CN113359376B - 图像投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种难以产生因温度上升导致的聚焦偏差等的光学性能的劣化的图像投影装置(1)。包括：图像显示部(5)，其包括用于对照明光进行调制而制作投影光的图像显示元件(51)；投影光学系统(6)，其用于放大上述投影光；壳体(2)，其用于在内部容纳上述图像显示部(5)和上述投影光学系统(6)；以及基底部件(10)，其固定于上述壳体(2)，上述投影光学系统(6)和上述图像显示部(5)分别独立地固定于上述基底部件(10)。

Description

图像投影装置

技术领域

本发明涉及用于将图像朝向屏幕等投影的投影仪等的图像投影装置。

背景技术

以往，在投影仪等的图像投影装置中，存在投影光学系统与用于保持图像显示装置和投影光学系统的保持装置通过凸缘部连结的例子(参照专利文献1)。

<现有技术文献>

<专利文献>

专利文献1：(日本)特开2010-256394号公报

发明内容

<本发明要解决的问题>

但是，在伴随温度上升的环境下使用以往的图像投影装置的情况下，由于因热量导致的部件的伸长，有可能产生聚焦偏差等的光学性能的劣化。

本发明的目的在于，提供一种难以产生因温度上升导致的聚焦偏差等的光学性能的劣化的图像投影装置。

<用于解决问题的手段>

为了解决上述课题，本发明提供一种图像投影装置，包括：图像显示部，其包括用于对照明光进行调制而制作投影光的图像显示元件；投影光学系统，其用于放大上述投影光；壳体，其用于在内部容纳上述图像显示部和上述投影光学系统；以及基底部件，其固定于上述壳体，上述投影光学系统和上述图像显示部分别独立地固定于上述基底部件。

优选上述投影光学系统与上述图像显示部彼此不直接固定。

还可以包括：凹面反射镜，其用于反射自上述投影光学系统投影的投影光；以及凹面反射镜保持部件，其用于保持上述凹面反射镜，上述投影光学系统通过上述凹面反射镜保持部件固定于上述基底部件。

还可以包括用于产生上述照明光的照明光学系统，并且上述图像显示部与上述照明光学系统成为一体地固定于上述基底部件。

<发明的效果>

根据本发明，能够提供一种难以产生因温度上升导致的聚焦偏差等的光学性能的劣化的图像投影装置。

附图说明

图1是实施方式的图像投影装置1的立体图。

图2是图像投影装置1的框图。

图3是图像投影装置1中取下前壳体2F后的状态的正视图。

图4是图像投影装置1的分解立体图。

图5是表示保持于基底部件10的照明光学系统4、图像显示部5、投影光学系统6以及凹面反射镜7的立体图。

图6是表示照明单元5A和投影光学系统6相对于基底部件10的安装方式的示意图，其中，(a)表示温度上升前、(b)表示温度上升后的状态。

图7是表示比较方式中的、照明单元5A和投影光学系统6的安装方式的示意图，其中，(a)表示温度上升前、(b)表示温度上升后的状态。

图8是表示实施方式与比较方式中的ΔM、ΔBF的值的表。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式的图像投影装置1进行说明。

图1是实施方式的图像投影装置1的立体图。图像投影装置1为大致长方体，包括壳体2和配置于壳体2的外部的散热部3。壳体2具有前壳体2F和后壳体2B，其分别由金属制造，导热率高。图2是图像投影装置的框图。图3是图像投影装置1中取下前壳体2F后的状态的正视图。图4是图像投影装置1的分解立体图。

图像投影装置1具有壳体2以及配置在壳体2的外部的散热部3。图像投影装置1在壳体2的内部还具有照明光学系统4、图像显示部5、投影光学系统6、凹面反射镜7、接口部9、以及用于控制这些部件的控制部8。

(前壳体2F)

在前壳体2F上设有：开口部25，其用于照射投影光；以及调整孔21，其用于自外部操作设于投影光学系统6的后述的聚焦调整部61。

以下，如图所示，将壳体2中的设有开口部25的一侧设定为前，将其相反一侧设定为后，将投影光学系统6的光轴OA中的投影光的前进方向设定为上(放大侧)，将其相反一侧设定为下(缩小侧)，并且在说明书中也将使图像投影装置1上下配置且自前方观察时的左右设定为左右来进行说明。

如图1所示，在前壳体2F的开口部25处安装有玻璃板等的透光部件27，在调整孔21处安装有盖部26。盖部26使调整孔21能够开闭。

(后壳体2B)

如图3和图4所示，在后壳体2B的外周缘处设有槽部22，在槽部22中配置有具有弹性的细长密封部件23。在后壳体2B的上部，设有具有规定的深度且供投影光学系统6以及凹面反射镜7配置的内部空间2Ba。在后壳体2B的下部，设有大致板状且供照明光学系统4以及图像显示部5配置的载置台2Bb。

在后壳体2B的槽部22中配置有密封部件23的状态下，在后壳体2B的前方配置前壳体2F，并且在周围用螺钉24固定以使彼此紧密接合，从而成为前壳体2F和后壳体2B彼此固定的图1的状态。此时，前壳体2F的开口部25被透光部件27密封，接口部9也相对于壳体2防尘地安装。由此，若调整孔21被盖部26闭合，则在前壳体2F以及后壳体2B中均不存在其他的孔，从而壳体2的内部成为粉尘不自外部侵入的密闭状态。

另外，在组装状态下的壳体2中，设有内部空间2Ba的上部较厚(前后的宽度较大)，下部较薄(前后的宽度较小)，其下部中，载置台2Bb的后侧凹陷而设有成为能够配置散热部3的空间的凹部P。在凹部P配置散热部3时，壳体2和散热部3整体成为大致矩形。因此，散热部3不自壳体2伸出，在设置图像投影装置1时不成为障碍。

(照明光学系统4)

照明光学系统4作为光源例如具有RGB的三色的LED。但是光源不限于此，例如也可以是超高压水银灯、激光。照明光学系统4中，由光源产生的包括R光、G光、以及B光的光入射至图像显示部5。

(图像显示部5)

图像显示部5包括图像显示元件(光调制元件)51、棱镜52。

(图像显示元件51)

图像显示元件51为长方形，其例如是DMD(数字微镜器件)。DMD具有由多个微镜构成的大致矩形的镜面，其基于自控制部8接收的数据，对各微镜进行时分驱动，在照明光学系统4中反射产生的照明光时进行调制，从而制作规定的投影光，使其入射至投影光学系统6。

需要说明的是，在实施方式中作为图像显示元件51使用了DMD，但不限于此，也可以适当使用液晶面板、二维地阵列排列有微小的发光元件的发光元件阵列等。

(棱镜52)

棱镜52在实施方式中是全内反射(Total Internal Reflection)棱镜、反向全内反射(Reverse Total Internal Reflection)棱镜，但也可以是十字分色棱镜。棱镜52使由照明光学系统4产生的照明光朝向图像显示元件51，并且将由图像显示元件51制作的投影光反射至投影光学系统。

(投影光学系统6)

投影光学系统6具有多个透镜组。另外关于投影光学系统6的详细内容后述。透镜组以光轴OA为中心沿光轴OA配置，其用于放大由图像显示元件51生成的图像。

(凹面反射镜7)

凹面反射镜7用于反射通过投影光学系统6放大的投影光而改变其光路，从而通过透光部件27而向投影面引导透射光。由此，可以以超广角投影图像或影像。

(散热部3)

如图4所示，散热部3具有一个吸气扇31、两个排气扇32、以及散热器33，其配置于壳体2的外部的凹部P。但是，吸气扇31和排气扇32的数量不限于此。另外，在实施方式中将吸气扇31安装在左侧，将排气扇安装在右侧，但不限于此，也可以相反。

散热器33具有彼此平行排列配置的多个板状的散热片33a。散热器33中，散热片33a沿自吸气扇31向排气扇32的方向(左右延伸)配置，从而在吸气扇31和排气扇32之间，空气在多个散热片33之间流动。

在图1和图4中用箭头示出了由散热部3排出的空气的流动。另外，图4的透光部件27中所示箭头是投影光的前进方向。散热部3中的空气在与投影光照射的方向不同的、成为异面关系的方向上流动，其与投影光不相交。因此，投影光不会因为在散热部3作用下流动的高温的空气而被扰乱。

(接口部9)

接口部9中设有与外部连接用的连接端子部91。接口基板92自该接口端子部91向壳体2的内部延伸，电力以及输入信号通过接口基板92、以及自接口基板92进一步延伸的柔性基板94或其他的接口基板95被输送至控制部8，电力以及控制信号进一步自控制部8输送至照明光学系统4、图像显示部5以及散热部3。

(控制部8)

控制部8设于主基板，该主基板8a配置于自接口基板92进一步延伸的接口基板95。主基板配置于后壳体2B的内部空间2Ba的底部。

控制部8基于通过接口部9接收的信号来驱动图像显示元件51。图像显示元件51基于控制部8的控制生成投影光。

另外，图像投影装置1的控制部中设有通信部8b。通信部8b能够与配置于自图像投影装置1离开的控制室等中的计算机等的外部操作部进行通信。通信部8b接收在外部操作部进行的操作信号后，控制部8根据该操作信号进行图像投影装置1的ON/OFF操作、以及照明光学系统4、散热部3和图像显示部5的驱动。

如图3所示，在后壳体2B的载置台2Bb上固定有金属制的基底部件10。图5是表示保持于基底部件10的照明光学系统4、图像显示部5、投影光学系统6、以及凹面反射镜7的立体图。如图5所示，图像显示部5和照明光学系统4彼此连结为一体。以下，将图像显示部5和照明光学系统4合称为照明单元5A。

照明单元5A通过螺钉5a固定(连结)于基底部件10的前表面下侧(缩小侧)。另外，凹面反射镜7保持于凹面反射镜保持部件7A，凹面反射镜保持部件7A通过螺钉7a固定于基底部件10。并且，投影光学系统6通过螺钉6a固定于凹面反射镜保持部件7A。

即，投影光学系统6与照明单元5A相对于基底部件10彼此独立固定，且彼此不直接连结。

这里，在图像投影装置中，照明单元5A的图像显示元件51和照明光学系统4在使用时变得尤其高温。该热量使照明单元5A、基底部件10、以及投影光学系统6的各部件热膨胀。

图6是表示照明单元5A和投影光学系统6相对于基底部件10的安装方式的示意图，其中，(a)表示温度上升前、(b)表示温度上升后的状态。需要说明的是，在图6中，省略了凹面反射镜保持部件7A，图像显示元件51实际上位于照明单元5A的前侧(图中上部)，但为了易于说明，省略了棱镜52，设定图像显示元件51位于与投影光学系统6的光轴OA同一直线之上的等价位置来进行说明。

如图所示，在实施方式中，投影光学系统6和照明单元5A(图像显示部5)分别独立固定于基底部件10。

这里，设定投影光学系统6向基底部件10的固定位置为P0，设定照明单元5A向基底部件10的固定位置为基准位置P1，设定自P0至P1的距离为X1。设定自基准位置P1至图像显示元件51的距离为X2。设定自固定位置P0至投影光学系统6的最下端(最靠缩小侧的透镜端部，以下称为投影光学系统6的端部)的距离为X3。

这样，作为投影光学系统6的端部与图像显示元件51之间的距离的后焦距(BackFocus)BF1为下式：

BF1＝X1-X2-X3。

照明单元5A温度上升后，由于照明单元5A以及投影光学系统6的热膨胀，X1、X2、X3分别增加ΔX1、ΔX2、ΔX3，成为X1′、X2′、X3′。这样，实施方式中的温度上升后的后焦距BF1′为下式：

BF1′＝X1′-X2′-X3′。

加热前后的后焦距的变化量ΔBF1为下式：

ΔBF1＝BF1′-BF1＝ΔX1-ΔX2-ΔX3。

另外，温度上升前的投影光学系统6的长度M1与温度上升后的投影光学系统6的长度M1′的变化量ΔM1为下式：

ΔM1＝M1′-M1。

图7是是表示比较方式中的、照明单元5A和投影光学系统6的安装方式的示意图，其中，(a)表示温度上升前、(b)表示温度上升后的状态。需要说明的是，在比较方式中对与实施方式相同的部分付与相同的附图标记。在比较方式中，投影光学系统6与照明单元5A使分别设置的凸缘5b、6b相对且通过螺栓固定。即，照明单元5A与投影光学系统6彼此直接接触地被固定。

在比较方式中，投影光学系统6在设有凸缘6b的外筒6B的内部配置有用于保持透镜组的内筒6A。设定外筒6B与内筒6A彼此固定的位置为固定位置P0，设定自固定位置P0至内筒6A的端部(投影光学系统6的端部)的距离为X5。设定自外筒6B的固定位置P0至凸缘6b的距离为X6。另外，设定自凸缘5b至图像显示元件51的距离为X7。

这样，后焦距BF2为下式：

BF2＝X6+X7-X5。

图像投影装置1在温度上升后，由于照明单元5A、投影光学系统6的热膨胀，X5、X6、X7分别增加ΔX5、ΔX6、ΔX7，成为X5′、X6′、X7′。这样，比较方式中的温度上升后的后焦距BF2′为下式：

BF2′＝X6′+X7′-X5′。

加热前后的后焦距的变化量ΔBF2为下式：

ΔBF2＝BF2′-BF2＝ΔX6+ΔX7-ΔX5。

另外，温度上升前的投影光学系统6的长度M2与温度上升后的投影光学系统6的长度M2的变化量ΔM2为下式：

ΔM2＝M2′-M2。

图8是表示将温度变化设定为Δ25℃时的、通过模拟求得投影光学系统全长的变化量ΔM1、ΔM2、以及后焦距的变化量ΔBF1、ΔBF2的值的结果的表，并且在实施方式和比较方式中，在温度为25℃、投影光学系统的全长M为约200mm、后焦距BF1以及BF2为约25mm时进行上述模拟。

如表所示，在实施方式中，温度上升前的投影光学系统6的长度M1与温度上升后的投影光学系统6的长度M1′的变化量ΔM1为0.0400mm，在比较方式中ΔM2为0.1323mm。

这样能够获得在实施方式中温度上升之后，投影光学系统6的长度的变化量ΔM1比比较方式小的效果。

考虑其理由为以下原因。

在实施方式中，由于投影光学系统6与照明单元5A不直接连结，因此照明单元5A的热量难以传递至投影光学系统6。由此，和投影光学系统6与照明单元5A直接连结的情况相比能够使ΔM1变小。

与此相对，在比较方式中，由于投影光学系统6与照明单元5A直接连结，因此照明单元5A的热量易于传递至投影光学系统6。由此，投影光学系统6的热膨胀量也变大，温度上升前的投影光学系统6的长度M2与温度上升后的投影光学系统6的长度M2′的变化量ΔM2也变大。

另外，如表所示，在实施方式中，后焦距的变化量ΔBF1为0.0003mm(变窄)，比较形式中的后焦距的变化量ΔBF2为0.0191mm(变宽)。即，考虑绝对值的话，实施方式相对于比较方式为小三位的值，在实施方式中，能够得到温度上升之后BF1的变化量ΔBF1比比较方式的ΔBF2小的效果。

考虑其理由为以下原因。

在比较方式中，内筒6A热膨胀。自固定位置P0至投影光学系统6的端部的距离X5的因热膨胀导致的伸长量的通过模拟求得的值为0.0469mm，从而BF2变短0.0469mm。

但是，外筒6B也热膨胀。以凸缘6b为基准时固定位置P0向图中左移动，凸缘6b与固定位置P0的距离X6的因热膨胀导致的伸长量的通过模拟求得的值ΔX6＝0.0110mm，从而BF2变长0.0110mm。

而且，照明单元5A的自凸缘5b至图像显示元件51的距离X7也热膨胀。因热膨胀导致的伸长量ΔX7的通过模拟求得的值为0.0167mm，从而BF2变长0.0167mm。

由此，合计ΔBF2为0.0110mm+0.0167mm-0.0469mm＝-0.0192mm，从而变短0.0192mm。

另一方面，本实施方式中，不在投影光学系统6中设置凸缘，投影光学系统6在固定位置P0处直接或间接地固定于基底部件10。

自固定位置P0至投影光学系统6的端部的距离X3的伸长量ΔX3的通过模拟求得的值为0.0161mm，比比较方式的ΔX5＝0.0469mm小。考虑这是由于在实施方式中投影光学系统6不与照明单元5A直接连接。

另外，自照明单元5A的基准位置P1至图像显示元件51的距离X2的伸长量ΔX2的通过模拟求得的值为0.0147mm，从而BF1变短0.0147mm。

但是，在实施方式中，基底部件10的P0与P1之间的因热膨胀导致的伸长量ΔX1的通过模拟求得的值为0.0311mm，从而BF1变长0.0311mm。

在实施方式中，由于基底部件10比其他的部分长，因此伸长量变大。由此，作为X3和X2的伸长量的ΔX3和ΔX2与ΔX1相抵消。总计ΔBF1为0.0311mm–0.0161mm–0.0147mm＝0.0003mm。

即，在实施方式中，投影光学系统6的端部向图中右侧移动，图像显示元件51向图中左侧移动，BF1向变窄方向移动，但是由于基底部件10膨胀，因此与投影光学系统6的端部的移动和图像显示元件51的移动相抵消，其结果认为ΔBF1的值变小。

这样，实施方式的图像投影装置1与比较方式相比即使温度上升也能够使投影光学系统6的全长的变化量ΔM较小，另外还能够使后焦距BF的变化量ΔBF较小。由此，即使温度上升，投影图像的焦点位置的偏差较小，画质不劣化。从而，光学性能不变化，能够稳定工作。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于此，在发明的范围内能够进行各种改变。例如，在实施方式中对在基底部件10与投影光学系统6之间配置凹面反射镜保持部件7A的构成进行了说明，但不限于此，也可以是将投影光学系统6直接安装于基底部件10的构造。

附图标记说明

OA：光轴、1：图像投影装置、2：壳体、2B：后壳体、2Ba：内部空间、2Bb：载置台、2F：前壳体、3：散热部、4：照明光学系统、5：图像显示部、5A：照明单元、5b：凸缘、6：投影光学系统、6b：凸缘、6c：螺栓、7：凹面反射镜、7A：凹面反射镜保持部件、8：控制部、9：接口部、10：基底部件、51：图像显示元件。

Claims (4)

1.一种图像投影装置，包括：

照明光学系统，其用于产生照明光；

图像显示部，其包括用于对照明光进行调制而制作投影光的图像显示元件；

投影光学系统，其用于放大上述投影光；

壳体，其用于在内部容纳上述图像显示部和上述投影光学系统；以及

基底部件，其固定于上述壳体，

上述图像显示部与上述照明光学系统彼此直接连结为一体而构成照明单元，

上述投影光学系统和上述照明单元分别独立地固定于上述基底部件。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，

上述投影光学系统与上述图像显示部彼此不直接固定。

3.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，还包括：

凹面反射镜，其用于反射自上述投影光学系统投影的投影光；以及

凹面反射镜保持部件，其用于保持上述凹面反射镜，

上述投影光学系统通过上述凹面反射镜保持部件固定于上述基底部件。

4.根据权利要求2所述的图像投影装置，其中，还包括：

凹面反射镜，其用于反射自上述投影光学系统投影的投影光；以及

凹面反射镜保持部件，其用于保持上述凹面反射镜，

上述投影光学系统通过上述凹面反射镜保持部件固定于上述基底部件。

Images