，则 由于通过小孔221时对压縮空气的阻力增加，所以空气速度值急剧地 下降(例如在大约30m/s以下)。此外，如果小孔221的直径超过0.4mm，
则空气速度值将在大约20m/s以下。当为了局部地冷却反射器中使用 的灯而要求空气速度至少在大约20m/s以下时，小孔221的直径优选 地应该在大约0.2mm至大约0.4mm的范围内。更优选地，小孔221的 直径应该在大约0.2mm至大约0.3mm的范围内。由于这样的直径范围， 空气速度等于或大于大约30m/s。
下面，将更具体地说明喷射元件22和灯(发光管)之间的位置关系。
图6和7是示出喷射元件22和灯(发光管)之间的位置关系的视 图。图6示出了图1中所示的在说明中省略了反射器支撑件20的灯单 元，图7示出了在图6中示出的灯单元，示出了从上面观察时的小孔 和发光管附近的部分。
如图6和7所示，喷射元件22设置在这样的一个角度和位置上， 在该角度从小孔221排放的压縮空气撞击在设置在反射器10中的发光 管30的期望区域上，在该位置喷射元件22不阻挡从反射器10发射并 穿过窗21的光通量(例如，在有效范围内的光通量)。在图6和7中， 箭头A表示压縮空气从小孔221排放的方向。
如果喷射元件和反射器支撑件具有一体的结构，则难以精确地形 成小孔。根据本实施例的灯单元，因为喷射元件22与反射器支撑件20 分开，所以小孔221可以高精度地加工。在图2中所示的定位装置(孔 222、 223，销271)允许喷射元件高精度地安装在反射器支撑件上。当 实现高精度的加工处理和高精度的定位处理后，可以准确地将来自小 孔221的压縮空气施加到灯的期望区域。在图3中所示的台阶结构和 在图4中所示的偏心结构有效地将来自小孔221的压縮空气以更高的 速度施加到灯的期望区域。因此，灯的期望区域可以保持在适当的湿 度，结果可以防止灯发暗变黑(例如，由于在灯的内壁表面上的汞沉 积和阳极斑点)，从而具有长的使用寿命和增强的可靠性。
下面，将详细地说明根据本发明示例性实施例的组合了灯单元的 反射器。
图8是组合了图1中所示的灯单元的投影仪的主要部分的透视图。
图9是图8中所示的投影仪主要部分的一部分的分解透视图。
如图8所示，反射器的主要部分包括灯单元1,机座2，风扇3， 和隔膜型吹风机4.灯单元1是在图1中所示的灯单元，其由定位元件 24至26精确地设置在机座2上并且固定到机座2。
隔膜型吹风机4包括现有的增压泵，并且具有通过硅树脂管5与 连接器23连接的出口 。从隔膜型吹风机4排放的压缩空气接连地流过 硅树脂管5、连接器23和双头螺栓23a而进入喷射元件22，从该喷射 元件压缩空气通过小孔221向灯排放。风扇3从风扇管3a吸气。由风 扇3输送的气流通过导入管29导入反射器10。
在机座2上安装有照明光学系统和空间调制设备，从灯单元1的 窗21发射的光通量(例如平行光通量)施加到该照明光学系统上，并 且该空间调制设备由来自照明光学系统的光通量辐射。空间调制设备 例如包括液晶面板或DMD (数字微镜设备)。通常由空间调制设备产 生的图像光由投影光学系统(未示出)投射到外部屏上。
投影仪同时由隔膜型吹风机4和风扇3冷却。具体地，隔膜型吹 风机4可以局部地冷却灯的受热区域，并且风扇3可以冷却整个灯。 由隔膜型吹风机4提供的局部冷却使得可以执行灯的各部分的精确温 度管理，用于提高灯的使用寿命，这不是单独由风扇提供的冷却所能 达到的。
在根据本发明的灯单元中，来自增压泵的压縮空气通过双头螺栓
提供到喷射元件，其中双头螺栓用作空气提供元件，喷射元件通过设 在其末端的小孔排放冷却空气。从小孔排放的冷却空气被施加到灯单 元以局部地冷却灯。
此外，在根据本发明的灯单元中，安装了灯的反射器由反射器支 撑件支撑，并且喷射元件固定到反射器支撑件。因此，灯和喷射元件 都相对于于反射器支撑件被定位。由于相同的元件用作定位灯和喷射 元件的参照物，所以灯和喷射元件之间的位置关系被高精度地设置， 从喷射元件的小孔排放的冷却空气可以高精度地施加到灯的期望区 域。
在根据本发明的灯单元中，如图3和4所示，导入小孔的液体通 道的横截面面积向喷射元件的末端逐步地减小或者持续地减小。因此， 由压力损失导致的从小孔排放的空气速度的减小被最小化。
根据本发明，如上所述，由于冷却空气从喷射元件的小孔以充足 的速度排放，并且冷却空气被高精度地施加到灯(例如高压汞灯等) 的期望区域，所以灯可以保持在合适的温度。因此，防止了灯发暗变 黑(例如，由于在灯的内壁表面上的汞沉积和阳极斑点)，且因此相 比于以前具有更长的使用寿命和更高的可靠性。
上述的说明的灯单元是本发明的一个实例，可以在不脱离本发明 的范围的情况下改变该灯单元。例如，喷射元件22可以具有任何结构， 只要喷射元件22的液体通道的横截面面积可以减小。例如，喷射元件 22可以具有锥形的结构，其中喷射元件的横截面面积从双头螺栓23a 插入的一侧逐渐地变小。
在喷射元件22的末端上设定的小孔221不限于单个小孔。可代替 地，多个小孔221可以设定在喷射元件22的末端上，用于由来自这些 小孔的冷却空气同时冷却灯的多个区域。
小孔221可以设定在喷射元件22的末端表面上(具体地是在管 22b中的液体通道端部的壁)。
多个喷射元件22可以设置在反射器支撑件20上，用于由来自喷 射元件的冷却空气同时冷却灯的多个区域。
根据本发明的灯单元一般可用于投影仪。除了投影仪外，根据本 发明的灯单r元也可用于与个人计算机一起使用的显示设备，例如液晶
显示设备。
本申请基于2006年10月6日在日本专利局申请的日本专利申请 No.2006-275086，并且要求其优先权，其内容在此结合以供参考。
虽然已经使用特定条件说明了本发明的示例性实施例，但是这样 的说明仅仅是用于示例性的目的，应该理解为在不脱离所附权利要求 的精神和范围内可以进行改变和变型。
权利要求
1.一种灯单元，包括反射器，其中安装有灯，由该反射器反射来自所述灯的光；反射器支撑件，用于支撑所述反射器；以及喷射元件，固定到所述反射器支撑件，用于喷射空气以冷却所述灯；所述喷射元件包括插入元件，将压缩空气提供到所述喷射元件的管状空气供应元件插入到该插入元件中；液体通道形成元件，其包括液体通道，空气从插入所述插入元件中的所述空气供应元件的末端提供到该液体通道；并且至少一个孔，设定在所述喷射元件的末端上并且通过设定所述液体通道的液体通道壁延伸；所述液体通道形成元件包括在所述喷射元件末端比在所述插入元件小的液体通道横截面面积。
2. 根据权利要求l所述的灯单元，其中液体通道形成元件的所述 液体通道横截面面积从所述插入元件向所述喷射元件的末端逐步变
3. 根据权利要求l所述的灯单元，其中液体通道形成元件的所述 液体通道横截面面积从所述插入元件向所述喷射元件的末端持续地变 小。
4. 根据权利要求l所述的灯单元，其中所述液体通道形成元件包括第一液体通道形成元件；以及第二液体通道形成元件，其包括比所述第一液体通道形成元件更 小的液体通道横截面面积，所述孔设定在所述第二液体通道形成元件 中；所述第二液体通道形成元件包括与所述第一液体通道形成元件的 横截面中心向设定所述孔的一侧偏移的横截面中心。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的灯单元，其中所述喷射元 件可移除地固定到所述反射器支撑件。
6. —种投影仪，包括根据权利要求1至5中任一项所述的灯单元；空间调制器，空间调制来自所述灯单元的光以产生图像光；以及 投影光学系统，投影由所述空间调制器产生的图像光。
全文摘要
一种灯单元，包括其中安装有灯的反射器(10)，支撑反射器的反射器支撑件(20)，以及固定到反射器支撑件用于喷射空气以冷却灯的喷射元件(22)，其中，喷射元件包括用于提供压缩空气的其中插入有管状双头螺栓(23a)的插入元件(23)，具有用于提供来自双头螺栓的空气的液体通道的液体通道形成元件，以及设定在喷射元件末端上的孔(221)。
文档编号F21V29/02GK101375097SQ200780003848
公开日2009年2月25日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年10月6日
发明者西村吉史, 高松宏彰 申请人:Nec显示器解决方案株式会社