投影仪 【技术领域】
本发明涉及一种投影仪(projector)，该投影仪组装为诸如液晶面板的图像显示装置整体保持在用于合成和分解光束的棱镜周围。
背景技术
已知三面板型液晶投影仪，这种投影仪将白光分解为红光、绿光以及蓝光；通过使用对应于各种颜色光的图像显示装置将这三种颜色的光调制为图像光；然后将这三种颜色图像光合成，并投影这种合成的图像光。例如，在具有透射型液晶面板的三面板型液晶投影仪中，一个具有两个相互垂直的分色(dichroic)表面的正交分色棱镜将已穿过每个液晶面板的三色光束合成。这种正交分色棱镜具有长方体形状，而每个液晶面板被设置为面对正交分色棱镜的三侧表面中的每一个。合成光束从液晶面板不对着的棱镜剩余一侧表面进入投影透镜。此外，美国公开专利申请2003/0189676披露了一种三面板型液晶投影仪，其中由一种偏振光束分光器分解的光束进入面对偏振光束分光器的侧表面设置的反射型液晶面板。
为装配这些类型的投影仪，已知液晶面板与具有长方体形状的光学元件(例如正交分色棱镜和偏振光束分光器)整体保持。例如，为了不使用附于棱镜侧面的框，美国专利6,587,167披露了其一端的平的表面被附到棱镜的一个侧面的固定销，和一种带有能让所述固定销插入其中的孔的液晶面板。这种液晶面板被固定到该棱镜上，以便孔与固定销的外圆周表面之间以及固定销的平地表面与棱镜的侧面之间分别由粘合剂粘合。作为另一实例，在日本专利3360804中，液晶面板被用螺纹方式固定或粘附到固定在棱镜的上和下表面的上固定器和下固定器，而不是像传统方式那样将液晶面板直接固定到正交分色棱镜的侧面。
然而，在上述现有技术中，由于正交分色棱镜的底面被直接粘附到底板，形成在其中间的粘合剂层的厚度可能会不均匀。在这种情况中，棱镜就不会在底板上直立而向某一侧倾斜。相应地，从棱镜出来的光束就被扭曲，在这种状态中，即使改变附于该棱镜的液晶显示器的位置，也无法取得好的投影性能。为了获得好的投影性能，需要从棱镜上拆卸下附于其上的底板和液晶面板，以便重新装配这些被拆卸下的部件。这一过程会相当费时。
【发明内容】
本发明的一个目的在于提供一种底板等可以被精确地连接到正交分色棱镜上并可以拆卸和可重新装配容易的投影仪。
为了实现上述目的，本发明的投影仪包括：一个柱状棱镜，该棱镜具有一个根据光束的偏振特性和波长，在不同于该光束的进入方向的方向中输出该光束的分色面；一个底板，该底板具有一个支撑该棱镜的底面的第一突起；包括被固定到该棱镜的顶面的第一支架和被固定到该棱镜底面的第二支架的保持装置，用于固定图像显示装置，以便该图像显示设置面对该棱镜的一个侧面；形成在第二支架上的第一开口，用于装配该第一突起以将第二支架固定在该底板上；以及一层由被填入支撑在第一突起上的棱镜的底表面与第二支架之间间隙的粘合剂形成的粘合层，以将该棱镜、底板和第二支架整体地固定在一起。
优选地，粘合剂为可UV硬化树脂。
此外，优选地，第一支架具有与第二支架同样的形状，并被固定在该棱镜的顶面上。
此外，优选地，第一和第二支架分别具有一对延伸为近似垂直棱镜侧面伸出的保持臂。这些保持臂被插入形成在图像显示装置上的孔中，以保持该图像显示装置。
根据本发明，由于用于支撑棱镜的底板上形成有突起，因此该棱镜与底板被紧密地相互接触而形成用于粘合层的空间。因此，当被固定到底板上时，该棱镜绝不会由于粘合层厚度不均匀而出现倾斜，因为该棱镜能够在固定前定位到底板上。并且，由于该突起，用于保持图像显示装置的第二支架容易定位而将支架固定到底板的过程和用于将棱镜固定到底板的过程也可同时进行，所以也可以减少装配的时间。此外，相对于框及相类似物被固定到光学抛光的棱镜的一个侧面的情况，由于可以使用具有更小尺寸的棱镜，从而可以减小制造成本。
通过使用UV硬化树脂作为粘合剂，与使用环氧树脂将框固定到棱镜的侧面以及使用硅树脂以将底板固定到棱镜的底面的传统方法相比，固定(硬化)的时间可以大大缩短。
利用具有同样形状的第一和第二支架，其制造成本可以进一步降低。虽然不由底板固定的第一支架应该被粘附到棱镜上，利用被涂覆到第一支架上形成的开口的粘合剂，第一支架可以以紧密接触棱镜的方式被固定。
由于保持臂插入其中的孔被设置在图像显示装置上，以将图像显示装置固定到第一和第二支架，所以液晶面板可以在孔与保持臂之间的间隙中移动。因此，可以容易地执行图像显示装置的位置的精密调节。
【附图说明】
结合附图，通过如下详细描述，本发明的上述目标与优点对于本领域所属技术人员而言将会变得更加更易理解。
图1是一个投影仪的结构的示意图；
图2为表示液晶面板与棱镜整体保持的透视图；
图3为表示将液晶面板与棱镜整体保持的机构的分解透视图；
图4为表示底板、上、下支架以及棱镜的位置的剖视图；
图5为显示被装配的底板和下支架的透视图；
图6为显示底板、支架以及棱镜的装配的透视图；以及
图7为显示本发明第二实施例的分解透视图。
【具体实施方式】
在图1中，液晶投影仪10具有：一个照明光源11；多个反射镜12；分色镜13，14；三个透射型液晶面板15R，15G，15B；一个正交分色棱镜16；以及一投影透镜17。从照射光源11发出的白色高亮度光被照明光学系统(未示出)形成具有均匀光照度的光束，并进入分色镜13。
通过透射蓝光(B光)而反射红光(R光)和绿光(G光)，分色镜13从白光分离出B光。被分离的B光进入液晶面板15B。从分色镜13被反射的R光和G光进入分色镜14。分色镜14透射R光而反射G光以分离R光和G光。R光和G光分别进入液晶面板15R和液晶面板15G。
液晶面板15R，15G，15B分别将R光、G光和B光调制为各自的图像光(image light)。已穿过液晶面板15R，15G，15B的光束进入正交分色棱镜16。该正交分色棱镜16由四个直角棱镜组成，并具有两类分色镜，一个为反射R光的R光反射面16a，另一个为反射B光的B光反射面16b。R光反射面16a和B光反射面16b相互间成直角。
穿过液晶面板15R的R光由R光反射面16a垂直地反射，而进入投影透镜17。穿过液晶面板15G的G光直穿过R光反射面16a和B光反射面16b，而进入投影透镜17。穿过液晶面板15B的B光由B光反射面16b垂直地反射，而进入投影透镜17。投影透镜17将通过正交分色棱镜16的每种颜色的光束合成的图像光放大并投影到屏幕上。
在图2中，液晶面板15R，15G，15B具有框架主体18b覆盖在液晶元件18a周围的结构。该液晶面板与正交分色棱镜16被整体保持以形成棱镜单元19。在棱镜单元19中，每个液晶面板设置为每个液晶元件18a面对具有长方体的正交分色棱镜16的每个侧面。
在图3中，上支架20和下支架21被分别设置在正交分色棱镜16的顶面和底面上。上支架20和下支架21具有近似为正方薄板形的形状。根据用途，上支架20和下支架21由通过板冲压加工制造的金属制成，或通过塑模由塑料制成。在上支架20和下支架21中，形成有圆形开口20a和近似三角形的开口21a，而三对保持臂20b，21b被设置为延伸正方形的各个边。
通过保持臂20b和21b，液晶面板15R，15G，15B被连接到上支架20和下支架21。在各个液晶面板15R，15G，15B中，设置有保持臂20b和21b插入其中的4个孔22。每个孔22的设置靠近矩形液晶表面的每个角。每个液晶面板被固定到上支架20和下支架21，以便保持臂20b和21b被插入孔22后，在这些孔中填充粘合剂。
底板24是一种用于将正交分色棱镜16固定到光学单元(其中装配有反射镜12和分色镜13，14)的界面(interface)。注意：正交分色棱镜16并不局限于由与光学单元可拆卸的底板24固定，而也可以由与光学单元整体成为单个件的底座固定。在底板24的顶面上，设置有多个近似为三角柱的第一突起25以及为圆柱的三个第二突起26。第二突起26比第一突起25高，并且在其顶部上具有平的支撑面26a用于支撑正交分色棱镜16的底面。而在底板24的顶面上，在多个突起25，26之间，形成有近似辐射图案的槽。
在平面图中，突起25，26的二维形状与设置在下支架21中的开口21a的形状相同。通过将开口21a装配到突起25和26上，下支架21被定位为夹在底板24和正交分色棱镜16之间。
在图4中，第二突起26的高度大于下支架21的厚度。此外，通过填充作为粘合剂的UV可硬化树脂，粘合层28形成在正交分色棱镜16与下支架21之间。利用粘合层28，正交分色棱镜16与下支架21被固定到底板24上。当上支架20紧密地接触正交分色棱镜16的顶面时，沿开口20a的周边涂覆粘合剂，从而上支架20被固定到正交分色棱镜16上。正交分色棱镜16上的上支架20的位置根据由底板24确定的下支架21的位置确定。
通过将上支架20和下支架21固定到正交分色棱镜16上，然后将保持臂20b和21b插入孔22内，然后填充入孔22中的粘合剂被硬化，这样液晶面板15R就与正交分色棱镜16整体地固定或保持。利用同样的过程，液晶面板15G和15B也被整体地与正交分色棱镜16固定或保持。由于孔22的直径大于保持臂20b和21b的直径，所以液晶面板可以在垂直方向和水平方向移动。因此，每个液晶面板的位置可以被调节，以便每种颜色投影的图像被正确地按像素被定位。
接下来，将描述液晶面板15R，15G，15B被固定到正交分色棱镜16的过程。如图5所示，下支架21被连接到底板24上。通过将开口21a的形状与突起25，26的形状对应，确定下支架21的方位。通过插入开口21a，突起25，26被装配在下支架21上。第二突起26的支撑表面26a从下支架21突出，用于在其上支撑正交分色棱镜16。
如图6所示，正交分色棱镜16紧密地接触第二突起26，而精确地垂直于底板24而被直立支撑。上支架20被装配在正交分色棱镜16上，而根据下支架21的位置确定其位置。通过例如由夹具等从其上和部下部保持这些部件，被叠放的底板24、下支架21、正交分色棱镜16和上支架20被暂时固定以便彼此不会被移动。在这种状态中，用为粘合剂的UV可硬化树脂被注入下支架21与正交分色棱镜16之间的空间内。而UV可硬化树脂也被涂覆到上支架20的开口20a。然后，通过UV射线的照射，UV可硬化树脂可得到硬化。相应地，同时，底板24、下支架21、正交分色棱镜16和上支架20也被全部固定在一起。
然后，通过将上支架20和下支架21固定到正交分色棱镜16和底板24上，液晶面板被连接到这种组合的组件上。在上与下支架20、21的各个保持臂20b，21b被插入各个液晶面板的各个孔22中后，通过使用例如专用夹具等，这些液晶面板就被保持而不会移动。在这种状态中，各种颜色的照射光被应用到或照射在各个液晶面板15R，15G，15B，而各个液晶面板15R，15G，15B被驱动形成用于投影在投影表面的各个颜色的图像光。然后，保持各个液晶面板15R，15G，15B的各个夹具被操作以调节液晶板的位置，通过在孔22的尺寸和保持臂20b和21b尺寸之间的余量范围内移动各个液晶板，以便消除投影表面上重叠的各个颜色的图像的颜色偏移(color shifts)等。
在调节液晶面板的位置以便高精度地重叠来自各个液晶板的各个颜色的图像后，将UV可硬化树脂涂覆到插入保持臂20b、21b的孔22内。然后，通过暴露于UV射线的辐射，UV可硬化树脂被硬化，这样液晶面板15R，15G，15B就被固定到上支架20和下支架21上。
在棱镜装置19的装配结束后，执行投影性能的最后测试。在这种测试中，检验是否出现：当硬化粘合剂等时，液晶面板被意外从调节的位置移动而在重叠色彩图像中出现色彩偏移。如果判定投影性能不好，可以拆卸棱镜单元19并重新装配。
为从正交分色棱镜16分离这三个液晶面板15R，15G，15B，保持臂20b和21b被从上支架20和下支架21切断。然后保持臂20b和21b的切断部分和已硬化的粘合剂被从孔22拔出。相应地，液晶面板15R，15G，15B就可以被重新装配了。在分离液晶面板后，经使用工具的机械处理或使用溶剂的化学处理，没有保持臂的上支架20和下支架21从分色镜16和底板24分离。最后，通过清洁正交分色棱镜16底面上以及底板24的突起25，26上的粘合剂，每个部件就可以被重新装配了。由于只有上和下支架20和21必须由新的支架替换，所以重新装配的成本就变得较低。
现在，将解释本发明的第二实施例。在图7中，在底板30上，设置有具有圆柱形的4个第一突起30a和比第一突起30a更高的三个第二突起。在下支架31中，设置有用于装配到第一突起30a上的第一开口31a和用于装配到第二突起30b上的第二开口31b。当下支架31被连接到底板30时，第二突起30b从下支架31凸出，用于支撑支撑正交分色棱镜16的底面。
在正交分色棱镜16的顶面，设置有3个上支架32。上支架32设置有：粘合表面32a，用于与液晶面板33连接到其上的连接框架34粘合；和开口32b，其中粘合剂涂覆在其中以将上支架31固定在正交分色棱镜16上。连接框架34设置有用于粘附到上支架32的粘合表面32a的上腿部34a和用于粘附到下支架31的粘合表面31c的下腿部34b。各个连接框架34保持各个液晶面板33以分别面对正交分色棱镜16的三个侧面。
以下，将描述这些部件的装配过程。下支架31位于底板30上，以便下支架31的第一开口31a被装配在底板30的第一突起30a上。正交分色棱镜16被设置在从下支架31突出的第二突起30b的支撑面上。正交分色棱镜16的侧面的方向被确定为与下支架31的粘附表面31c平行。粘合剂被注入到下支架31与正交分色棱镜16的底面之间的空间中。然后，粘合剂被硬化，同时用于将下支架31和正交分色棱镜16固定到底板30上。
上支架32被定位在正交分色棱镜16的顶面，以便其粘合表面32a和下支架31的粘合表面31c位于同一平面。然后，粘合剂被涂覆到开口32b，并被硬化以将上支架32固定到正交分色棱镜16。这三个上支架32被一次一个地固定，而固定完所有上支架32后，连接框架34就被固定到下支架31和上支架32上。
在液晶面板33被连接在连接框架34上后，粘合剂被涂覆在上腿部34a和下腿部34b上，而这些部分被紧密地接触上和下支架31，32的粘附表面31c，32a。与上述第一实施例一样，在调节三个液晶面板的位置后以便来自各个液晶面板的各种颜色的图像被精确地重叠后，粘合剂才被硬化。相应地，所有液晶面板通过上和下支架31和32与正交分色棱镜16整体保持。
注意：在上述实施例中，使用了其中设置有作为图像显示装置的液晶面板以及用于合成三种颜色的光束的正交分色棱镜的穿透型液晶投影仪。然而，本发明并不只限于该类投影仪。本发明可以被用于具有反射型图像显示装置(如数字微镜装置等)或自发射型图像显示装置的投影仪。此外，用于分解或合成光束的棱镜并不局限于长方体形正交分色棱镜。也可以使用具有一个分色表面(偏振光束分光器)的棱镜、具有两个彼此不垂直的分色表面的棱镜、具有抛光球面侧表面的正交分色棱镜等。
在本发明中可以进行多种变化或修改，而应理解为在本发明的范围之内。