CN106154705B - 光调制元件单元和图像投影设备 - Google Patents

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Abstract

光调制元件单元和图像投影设备。光调制元件单元包括：光调制元件，其具有构造成调制入射光的光调制器和覆盖所述光调制器的光入射面的玻璃盖片；遮光构件，其沿着所述玻璃盖片的表面布置并且具有开口和遮光部，去往所述光调制器的光通过所述开口，所述遮光部构造成遮挡不通过所述开口的光；以及散热构件，其相对于所述光调制元件沿与所述玻璃盖片的方向不同的方向设置。所述遮光构件具有延伸部，所述延伸部延伸至所述玻璃盖片的外部并且面对所述散热构件。所述延伸部和所述散热构件之间的第一间隙小于所述遮光部和所述玻璃盖片的表面之间的第二间隙。

Description

光调制元件单元和图像投影设备
技术领域
本发明通常涉及用于图像投影设备(投影仪)的光调制元件单元，更特别地，涉及用于防止异物粘附于光调制元件的结构。
背景技术
投影仪使用诸如液晶面板等的构造成调制来自光源的光的光调制元件，并且能够将图像投影和显示在诸如屏幕等的目标平面上。当诸如漂浮在从投影仪外部进入壳体内的冷却空气中的灰尘等的异物粘附于光调制元件的调制面(如玻璃盖片面)时，被投影的图像的品质在异物的影响下可能会劣化。
日本特开平11-305674号公报公开了如下防尘结构：在用于保持光调制元件的基部和遮挡来自光源的光防止其进入光调制元件的调制区域的遮光板之间配置第一防尘构件，并且在遮光板和供朝向调制区域的光通过的波纹板之间配置第二防尘构件。日本特开2004-020603号公报公开了如下防尘结构：该防尘结构包括在光调制元件上的遮光板和构造成将来自光源的光引导至光调制元件的偏振分束器(polarization beam splitter)之间的防尘盖。
日本特开平11-305674号公报和日本特开2004-020603号公报公开的防尘结构封闭用于光调制元件的空间，但这是不足够的，因为微小的异物颗粒能够从防尘结构中的部件之间微小的缝隙侵入并且附着在光调制元件的调制面上。
发明内容
本发明提供一种光调制元件单元和使用该光调制元件单元的投影设备，它们能够通过使用收集异物的结构代替封闭结构来防止异物粘附于光调制元件。
根据本发明的一方面的光调制元件单元包括：光调制元件，其具有构造成调制入射光的光调制器和覆盖所述光调制器的光入射面的玻璃盖片；遮光构件，其沿着所述玻璃盖片的表面布置并且具有开口和遮光部，去往所述光调制器的光通过所述开口，所述遮光部构造成遮挡不通过所述开口的光；以及散热构件，其相对于所述光调制元件沿与所述玻璃盖片的方向不同的方向设置。所述遮光构件具有延伸部，所述延伸部延伸至所述玻璃盖片的外部并且面对所述散热构件。所述延伸部和所述散热构件之间的第一间隙小于所述遮光部和所述玻璃盖片的表面之间的第二间隙。
一种光调制元件单元，其包括：光调制元件，其具有构造成调制入射光的光调制器和覆盖所述光调制器的光入射面的玻璃盖片；遮光构件，其沿着所述玻璃盖片的表面布置并且具有开口和遮光部，去往所述光调制器的光通过所述开口，所述遮光部遮挡不通过所述开口的光；以及散热构件，其相对于所述光调制元件沿与所述玻璃盖片的方向不同的方向设置，其特征在于，所述遮光构件具有延伸部，所述延伸部延伸至所述玻璃盖片的外部并且面对所述散热构件，其中，所述延伸部和所述散热构件之间的第一间隙的温度梯度大于所述遮光部和所述玻璃盖片的表面之间的第二间隙的温度梯度。
一种图像投影设备，其包括：根据如上所述的任一种光调制元件单元；以及光学系统，其构造成将来自光源的光引入至所述光调制元件，并且将由所述光调制元件调制后的光投影在目标平面上。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的光调制元件单元的分解立体图。
图2是根据第一实施方式的光调制元件单元的立体图。
图3是沿着图2中的W-W线截取的根据第一实施方式的光调制元件单元的截面图。
图4的(A)是图3中的A部分的放大图，图4的(B)是示出A部分中的遮光掩模、玻璃盖片和散热器的温度之间的关系的图。
图5是根据本发明的第二实施方式的光调制元件单元的分解立体图。
图6是根据第二实施方式的光调制元件单元的外观立体图。
图7是沿着图6中的X-X线截取的根据第二实施方式的光调制元件单元的截面图。
图8的(A)是图7中的B部分的放大图，图8的(B)是示出B部分中的遮光掩模、玻璃盖片和散热器的温度之间的关系的图。
图9是根据本发明的第三实施方式的图像投影设备的外观图。
图10是示出根据第三实施方式的图像投影设备的内部结构的立体图。
具体实施方式
现在将参照附图说明根据本发明的实施方式。
第一实施方式
现在参照图9和图10，将说明根据本发明的第一实施方式的包括光调制元件单元的图像投影设备(液晶投影仪)的结构。
如图9所示，液晶投影仪包括外壳(壳体)7和从形成于外壳7的开口部分地突出的投影镜头4。外壳7具有入口71，其用于(外部)空气进入外壳7内，以用于冷却后面将描述的容纳在外壳7内的光源、光学系统模块和电源模块。
在图10中，附图标记1表示光源(灯)，附图标记2表示光学系统模块，其容纳将来自光源1的光引导至光调制元件单元3的光调制元件(液晶面板)的光学元件。投影镜头4将被光调制元件调制的光放大并投影在诸如屏幕等的目标平面上。附图标记5表示光学冷却管，其构造成将用于冷却包括光调制元件的多个光学元件的空气引导至光学元件。附图标记6表示面板冷却风扇，其构造为产生用于冷却光调制元件单元3的空气流，并且包括多翼式风扇(sirocco fan)。附图标记8表示集尘过滤器，其布置在图9所示的入口71处。附图标记10表示排风扇，其用于产生从外壳7的内部通过形成于外壳7的未示出的通风口的排出气流。附图标记9表示电源模块，其构造成产生用于打开光源1以驱动光调制元件的电源以及用于使风扇6和10转动的电源。
随着作为冷却器的面板冷却风扇6转动，外部空气通过入口71和集尘过滤器8流入外壳7内，并且通过光学冷却管5(特别地，后面将描述的散热器)吹到光调制元件单元3上。此时，集尘过滤器8收集大多数的诸如流入外部空气中的灰尘等的异物颗粒，但是未被集尘过滤器8收集的颗粒随着空气吹到光调制元件单元3上。
现在将参照图1、图2、图3和图4的(A)说明光调制元件单元3。在这些图中，附图标记31是作为光调制元件的反射型液晶面板(以下简称为“液晶面板”)。调制器是矩形的有效调制区域，其构造成使用液晶对入射到液晶面板31的光进行实际调制。玻璃盖片31a布置于液晶面板31的光入射面。附图标记38表示柔性配线基板，其连接至液晶面板31，并且具有构造成将来自处理电路的图像信号(或基于图像信号的电信号)传递至液晶面板31的电线。假设以光调制元件31的布置有玻璃盖片31a的平面为正面，柔性配线基板38连接于侧表面。
附图标记36表示作为散热构件的散热器，散热构件与液晶面板31的背面或玻璃盖片31a所在侧的相反侧的表面接触。散热器36能够使用散热片等。
附图标记32表示作为遮光构件的沿着玻璃盖片31a的表面布置的遮光掩模。遮光掩模32具有矩形的开口32a和遮光部32b，朝向液晶面板31的光调制器的光(从光源1发出并且通过光学系统模块2的光)通过矩形开口32a，遮光部32b具有遮挡开口32a周围的不通过开口32a的不需要的光的矩形框形状。开口32a具有略大于光调制器的开口尺寸。如放大了图3中的A部分的图4的(A)所示，玻璃盖片31a的表面和遮光掩模32的遮光部32b之间存在(第二)间隙G2。
遮光掩模32具有在沿着玻璃盖片31a的表面的方向(或在本实施方式中为开口32a的长边方向)上从遮光部32b延伸至玻璃盖片31a的外部的延伸部32c。延伸部32c设置在玻璃盖片31a的来自面板冷却风扇6的空气流的上游。延伸部32c经由液晶面板31设置在柔性配线基板38所在侧的相反侧。
如图3和图4的(A)所示，延伸部32c在其根部朝向散热器36侧弯曲并且延伸部32c以其顶端部沿着散热器36延伸并且面对散热器36的方式再次弯曲。如图4的(A)所示，延伸部32c的顶端部和散热器36的光调制元件31侧的表面(以下被称为“面板侧表面”)之间存在(第一)间隙G1。间隙G1小于间隙G2。
附图标记37表示掩模支撑板(支撑构件)，其构造成支撑遮光掩模32并且通过点焊在几个位置处与遮光掩模32联接。掩模支撑板37在与遮光掩模32的延伸部32c沿着玻璃盖片31a的表面延伸的方向正交的方向(开口32a的短边方向)上延伸至玻璃盖片31a的外部的部分处固定于散热器36。因而，遮光掩模32相对于液晶面板31定位。
附图标记33表示防尘罩，其与散热器36接触并且防止异物粘附于液晶面板31的玻璃盖片31a的表面。附图标记34表示波纹板，其用于去往液晶面板31的(偏振)光。附图标记35表示波纹板保持件，其构造成将波纹板34保持在大于遮光掩模32的开口32a的开口中。波纹板保持件35相对于液晶面板31的光入射面(或玻璃盖片31a的表面)可转动地安装于防尘罩33，并且波纹板保持件35在转动时能够调整波纹板34相对于液晶面板31(调制器)的转动位置。
防尘罩33安装于散热器36，以保持散热器36，从而大致去除防尘罩33和散热器36之间的缝隙。由于防尘罩33和波纹板保持件35利用压力彼此接触，所以防尘罩33和波纹板保持件35之间的缝隙也被大致去除。即使在波纹板保持件35转动时，缝隙也不大可能产生或增大。此结构即使在对波纹板保持件35、防尘罩33和散热器36施加来自面板冷却风扇6的空气(冷却空气)的特定的风压时也能够抑制异物进入波纹板保持件35、防尘罩33和散热器36的内部。但是，难以完全消除防尘罩33和散热器36之间的缝隙，如图4的(A)中的虚线箭头所示，冷却风中所含的微小的异物可能会通过残留的微小缝隙，侵入防尘罩33内部并移动至液晶面板。
图4的(B)中的图示出了图4的(A)中的位置(x：横坐标轴)与遮光掩模32、玻璃盖片31a的表面和散热器36的面板侧表面的温度(℃：纵坐标轴)之间的关系。粗实线表示遮光掩模32的温度，细实线表示玻璃盖片31a的表面的温度，虚线表示散热器36的面板侧表面的温度。
在图4的(A)中，L是在遮光掩模32上的来自光学系统模块2(或光源1)的光的光照射范围。来自光学系统模块2的光通过波纹板34并且照射在遮光掩模32的开口32a和遮光部32b的一部分上。大多数的光通过遮光掩模32中的开口32a和液晶面板31的玻璃盖片31a并且到达光调制器，但是一部分光在遮光掩模32的遮光部32b上被反射。结果，玻璃盖片31a的被光照射的表面和遮光掩模32的温度升高。
遮光掩模32由金属制成，金属的热传导率高于树脂或玻璃的热传导率，因此，热量扩散至不受光照射的延伸部32c。因而，如图4的(B)中的粗实线所示，遮光掩模32的温度整体上升。另一方面，液晶面板31的玻璃盖片31a具有低的热传导率，因此被光照射的区域的温度上升，但是被遮光掩模32的遮光部32b遮挡的部分的温度不上升。由于玻璃具有高的光透过率，所以玻璃盖片31a的温度低于遮光掩模32的温度。
掩模支撑板37安装于散热器36并且支撑遮光掩模32。掩模支撑板37由热传导率比遮光掩模32的金属材料(第一材料)高的金属材料(第二材料)制成。如上所述，遮光掩模32和掩模支撑板37通过点焊在一些位置彼此联接，但是彼此没有热联接。掩模支撑板37安装于并且热联接于散热器36。遮光掩模32的温度上升，但是掩模支撑板37的温度不随着遮光掩模32的温度上升而上升。
在此温度分布中，如上所述，遮光掩模32的延伸部(顶端)32c和散热器36的面板侧表面之间存在间隙G1，间隙G1小于遮光掩模32的遮光部32b和玻璃盖片31a的表面之间的间隙G2。如图4的(B)所示，遮光掩模32的延伸部32c和散热器36的面板侧表面之间的区域v中的温度差大于遮光掩模32的遮光部32b和玻璃盖片31a的表面之间的区域u中的温度差。换言之，在遮光掩模32的延伸部32c和散热器36的面板侧表面之间的区域v(较小间隙G1)中形成较大的温度差。换言之，区域v(间隙G1)中的温度梯度大于区域u(间隙G2)中的温度梯度。
当在两个平面之间的包含流体的粒子中维持稳定的温度梯度时，在与温度梯度相反的方向上形成稳定的浓度梯度。另外，温度梯度越大，浓度梯度也越大。因此，当冷却风包括诸如颗粒等的异物时，颗粒能够被压(bias)向在具有高温度梯度的区域v中的低温侧的散热器36的面板侧表面，异物能够有效地粘附于散热器36的面板侧表面。结果，本实施方式能够提供如下区域v：该区域v具有构造成对去往液晶面板31的、诸如颗粒等的异物进行收集的过滤器功能。结果，本实施方式能够有效地防止异物流动至和粘附于液晶面板31的玻璃盖片31a的表面。
在本实施方式中，在区域u中存在温度梯度，所以在此区域u中可能会产生浓度梯度。本实施方式能够使颗粒粘附于在区域u中的低温侧的玻璃盖片31a的表面中的与遮光部32b相对的区域。结果，即使区域v中存在未收集的异物，区域u也能够收集这些异物并且防止这些异物流动至和粘附于覆盖玻璃盖片31a的表面上的光调制器的区域。
如上所述，本实施方式能够在遮光掩模32的延伸部32c和散热器36的面板侧表面之间形成小间隙并且为该小间隙提供大的温度差，从而有效地捕获流动到该小间隙处的异物。因此，本实施方式能够防止异物粘附于液晶面板31的玻璃盖片31a的表面，特别地，防止异物粘附于覆盖光调制器的区域，并且能够阻止投影图像的劣化。结果，本实施方式能够提供如下图像投影设备：即使在存在大量诸如颗粒等的漂浮异物的使用环境下，也能够长时间维持高图像品质。
第二实施方式
图5、图6、图7和图8的(A)示出根据本发明的第二实施方式的光调制元件单元3’的结构。将用相同的附图标记表示本实施方式中的与第一实施方式中的元件对应的那些元件或部件，并且将省略其说明。
在本实施方式中，遮光掩模32’具有延伸部32c’，其在不弯曲的情况下在沿着玻璃盖片31a的表面的方向(开口32a的长边方向)上从遮光部32b直线延伸至玻璃盖片31a的外部。另一方面，散热器36’的面板侧表面具有朝向延伸部32c’或玻璃盖片31a的外部的遮光掩模(遮光构件)突出的凸部36a’。延伸部32c’和凸部36a’的端面具有如图8的(A)所示的(第一)间隙G1’。此间隙G1’小于遮光掩模32’的遮光部32b和玻璃盖片31a的表面之间的间隙G2。
即使在本实施方式中，如图8的(B)所示，遮光掩模32’的延伸部32c’的端面和散热器36’的凸部36a’的端面之间的区域v1中的温度差大于遮光掩模32’的遮光部32b和玻璃盖片31a的表面之间的区域u1中的温度差。换言之，在延伸部32c’的端面和散热器36’的凸部36a’的端面之间的小间隙G1’(区域v1)中形成大的温度差。因此，与第一实施方式相似，本实施方式能够有效地使异物粘附于散热器36’的凸部36a’的端面，并且提供如下区域v1：该区域v1具有对去往液晶面板的、诸如颗粒等的异物进行收集的过滤器功能。因此，本实施方式能够有效地防止异物流动至和粘附于液晶面板31的玻璃盖片31a的表面。
本实施方式能够使颗粒粘附于位于区域u1中的低温侧的玻璃盖片31a的表面上的与遮光部32b面对的区域，能够收集在区域v1中未被捕获的异物。
本实施方式也能够防止异物粘附于液晶面板31的玻璃盖片31a的表面(特别是覆盖光调制器的区域)，并且能够防止由异物引起的投影图像的劣化。结果，本实施方式提供如下图像投影设备：即使在存在大量诸如颗粒等的漂浮异物的使用环境下，也能够长时间维持高图像品质。
以上各实施方式描述了用于光调制元件的反射型液晶面板，但是可以使用其他诸如透过型液晶面板等的光调制元件。
以上各实施方式可以利用珀耳帖装置(Peltier device)冷却散热器，以扩大散热器的凸部或面板侧表面与遮光掩模的延伸部之间的温度差。本发明可以使用其他用于增大遮光掩模和散热器之间的温度差的方法。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。

Claims (8)

1.一种光调制元件单元，其包括：
散热构件；
光调制元件，其设置于所述散热构件并且具有构造成调制入射光的光调制器和覆盖所述光调制器的光入射面的玻璃盖片；以及
遮光构件，其设置在所述玻璃盖片的上方以覆盖所述玻璃盖片的至少一部分从而形成供去往所述光调制器的光通过的开口，并且所述遮光构件具有遮挡不通过所述开口的光的遮光部，
其特征在于，所述遮光构件具有延伸部，所述延伸部延伸至所述玻璃盖片的外部并且面对所述散热构件，
其中，所述延伸部和所述散热构件之间的第一间隙小于所述遮光部的一部分和所述玻璃盖片的表面之间的第二间隙，
所述玻璃盖片的表面的一部分被构造成使空气通过所述第一间隙和所述第二间隙流通。
2.根据权利要求1所述的光调制元件单元，其特征在于，所述散热构件具有在所述玻璃盖片的外侧朝向所述遮光构件侧突出的凸部，
其中，所述延伸部和所述凸部之间的第一间隙小于所述遮光部和所述玻璃盖片的表面之间的第二间隙。
3.根据权利要求1所述的光调制元件单元，其特征在于，所述遮光构件由第一材料制成，
其中，所述光调制元件单元还包括由热传导率比所述第一材料的热传导率高的第二材料制成的支撑构件，所述支撑构件构造成支撑所述遮光构件并且安装于所述散热构件。
4.根据权利要求3所述的光调制元件单元，其特征在于，所述遮光构件和所述支撑构件通过点焊彼此联接。
5.根据权利要求1所述的光调制元件单元，其特征在于，所述光调制元件具有配线，在以设置有所述玻璃盖片的表面为正面的情况下，所述配线连接于所述光调制元件的侧表面，并且所述配线构造成将信号发送至所述光调制元件，
其中，所述延伸部设置在相对于所述光调制元件的与所述配线所在侧的相反侧。
6.根据权利要求1所述的光调制元件单元，其特征在于，所述第一间隙中的温度梯度大于所述第二间隙中的温度梯度。
7.一种图像投影设备，其包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的光调制元件单元；以及
光学系统，其构造成将来自光源的光引入至所述光调制元件，并且将由所述光调制元件调制后的光投影在目标平面上。
8.根据权利要求7所述的图像投影设备，其还包括冷却器，所述冷却器构造成使空气流动至所述光调制元件单元，
其中，所述延伸部设置在所述玻璃盖片的所述空气的流的上游。
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