專利名稱：投影顯示器和光圈單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為圖像顯示元件而使用液晶顯示元件，由該液晶顯示元件形成對應(yīng)圖像信號(hào)的光學(xué)像，并將該光學(xué)像投影到屏幕等上的投影型圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
在投影型圖像顯示裝置中，例如，公知有如日本特開2005-31103號(hào)公報(bào)所揭示的技術(shù)，即，設(shè)置有調(diào)光來自光源的射出光量的光圈，根據(jù)圖像信號(hào)控制該光圈的調(diào)光量，以此來提高圖像的對比度的技術(shù)。
但是，日本特開2005-31103號(hào)公報(bào)所揭示的技術(shù)，對這種噪音的降低并沒有充分考慮。
在根據(jù)圖像輸入的亮度信號(hào)動(dòng)態(tài)地遮擋控制光圈調(diào)光量的情況下，熱量集中于光圈部分。因此，在構(gòu)成光圈的部件中有必要使用耐熱性高的材料。此外，對于光圈的遮光，是通過將作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的輸出，通過齒輪系傳遞到在上下或者左右開閉(旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng))的遮光板來進(jìn)行的。因而，在齒輪部件中也要求耐熱性高的樹脂材料。而且，在通過作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的輸出的傳遞動(dòng)態(tài)地開閉控制遮光板來進(jìn)行調(diào)光的情況下，因?yàn)橛蜗?backlash)而容易發(fā)生齒輪系的敲擊聲。相對于這種噪音而言，近年來，在投影型圖像顯示裝置、特別是民用裝置中要求低噪音化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，將根據(jù)圖像輸入的亮度信號(hào)動(dòng)態(tài)地遮擋控制照明光的光束的光圈的動(dòng)作聲抑制到最低限度。
將作為光圈機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)側(cè)的小齒輪(pinion)與在第一級(jí)處嚙合的齒輪部形成為接觸于小齒輪的槽的一側(cè)面的齒輪部與接觸于小齒輪的槽的另一方的側(cè)面的齒輪部兩件構(gòu)成。
圖1是根據(jù)實(shí)施例1的投影型液晶顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖2是說明根據(jù)實(shí)施例1的光圈的機(jī)構(gòu)的上方立體圖。
圖3是說明根據(jù)實(shí)施例1的光圈的機(jī)構(gòu)的下方立體圖。
圖4是表示根據(jù)實(shí)施例1的齒輪系構(gòu)成的示意圖。
圖5是表示小齒輪56與遮光板座A的齒輪部58a的嚙合的放大細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。其中，在各圖中，對相同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并對已經(jīng)說明過的部件省略其說明。
圖1是說明根據(jù)實(shí)施例1的投影型液晶顯示裝置內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成的俯視圖。在圖1中，1是光源，從該光源1所射出的光，通過照明光學(xué)系統(tǒng)2、色分離光學(xué)系統(tǒng)3、以及投影透鏡4而向屏幕投影。
照明光學(xué)系統(tǒng)2具有光源1、作為光束均勻化機(jī)構(gòu)(所謂積分器(integrator))的第一陣列透鏡22和第二陣列透鏡24、光圈單元23、偏振變換元件25、以及重疊透鏡26。
這里，光源1的燈1a是超高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氙燈、水銀氙燈、鹵素?zé)舻劝咨珶?。此外，反射來自?a的光束的反射鏡1b是拋物面，使得從光源1射出的光束成為平行光。
色分離光學(xué)系統(tǒng)3具有從白色光束分離成三個(gè)色光的第一和第二分色鏡(dichro mirror)31、32，三個(gè)反射鏡36a～36c，兩個(gè)聚光透鏡(condensing lens)33a、33b，三個(gè)中繼透鏡(relay lens)37a～37c，三個(gè)光閥(light valve)34a～34c，以及交叉分色棱鏡(cross dichroicprism)35。
從燈1a所發(fā)射的光束被反射鏡1b反射而由射出開口部射出的平行光束，入射于第一陣列透鏡22。第一陣列透鏡22由陣列狀地配置的多個(gè)矩形的透鏡單元將入射的光束分割成多個(gè)光束，并對其進(jìn)行引導(dǎo)，使得通過與第一陣列透鏡同樣具有矩陣狀地配置的多個(gè)透鏡單元的第二陣列透鏡24以及偏振變換元件25。即，第一陣列透鏡22設(shè)計(jì)成光源1的燈1a與第二陣列透鏡24的各透鏡單元相互成為物體與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)。與第一陣列透鏡22相同，具有矩陣狀地配置的多個(gè)透鏡單元的第二陣列透鏡24，將構(gòu)成的透鏡單元各自對應(yīng)的第一陣列透鏡22的透鏡單元的形狀(與光閥34的液晶顯示元件大致相似的矩形)投影到光閥34內(nèi)的液晶顯示元件。此時(shí)，來自第二陣列透鏡24的光由偏振變換元件25取齊成規(guī)定的偏振方向，而且，第一陣列透鏡22的各透鏡單元的投影像，分別通過重疊透鏡26，和聚光透鏡33a、33b，中繼透鏡37a、37b、37c，而在光閥34內(nèi)的液晶顯示元件上重合。
對于第二陣列透鏡24和與其接近配置的重疊透鏡26來說，由于設(shè)計(jì)成第一陣列透鏡22與光閥34a、34b、34c相互成為物體與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)，所以由第一陣列透鏡22分割成多個(gè)的光束由第二陣列透鏡24與重疊透鏡26重疊地投影到各光閥34內(nèi)的液晶顯示元件上，使得能夠進(jìn)行實(shí)用上沒有問題的水平的均勻性高的照度分布的照明。
在該過程中，來自照明光學(xué)系統(tǒng)2的光，由第一分色鏡31分離成反射的第一色光與透過的色光，透過的色光進(jìn)一步由分色鏡32分離成反射的第二色光與透過的第三色光。
在分色鏡31中反射的第一色光，被反射鏡36b反射，通過聚光透鏡33a而透過光閥34a，并入射于交叉分色棱鏡35。
在分色鏡32中反射的第二色光，通過聚光透鏡33b而入射于光閥34b，并通過該光閥34b而入射于交叉分色棱鏡35。
在分色鏡32中透過的第三色光，由第一中繼透鏡37a聚光，進(jìn)一步被反射鏡36a反射，并由第二中繼透鏡37b進(jìn)一步聚光，被反射鏡36c反射后，被第三中繼透鏡37c進(jìn)一步聚光而入射于光閥34c。透過光閥34c的光入射于交叉分色棱鏡35。
透過光閥34的各液晶顯示元件的各色光，由交叉分色棱鏡35作為彩色圖像合成后，通過投影透鏡4而到達(dá)圖未畫示出的屏幕。由各光閥34內(nèi)的各液晶顯示元件根據(jù)圖未示出的圖像信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制所形成的各色光的光學(xué)像，由交叉分色棱鏡35形成彩色光學(xué)像，由投影透鏡4放大投影于屏幕上，作為顯示裝置發(fā)揮功能。
在照明光學(xué)系統(tǒng)2的第一陣列透鏡22與第二陣列透鏡24之間，配置有調(diào)光來自光源1的光的光圈單元23。光圈單元23構(gòu)成為其轉(zhuǎn)動(dòng)中心O、O′位于第二陣列透鏡24側(cè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。而且，從周邊側(cè)遮光來自光源1的光束。該遮光量也就是光圈單元的旋轉(zhuǎn)角度θ，由圖未示出的控制電路，根據(jù)圖未示出的圖像信號(hào)的亮度信號(hào)由后述的電動(dòng)機(jī)來控制，可以得到對應(yīng)圖像的最佳的對比度。
接下來，對光圈的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖2、圖3是說明根據(jù)本實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)2中所設(shè)置的具有光圈單元23的光圈機(jī)構(gòu)的示意圖，圖2是其上方立體圖，圖3是其下方立體圖。
在圖2、圖3中，作為用來開閉光圈單元23的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51具有安裝有連接器54的基板53，保持步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51的保持架52配合于底板55。此外，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51的電動(dòng)機(jī)軸上連接有小齒輪56。
在底板55上鉚接固定有軸57a、57b，遮光板座A58與遮光板座B59旋轉(zhuǎn)自如地接合。在遮光板座A58上設(shè)置有齒輪部58a和58b，在遮光板座B59上設(shè)置有齒輪部59a，小齒輪56與遮光板座A58的齒輪部58a嚙合。此外，遮光板座A58的齒輪部58b與遮光板座B59的齒輪部59a嚙合。其中，在齒輪部58a上重疊配置有后述的齒輪70。
此外，與遮光板座A的轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸上安裝有壓縮彈簧67，通過安裝罩蓋66將遮光板座A58按壓到底板55側(cè)，降低轉(zhuǎn)動(dòng)松動(dòng)。
在遮光板座A58、遮光板座B59上，分別通過小螺釘(圖未示出)安裝有遮光板A23a、遮光板B23b。兩個(gè)遮光板23a、23b形成為大致對稱形狀，此外，構(gòu)成開閉動(dòng)作也形成為大致對稱的遮光板座A的齒輪部58b與遮光板座B的齒輪部59a的嚙合相位。
在遮光板座A58的下面設(shè)置有凸形狀的突起62，構(gòu)成為能夠在構(gòu)造于底板55上的槽63內(nèi)移動(dòng)。此外，在底板55上光電斷路器(photointerrupter)64a、64b與PI(Photo Interrupter)基板65一起配置成在底板55的槽63部上可以由上述突起62的轉(zhuǎn)動(dòng)端感感覺到。此時(shí)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)端相當(dāng)于遮光板A23a和遮光板B23b的全開和全閉位置。另外，在光圈的機(jī)構(gòu)上具有罩蓋66。
遮光板A23a、遮光板B23b轉(zhuǎn)動(dòng)自如地構(gòu)成為其轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于第二陣列透鏡24側(cè)。而且，通過根據(jù)圖像信號(hào)，使這些遮光板A23a、遮光板B23b同步地開閉，來使照明光的光束適當(dāng)化。
遮光板A23a、遮光板B23b的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，成為能夠由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51分階段地變化。
接下來，對作為本發(fā)明的特征的構(gòu)成，用圖4、圖5進(jìn)行說明。
圖4是表示根據(jù)本實(shí)施例的齒輪系構(gòu)成的圖，圖5是表示小齒輪56與遮光板座A的齒輪部58a的嚙合的放大細(xì)節(jié)圖。在圖5中，小齒輪56以電動(dòng)機(jī)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著小齒輪56的轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光板座A側(cè)也轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，當(dāng)小齒輪56在a方向上旋轉(zhuǎn)的情況下，遮光板座A側(cè)也在a方向上旋轉(zhuǎn)，當(dāng)小齒輪56在b方向上旋轉(zhuǎn)的情況下，遮光板座A也在a方向上旋轉(zhuǎn)。雖然在圖2中已經(jīng)敘述，但是在遮光板座A58的齒輪部58a上齒輪70成為兩層結(jié)構(gòu)地重疊配置。而且，對于齒輪70來說，相對遮光板座A齒輪部58a由螺旋彈簧71在箭頭P方向上施加作用力，構(gòu)成交叉齒輪。也就是說，成為小齒輪56的齒由遮光板座A齒輪部58a的齒與齒輪70的齒以規(guī)定的彈簧載荷夾著的構(gòu)成。
此外，在遮光板座B59上與其轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸上配置有扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧72，對遮光板座B的齒輪部59a在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上施加作用力。即，遮光板座B齒輪與遮光板座A齒輪的齒被加載成必定在同一部位處接觸。
在根據(jù)圖像輸入的亮度信號(hào)確定適當(dāng)?shù)墓馊α?，?dòng)態(tài)地控制遮光板23的開閉的情況下，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51的輸出傳遞至遮光板A23a、遮光板B23b。此時(shí)，如果在連接于電動(dòng)機(jī)51的小齒輪56與遮光板座A齒輪58a間，以及遮光板座A齒輪58b與遮光板座B齒輪59a間有游隙，則在這些齒輪嚙合部處發(fā)生齒輪彼此的敲擊聲。特別是遮光板23從打開方向向遮光方向，或者從遮光方向向打開方向動(dòng)作切換時(shí)，也就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)51的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)的情況下會(huì)顯著的發(fā)生。特別是，在作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的情況下，因?yàn)槭遣竭M(jìn)驅(qū)動(dòng)，所以即使是同一方向的驅(qū)動(dòng)也容易發(fā)生齒輪彼此的敲擊聲。
雖然在上述中使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，但是即使是例如脈沖電動(dòng)機(jī)、電流電動(dòng)機(jī)等直流電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等在反轉(zhuǎn)時(shí)也發(fā)生同樣的敲擊聲。
一般來說，在由上述這種齒輪系傳遞動(dòng)力的情況下，有時(shí)通過由扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧等在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上施加作用力使齒輪的齒彼此單向接觸。但是，即使在這種構(gòu)成中，在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)也因?yàn)榭蓜?dòng)部有慣性，而發(fā)生齒輪的敲擊聲。
也就是說，即使在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)急劇重復(fù)的情況下，為了在齒輪的嚙合部處也不發(fā)生敲擊聲，有必要使從作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)第一級(jí)齒輪部的嚙合部的游隙接近于零。此時(shí)，雖然調(diào)整齒輪彼此的軸間距離、齒輪的精加工精度可以降低游隙，但是其中有極限。此外，還有必要考慮溫度引起的伸縮或齒輪的成形偏差。
在本實(shí)施方式中，如圖5中所示，將遮光板座A側(cè)的齒輪取為兩個(gè)構(gòu)成，以便使從驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的在第一級(jí)處所嚙合的小齒輪56與遮光板座A58的齒輪58a間的游隙為零，構(gòu)成為通過螺旋彈簧71的彈簧力夾著小齒輪56的齒(交叉齒輪)的構(gòu)成。具體地說，取為例如齒輪58a接觸于小齒輪56的槽的一側(cè)面，齒輪70接觸于槽的另一方的側(cè)面的構(gòu)成。通過像這樣構(gòu)成，因?yàn)榧词剐↓X輪向任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都與齒輪58a或齒輪70的某一方接觸，所以能夠減少游隙。而且，齒輪58a、齒輪70各個(gè)設(shè)置有螺旋彈簧，以便朝接觸于小齒輪56的方向施加作用力。具體地說，重疊并列設(shè)置齒輪58a與齒輪70取為二級(jí)構(gòu)成，取為將螺旋彈簧的一端連接于齒輪58a，將螺旋彈簧的另一端連接于齒輪70的構(gòu)成。
由齒輪部的嚙合引起的敲擊聲的噪音，從驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一級(jí)處發(fā)生的是主要的，降低這里的敲擊聲在噪音降低中是最有效的。但是，為了進(jìn)一步降低噪音，必須在第二級(jí)的嚙合部處也抑制敲擊聲的發(fā)生。因此，通過在具有第二級(jí)的齒輪的遮光板座B59上設(shè)置扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧72，朝嚙合方向進(jìn)行施加作用力而能夠降低。在第二級(jí)的齒輪部處，因?yàn)榈诙?jí)以后的可動(dòng)部的慣性小，所以通過向單側(cè)的作用力施加是十分有效的。
這樣一來，在具有照明用的光源，部分地遮擋從光源所射出的照明光的光束的光圈機(jī)構(gòu)，以及根據(jù)圖像輸入的亮度信號(hào)設(shè)定最佳增益，調(diào)節(jié)亮度信號(hào)的控制電路的投影型圖像顯示裝置中，在作為光圈機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)側(cè)的小齒輪與第一級(jí)處把嚙合齒輪部取為兩個(gè)構(gòu)成而嚙合于小齒輪，在這兩個(gè)齒輪間配置彈簧產(chǎn)生彈簧力，取為由兩個(gè)齒輪和彈簧夾住電動(dòng)機(jī)側(cè)的小齒輪的齒(交叉齒輪)的構(gòu)成，從而可以實(shí)現(xiàn)低噪音。
此外，在上述投影型圖像顯示裝置的另一個(gè)具體的實(shí)施方式中，在從光圈機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力的齒輪系中，通過在第二級(jí)的嚙合齒輪部上，設(shè)置用來在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上施加作用力的扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧可以實(shí)現(xiàn)低噪音。
通過如上所述的構(gòu)成，即使根據(jù)圖像信號(hào)動(dòng)態(tài)地控制光圈，也可以將從機(jī)器發(fā)生的噪音抑制到最低限度，可以提高機(jī)器的質(zhì)量。
因?yàn)樵谠O(shè)置根據(jù)圖像的輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)地調(diào)整來自光源的光束的光圈機(jī)構(gòu)，使圖像的對比度提高成為可能的投影型液晶顯示裝置中，可以將光圈機(jī)構(gòu)的動(dòng)作聲抑制到最低限度，因此，作為家庭影院領(lǐng)域中所使用的投影型圖像顯示裝置特別有用。
通過根據(jù)圖像輸入的亮度信號(hào)動(dòng)態(tài)地遮擋控制從照明用的光源所射出的照明光的光束，提高圖像信號(hào)的對比度特性，并且減少光圈的動(dòng)作聲成為可能。
權(quán)利要求
1.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括射出光的光源，使來自所述光源的光均勻化的積分器，調(diào)制來自所述積分器的光的光閥，投影由光閥所調(diào)制的光的投影透鏡，以及配置于所述光源與所述積分器之間的光圈單元，其中，所述光圈單元包括部分地遮擋來自所述光源的光的能夠開閉的第一遮光板與第二遮光板，驅(qū)動(dòng)所述第一遮光板與所述第二遮光板的電動(dòng)機(jī)，連接于所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸的小齒輪，與所述第一遮光板連接，具有與所述小齒輪的槽的第一側(cè)面接觸的第一齒輪，與所述小齒輪的槽的第二側(cè)面接觸的第二齒輪，以及設(shè)置在與所述第一齒輪和所述第二齒輪不同的側(cè)面的第三齒輪的第一座，以及與所述第二遮光板連接，具有與所述第三齒輪嚙合的第四齒輪的第二座。
2.如權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述積分器由第一陣列透鏡和第二陣列透鏡形成，所述光圈單元配置于所述第一陣列透鏡與所述第二陣列透鏡之間。
3.如權(quán)利要求2所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于設(shè)置分別對所述第一齒輪和所述第二齒輪在與所述小齒輪接觸的方向上施加作用力的彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一齒輪與所述第二齒輪重疊并列設(shè)置，所述彈簧是將一端連接于所述第一齒輪，將另一端連接于所述第二齒輪的扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧。
5.如權(quán)利要求4所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于與所述第一座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸同心狀地設(shè)置壓縮彈簧，在所述第一和第二座上設(shè)置罩蓋。
6.如權(quán)利要求5所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
7.一種遮擋光的光圈單元，其特征在于，包括遮擋所述光的能夠開閉的第一遮光板與第二遮光板，驅(qū)動(dòng)所述第一遮光板與所述第二遮光板的電動(dòng)機(jī)，連接于所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸的小齒輪，與所述第一遮光板連接，由與所述小齒輪的槽的第一側(cè)面接觸的第一齒輪，與所述小齒輪的槽的第二側(cè)面接觸的第二齒輪，以及設(shè)置在與所述第一齒輪和所述第二齒輪不同的側(cè)面的第三齒輪形成的第一座，以及與所述第二遮光板連接，由與所述第三齒輪嚙合的第四齒輪形成的第二座。
8.如權(quán)利要求7所述的光圈單元，其特征在于設(shè)置分別對所述第一齒輪和所述第二齒輪在與所述小齒輪接觸的方向上施加作用力的彈簧。
9.如權(quán)利要求8所述的光圈單元，其特征在于所述第一齒輪與所述第二齒輪重疊并列設(shè)置，所述彈簧是將一端連接于所述第一齒輪，將另一端連接于所述第二齒輪的扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧。
10.如權(quán)利要求9所述的光圈單元，其特征在于與所述第一座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸同心狀地設(shè)置壓縮彈簧，在所述第一和第二座上設(shè)置罩蓋。
11.如權(quán)利要求10所述的光圈單元，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光圈單元，在與作為光圈機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)側(cè)的小齒輪(56)第一級(jí)處將嚙合齒輪部(58a)取為接觸于小齒輪的槽的一側(cè)面的齒輪部(58a)，與接觸于小齒輪的槽的另一個(gè)側(cè)面的齒輪部(70)的兩個(gè)構(gòu)成。
文檔編號(hào)G03B9/02GK1912734SQ200610115430
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者乾真朗, 大島浩, 芳野理之 申請人:株式會(huì)社日立制作所