液晶投影仪.pdf

一种投影单元，它包括光源单元和成像单元。该光源单元包括光源部分和会聚照明光并将照明光形成近似平行光束的照明光学系统。该成像单元包括成像光学系统和投影透镜，该成像光学系统将照明光分解成三基色光、将三基色光辐射到对应于每种颜色的液晶显示装置，并且将该三基色象光合成为全色象光。该投影透镜将所述全色象光投影到一屏幕上。该光源单元容纳在一由具有优良耐热性的材料形成的光源单元壳体中。该成像单元容纳在由耐热性不佳的材料形成的成像单元壳体中。该光源单元壳体以可拆卸的方式与该成像单元壳体相连。当变更光源部分时，该光源单元和该光源单元壳体被变更，但该成像单元和该成像单元壳体不被变更。

1.  一种用于在屏幕上显示图象的液晶投影仪，包括：
光源单元，其包含光源部分和照明光学系统，所述光源部分发射照明光，所述照明光学系统会聚照明光并将照明光形成为近似平行光束；
成像单元，其包含具有第一至第三液晶显示装置的成像光学系统和投影透镜，所述成像光学系统将照明光分解成三基色光、将三基色光辐射到对应于每种颜色的所述液晶显示装置，并且将来自所述每个液晶显示装置的三基色象光复合为全色象光，所述投影透镜将全色象光投影到所述屏幕上；
光源单元壳体，其容纳所述光源单元；
成像单元壳体，其容纳所述成像单元，所述光源单元壳体以可拆卸的方式与所述成像单元壳体相连。

2.  如权利要求1所述的液晶投影仪，其特征在于，所述光源部分包括产生照明光的超高压汞灯和通过反射照明光而向照明光学系统发射照明光的反射器，以及
所述照明光学系统包括拦截包含在照明光中的紫外线和红外线的滤光器、使照明光均匀化的蝇眼透镜和使照明光形成近似平行光束的会聚透镜。

3.  如权利要求1所述的液晶投影仪，其特征在于，所述成像光学系统还包括：
偏振器，其将照明光学系统发出的照明光转变成S偏振光；
二向色镜，其通过反射第一基色照明光和透射第二及第三基色照明光而将照明光分解成两个照明光，该照明光由第一至第三基色照明光组成；
特定波长转换板，其将从所述二向色镜透射的第二基色照明光转变成P偏振光；
偏振棱镜，其透射S偏振的第一基色照明光，以使得该S偏振的第一基色照明光进入所述第一液晶显示装置，并反射从所述第一液晶显示装置反射的P偏振的第一基色象光，所述第一液晶显示装置反射S偏振的第一基色照明光并将S偏振的第一基色照明光调制成P偏振的第一基色象光；
分束器，其通过反射P偏振的第二基色照明光和透射S偏振的第三基色照明光使得第二和第三基色照明光分别进入第二和第三液晶显示装置从而将第二和第三基色照明光分散成两个照明光，并且通过透射从所述第二液晶显示装置反射的S偏振的第二基色象光和反射从所述第三液晶显示装置反射的P偏振的第三基色象光复合第二和第三基色象光，所述第二液晶显示装置反射P偏振的第二基色照明光并将P偏振的第二基色照明光调制成S偏振的第二基色象光，所述第三液晶显示装置反射S偏振的第三基色照明光并将S偏振的第三基色照明光调制成P偏振的第三基色象光；
复合棱镜，其通过透射来自所述偏振棱镜的第一基色象光和反射来自所述分束器的第二和第三基色象光而将所述第一至第三基色象光复合为全色象光；以及
镜子，其将来自所述复合棱镜的全色象光反射至所述投影透镜。

4.  如权利要求1所述的液晶投影仪，其特征在于，所述光源单元壳体和所述成像单元壳体分别包括一个开口和在该开口附近形成的连接部分，当所述光源单元壳体的连接部分和所述成像单元壳体的连接部分相结合时，所述光源单元壳体的开口和所述成像单元壳体的开口彼此面对。

5.  如权利要求4所述的液晶投影仪，其特征在于，形成所述光源单元壳体的材料与形成所述成像单元壳体的材料不同，并且形成所述光源单元壳体的材料具有强于形成所述成像单元壳体的材料的耐热性。

6.  如权利要求5所述的液晶投影仪，其特征在于，所述形成光源单元壳体的材料为BMC，所述形成成像单元壳体的材料为聚碳酸酯。

7.  如权利要求4所述的液晶投影仪，其特征在于，所述光源单元壳体的连接部分与所述成像单元壳体的连接部分用螺钉固定。

8.  如权利要求4所述的液晶投影仪，其特征在于，所述光源单元壳体由上壳体和下壳体组成，所述上壳体和下壳体被结合并螺纹连接，以使得所述光源单元夹置在所述上壳体和所述下壳体之间。

9.  如权利要求4所述的液晶投影仪，其特征在于，所述成像单元壳体由上壳体、下壳体和基座组成，所述成像单元固定到所述基座上，所述上壳体和所述下壳体被结合并螺纹连接，以使得所述基座和所述成像单元夹置在所述上壳体和所述下壳体之间。

液晶投影仪
                       发明背景
1.技术领域
本发明涉及一种液晶投影仪。特别是，本发明涉及一种从屏幕的正面监视投影到屏幕背面上的图象的液晶投影仪。
2.现有技术的相关描述
如同日本专利JP 3257067和JP 3339504中所公开的那样，液晶投影仪是一种众所周知的图象显示装置，其通过将经液晶显示装置调制的光投影到屏幕上而在屏幕上显示图象。作为液晶投影仪的类型，有从屏幕的正面投影图象的正面型和从屏幕的背面投影图象的背面型。另外，根据用于液晶投影仪的液晶显示装置的类型，可将液晶投影仪的类型分为透射式和反射式。
光源发出的照明光在被照明光学系统会聚并形成为近似平行光束之后对液晶显示装置照明。如果照明区相对于液晶显示装置的尺寸来说太大，则照明光的可用性降低。此外，如果照明区相对于液晶显示装置的尺寸来说太小，显示在屏幕上的图象质量将降低。
在成像光学系统中，例如，设置对应于蓝、绿和红三色光的三个液晶显示装置。从照明光学系统发出的照明光被分解成包括蓝、绿和红色光的三基色信道，以照射对应的液晶显示装置。受对应液晶显示装置的每个颜色信道调制的三基色光在被例如复合棱镜复合或合成后通过投影透镜投影到屏幕上。
在液晶投影仪中，例如用超高压汞灯或金属卤灯作为光源。液晶投影仪的性能很大程度地依赖于光源的性能。如果采用大功率的光源，则有可能将图象投影到较大的屏幕上，并且即使在很亮的位置处，投影的图象也可以很清晰。但是，如果采用大功率光源，制造成本将增加并且产品价格将提高。因此，需要根据用户的需求选择用于液晶投影仪的光源。
因为用户的需求是变化的，所以用户经常要求使用特殊的光源。在此情况下，光源发生变化。根据新的光源，照明光学系统也必须变更或更换，以使得从新光源发出的照明光可以对稍大于液晶显示装置尺寸的适当范围照明。
但是，在常规的液晶投影仪中，照明光学系统和成像光学系统被统一或一体化并被容纳在同一壳体中。因此，在伴随着光源变化而变更照明光学系统的情况下，因为还必须改变壳体，所以存在着不能很容易地伴随着光源改变而变更照明光学系统的问题。
而且，因为光源发出很大的热量，所以需要将接近光源布置的照明光学系统装设在耐热性极好的壳体内。另一方面，包含远离光源布置的成像光学系统的壳体不需要很强的耐热性。但是，在利用照明光学系统和成像光学系统的情况下，根据照明光学系统的需要，成像光学系统也包含在用耐热性极好的材料形成的壳体中。因为耐热性极好的材料很昂贵，所以存在液晶投影仪制造成本提高的问题。
                       发明内容
本发明的主要目的在于提供一种液晶投影仪，其中可以很容易地伴随着光源的改变而变更照明光学系统。
本发明的另一个目的在于降低液晶投影仪的制造成本。
为了实现上述及其它目的，本发明的液晶投影仪包括：光源单元壳体，其容纳一光源单元；以及成像单元壳体，其容纳一成像单元。该光源单元壳体以可拆卸的方式与成像单元壳体相连，以便于变更照明光学系统。
该光源单元包括光源部分和照明光学系统。该成像单元包括具有三个液晶显示装置的成像光学系统和投影透镜。光源部分发射照明光，照明光学系统会聚照明光并将照明光形成为近似平行光束。成像光学系统将照明光分解成三基色光、将三基色光辐射到对应于每种颜色的液晶显示装置上，并且将来自三基色中每种颜色的液晶显示装置的象光复合为全色象光。投影透镜将全色象光投影到一屏幕上。
在本发明的优选实施例中，光源单元壳体和成像单元壳体分别包括一个开口和在该开口附近设置的连接部分。当光源单元壳体的连接部分与成像单元壳体的连接部分结合在一起时，光源单元壳体的开口与成像单元壳体的开口彼此面对。而且，形成光源单元壳体的材料与形成成像单元壳体的材料不同，并且形成光源单元壳体的材料具有强于形成成像单元壳体的材料的耐热性。
在本发明地液晶投影仪中，该光源单元壳体容纳该光源单元，该光源单元包括光源部分和照明光学系统，该成像单元壳体容纳该成像单元，该成像单元包括成像光学系统和投影透镜，并且该光源单元壳体以可拆卸的方式与该成像单元壳体相连。因此，可以很容易地伴随着光源的改变进行照明光学系统的变更。此外，因为形成光源单元壳体的材料具有强于形成成像单元壳体的材料的耐热性，所以可以降低液晶投影仪的制造成本。
                       附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本领域的技术人员将会更容易地理解本发明的上述及其它目的和优点。
图1是一液晶投影仪的透视图；
图2是该液晶投影仪的投影单元的光学结构示意图；
图3是该投影单元的透视图；
图4是该投影单元的分解图；以及
图5是举例说明该投影单元的光源单元的变更的示意图。
                本发明的优选实施例
图1中，在壳体2的正面设置一个漫透射型屏幕3。从屏幕3的正面监视投影在屏幕3的背面上的图象。投影单元5容纳在壳体2中。投影单元5投影的图象被镜子7反射并聚焦在屏幕3的背面上。液晶投影仪1在壳体2内设置一公知的电路单元，它包括调谐电路和用于视频信号及视频信号再现等的电路。通过在设置于投影单元5中的液晶显示装置上显示视频信号的再现图象，液晶投影仪1可以用作一大屏幕电视。
图2中，在投影单元5中设置一光源单元9和一成像单元10。如后所述，光源单元9容纳于一光源单元壳体17中，成像单元10容纳于一成像单元壳体19中。
在光源单元9中，设置一包含超高压汞灯12a和反射器12b的光源部分12以及一会聚照明光并形成近似平行光束以对成像单元照明的照明光学系统16。照明光学系统16包括滤光器13、蝇眼透镜14和会聚透镜15。
从光源部分12发出的白光照明光透过拦截紫外线和红外线的滤光器13并进入蝇眼透镜14。反射器12b反射从灯12a发出的照明光，该照明光有效地进入蝇眼透镜14。蝇眼透镜14具有多个分布在垂直于照明光轴的场中的透镜，以使进入的光均匀化，从而出射均匀的光。会聚透镜15具有两个透镜15a和15b。布置在光源部分12一侧的第一透镜15a会聚照明光，以调节照明范围。布置在成像单元10一侧的第二透镜15b形成近似平行光束。被均匀化和调节了照明范围的白光前进到成像单元10。
成像单元10包括成像系统20和投影透镜28。成像系统20包括三个反射式液晶显示装置21R、21G和21B、偏振器22、特定波长的转换板23、二向色镜(或分色镜)24B、偏振棱镜25、分束器29、复合棱镜26和镜子27。投影透镜28包括前透镜组28a和后透镜组28b。
光源单元9发出的照明光经偏振器22转变成S偏振光之后，由二向色镜24B分解成两束照明光，该二向色镜只反射蓝光而透射绿光和红光。反射的蓝光进入到具有反射面25a的偏振棱镜25。偏振棱镜25的反射面25a具有反射P偏振光和透射S偏振光的特性。蓝光从反射面25a透射并进入到液晶显示装置21B。当蓝光被反射式液晶显示装置21B反射时，其被调制成蓝色象光并被转变成P偏振光。P偏振蓝色象光被反射面25a反射并穿过投影透镜28的后透镜组28b之后进入复合棱镜26。
已知在反射式液晶显示装置中，在一透明玻璃和一多晶硅衬底之间填充液晶。在多晶硅衬底的内表面上形成铝膜反射面。从透明玻璃进入的光沿液晶穿过并到达反射面。反射面上反射的光沿液晶穿过并从透明玻璃出射。
另一方面，从二向色镜24B透射的绿光和红光进入特定波长的转换板23。只有绿光被特定波长的转换板23转变成P偏振光。P偏振光和S偏振光进入具有反射面29a的分束器29。分束器29的反射面29a具有反射P偏振光和透射S偏振光的特性。P偏振光被反射面29a反射并进入液晶显示装置21G。当绿光被反射式液晶显示装置21G反射时，其被调制成绿色象光并被转变成S偏振光。S偏振的绿色象光透过反射面29a。另一方面，S偏振光从反射面29a透射并进入液晶显示装置21R。当红光被反射式液晶显示装置21R反射时，其被调制成红色象光，并被转变成P偏振光。P偏振光的红色象光被反射面29a反射。因此，绿色象光和红色象光被复合，并在穿过投影透镜28的后透镜组28b之后进入复合棱镜26。
复合棱镜26具有只透射蓝光并反射绿光和红光的特性，并且布置成使棱镜的中心处于距离液晶显示装置21R、21G和21B相同光程的位置上。来自液晶显示装置21B的绿色象光透过复合棱镜26，并且来自液晶显示装置21R的红色象光和来自液晶显示装置21G的绿色象光被复合棱镜26反射。因此，蓝色象光和绿色及红色象光被合成为全色象光。全色象光被镜子27反射并进入投影透镜的前透镜组28a。调节投影透镜28，以使物侧焦平面对应于液晶显示装置21R、21G和21B的反射面，以及象侧焦平面对应于屏幕3。据此，可以在屏幕3上形成全色图象。
如图3A所示，通过将包含光源单元9的光源单元壳体17与包含成像单元10的成像单元壳体19相连而构成投影单元5。如图3B所示，光源单元壳体17提供暴露会聚透镜15的开口17a，并且在开口17a附近形成连接部分17b。通过这种方式，成像单元壳体19提供暴露偏振器22的开口19a，并且在开口19a附近形成连接部分19b。
光源单元壳体17通过结合连接部分17b和连接部分19b而连接到成像单元壳体19上。这样，使开口17a和开口19a相匹配，并且会聚透镜15和偏振器22彼此面对。固定连接到成像单元壳体19上的光源单元壳体17，以使得连接部分17b可通过螺纹连接方式连接到连接部分19b上。
如图4所示，光源单元壳体17和成像单元壳体19分别由上壳体和下壳体组成，以使得单元壳体被分成上下部分。上壳体和下壳体被结合并螺纹连接(即以螺纹方式拧合在一起)，以使得光学元件夹置在上壳体和下壳体之间。成像单元壳体19保持固定在壳体10a上的成像单元10。确定成像单元10的每个组件的分布位置，以使得偏振器22大致布置在开口19a的中心。确定光源单元9的每个组件的分布位置，以使得均匀的照明光对整个偏振器22照明，并且这些组件由光源单元壳体17保持。
因此，当光源部分12在与成像单元壳体19相连的光源单元壳体17中发射照明光时，整个偏振器22被照明并且照明光进入到成像单元10。投影透镜28的前透镜组28a从成像单元壳体19的上表面暴露。因此，当光源部分12发射照明光时，如上所述，由成像单元10形成象光，并且将图象投影到屏幕3上。
因为光源部分12的周围在光源部分12发射照明光时温度升高，所以光源单元壳体17由具有优良耐热性的材料例如BMC形成。并且，因为与光源部分12分开的成像单元壳体19很难受热影响，因此该成像单元壳体19可由例如聚碳酸酯的低成本材料形成。
下面描述本发明的操作。光源部分12包含在带有照明光学系统16的光源单元壳体17中，并且光源单元壳体17与成像单元壳体19相连。顺便提一下，灯的种类可经常根据用户的要求而改变。
如图5所示，在变更光源部分12的情况下，光源单元9和光源单元壳体12被变更。通过伴随着光源部分12的变更而变更照明光学系统16来进行上述变更。照明光学系统16被变更，以使得均匀的照明光对从成像单元壳体19中暴露的偏振器22照明。新的光源单元50包含在新的光源单元壳体51中，与光源单元壳体17的开口17a和连接部分17b类似，新的光源单元壳体51设置有开口51a和连接部分51b。新的光源单元壳体51与成像单元壳体19相连。
如上所述，光源单元壳体独立于成像单元壳体。因此，包含按用户要求的光源和适于该光源的照明光学系统的光源单元壳体可以与成像单元壳体相连。因此，与在同一壳体中包含光源部分、照明光学系统和成像光学系统的情形相比，可以很容易地进行光源部分的变更。此外，另一个优点在于，成像单元壳体可以与各种光源单元壳体一起使用。
另外，光源部分12与发热的照明光学系统16形成一体并包含在由具有优良耐热性的材料形成的光源单元壳体17中。另一方面，因与光源部分分开而难以受热影响的成像光学系统20包含在由低成本材料形成的成像单元壳体19中。因此，与用耐热材料形成单一壳体的情况相比，液晶投影仪的制造成本可以保持得很低。
虽然将反射式液晶显示装置用于上述实施例的投影单元，但也可以将透射式液晶显示装置用于上述投影单元。另外，虽然上述实施例的投影单元用于从屏幕的背面投影图象的背面型液晶投影仪，但本发明也可以应用于从屏幕的正面投影图象的正面型液晶投影仪的投影单元。
可以对本发明进行各种变化和改型。可以理解，这些变化和改型均属于本发明的范围。