专利名称：屏幕组件以及使用该屏幕组件的投影式图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确保了平面度而显示图像的透射式屏幕组件以及使用该屏幕组件的投影式图像显示装置。
背景技术：
作为显示图像信息用的大画面显示装置，近年来，在透射式屏幕上投影并显示图像的投影式图像显示装置已很普及，其尺寸也有大型化的趋势。这种投影式图像显示装置中所使用的透射式屏幕(以下称为屏幕板)一般使用多个片状的透镜，例如菲涅耳透镜与双凸透镜和玻璃板重叠而形成屏幕。
在具有这种结构的屏幕板中，因为入射光按照设计角度正确入射，确保了画面质量，因此确保屏幕板的平面度是非常重要的。此外，为了确保聚焦性能，使所重叠的透镜片紧密接合是非常重要的。从以上可以看出，屏幕板构成为在确保了平面度的基础上，使多个透镜片紧密接合。
然而，屏幕板所使用的片状菲涅耳透镜和双凸透镜为了确保装置的轻量化或光的透过性而使用厚度为几毫米左右的树脂材料制成，因使用环境的温度、湿度或者来自外部的应力会产生伸缩、挠曲，从而出现画质恶化的问题。曾经提出过如下方案，即，预先使透镜片翻起而使其紧密接合(例如，参照特许文献1)，或者使透镜片紧密接合在具有刚性的玻璃板上(例如，参照特许文件2)。
在这些对策中，所存在的问题是，形成大画面时，相应地透镜片的面积会变大，即使透镜片紧密接合，其伸缩、挠曲也不能被有效地抑制住，并且，如果增加透镜片的厚度来抑制伸缩、挠曲，则会存在重量增加且成本上升等问题。此外，透镜片的紧贴在玻璃板上的面和与外界空气接触的面的吸湿程度是不同的，其结果是透镜片的接触面剥离，从而导致透镜片挠曲。
因此，提出了一种将重叠的透镜片之间的空气强制排出，使接触面的压力下降到小于大气压，从而使其有效地紧密接合的方案(例如，参照特许文献3及4)。
特许文献1特开2001-356419号公报(图1)特许文献2特开2001-154274号公报(图3)特许文献3特开平06-194740号公报(图1)特许文献4特开平08-314015号公报(图2)但是在上述那种将透镜片之间的空气强制排出的方式中，会存在如下问题，即在制造透镜片时进行排气的情况(特许文献3)下，因密封部的微小缺陷或者长时间的劣化，会有空气进入而导致失效；在使用中进行强制排气的情况(特许文献4)下，如果透镜片的面积变大，就无法很好地将透镜片之间整个表面的空气排出，特别是在远离排气风扇等排气部的部位的接触面上的压力不会充分得到降低，因而无法确保平面度，或者透镜片因湿度而挠曲，从而损害画面质量。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述的问题，其第一目的是提供一种屏幕组件，即，将构成屏幕板的透镜片等之间的空气均匀排出，使透镜片等之间的压力充分下降到小于大气压，从而使透镜片等之间紧密地接合，相对于温度、湿度等的环境变化始终能够确保屏幕板的平面度，不存在画面质量恶化的问题。另外，其第二目的是提供一种使用这种屏幕组件的投影式图像显示装置。
本发明的屏幕组件具有框体，具有显示图像用的开口部；屏幕板，其安装在上述框体上，由具有透光性的多个板材叠加构成，从背面一侧入射的光从上述开口部射出；密封上述屏幕板的周缘部的密封部；排气用风道，通过排气用风道确保部而形成于上述板材中的至少任意一个上；与上述排气用风道相连通的通气口；和将上述板材之间的空气从上述通气口排出的排气部。
根据本发明的屏幕组件，具有如下效果，即，由于构成屏幕板的透镜片等的接触面紧密接合，因此相对于温度、湿度等环境变化始终能够确保屏幕板的平面度且画面质量不会恶化。
图1是本发明实施例1的投影式图像显示装置2的正视图。
图2是表示本发明第1实施例的屏幕组件1的结构的立体图。
图3是表示本发明第1实施例的屏幕组件1的一部分的侧视剖面图。
图4是本发明实施例1的屏幕组件1的组装剖面图。
图5是说明本发明第1实施例的屏幕组件1的上部的侧视剖面图。
图6是说明本发明第1实施例的屏幕组件1的下部的侧视剖视面图。
图7是说明本发明第1实施例的排气用风道确保部的剖面图。
图8是本发明实施例1的实验用屏幕组件1的正视图。
图9是说明本发明第2实施例的排气用风道确保部的剖面图。
图10是本发明实施例3的投影式图像显示装置2的侧视剖面图。
标号说明1屏幕组件，2投影式图像显示装置，3屏幕板，4缆绳，5凹凸部，6排气用风道，7凹凸部，8排气用风道，10玻璃板，11双面胶带，20双凸透镜，21通气口，30菲涅耳透镜，31通气口，40屏幕框架，41上边玻璃推压板，42侧边玻璃推压板，43侧边玻璃推压板，44底部玻璃推压板，45缓冲垫，46开口部，50连接框架，51通气口，52集气室，53进气导管用孔，60遮光板，61前端部，62中间部，70排气部，71进气导管，72排气风扇，80外壳，81投影组件，82镜子，83镜子。
具体实施例方式
实施例1图1是表示具有本发明第1实施例的屏幕组件1的投影式图像显示装置2的正视图，图2是表示该屏幕组件1的组装状态的立体图。在图2中，由为透光性板材的玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30叠加构成的屏幕板3嵌入到框体，即屏幕框架40的用于显示图像的开口部46中，玻璃板10通过上边玻璃推压板41、侧边玻璃推压板42、43以及底部玻璃推压板44从前面压紧在屏幕框架40上。屏幕框架40具有垂直延伸的一对侧部40b、40c，以及连接它们的上端且水平延伸的上部40a。另外，侧部40b、40c的下方固定在水平延伸的连接框架50上。屏幕板3的固定是通过如后面所描述的操作而实现的即底部玻璃推压板44固定在连接框架50上；上边玻璃推压板41和侧边玻璃推压板42、43固定在屏幕框架40的上部40a和侧部40b、40c上；以及连接在菲涅耳透镜30上的图中未示出的保持部件，即遮光板固定在屏幕框架40的上部40a和侧部40b、40c上。
在双凸透镜20和菲涅耳透镜30之间，沿纵向方向以规定的间隔插入有图中未示出的作为隔离部件的多根细缆绳，从而确保了排气用风道。屏幕板3的周缘部由图中未示出的密封部密封，在双凸透镜20和菲涅耳透镜30上设有通气口21、31，通气口21、31在比密封部更靠近中央一侧的大致相同的位置上，与透镜片之间的排气用风道相连通。连接框架50形成具有在排气时降低压力损失用空洞的集气室，在与菲涅耳透镜30接触的面上同样设有与排气用风道相连的通气口51。在连接框架50的集气室中连接着图中未示出的排气部，通过该排气部的动作，将构成屏幕板3的透镜片等接触面的空气通过通气口21、31、51排出。
下面根据表示图1的剖面III-III的图3，对屏幕板3的结构及固定方法进行说明。屏幕板3由玻璃板10、双凸透镜20、及菲涅耳透镜30构成，菲涅耳透镜30预先被挠曲，以使与双凸透镜20相接触的面32形成凸状，其上边33通过粘接材料与遮光板60接合，该遮光板作为图中未示出的左右侧边的保持部件。遮光板60在接合并保持菲涅耳透镜30的上边33与左右侧边3边的状态下，通过螺栓等固定在屏幕框架40的上部40a和侧部40b、40c上。即，遮光板60除了本来具有的遮光功能以外，还具有将菲涅耳透镜30固定在屏幕框架40上的功能。
在该状态下，玻璃板10与菲涅耳透镜30之间夹着双凸透镜20，且双凸透镜20通过上边玻璃推压板41，侧边玻璃推压板42、43以及底部玻璃推压板44从图3的左侧被压靠在菲涅耳透镜30上，上边玻璃推压板41，侧边玻璃推压板42、43通过螺栓等固定在屏幕框架40上，而底部玻璃推压板44通过螺栓等固定在连接框架50上。菲涅耳透镜30由遮光板60和连接框架50保持而不能移动，并且，玻璃板10的平面度刚性比菲涅耳透镜30的凸状面32的刚性力强很多，因而菲涅耳透镜30变成虚线所示的平面而压接在双凸透镜20上。
图4表示屏幕组件1的组装后的状态。图中，保持菲涅耳透镜30的遮光板60固定在屏幕框架40上，由玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30构成的屏幕板3按以下方式紧密接合并进行固定的，即，自图左侧是由上边玻璃推压板41、侧边玻璃推压板42、43以及底部玻璃推压板44夹住，从右侧其上边和左右侧边是由固定在屏幕框架40上的遮光板60夹住，下侧是由固定于屏幕框架40上的连接框架50夹住。排气部70通过从连接框架50的集气室52排出空气，使构成上述屏幕板3的透镜片等的接触面上的压力下降到小于大气压，从而使透镜片之间紧密接合。
这里，根据图5和图6，对密封屏幕板3周缘部的密封部进行说明。图5是屏幕板3上部的剖面图，接合并保持菲涅耳透镜30的遮光板60固定在屏幕框架40上。遮光板60的主体由ABS树脂制成，而前端部61与菲涅耳透镜30的接合部与屏幕框架40之间的中间部62由柔软的合成橡胶树脂成形，并且形成为一体。该ABS树脂与合成橡胶树脂的一体成形技术一般被称为双色成形法而广泛使用，在此省略其说明。
玻璃板10的上部、左右侧部被加工成比菲涅耳透镜30稍大一些，而且双凸透镜20的上部、左右侧部的外形尺寸加工成小于菲涅耳透镜30。遮光板60的前端部61被制成为，比菲涅耳透镜30与双凸透镜20重叠起来的厚度要稍长一些，在玻璃板10由上边玻璃推压板41固定到屏幕框架40上时，上述前端部61抵接在玻璃板10上受压变形，从而紧贴在玻璃板10上。
遮光板60和菲涅耳透镜30的上边33的接合部不仅具有接合的功能，而且还具有不让空气进入的密封功能，如果菲涅耳透镜30因温度、湿度等环境变化而膨胀和收缩，在遮光板60上就会作用上下方向、左右方向的应力，这将成为该接合部发生剥离的原因。然而，由于遮光板60的中间部62由柔性的合成橡胶树脂构成，因此其中间部62吸收作用在遮光板60上的应力，从而能够防止与菲涅耳透镜30的接合部剥离的情况。上面说明的结构，不仅对于屏幕板3的上边，对于屏幕板3的左右侧边也是同样的结构。通过该接合部与上述遮光板60的前端部61及玻璃板10的接合，可以构成使屏幕板3的上边和左右侧边与外界空气隔绝的密闭结构。即，遮光板60在保持菲涅耳透镜30的同时，也起到密封屏幕板3的一部分(即上边和左右侧边)的密封部的作用。
图6是屏幕板3下部的剖面图，底部玻璃推压板44隔着缓冲垫45保持由玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30构成的屏幕板3的垂直载荷，同时，以与固定在屏幕框架40上的连接框架50夹持屏幕板3的方式而被固定。在双凸透镜20和菲涅耳透镜30之间沿纵向插入有图中未示出的作为隔离部件用的多根细缆绳，从而确保了排气用风道。
在玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30以及连接框架50之间的双面胶带11将玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30以及连接框架50固定住，同时也起到密封屏幕板3下部的密封部的作用。双面胶带11、上述菲涅耳透镜30和遮光板60的接合部、遮光板60的前端部61与玻璃板10的接触部构成密封屏幕板3周缘部的密封部。在比作为密封部的双面胶带11更靠近各透镜片中央一侧的大致同一个位置上，设置有与透镜片之间的排气用风道连通的通气口21、31。
在连接框架50的底部设有进气导管用孔53，此外连接有作为排气部70的进气导管71和排气风扇72，通过该排气风扇72的动作，玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30的接触面上的空气如箭头所示通过通气口21、31、51排出。
根据图7，对插入到双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间作为排气风道确保部的隔离部件，即缆绳进行说明。图7是沿图1的屏幕板3的剖面VII-VII线剖取的剖面图，投影光从图的上方入射，可以从下方识别映射出的影像。玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30处于叠加的状态，菲涅耳透镜30的透镜部34将入射的光变换为平行光。缆绳4以规定间隔沿纵向(在图7中是垂直于纸面的方向)插入双凸透镜20与菲涅耳透镜30的接触面。由于双凸透镜20紧贴在刚性玻璃板10上，因而在菲涅耳透镜30上会被缆绳4压出凹凸部5，通过这些凹凸部5，在双凸透镜20与菲涅耳透镜30的接触面上形成排气用风道6。
下面对屏幕组件的动作进行说明。排气风扇72一旦动作，空气就会经过进气导管71、连接框架50的集气室52、通气口21、31、51以及因插入在双凸透镜20和菲涅耳透镜30之间的缆绳4而形成的排气风道6，从玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30的接触面排出去。另外，屏幕板3的周缘部处于密封状态，并且双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间的排气用风道6形成于透镜片的整个表面上，因而在透镜片中间不会因没有排气用风道而妨碍排气，能够将透镜片整个表面上的空气排出去。
根据该实施例1，因为能够将屏幕板3的整个接触面的压力充分降低到小于大气压，所以即使因温度、湿度等环境条件而对透镜片施加挠曲力，透镜片的接触面也不会容易产生剥离，从而可以提供一种保持透镜片的平面度且画质不会恶化的屏幕组件。
发明人为了确认上述的效果，使用了没有插入实施例1所示的屏幕组件1和缆绳4的以往使用的屏幕组件1，进行了透镜片之间的排气试验，其简要结果如下。
屏幕组件1的样品图8中示出了所使用的屏幕组件1。屏幕板3的大小为横向长度1200mm、纵向长度900mm，双凸透镜20、菲涅耳透镜30的材质均是厚2mm的丙希酸树脂。玻璃板10使用了厚度为3mm的产品。插入到双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间的缆绳4使用了直径为0.2mm的镀锡的铜线10根，以大约120mm的间隔插入。其它情况如下。
·排气风扇72是西罗克风扇(最大静压为107.9Pa，最大风量为0.32m3/min)·透镜片下部与连接框架的通气口21、31、51为直径7mm的孔，以等间隔各设置29个·透镜片下部的双面胶带11为厚0.3mm的双面胶带试验条件按照有、无缆绳4的情况投影相同的试验图像，启动西罗克风扇之后经过足够的时间，测定双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间的测定点与大气压的压差。测定点位于图8所示的位置，而测定点A1、A3、E1、E3分别表示离屏幕显示面的边50mm×50mm的位置，F1～F3表示集气室52的内部的测定点，G2表示进气导管71内部的测定点。
试验结果表1中示出试验结果。各种情况下的数值表示测定点与大气压的压差，数值越大，表示测定点的压力越低。另外，在效果中所显示的数值是插入缆绳的情况2与无缆绳的情况1的比较值，“+”号表示的值表示的是情况2的测定点的压力比情况1低的情况。反之“-”号表示的值表示的是情况2的测定点的压力比情况1高的情况。
表1(单位Pa)
如表1所示，在无缆绳4的情况1中，屏幕上部(图8的测定点A、B)的大气压差为1.7～12.9Pa，与有缆绳4的10.2～28Pa相比，可以知道透镜片之间的空气没有被充分排放出去。反之，屏幕下部(图8的测定点D、E)中，无缆绳4的情况下为43～68Pa，与有缆绳4的情况23.6～65.6Pa相比压力变低了，这表示整个屏幕的空气没有被排出，与有缆绳4的情况相比，强有力地吸收排气风扇72附近部位的空气。
另外，在试验中使用横向长度1200mm、纵向长度900mm的透镜片时，测定透镜片中央部产生挠曲的压力差，即在厚度为2mm的情况下的压力差为10Pa，在厚度为3mm的情况下压力差为30Pa。在此次试验结果中，如果插入缆绳，中央部的压力差就变为31.6Pa，因此即使是厚度为2mm、3mm的透镜片，也不会因温度、湿度等环境变化而产生挠曲。
上述的试验结果确认了实施例1的效果。
实施例2.
在实施例1中示出的是将缆绳4用作排气用风道确保部的例子，下面参照图9对不使用缆绳4的实施例进行说明。图9是沿图1的屏幕板3的剖面线VII-VII剖取的剖面图，投影光从图的上方入射，可以从下方识别映射出的影像。玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30处于叠加的状态，菲涅耳透镜30的透镜部34将入射的光变换为平行光。
在菲涅耳透镜30与双凸透镜20接触的面上形成以规定的间隔在纵向(图9中垂直于纸面的方向)产生空洞的凹凸部7，通过这些凹凸部7在双凸透镜20与菲涅耳透镜30的接触面上形成排气用风道8。其它的结构与实施例1相同。
下面对其动作进行说明。排气用风扇72一旦动作，空气就会经过进气导管71、连接框架的集气室52、通气口21、31、51，以及在菲涅耳透镜30上的凹凸部7与双凸透镜20之间形成的排气用风道8，从玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30的接触面排出去。另外，屏幕板3的周缘部以密封状态被密封，而且由于双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间的排气用风道8形成于透镜片的整个表面上，因而在透镜片中间有排气用风道，能够将在透镜片整个表面上的空气排出去。
根据该实施例2，由于能够将屏幕板3的接触面的整个表面上的压力下降到小于大气压，因此，即使因温度、湿度等环境条件而对透镜片施加使其从接触面上剥离的力，透镜片的接触面也不会容易地被剥离，从而可以提供一种屏幕组件，其维持透镜片平面度且画质不会恶化，进而由于不把缆绳等隔离部件插入到透镜片之间，因此不会显示出隔离部件的影子。
实施例3.
图10是安装了上述屏幕组件1的投影式图像显示装置2的侧视剖面图。在外壳80上安装有投影组件1，内部配置有发出投影光的光源装置，还配置有由发出的投影光形成光学图像的投影组件81，和将投影光朝向屏幕组件1反射的镜子82、83。
关于其动作，与上述各实施例相同。
根据该实施例3，由于能够将组装好的屏幕板3的接触面的整个表面上的压力下降到小于大气压，因此，即使因温度、湿度等环境条件对透镜片施加使其从接触面上剥离的力，透镜片的接触面也不会容易剥离，从而可以提供一种维持透镜片平面度且画质不会恶化的投影式图像显示装置。
在上述各实施例中，排气用风道6、8仅形成于双凸透镜20与菲涅耳透镜30之间，但是也可以形成于玻璃板10与双凸透镜20之间。
另外，在上述各实施例中，屏幕板3是由玻璃板10、双凸透镜20、菲涅耳透镜30依次叠加而构成的，但是玻璃板10也可以夹在双凸透镜20和菲涅耳透镜30之间，在这种情况下，就可以不需要用于发射投影光的面的反射对策和粘贴在玻璃板上防止该面破损用的膜，从而降低制造成本。
此外，不使用玻璃板10，而只用双凸透镜20和菲涅耳透镜30来构成屏幕板3也是可以的，在这种情况下，由于不存在玻璃板10，从而只需确保双凸透镜与菲涅耳透镜的紧密接合来获得改善的析像度。
设置在各透镜片与连接框架50中的通气口21、31、51可以不是圆形孔，而可以是狭缝状的通气口，另外，也可以不设置这些通气口，而是在形成于屏幕板3周缘部的密封部的一部分上，设置将外部与透镜片之间的排气用风道6、8相连通的通气口，从该通气口进行排气当然也能够获得相同的效果。
此外，排气用风扇72并不一直进行动作，而是在透镜片之间等处设置压力传感器，在该压力传感器检测到的压力大于等于预定值，或者大气压差小于预定值时，排气用风扇72开始动作也是可以的。这样的话，由于排气用风扇并不一直动作，因此具有延长风扇寿命的效果，同时还会获得在风扇不操作期间没有噪音的效果。
权利要求
1.一种屏幕组件，其特征在于，它具有如下部件框体，具有显示图像用的开口部；屏幕板，其安装在所述框体上，由具有透光性的多个板材叠加构成，使自背面一侧入射的光从所述开口部射出；密封部，密封所述屏幕板的周缘部；排气用风道，通过排气用风道确保部而形成于所述板材中的至少任意一个上；与所述排气用风道相连通的通气口；排气部，使所述板材之间的空气从所述通气口排出。
2.如权利要求1所述的屏幕组件，其特征在于，所述具有透光性的多个板材至少包括具备刚性的板材。
3.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，使所述多个板材中的至少一个预先沿一个方向翻起。
4.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，所述通气口设置在板材的至少任意一个上，并且比密封部更靠近中央一侧。
5.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，所述板材的至少任意一个通过保持部件保持在框体上，所述保持部件具有其一部分随着所保持的板材的膨胀、收缩也会伸缩的结构。
6.如权利要求5所述的屏幕组件，其特征在于，所述保持部件将所述多个板材中的至少一个保持在框体上，并且作为密封屏幕板的一部分周缘部的密封部。
7.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，所述具有透光性的多个板材为玻璃板、双凸透镜和菲涅耳透镜。
8.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，所述排气用风道确保部是插入到叠加的板材中的至少一个上的隔离部件。
9.如权利要求1或2所述的屏幕组件，其特征在于，所述排气用风道确保部是在所述多个板材中的至少一个接触面上预先形成的凹凸部。
10.一种投影式图像显示装置，其特征在于，其具有如权利要求1或2所述的屏幕组件，通过由发射投影光的光源装置和将发出的所述投影光形成光学图像的投影组件构成的图像投影组件将图像显示在所述屏幕组件上。
全文摘要
本发明的目的是确保透镜的接触面的排气用风道，投影式图像显示装置的透光式屏幕是由多个片状的透镜构成的，为了使上述透镜片紧密接合且确保其平面度，设置了将透镜之间的空气排出的排气装置。通过将由具有刚性的玻璃板(10)、双凸透镜(20)、菲涅耳透镜(30)构成的屏幕板(3)的整个周缘部密封住，在透镜之间插入缆绳(4)或者在透镜接触面上预先形成凹凸部(7)，从而确保排气风道(6、8)，由此使透镜之间的空气排出，并且使各透镜紧密接合且确保了平面度。
文档编号H04N5/74GK1696822SQ20051006909
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月10日 优先权日2004年5月10日
发明者富田贞一, 寺本浩平, 宫本照雄, 中津公秀 申请人:三菱电机株式会社