专利名称：用于使光学器件与热膨胀隔离的设备和方法
技术领域：
本发明涉及硅上液晶(LCoS)光引擎的成像器，更具体的，涉及使棱镜组件与热膨胀隔离来减小会聚和聚焦偏差的应用。
背景技术：
液晶显示器(LCD)在高密度投影显示装置中正变得日益流行。这些传统的高密度投影彩色显示装置包括发射白光的光源。分色镜将白光分为光的相应的红、绿和蓝(RGB)带。然后引导这些光的色带朝向相应的液晶阀，这些液晶阀允许或者阻止光传输。然后，允许传输通过光阀的光的RGB带由棱镜组件组合。然后，投影透镜放大图像，且将图像投影到投影屏幕上。
传统的液晶板包括透镜阵列、用于从源收集白光的透镜和用于将白光分为红光、绿光和蓝光的分色镜。偏振光束分光器(PBS)分离红、绿和蓝范围的s偏振光分量。允许光的分离的s偏振光分量投影在反射晶体板，以及交叉分色棱镜上，用于合成p偏振光分量的图像光。调制和反射p偏振光分量来输出。投影透镜将图像光投影在屏幕上。
在当前形式的技术中，硅上液晶(LCoS)光引擎的成像器棱镜以精确的方式围绕棱镜组件安装到铝板上，该铝板随着热变化膨胀或者收缩。这些板的热弯曲使得灵敏的棱镜对准离开焦平面，以及使得成像器棱镜相互误会聚。
在Ogino等人的题为“Liquid Crystal Projection Display”的美国专利No.5537171中描述的液晶显示装置限制于液晶面板工具、投影透镜工具和屏幕工具，其增强相对角部照明，而不减小光俘获效率。然而，该显示装置没有减小由于热弯曲产生的其棱镜组件的会聚和聚焦偏差。
在Tajiri的题为“Liquid Crystal Projector Equipment”的美国专利No.6343864中描述的液晶投影器限制于以这样的方式安装偏振光束分光器(PBS)，其中，该PBS围绕棱镜四角形组件安装到铝板，该铝板随着热变化弯曲。这种构造在有热变化的地方产生其棱镜组件的会聚和聚焦偏差。
需要这样一种设备，其使灵敏光学器件与在LCoS光阀中在所有成像器中产生的热弯曲隔离。
发明内容
一种减小在成像器棱镜组件中的会聚和聚焦偏差的设备，其包括至少一个具有第一侧和第二侧的棱镜组件。该第一侧与第一隔离器内表面连接，第二侧与第二隔离器内表面连接。第一和第二隔离器减小棱镜组件的会聚和聚焦偏差。第一隔离器的外表面与用于安装棱镜组件的框架的第一位置连接。第二隔离器的外表面与用于减小框架上的热弯曲效应的缓冲构件的顶侧连接。缓冲构件的底侧与用于安装棱镜组件的框架的第二位置连接。在每个棱镜组件处，有至少一个导向销，其通过第一隔离器和第一位置定位，用于初始对准棱镜组件。
第一粘合剂将第一侧固定到第一隔离器内表面，且该第一粘合剂将第二侧固定到第二隔离器内表面。第二粘合剂将第一隔离器外表面固定到第一位置，且该第二粘合剂将第二隔离器外表面与顶侧固定。第三粘合剂将底侧固定到第二位置，且第一和第二隔离器的底端与板连接，以进一步减小棱镜组件的会聚和聚焦偏差。
现在参考附图描述本发明，其中图1是本发明的优选实施例中的成像器棱镜的详细视图。
图2是本发明的优选实施例中的替代第一和第二隔离器设计的顶视图。
图3是本发明的优选实施例中的替代第一和第二隔离器设计的底视图。
具体实施例方式
虽然下面参考用于LCoS光引擎的成像器描述本发明，但是本领域中的普通技术人员可以认识到，本发明的原理可以应用到其它地方。
图1示出了设备10作为本发明的实施例。设备10减小了由于装置的热弯曲导致的成像器棱镜组件中的会聚偏差和聚焦偏差。当安装成像器棱镜组件11的金属框架15由于金属框架中的热变化而膨胀或者收缩时，棱镜组件11变成误对准。金属框架包括第一构件14、第二构件16、将第一构件14固定到第二构件16的结合构件14a，以及板23。通常，框架15由铝构成，铝具有高膨胀系数，且在温度循环中热弯曲。框架15的膨胀和/或收缩使得棱镜灵敏的对准离开焦平面，使得成像器棱镜相对于彼此误会聚。通过加入第一隔离器12和第二隔离器13，使棱镜组件11与热膨胀或者收缩隔离。这大大减小了会聚偏差和聚焦偏差，且改进了设备10的最终输出的色彩均匀性。
至少一个具有第一侧11a和第二侧11b的偏振光束分光器(PBS)棱镜组件11安装在设备10中。在图1中，安装有三个PBS棱镜组件11。如本领域中的普通技术人员所知的，设备10中的(PBS)棱镜组件的数量将依赖于应用。第一侧11a在第一隔离器内表面12a处与第一隔离器12连接。第二侧12b在第二隔离器内表面13a处与第二隔离器13连接。棱镜组件11第一侧11a通过第一粘合剂19固定到第一隔离器内表面12a。同时，棱镜组件11第二侧11b通过第一粘合剂19固定到第二隔离器内表面13a。直接与替代框架15的第一隔离器12和第二隔离器13连接的棱镜组件11减小了当设备10中有热变化(膨胀/收缩)时存在的会聚偏差和聚焦偏差，如下进一步详细描述。
通常，第一隔离器12和第二隔离器13是玻璃板，其使成像器座27与金属框架15的弯曲隔离。替代地，玻璃可替代为具有低膨胀系数的任何非晶体材料。例如，可以设置玻璃板为包含硅酸盐、苏打和石灰的混合物，或者可以使用包含硅酸盐、苏打、石灰和金属氧化物的混合物的玻璃板。在一个实施例中，陶瓷材料替代玻璃用于第一结构12和第二结构13。在其它实施例中，硼硅酸铅或者基于铋的玻璃用于第一和第二隔离器。
第一隔离器12和第二隔离器13的尺寸和形状根据应用变化。图2和3示出了玻璃隔离器40，其是第一隔离器12和第二隔离器13的一个实施例。替代地，玻璃隔离器40的不同实施例根据设备10的设计采用不同的形状。
参考图1，第一隔离器12通过第一隔离器外表面12b与框架15的第一构件14连接，以安装棱镜组件11。同时，第二隔离器13通过第二隔离器外表面13b与缓冲构件17的顶侧17a连接。设备10中的该构造减小了来自框架15的热效应，该框架15包括第一构件14、结合构件14a、第二构件16和板23。第二粘合剂20将第一隔离器外表面12b固定到第一构件14，以及将第二隔离器外表面12b固定到缓冲构件17的顶侧17a。
至少一个导向销18在每个棱镜组件11处定位在导向销孔18a中。导向销孔18a路线通过框架15的第一构件14，第一隔离器12且在第一侧11a处稍微进入棱镜组件11。导向销18定位在导向销孔18a中且通过导向销孔18a，使得与棱镜组件11的第一侧11a接合。导向销18缩进棱镜组件11的第一侧11a中。定位导向销18以当第一粘合剂19、第二粘合剂20和第三粘合剂21正在固化时，提供棱镜组件11的初始对准。如本领域中的普通技术人员所知的，导向销18和导向销孔18a构建为使得可靠地定位棱镜组件11的初始对准。这允许粘合剂固化，固定棱镜组件11的位置。
第三粘合剂21将缓冲构件17的底侧17b固定到框架15的第二构件16。
第一隔离器底端24和第二隔离器底端25与支撑成像器的板23连接。这进一步减小了棱镜组件11的会聚偏差和聚焦偏差，因为板23直接安装到第一隔离器12和第二隔离器13。在现有技术中，板23直接安装到框架15。第一隔离器底端24包含第一腔24a。第二隔离器底端25包含第二腔25a。第一和第二腔包含围绕固定到板23的安装销26的第四粘合剂22。安装销26浸没在第四粘合剂22中，以可靠地保持成像器座27。
通常，框架15和板23的材料是铝。替代地，铝可替代为其它金属，包括但不限于，铜、铜合金等。如本领域中的普通技术人员所知的，框架15和板23的形状依赖于应用。
在本发明的优选实施例中的缓冲构件17是橡胶。然而，本领域中的普通技术人员理解，橡胶可替代为多种呈现与橡胶类似的热、弹性和膨胀特性的其它材料。例如，本发明的一个实施例使用塑料作为缓冲构件17。
第一粘合剂19是一种硬的材料，其精确地将棱镜组件11安装到第一和第二隔离器12、13。一种这样的粘合剂是具有好的玻璃到玻璃粘结特性的紫外光可固化的各向异性的粘合剂。通常，施加的第一粘合剂19的量是导致大约12-45微米的施加厚度的量。如果太多的第一粘合剂19应用到棱镜组件11、第一隔离器12或者第二隔离器13，那么这些部件可能侧向移动，且可能出现误对准。另一方面，如果施加太少第一粘合剂19，粘合会差，且会出现不充分的粘结。这使得设备10的强度变弱。
第二粘合剂20是一种柔软材料，其将第一隔离器12固定到框架15，将第二隔离器13固定到缓冲构件17。第二粘合剂20在室温下是柔软(弹性)粘合剂，以允许金属到玻璃粘结以及玻璃到橡胶粘结的膨胀。例如，粘合剂用作具有高玻变温度的填料聚合物，诸如具有40℃的玻变温度的聚乙烯醋酸酯，当用作第二粘合剂20时，该粘合剂提供适当的粘结强度和弹性。替代地，聚乙烯醋酸酯可由其它填料聚合物替代，包括但不限于，部分水解的聚丙烯酰胺，其具有在大约106℃和165℃之间的玻变温度。第二粘合剂20的玻变温度越高，粘合剂将允许框架15的热弯曲(膨胀/收缩)越多，而不引起棱镜组件11的误对准。因此，减小了棱镜组件11的最终的聚焦和会聚偏差。
第三粘合剂21将缓冲构件17固定到框架15。重要的是，橡胶到金属粘结尽可能强，且可以维持长时间。已知由于金属的腐蚀，橡胶和金属之间的粘合强度随着时间而降低。在本发明的优选实施例中，粘合剂成分包括氯化橡胶、丙烯酸类聚合物、Lewis酸和有机溶剂的混合物。替代地，粘合剂成分包括氯化橡胶、丙烯酸类聚合物和/或在分子中具有端官能团的碳氢化合物型聚合物，以及有机溶剂的混合物。在本发明的另一个实施例中，第三粘合剂21是由氯化橡胶和丙烯酸单体制成的聚合物、Lewis酸和有机溶剂的混合物。如本领域中的普通技术人员所知的，第三粘合剂21是选自包括但不限于氯化橡胶、丙烯酸单体、碳氢化合物型聚合物、Lewis酸、有机溶剂、聚烯烃型聚合物等的组的任何粘合剂混合物组合。
第四粘合剂22将框架15固定到板23。重要的是，金属到金属粘结尽可能强，且可以维持长时间。已知由于金属的腐蚀，金属和金属之间的粘合强度随着时间而降低。在本发明的优选实施例中，第四粘合剂22是水散布的粘合剂，包括丙烯腈和甲基丙烯酸酯和甲阶酚醛树脂的共聚物。替代地，该粘合剂混合物可替代为基于溶剂的粘合剂，包括甲阶酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂和多官能环氧树脂，例如，环氧线性酚醛树脂。如本领域中的普通技术人员所知的，第四粘合剂22是具有强的金属到金属粘结特性的任何粘合剂。
第一、第二、第三和第四粘合剂的粘性应该使得当部件放置在未固化的粘合剂中时，粘合剂足够粘滞，使得粘合剂将部件保持在粘合剂中。部件应该被保持为基本没有侧向移动，直到粘合剂固化。粘合剂的粘性允许部件精确放置。例如，第一粘合剂粘性必须在允许导向销18精确地将棱镜组件11对准到第一结构12和第二结构13的范围内。必须维持这些部件的位置，直到第一粘合剂完全固化。需要粘合剂的粘性具有在25℃下在大约100000到300000厘泊的范围内。
图2和3示出了玻璃隔离器40作为用于在图1中所示的设备10中的第一隔离器12和第二隔离器13的另一个实施例。玻璃隔离器内表面41a包含多种销安装腔42和棱镜导向销孔43。销安装腔42和棱镜导向销孔43的数量依赖于设备10的设计和应用。玻璃隔离器外表面41b包含多种销安装腔42。销安装腔42的数量依赖于设备10的设计和应用。
参考图1到3，有一种制造设备10的方法，其中，该设备减小了成像器座27棱镜组件11中的会聚偏差和聚焦偏差。第一步为提供至少一个具有第一侧11a和第二侧11b的棱镜组件11。第一侧11a定位为与第一隔离器内表面12a连接。第二侧11b定位为与第二隔离器内表面13a连接。第一隔离器12和第二隔离器13减小了棱镜组件11的会聚和聚焦偏差。
下一步包括施加第一粘合剂19来将第一侧11a固定到第一隔离器内表面12a，以及施加第一粘合剂19来将第二侧11b固定到第二隔离器内表面13a。
第三步包括在每个棱镜组件11处提供至少一个导向销18和导向销孔18a，其定位通过第一隔离器12、第一构件14且稍微进入棱镜组件11的第一侧11a。这是为了接合导向销18，用于初始对准棱镜组件。
第四步是提供第一隔离器外表面12b，其定位成与框架15的第一构件14连接，用于固定棱镜组件11。
下一步包括施加第二粘合剂20，以将第一隔离器外表面12b固定到第一构件14。
第六步提供第二隔离器外表面13b，其定位成与缓冲构件17的顶侧17a连接，缓冲构件有助于减小来自框架15的膨胀/收缩的弯曲效应。
下一步包括施加第二粘合剂20，以将第二隔离器外表面13b与顶侧17a固定。
第八步包括提供缓冲构件17的底侧17b，其定位成与框架15的第二构件16连接，用于固定棱镜组件11。
下一步包括施加第三粘合剂21，以将底侧17b固定到第二构件16。
最终步骤包括提供第一隔离器底端24和第二隔离器底端25，其定位成与板23连接，以进一步减小棱镜组件11的会聚和聚焦偏差。
虽然显示和描述了被认为是目前本发明的优选实施例，应该理解，多种变化和修改对于本领域中的普通技术人员是可能的。意在在后附的权利要求书中覆盖位于本发明的精神和范围内的所有这些变化和修改。
权利要求
1.一种用于减小在成像器棱镜组件(11)中的会聚和聚焦偏差的设备(10)，其包括至少一个棱镜组件；固定到所述棱镜组件的第一侧(11a)的第一隔离器(12)；固定到所述棱镜组件的第二侧(11b)的第二隔离器(13)；以及固定到所述第一和第二隔离器的底端(24)且精确定位到所述至少一个棱镜组件的板(23)。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括支撑在所述板上的成像器。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于容纳所述隔离器和所述棱镜组件的框架(15)。
4.如权利要求1所述的设备，进一步包括位于在每个隔离器和所述棱镜组件之间的第一和第二侧上的第一粘合剂(19)。
5.如权利要求3所述的设备，进一步包括定位在所述第二隔离器和所述框架之间的缓冲构件(17)。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述缓冲构件将所述第一和第二隔离器偏置到所述框架。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述缓冲构件进一步包括至少一个橡胶垫。
8.如权利要求5所述的设备，进一步包括位于所述第一隔离器(12a)和所述框架之间，以及位于所述第二隔离器(13a)和所述缓冲构件之间的第二粘合剂(20)。
9.如权利要求5所述的设备，进一步包括位于所述缓冲构件和所述框架之间的第三粘合剂(21)。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述底端进一步包括包含围绕固定到所述板的安装销(26)的第四粘合剂(22)的腔(24a)，所述安装销浸没在所述第四粘合剂中。
11.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一和第二隔离器减小来自所述框架的热弯曲的对所述棱镜组件的影响。
全文摘要
一种减小在成像器棱镜组件(11)中的会聚和聚焦偏差的设备(10)包括至少一个具有第一侧(11a)和第二侧(11b)的组件(11)。该第一侧与第一隔离器内表面(12a)连接，第二侧与第二隔离器内表面(13a)连接。第一隔离器的外表面与框架(15)的第一构件(14)连接。第二隔离器的外表面与缓冲构件(17)的顶侧连接。缓冲构件的底侧(17b)与框架的第二构件连接。有至少一个导向销(18)，其通过第一隔离器和第一构件定位。第一粘合剂(19)将第一侧固定到第一隔离器内表面，且该第一粘合剂将第二侧固定到第二隔离器内表面。第二粘合剂(20)将第一隔离器外表面固定到第一构件，且该第二粘合剂将第二隔离器外表面与顶侧(17a)固定。第三粘合剂(21)将底侧固定到第二构件，且第一和第二隔离器的底端(24)与板(23)连接。
文档编号H04N9/31GK1762162SQ200380110231
公开日2006年4月19日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年4月3日
发明者C·D·小阿彻 申请人:汤姆森许可公司