CN1530684A

CN1530684A - 杆积分器保持器和投射型图像显示装置

Info

Publication number: CN1530684A
Application number: CNA2004100013239A
Authority: CN
Inventors: 清水仁
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2024-01-06
Also published as: CN1271438C; US6934097B2; JP2004212816A; US20040130795A1

Abstract

杆积分器保持器6有凹形空隙槽67A至67D，该凹形空隙槽沿光轴L方向伸长，并在壳体61内的拐角处。空隙槽67A至67D设置成防止杆积分器8的边缘84A至84D与壳体61的内表面66A至66D接触。杆积分器的边缘84A至84D可以防止由于与壳体61的内表面66A至66D接触而破损，且杆积分器8的边缘84A至84D和壳体61的内表面66A至66D可以防止相互摩擦而由于磨损产生灰尘。

Description

杆积分器保持器和投射型图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种杆积分器(integrator)保持器，该杆积分器保持器保持布置在光路上的杆积分器，以便使得在与投射类型图像显示装置的照射光学系统等中的光轴垂直的平面内的光通量密度均匀，本发明还涉及具有该杆积分器保持器的投射类型图像显示装置。

背景技术

在投射类型的图像显示装置例如视频投影仪的照射光学系统中，称为杆积分器的光学棱镜通常用作使光通量均匀的装置，以便均匀照射图像显示装置，在该投射类型的图像显示装置中，照射光通过图像显示装置例如数字微镜装置(下文中称为“DMD”)进行光学调制，且这样调制的光在放大情况下进行投射。杆积分器构成为这样，即入射的光通量在该杆积分器中反复进行全反射，然后从该杆积分器中发出，同时使在垂直于光轴的平面内的光通量密度分布变得基本均匀。特别是，在照射光学系统中，杆积分器通常布置在作为彩色分解装置的彩色转盘装置的下游。

对于用于将这种杆积分器保持在照射光学系统中的保持结构，通常已知有多种类型(见后面所述的专利文献1至3)。在这些保持结构中，因为杆积分器的光出口面暴露，因此出现以下问题：

因为杆积分器的光出口面暴露，光出口面可能受到损伤，灰尘等可能粘附在该光出口面上。使用杆积分器的照射光学系统设置成使杆积分器的光出口面和图像显示装置的装置表面之间为光学共轭的关系。因此，当杆积分器的光出口面受到损伤或粘附有灰尘等时，灰尘等的图像将形成于图像显示装置的装置表面上。形成于装置表面上的损伤、灰尘等的图像将重叠在图像显示装置所显示的图像上，并在放大状态下投射到屏幕上。

考虑到前述情况，本申请的发明人提出了一种杆积分器保持器，它能够保持杆积分器，同时使杆积分器的光出口面紧密封闭(见下面所示的专利文献4)。该杆积分器保持器包括：管形壳体，用于插入和保持杆积分器；以及缘边状壁，该缘边状壁布置在该壳体的一端部分处。通过使缘边状壁抵靠透镜筒的一端部分，可以紧密封闭在透镜筒和壳体之间的空间。

(专利文献1)日本待审查专利公开文本No.H08-227034

(专利文献2)日本待审查专利公开文本No.H11-326727

(专利文献3)日本待审查专利公开文本No.2002-131840

(专利文献4)日本待审查专利公开文本No.2003-232974

当杆积分器通过插入管形壳体中来保持时，为了使杆积分器的侧表面和壳体的内表面并不相互接触，在它们之间有预定间隙。优选是该间隙尽可能小。当该间隙较大时，由光源部分发出的光的一部分经过该间隙，且该间隙的形状通过图像显示装置投射到屏幕上的可能性增加。

不过，当该间隙较小时，产生以下问题：杆积分器通过板簧、粘接剂等保持在壳体内，当间隙较小时，很可能在施加某些振动时使杆积分器的沿长度方向(光轴方向)的边缘与壳体的内表面接触。因为杆积分器的边缘的强度较弱，当它们与壳体的内表面接触时，它们可能破损，并且不能获得所希望的光学性能，且杆积分器的边缘和壳体的内表面彼此摩擦，并由于磨损而产生灰尘。当由于摩擦而产生灰尘时，灰尘附在杆积分器的光出口面上，并在放大情况下投射到屏幕上，如上所述。

发明内容

考虑到前述情况，本发明的目的是提供一种杆积分器保持器，该杆积分器保持器有管形壳体，杆积分器插入该管形壳体中，该杆积分器保持器能够防止杆积分器的边缘由于与壳体的内表面接触而破损，并防止杆积分器的边缘和壳体的内表面相互摩擦而由于磨损产生灰尘；本发明还提供了一种具有该杆积分器的投射类型图像显示装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种杆积分器保持器，该杆积分器保持器有管形壳体，杆积分器插入该管形壳体中，该杆积分器使入射光通量的密度均匀，并发射密度均匀的光通量，其中，能够防止壳体的内表面和杆积分器的边缘彼此接触的凹形空隙槽布置在壳体中的拐角处，以便布置在壳体的两个相邻内表面上。

而且，本发明的杆积分器保持器可以设置成使基本垂直于壳体的轴线的缘边状壁布置在壳体的一端部分处，并通过使缘边状壁抵靠透镜筒的光进入端侧，可以使该透镜筒和壳体之间的空间紧密封闭。

而且，本发明提供了一种投射类型的图像显示装置，它包括：照射光学系统，具有上述特征的本发明的杆积分器保持器布置在该照射光学系统中；图像显示器，由于将来自照射光学系统的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并输出这样获得的图像显示光；以及投射透镜系统，该投射透镜系统发射来自图像显示器的图像显示光，并将图像投射在图像投射表面上。

杆积分器保持器可以设置成这样，即壳体的侧表面形成有粘接剂注入孔，预定粘接剂注入该粘接剂注入孔内，插入壳体内的杆积分器通过从粘接剂注入孔注入的粘接剂而固定和保持在壳体内。

缘边状壁的外周部分可以形成有周向凸起，用于当该缘边状壁抵靠透镜筒的端部时覆盖该透镜筒的端部的外周表面。

上述杆积分器有沿它的长度方向(光轴方向)伸长的边缘(角形边缘部分)，且形成于边缘之间的侧表面可以为平面或弯曲。因此，它的与光轴方向垂直的截面可以不仅仅为包括矩形的多边形(其中，截面的所有侧边都为线性)，而且可以为半圆形形状(其中，截面的某些侧边为曲线形)，或者为星形(其中，截面的所有侧边为曲线形)。

而且，优选是，杆积分器保持器为这样，即它的垂直于长度方向(光轴方向)的截面的内部形状与杆积分器的截面形状类似，并且尺寸稍微更大(例如，形状放大，以便基本类似)。

附图的简要说明

图1是表示本发明实施例的杆积分器保持器的外部的透视图；

图2是表示用于通过图1中所示的杆积分器保持器紧密封闭出口端的结构的剖视图；

图3A和图3B是表示图2中所示的光出口端的紧密封闭结构的主要部分的外部的透视图；

图4是表示图1中所示的杆积分器保持器的工作的视图；

图5是图2中所示的光出口端的紧密封闭结构的外部的总体透视图；

图6是表示本发明实施例的投射类型图像显示装置的总体结构的视图；以及

图7是表示对比实例的杆积分器保持器的工作的视图。

优选实施例的说明

下面将参考附图详细介绍本发明的实施例。图6是表示本发明实施例的投射类型图像显示装置的总体结构的视图。

图6中所示的投射类型图像显示装置1例如用作视频投影仪。在它的外壳11中，光源部分2、照射光学系统3、图像显示装置4和投射透镜系统5布置在光轴L上。

照射光学系统3包括彩色转盘装置31，用于将来自光源部分2的白色光通量以分时方式分解成三种颜色R、G和B。杆积分器8布置在彩色转盘装置31的下游，并通过杆积分器保持器6保持，该杆积分器8用于使彩色分解的光通量的密度均匀。装有两个中继透镜33、34的中继透镜筒7布置在杆积分器8的下游，而反射镜35布置在该中继透镜筒7的下游。照射光学系统3设置成使由光源部分2入射到它上面的光通量转变成在垂直于光轴L的平面内具有均匀光通量密度的照射光，且这样获得的照射光朝着图像显示装置4发射。

在图像显示装置4中，例如使用DMD(数字微镜装置)。该DMD包括镜表面，其中，大量镜装置(分别有矩形形状的铝镜)布置在基质上，并设置成使构成镜表面的各个镜装置的反射方向可在两个方向之间(在它们之间形成20°或24°的狭窄角度)独立转换。反射方向的转换通过输入到使用各镜装置作为像素的DMD内的图像信号(视频信号)的ON/OFF控制来实现。在该控制下，图像显示装置4将从照射光学系统3入射到它上面的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并将这样获得的图像显示光发射向投射透镜系统5。

投射透镜系统5包括(尽管未示出)：投射透镜，该投射透镜包括在投射透镜筒51内串联布置在光轴L上的多个透镜；以及透镜运动机构，该透镜运动机构用于使多个透镜沿光轴L的方向运动，以便改变焦距，从而改变图像放大率等。投射透镜系统5设置成将从图像显示装置4入射到它上面的图像显示光投射到图像投射表面(屏幕)上。

杆积分器8有它的光出口端，该光出口端保持成通过杆积分器保持器6和中继透镜筒7而紧密封闭。下面将参考图1至图3更详细地介绍该紧密封闭结构和杆积分器保持器6的结构。

图1是表示杆积分器保持器6和杆积分器8的外部的透视图。图2是表示用于通过杆积分器保持器6紧密封闭光出口端的结构的主要部分的剖视图，它处于沿光轴L方向局部剖开的状态。图3A和图3B是表示它们的外部的透视图，图3A表示了杆积分器8、杆积分器保持器6和中继透镜筒7装配在一起时的状态，而图3B表示了它们拆开时的状态。

在图2所示的紧密封闭结构中，保持杆积分器8的杆积分器保持器6安装在保持中继透镜33和34的中继透镜筒7上。

杆积分器保持器6包括：壳体61，该壳体61有矩形框架状的横截面，杆积分器8插入该壳体61中；以及缘边状壁62，该缘边状壁62沿壳体61的轴向(长度方向)形成于一端部分(靠近插入的杆积分器8的光出口面81的端部)处。如图1所示，粘接剂注入孔63两两形成于壳体61的上侧面和下侧面中，预定粘接剂注入该粘接剂注入孔63中，因此，插入壳体61内的杆积分器8通过从粘接剂注入孔63注入的粘接剂而固定和保持在该壳体61内。还有，缘边状壁62形成为基本垂直于壳体61的轴线的类似盘，并定心在该轴线上。用于插入螺钉(未示出)的螺钉孔64一个个地形成于缘边状壁62中横过壳体61的上部位置和下部位置处。而且，缘边状壁62的外周边形成有朝着中继透镜筒7凸出的周向凸起65。其中，壳体61、缘边状壁62和周向凸起65通过深拉而成一体形成。

另一方面，中继透镜筒7包括：筒本体71，该筒本体81基本形成柱形；垫片环72，该垫片环72布置在保持于筒本体71中的两个中继透镜33和34之间；以及支持环73，该支持环73安装在筒本体71的光出口端侧。筒本体71的光进入端形成有支座74，该支座74用于抵靠杆积分器保持器6的缘边状壁62。该支座74在与形成于缘边状壁62中的螺钉孔64相对应的各位置处形成有螺钉接收孔75。而且，筒本体71的外周表面形成有从周围凹入的袋状槽76。

这样构成的杆积分器保持器6和中继透镜筒7相互接触，同时处于使形成于杆积分器6的缘边状壁62中的螺钉孔64和形成于中继透镜筒7的支座74中的螺钉接收孔75彼此对齐，并通过未示出的螺钉彼此连接以便固定的状态。形成于缘边状壁62的外周的凸起65的内径稍微大于筒本体71的光进入端的外径，以便于沿垂直于光轴L的方向定位杆积分器保持器6和中继透镜筒7，并当杆积分器保持器6和中继透镜筒7彼此连接时覆盖筒本体71的光进入端的外周，从而可以提高它们之间的气密性。

尽管图2、图3A和图3B中未示出，但是沿光轴L方向伸长的凹形空隙槽67A至67D布置在杆积分器保持器6的壳体61内的拐角处，如图1所示。该空隙槽67A至67D设置成使得沿杆积分器8的长度方向(光轴L的方向)的边缘84A至84D不会与壳体61的内表面66A至66D接触。

空隙槽67A至67D的工作将参考图4至图7更详细地介绍。图4表示本实施例的工作的视图，该图4表示了保持杆积分器8的本实施例杆积分器保持器6在从光进入端侧看时的状态。图7表示对比实例的工作的视图，该图7表示了保持杆积分器8的对比实例杆积分器保持器106在从光进入端侧看时的状态。

如图4所示，布置在壳体61内并在图中所示左上拐角处的空隙槽67A形成为布置在内表面66A和内表面66B上，该内表面66A位于壳体61内并在图中所示的顶侧，该内表面66B位于图中所示的左侧。也就是，提高空隙槽67A，内表面66A的、靠近空隙槽67A的部分以及内表面66B的、靠近空隙槽67A的部分相对于该内表面66A的中心部分和内表面66B的中心部分而朝着壳体61的外侧凹入。

同样，空隙槽67B形成为布置在彼此相邻的内表面66B和内表面66C上；空隙槽67C形成为布置在彼此相邻的内表面66C和内表面66D上；且空隙槽67D形成为布置在彼此相邻的内表面66D和内表面66A上。通过提供空隙槽67A至67D，内表面66A和内表面66C的、沿宽度方向的线性部分的长度W₁小于杆积分器8的侧表面83A和侧表面83C的、沿宽度方向的长度W₀。同样，内表面66B和内表面66D的、沿宽度方向(沿图中高度方向)的线性部分的长度H₁小于杆积分器8的侧表面83B和侧表面83D的、沿宽度方向(沿图中高度方向)的长度H₀。

另一方面，在图7所示的对比实例的杆积分器保持器106中，槽167A至167D布置在壳体161内并在拐角处。不过，槽167A至167D的结构与在本实施例中的上述空隙槽67A至67D的区别如下：布置在壳体161内并在图中所示左上拐角处的槽167A只形成于内表面166A一侧，该内表面166A位于图中壳体161的顶侧，且该槽167A并没有形成于位于左侧的内表面166B一侧。也就是，通过槽167A，内表面166A的、靠近该槽167A的部分形成为相对于内表面166A的中心部分朝着壳体161的外侧凹入，而内表面166B的、靠近槽167A的部分形成为相对于内表面166B的中心部分基本平齐。

同样，槽167B和槽167C只形成于内表面166C一侧，而槽167D只形成于内表面166A一侧，与槽167A类似。通过提供槽167A至167D，内表面166A和内表面166C的、沿宽度方向的线性部分的长度W₂小于杆积分器8的侧表面183A和侧表面183C的、沿宽度方向的长度W₀，而内表面166B和内表面166D的、沿宽度方向(沿图中高度方向)的线性部分的长度H₂大于杆积分器8的侧表面83B和侧表面83D的、沿宽度方向(沿图中高度方向)的长度H₀。

在本实施例的杆积分器保持器6和对比实例的杆积分器保持器106之间的这些结构差异导致在工作时有以下区别：

杆积分器8通过上述粘接剂固定在杆积分器保持器6(106)的壳体61(161)内，且出现在粘接剂固化时杆积分器8倾斜的情况。不过，在本实施例的杆积分器保持器6中，通过提供如上述结构的空隙槽67A至67D，即使杆积分器8的侧表面83A至83D与有空隙槽67A至67D的壳体61的内表面66A至66D的边界部分(凸形部分)接触，也能可靠防止杆积分器8的边缘84A至84D与壳体61的内表面66A至66D接触。而且，当杆积分器8插入杆积分器保持器6的壳体61中时，杆积分器8的边缘84A至84D不会与壳体61的内表面66A至66D接触。

因此，当向保持杆积分器8的杆积分器保持器6施加一定振动时，将防止杆积分器8的边缘84A至84D由于与壳体61的内表面66A至66D接触而破损，并防止杆积分器8的边缘84A至84D和壳体61的内表面66A至66D彼此摩擦，从而由于磨损产生灰尘。

另一方面，在图7所示的对比实例的杆积分器保持器106中，杆积分器8的边缘84A至84D能够与壳体161的内表面166B或内表面166D接触(图7表示了边缘84A与内表面166B接触时的状态)。因此，当向保持杆积分器8的杆积分器保持器106施加一定振动时，杆积分器8的边缘84A至84D可能由于与壳体161的内表面166B和166D接触而破损，且杆积分器8的边缘84A至84D和壳体161的内表面166B以及166D可能彼此摩擦，从而由于磨损产生灰尘。

本实施例的杆积分器保持器6的空隙槽67A至67D的底部(弯曲部分)的曲率半径与对比实例的杆积分器保持器106的槽167A至167D的底部(弯曲部分)的曲率半径基本彼此相同(有这样的情况，即形成这样的弯曲底部是保持用于模制的模具的结构所需)。不过，与对比实例中的槽167A至167D相比，本实施例中的空隙槽67A至67D的曲率中心设置在更靠近壳体61(161)的截面中心的位置。

因此，在本实施例的杆积分器保持器6中，在杆积分器保持器6装有杆积分器8时的情况下，不会在空隙槽67A至67D和杆积分器8之间形成较大间隙，而在对比实例的杆积分器保持器106中，在槽167A至167D和杆积分器8之间形成较大间隙。因为结构的这些差异，尽管在对比实例的杆积分器保持器106中，来自光源的光的一部分很可能提供该间隙，并通过图像显示装置将该间隙的形状投射到屏幕上，但是在本实施例的杆积分器保持器6中，可以降低发生这种情况的可能性。

本实施例的杆积分器保持器6还产生以下效果：杆积分器8保持在杆积分器保持器6的壳体61内，同时除了光进入和出口面外，不会暴露它自身的其它部分，因此，可以降低在操作时损坏杆积分器8的可能性。

而且，形成于杆积分器8的出口面81侧的、杆积分器保持器6的周向凸起65的缘边状壁62起到防止出口面81与其它部件等接触的作用，因此，也可以降低在操作时损坏暴露的出口面81的可能性。因此，由杆积分器保持器6保持的杆积分器8在装配等时明显很容易操作。

而且，如图2所示，当杆积分器保持器6和中继透镜筒7彼此连接时，在筒本体71的进入端侧的开口通过杆积分器保持器6的缘边状壁62封闭。因此，在杆积分器8的光出口面81和中继透镜33的进入面之间的空间通过杆积分器保持器6的缘边状壁62和筒本体71而相对于外部环境紧密封闭，从而防止杆积分器8的光出口面81受到损害，或者防止灰尘等粘附在该光出口面81上。

在本实施例中，杆积分器保持器6和中继透镜筒7的各部分的相应尺寸确定为这样，即当杆积分器保持器6和中继透镜筒7彼此连接时，可以直接保证在杆积分器8的光出口面81和中继透镜33之间的预定光程，这使得能够更容易将它们布置在照射光学系统3中。

图5表示了布置在照射光学系统3中的杆积分器保持器6和中继透镜筒7。如上述彼此连接的杆积分器保持器6和中继透镜筒7通过半圆形安装件91和安装螺钉92而安装在布置于照射光学系统3中的安装架36上，该半圆形安装件91用于使形成于本体71的外周表面上的槽76压靠该安装架36，而该安装螺钉92用于将安装件91固定在安装架36上。

在具有如上述构成的杆积分器保持器6的投射类型图像显示装置1中，如图6所示，从光源部分2入射到照射光学系统3上、通过彩色转盘装置31以时分形式分解成各个彩色分量、且然后入射到杆积分器8的光进入端表面82上的光通量通过该杆积分器8而使密度均匀，然后通过中继透镜33和34而朝着反射镜35发射。入射到反射镜35上的光通量从照射光学系统3朝着图像显示装置4发射，并在图像显示装置4中承载图像信息。然后，投射图像通过投射透镜筒51中的投射透镜而显示在屏幕上。

尽管前面介绍了本发明的实施例，但是本发明可以以多种方式变化，并不限制为上述实施例。

例如，尽管在本实施例的杆积分器保持器中，空隙槽布置在壳体内并在四个拐角的每个拐角处，但是该空隙槽可以设置成并不是在壳体内的全部拐角处都有。例如，设置有提供了空隙槽的拐角以及未提供空隙槽的拐角，且在未提供空隙槽的拐角附近可以提供凸起，该凸起能够防止杆积分器的边缘和壳体的内表面彼此接触(通过与杆积分器的侧表面接触而具有防止杆积分器的边缘与壳体的内表面相互接触的功能)。

而且，尽管在上述实施例中缘边状壁的外周装备有周向凸起，但是当只通过该缘边状壁就可获得充分的气密状态时，该周向凸起可以省略。而且，为了保证更可靠的气密状态，橡胶等制成的O形环可以布置在杆积分器保持器的缘边状壁和中继透镜筒的支座之间。

尽管在上述实施例中杆积分器由杆状光学棱镜构成，但是还已知在内表面有镜表面的空心类型杆积分器。这样的空心类型杆积分器例如通过四个伸长的玻璃板形成，每个玻璃板的一个表面有反射涂层，该玻璃板粘接和装配到具有矩形截面的盒内，其中反射涂层表面对着内部。尽管从光源侧入射到空心类型杆积分器上的光通量在由内壁面的镜表面多次反射的同时导向光出口，但是该光出口端没有端面，在上述棱镜类型中，该端面可能使得损害或粘附上灰尘。不过，它可能有与棱镜型相同的问题，即当灰尘等粘附在它的内壁面的镜表面上时，它的光学特征将受到损失。本发明也可以用于空心类型的杆积分器。

本发明不仅能够用于上述视频投影仪，而且可以用于使用杆积分器的各种光学仪器。

如前面详细所述，在本发明的杆积分器保持器中，因为能够防止与杆积分器的边缘接触的凹形空隙槽布置在管形壳体中的拐角处，杆积分器插入该管形壳体中，因此，能够防止杆积分器的边缘和壳体的内表面彼此接触。

因此，在本发明的杆积分器保持器和投射类型图像显示装置中，杆积分器的边缘能够通过防止与壳体的内表面接触而防止破损，且能够防止杆积分器的边缘和壳体的内表面相互摩擦而由于磨损产生灰尘。因此，可以保持杆积分器的光学特征，并可以防止产生的灰尘粘附在杆积分器的光出口面上和在放大情况下投射到屏幕上。

Claims

1.一种杆积分器保持器，具有管形壳体，杆积分器插入该管形壳体中，该杆积分器使入射光通量的密度均匀，并发射密度均匀的光通量，

其中，能够防止壳体的内表面和杆积分器的边缘彼此接触的凹形空隙槽布置在所述壳体中的拐角处，以便布置在所述壳体的两个相邻内表面上。

2.根据权利要求1所述的杆积分器保持器，其中：基本垂直于所述壳体的轴线的缘边状壁布置在所述壳体的一端部分处，并通过使所述缘边状壁抵靠透镜筒的光进入端侧，使所述透镜筒和所述壳体之间的空间紧密封闭。

3.根据权利要求1所述的杆积分器保持器，其中：所述壳体的侧表面形成有粘接剂注入孔，预定粘接剂注入该粘接剂注入孔内，插入所述壳体内的所述杆积分器通过从所述粘接剂注入孔注入的所述粘接剂而固定和保持在所述壳体内。

4.根据权利要求2所述的杆积分器保持器，其中：所述缘边状壁的外周部分形成有周向凸起，用于当所述缘边状壁抵靠所述透镜筒的所述端部时覆盖所述透镜筒的所述端部的外周表面。

5.一种投射类型的图像显示装置，包括：

照射光学系统，如权利要求1所述的杆积分器保持器布置在该照射光学系统中；图像显示器，用于将来自所述照射光学系统的照射光转变成载有图像信息的图像显示光，并输出这样获得的图像显示光；以及投射透镜系统，该投射透镜系统发射来自所述图像显示器的图像显示光，并将图像投射在图像投射表面上。