CN1908805A - 投影系统及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影系统的冷却系统，该冷却系统包括：隔板，用于将投影系统的内部空间划分为光投射空间和光引擎容纳空间；第一风扇，用于将光投射空间的空气抽吸到光引擎容纳空间内；合成单元，空气在被吸入第一风扇之前通过其；以及第二风扇，将至少第一风扇射出的空气排出到外部。因此，流畅地冷却投影系统，而且可以防止杂质进入，防止图像质量恶化。

Description

投影系统及其冷却系统

该专利申请要求于2005年8月5日在韩国提交的第10-2005-0071765号专利申请的优先权，在此引用该专利申请的全部内容供参考。

技术领域

本发明涉及投影系统，本发明更为具体地涉及投影系统及其冷却系统，该冷却系统可以流畅地冷却利用LCOS面板成像的反射式投影系统。本发明还更为具体地涉及投影系统及其冷却系统，该冷却系统流畅地冷却投影系统中产生高热的光引擎。

背景技术

与通用液晶显示器不同，属于一种反射式液晶显示器的硅上液晶(下面被称为“LCOS”)在半导体衬底上形成液晶单元，而且通过以高集成度排列开关电路和每个像素的元件，可以以约1英寸的小尺寸实现XGA级或者高于XGA级的高清晰度大屏幕。

因为这些原因，作为投影系统的显示器件，LCOS面板受到关注，且因此，正在对LCOS面板和采用这种LCOS面板的投影显示系统积极进行技术开发和商业化。

为了实现全色屏幕，投影系统采用三面板类型，这种三面板类型将白色光变换为RGB三色光，具有对应于R、G、B光的3个LCOS面板，以将LCOS面板分别具体实现的R、G、B图像合成为彩色图像，然后，将该合成图像投影到屏幕上。

这种通用LCOS投影系统包括：照明单元，用于投射光；合成单元，用于在投射了光后，将在LCOS面板上显示的RGB三色图像合成为图像；投影透镜，用于投射合成单元内合成的光；以及屏幕，用于将投影透镜投射的光显示为图像。

具体地说，照明单元、合成单元以及投影透镜被称为光引擎，而且该光引擎被灯产生的照明光高度加热。因此，应该设置适当的冷却系统以冷却这种高热。然而，在注入外部空气进行冷却时，重要的是允许不使杂质与冷却空气一起注入。如果不冷却高热，则设置在照明单元内的许多胶片和设置在合成单元内的LCOS面板可能被氧化，且因此，投影系统不能正常工作。

发明内容

因此，本发明的目的是至少解决背景技术的问题和缺点。

本发明的目的是提供一种投影系统以及其冷却系统，其可以迅速冷却投影系统产生的高热以使该系统稳定工作。

本发明的另一个目的是提供一种投影系统及其冷却系统，通过在冷却系统期间不允许杂质进入光引擎，即使长时间使用投影系统，该系统仍不恶化图像质量。

本发明的又一方面是提供一种即使长时间使用系统，仍可以稳定工作的投影系统及其冷却系统。

为了实现这些以及其他优点，而且根据本发明的用途，正如在此所具体和广泛描述的那样，提供了一种投影系统的冷却系统，该冷却系统包括：隔板，用于将投影系统的内部空间分割为光投射空间和光引擎容纳空间；第一风扇，用于将光投射空间内的空气抽吸到光引擎容纳空间内；合成单元，空气在被吸入第一风扇之前通过其；以及第二风扇，使至少从第一风扇射出的空气排出到外部。

根据本发明的另一个方面，提供了一种投影系统，该投影系统包括：灯，用于产生光；照明单元，用于提高从灯发射的光的效率；合成单元，用于使图像与通过照明单元入射的光合成；投影透镜，用于投影在合成单元内合成的图像；屏幕，用于显示投影透镜投影的图像；第一风扇，用于在位于屏幕背面的光投射空间的内部空气通过该合成单元后，抽吸该内部空气；以及第二风扇，用于使空气排出到该系统的外部。

根据本发明的又一方面，提供了一种投影系统的冷却系统，该冷却系统包括：第一冷却系统，用于使光投射空间内的空气被通过合成单元吸入第一风扇；以及第二冷却系统，用于使光引擎的内部空气被通过灯吸入第二风扇。

如上所述，根据本发明，优点在于投影系统可以以高清晰度稳定工作，具体地说，因为可以流畅地冷却该系统，提高了系统的可靠性。

附图说明

将参考下面的附图详细说明本发明，附图中，同样的参考编号表示同样的元件。

图1是根据本发明的投影系统的透视图；

图2是根据本发明的投影系统内的显示器的分解透视图；

图3是根据本发明的投影系统内的光引擎的透视图；

图4是其盖板被移去的光引擎的透视图；

图5是根据本发明的投影系统内的合成单元的透视图；

图6是示出合成单元的结构和操作的示意图；以及

图7是示出根据本发明的光引擎的冷却过程的透视图。

具体实施方式

下面将参看附图详细说明根据本发明的投影系统及其LCOS面板组件。

图1是根据本发明的投影系统的透视图，而图2是根据本发明的投影系统内的显示器的分解透视图。

参考图1和2，根据本发明的投影系统1包括：屏幕2，用于显示图像；前面板3，其被设置在屏幕2的下侧；以及后盖板4，其被设置在屏幕2的背面。

此外，在屏幕2与后盖板4之间的空间内设置用于划分光投射区与光引擎(请参考图3中的参考编号10)容纳空间的隔板6。反射镜5被设置在后盖板4的内部，用于反射从光引擎10投射到屏幕2的光，因此，反射光被在屏幕2上显示为图像。

此外，在隔板6上形成与光投射空间和光引擎容纳空间连通的隔板侧的开口部分8，该开口部分8对准作为光引擎10侧的空气注入通路的空气注入端口7，以使光投射空间内的内部空气注入光引擎10。通过空气注入端口7注入的空气用作用于冷却光引擎10的空气。

图2所示的参考编号400表示用于使光从光引擎10发出的投影透镜，从投影透镜400发出的光被发射到反射镜5，在反射镜5反射，然后，在屏幕2上形成图像。

图3是根据本发明的投影系统内的光引擎的透视图，而图4是其盖板被移去的光引擎的透视图。参考图3和4，详细说明光引擎的结构和功能。

光引擎10包括：引擎基底12，用于形成光引擎10的下表面；以及被放置在引擎基底12的上表面上的多个部件。多个部件包括：照明单元200，其用于辐照和折射光；合成单元100，其用于利用来自照明单元200的光合成包括图像信号的RGB三色光的图像；以及投影透镜400，用于投射在合成单元100合成的光。

此外，多个部件还包括：电源350，用于稳定地供电；以及风扇301和303，用于冷却光引擎10产生的热。在电源350上至少设置电子稳定器，以对灯201提供稳定功率，以及风扇301和303吹风，以适当地冷却光引擎10。

现在，将详细说明上述结构的元件。

首先，照明单元200包括：灯201，用作光源；第一蝇眼透镜(FEL)231和第二FEL 232，用于改善灯201发出的照明光的均匀性；偏振光束分裂器(PBS)233，其被设置在第二FEL 232的背面；多个透镜234、235和236，用于使通过FEL 231和232的每个单元的光分别精确投射到LCOS面板上的正确位置；以及折叠镜237，用于使光源的传播方向转向合成单元100。

具体地说，PBS 233将包括照明光中的P偏振光的所有光变换为S偏振光，使用多个半波片，而且FEL 231和232允许光入射到PBS 233上的正确位置。照明光包括：S偏振光，其具有X轴波长；以及P偏振光，其具有方向垂直于光传播方向的Y轴波长，而且PBS 233将发射到合成单元的P偏振光变换为S偏振光，因此，所有光均以S偏振状态入射到合成单元100。因此，其优点是提高了光的利用率，因为利用了可能被移去的P偏振光。

具体地说，折叠镜237将照明光的传播方向旋转90°，以使光入射到合成单元100，且优选地设置用于调节左右/上下/前后方向的倾角的预定器件以正确调节传播方向。

此外，照明单元200的各部件被设置在固定到引擎基底12上的照明单元的外壳220，在将各部件放置在照明单元的外壳220的内部后，盖上盖板210，以防止内部部件受到外部冲击，而且防止杂质进入照明单元220的内部。贯通开口211在盖板210的预定位置上形成，用于使构成照明单元200的各部件和照明单元210的内部空间内产生的热量以自然对流方式排出到外部。尽管在该图上形成了一个贯通开口211，但是根据需要，可以形成多个贯通开口。贯通开口211优选形成在PBS 233周围的上侧，以使PBS 233产生的高热以自然对流方式排出到外部。

在S偏振光入射到合成单元100时，根据波长分离它，然后，入射到每个LCOS面板上，然后，在被LCOS面板反射并通过投影透镜400发出后，以包括图像信号的状态合成它。下面说明合成单元100的详细结构。

简要说明要应用于投影系统的每个结构，具体地说就是根据本发明的光引擎10的冷却系统。

首先，在光引擎10内设置用于强制空气流动的两个风扇301和303以及用于引导风扇301和303产生的气流的多个引导结构。根据空气的流动顺序说明光引擎的冷却系统。

首先，注入屏幕2与后盖板4之间的空间内的，即，注入通过空气注入端口7的光投射空间的冷却空气被注入光引擎10侧，具体地说，是注入合成单元100侧。在冷却了合成单元100内的热量后，注入合成单元100的空气被注入第一风扇301。从第一风扇301射出的空气射向电源350，以冷却电源350产生的热。

此外，为了冷却灯201，在灯201侧设置第二风扇303。第二风扇303使电源350周围的空气(包括从第一风扇301射出的空气)在注入灯201后射向投影系统1的背面，从而排出到投影系统的外部。

从上述结构可以看出，第一风扇301和第二风扇303被设置在热源周围，以提供抽吸力，然后，在它通过热源吸收了热量后，风扇301和303使冷却空气排出。

图5是根据本发明的投影系统内的合成单元的透视图，而图6是示出合成单元的结构和操作的示意图。将参看附图详细说明合成单元100的结构和操作。

参考图5，通过分离和合成S偏振光，合成单元100形成图像，而且对合成单元100设置多个四分体(quad)和LCOS面板组件。

具体地说，合成单元100包括：3个四分体121、122和123；四分体外壳110，用于支撑该四分体；单陷波滤色片131，用于去除S偏振光不需要的黄色光；分色镜132，用于透射蓝色光，而反射绿色光和红色光；以及3个LCOS面板组件150、160和170，其固定到四分体121、122和123的侧面，以形成RGB三色的各个图像。在四分体外壳110的预定位置，将LCOS面板组件设置在四分体121、122和123平面的附近，以允许从四分体入射的光入射到LCOS面板的精确位置。

合成单元100还包括图5未示出的多个滤色片、偏振片等。将参考图6说明合成单元的操作。

参考图6，在反射并去除了入射到单陷波滤色片131的S偏振光中的不必要黄色光后，剩余的光入射到分色镜132，在该光中，蓝色光被透射，而红色光和绿色光被反射。现在，以蓝色光、红色光和绿色光的顺序，说明光的传播过程。

从分色镜132透射的S偏振蓝色光首先通过第二反射偏振片133，以提高S偏振光的纯度。换句话说，因为第二反射偏振片133仅使其方向与S偏振蓝色光的光轴相同的光通过，而滤除与光轴不同方向的光，提高照射光中的多个S偏振光的纯度。

接着，第三四分体123反射该光，然后，该光入射到第三LCOS面板组件170。作为光束分裂器的四分体反射S偏振光，而透射P偏振光。

接着，在光入射到第三四分之一波长片171，而线偏振光被变换为圆偏振光后，该光入射到蓝色LCOS面板173，以包括蓝色图像的状态被变换为P偏振蓝色光，然后，被反射。尽管P偏振蓝色光再一次入射到第三四分体123，但是因为它是P偏振蓝色光，可以仅使它从第三四分体123透射。

接着，在该光入射到第三双折射偏振片137、使它以半波长偏振，然后，将它变换为S偏振蓝色光后，它入射到第一四分体121。双折射偏振片用于分离光，以产生偏振光，而且能够执行利用根据光波长布置双折射材料的结构的功能。第三双折射偏振片137使蓝色光以半波长偏振。

接着，因为入射到第一四分体121的S偏振蓝色光是S偏振光，所以它被第一四分体121反射，然后，入射到投影透镜400。

此外，在分色镜132中反射的S偏振红色光通过第一反射偏振片134并提高S偏振光的纯度后，它通过第一双折射偏振片135，因此，被变换为P偏振红色光。利用双折射材料，第一双折射偏振片135使红色光以半波长偏振。

接着，该光入射到第二四分体122，而且因为入射光是P偏振红色光，所以在仅从第二四分体122透射后，立即入射到第一LCOS面板组件150。

接着，因为该光被第一四分之一波长片151变换为圆偏振光后，该光入射到红色LCOS面板175，所以在包括红色图像并被反射状态下，它被变换为S偏振红色光，然后，因为它是S偏振红色光，所以第二四分体122反射它。

接着，因为该光入射到第二双折射偏振片136，所以使它以半波长偏振，而且将该光变换为P偏振红色光，然后，以被变换的状态入射到第一四分体121。因为入射到第一四分体121的P偏振红色光是P偏振光，所以通过从第一四分体121透射，它入射到投影透镜400。

此外，在分色镜132反射的S偏振绿色光通过第一反射偏振片134并提高S偏振光的纯度时，它仅从第一双折射偏振片135透射。因为第一双折射偏振片135使用双折射材料，而且仅使红色光以半波长偏振，所以它不使绿色光偏振。

接着，因为该光入射到第二四分体122，而且入射光是S偏振绿色光，所以在该光被第二四分体122反射后，它入射到第二LCOS面板组件160。

接着，因为在该光被第二四分之一波长片161变换为圆偏振光后，该光入射到绿色LCOS面板174，所以在包括绿色图像并被反射的状态下，它被变换为P偏振红色光，然后，它正好从第二四分体122透射，因为它是P偏振红色光。

接着，P偏振红色光仅从第二双折射偏振片136透射，然后，在未被偏振的情况下，入射到第一四分体121。第二双折射偏振片136仅以半波长变换红色光和蓝色光，而不使绿色光偏振。因为入射到第一四分体121的P偏振红色光是P偏振光，所以通过从第一四分体121透射而入射到投影透镜400。

如上所述，红色光和绿色光以P偏振光状态入射到投影透镜，而蓝色光以S偏振光状态入射到投影透镜400。然后，在从投影透镜400射出后，反射镜5反射三色光，然后，在屏幕2上显示图像。此时，因为在不能检测到图像光是S偏振光还是P偏振光的状态下，观众观看图像，所以观看图像不存在问题。

在将包括RGB三色图像的三色光合成后，通过投影透镜400射出。如果三色光不在精确位置匹配，则图像发生失真，或者不能实现精确颜色。因此，进一步执行所有LCOS面板的匹配处理过程。

另一方面，设置在光引擎10内的许多部件内的灯201发出的光产生高热，应该将这种高热迅速排出到外部，以便该设备正常工作。如果未将该设备工作期间产生的高热排出到外部，则存在的问题是，因为部件发生膨胀，可能使图像不匹配，而且LCOS面板和各种胶片可能被氧化。

因为该原因，根据本发明，利用风扇抽吸的空气进行冷却。现在，详细说明用于解决这些问题的投影系统的冷却系统。

图7是示出根据本发明的光引擎的冷却过程的透视图。将参考图7详细说明根据本发明的投影系统的冷却系统的结构和功能。

根据本发明的冷却系统被划分为3个部分：第一冷却系统，主要用于冷却合成单元100；第二冷却系统，用于冷却直接产生高热的灯201；以及第三冷却系统，用于以自然对流方式冷却设置在照明单元的内部的有关部分，例如，透镜。

首先，第一风扇301使第一冷却系统工作，而且注入屏幕2与后盖板4之间的空间内，即，注入通过空气注入端口7的光投射空间内的冷却空气注入合成单元100。向固定在合成单元100的侧壁上的冷却空气注入引导部件11的上侧开启空气注入端口7，而且该空气注入端口与盖板侧的开口部分(请参考图2中的8)对准。空气注入引导部件11的内部被弯曲，以在通过空气注入端口7从上侧注入空气后，注入合成单元100侧。在冷却了合成单元100内的热量后，注入合成单元100的空气被吸入第一风扇301。

此外，为了对合成单元100的内部提供负压，在第一风扇301外部附近设置抽吸引导部件(请参考图3中的302)，作为用于流畅地排出注入合成单元100的内部的空气的电源。从第一风扇301射出的空气喷射到电源350，以利用对流冷却电源350产生的热量。此外，由于第一风扇301被设置在照明单元200和合成单元100的转角部分内部，所以可以有效利用投影系统的内部空间。

从上面的结构可以看出，因为使用第一风扇301的冷却系统使第一风扇301提供的负压传递到合成单元100和冷却空气注入引导部件11，所以通过隔板侧的开口部分8抽吸光投射空间内的空气。

此外，第一风扇301产生的负压还传递到照明单元的外壳220的内部和合成单元100。因此，照明单元200的内部产生的高热进入第一风扇301侧，然后，被排出。因为该原因，优选在照明单元的外壳220的侧壁上的预定位置形成预定尺寸的孔(未示出)。

设置在灯201侧的第二风扇303使根据本发明的第二冷却系统工作，且在电源350周围的空气(包括从第一风扇301喷射的空气)被注入到灯201侧，并吸收灯201的高热之后，第二风扇303使空气排放到投影系统1的后面，即，该设备的外部。

从上述结构可以看出，第一冷却系统和第二冷却系统位于热源的周围，而且提供抽吸力，使得通过热源并吸收了热量的冷却空气被风扇301和303抽吸，并被排出。在这种抽吸型冷却系统抽吸的空气射入高热部件，例如，合成单元100时，它可以被以层流的流动方式稳定注入，因此，提高了高热部件的冷却效率。此外，由于因为层流气流注入高热部件而使杂质不浮动，所以可以防止光单元被杂质污染。

根据本发明的第三冷却系统采用在盖板210中形成的贯通开口211。因为位于照明单元200的内部的高热空气在因为对流现象升温后，通过贯通开口211排出到外部，所以在没有诸如风扇的附加驱动源的情况下，第三冷却系统工作。因为照明单元200的内部不具有如此特别高的温度环境，所以不存在冷却问题，尽管应用了采用自然对流的冷却系统。因为杂质不浮动，所以降低了光引擎10的内部空气内的杂质的密度，使得可以解决LCOS面板等被污染的问题。

根据本发明的冷却系统，可以减少对投影系统，具体地说是光引擎的污染，因此，可以提高冷却效率。

根据本发明，因为投影系统产生的高热被迅速冷却，所以投影系统可以稳定工作。

此外，因为在冷却投影系统期间，降低了设置光引擎的空间内的杂质的密度，所以即使长时间使用投影系统，仍可以防止图像质量降低。

此外，因为通过迅速冷却降低了许多部件的热负荷，所以可以解决投影系统的问题，例如，图像质量降低等。

此外，因为利用吸入风扇的层流冷却发热部件，具体地说是合成单元，所以可以减少杂质可能进入发热部件的问题。

尽管这样对本发明进行了说明，但是，显然，可以以许多方式改变本发明。不能认为这种变型脱离了本发明的实质范围，而且本技术领域内的技术人员显而易见的所有这种修改意在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种投影系统的冷却系统，其包括：

隔板，其用于将投影系统的内部空间划分为光投射空间和光引擎容纳空间；

第一风扇，其用于将光投射空间的空气抽吸到光引擎容纳空间内；

合成单元，空气在被吸入第一风扇之前通过其；以及

第二风扇，其将至少从第一风扇射出的空气排出到外部。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，该第一风扇的射出侧面对电源。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其进一步包括灯，空气在被吸入第二风扇之前通过其。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中，该第一风扇和/或第二风扇被向上照射地定位，以使空气在水平方向流动。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中，吸入第一风扇的空气中的至少一些空气通过照明单元。

6.如权利要求1所述的冷却系统，其中，水平地通过合成单元的空气通过合成单元。

7.如权利要求1所述的冷却系统，其中，通过合成单元的气流是层流。

8.一种投影系统，其包括：

灯，其产生光；

照明单元，其提高从灯发出的光的效率；

合成单元，其以通过照明单元入射的光合成图像；

投影透镜，其投影在合成单元内合成的图像；

屏幕，其显示投影透镜投影的图像；

第一风扇，其在内部空气通过该合成单元后，抽吸作为屏幕后侧的光投射空间的内部空气；以及

第二风扇，其使空气排出到设备的外部。

9.如权利要求8所述的投影系统，其中，该照明单元由自然对流冷却。

10.如权利要求8所述的投影系统，其中，该从第一风扇射出的空气冷却电源。

11.如权利要求8所述的投影系统，其中，该照明单元和合成单元被互相设置在转角位置，且该第一风扇被设置在拐角的内侧。

12.如权利要求8所述的投影系统，进一步包括抽吸引导部件，在其内部容纳第一风扇，而且它的至少一些部分向合成单元开启。

13.如权利要求8所述的投影系统，进一步包括冷却空气注入引导部件，其连接合成单元和光投射空间以改变空气的流动方向。

14.如权利要求8所述的投影系统，进一步包括盖板，其覆盖照明单元，而且在其中形成贯通开口。

15.一种投影系统的冷却系统，其包括：

第一冷却系统，其将光投射空间的空气通过合成单元吸入第一风扇；以及

第二冷却系统，其将光引擎的内部空气通过灯吸入第二风扇。

16.如权利要求15所述的冷却系统，其中，该第一冷却系统至少抽吸照明单元的空气。

17.如权利要求15所述的冷却系统，进一步包括第三冷却系统，其穿透覆盖照明单元的上侧的盖板以排出照明单元内侧的高温空气。

18.如权利要求15所述的冷却系统，其中，该第一冷却系统在以垂直方向注入空气后以水平方向排出空气。

19.如权利要求15所述的冷却系统，其中，通过合成单元的空气以层流方式流动。

20.如权利要求15所述的冷却系统，其中，从第二风扇射出的空气被排出到投影系统的外部。

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