燈單元及使用該燈單元的投影儀的製作方法

2023-04-29 00:48:16 1

專利名稱：燈單元及使用該燈單元的投影儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括冷卻機構的燈單元。
背景技術：
通常，投影儀包括用於冷卻安裝的燈的冷卻設備。該冷卻設備廣 泛地使用風扇。
日本專利申請No. 2003-215706公開了一種包括反射器和保持件 的燈單元，其中該反射器具有位於其焦點上的燈，支撐件用於支撐反 射器的開口端。該反射器的開口端由透明板覆蓋，該透明板用於防止 燈爆炸時碎屑四處分散。
支撐件具有用於將空氣導入反射器的入口，和用於從反射器排放 空氣的出口。當來自設置在反射器外部的風扇的冷卻空氣由入口導入 反射器中並且在反射器中的空氣由出口排放時，氣流(冷卻氣流)在 反射器內經過，並且撞擊在燈上以冷卻燈。

發明內容
然而，僅當通過從風扇將冷卻空氣導入反射器中而產生的氣流(冷 卻氣流)撞擊在燈上時，難以獲得充足的冷卻能力。
與投影儀一起廣泛使用的高壓汞燈存在期望被局部冷卻的受熱區 域，難以由風扇執行這樣的局部冷卻。
本發明的示例性特性提供一種燈單元，其可以解決上述和其他的 示例性問題，並且可以高精度地將充足速度的冷卻空氣施加到燈的期
望區域。
為了獲得上述和其他的示例性特性，根據本發明的示例性方面的 燈單元包括其中安裝有燈的反射器，由該反射器反射來自燈的光； 支撐反射器的反射器支撐件；以及固定到反射器支撐件的噴射元件， 其噴射空氣以冷卻燈。噴射元件包括插入元件，將壓縮空氣提供到 噴射元件的管狀空氣供應元件插入到該插入元件中；包括液體通道的 液體通道形成元件，空氣從插入插入元件中的空氣供應元件的末端提 供到該液體通道；以及至少一個孔(例如，具有預定小直徑的小孔)， 設定在噴射元件的末端上並且通過設定液體通道的液體通道壁延伸。 液體通道形成元件包括在所述噴射元件末端比在所述插入元件小的液 體通道橫截面面積。
根據如上所述的本發明，加壓的壓縮空氣通過空氣供應元件提供 到噴射元件，其通過設定在其末端的小孔排放冷卻空氣。從小孔排放 的冷卻空氣施加到燈單元以局部地冷卻燈。
此外，在本發明中，具有安裝在其中的燈的反射器由反射器支撐 件支撐，並且噴射元件固定到反射器支撐件。因此，燈和噴射元件相 對於反射器支撐件被定位。由於相同的元件用作定位燈和噴射元件的 參照物，所以燈和噴射元件之間的位置關係被高精度地設定，並且從 噴射元件的小孔排放的冷卻空氣可以高精度地施加到燈的期望區域。
相反地，如果燈和噴射元件相對於不同的參照元件定位，則需要 考慮參照元件定位燈和噴射元件的定位精確度和參照元件之間的定位 精確度，並且難以高精度地設定燈和噴射元件之間的位置關係。
根據本發明，空氣供應元件插入噴射元件中以實現可交換單元(例 如模塊化的)結構。在這樣的一種結構中，在插入元件的液體通道的 截面尺寸比空氣供應元件的外部輪廓大。如果貫穿整個液體通道形成元件的液體通道截面面積與在插入元件的液體通道的相同，則從空氣 供應元件提供的壓縮空氣被導入作為大空間的液體通道中，因此，空 氣受到壓力損失，導致從小孔排放的空氣的速度減小。液體通道形成 元件的液體通道截面面積可以有利地減小，以最小化由壓力損失導致 的從小孔排放的空氣速度的減小。根據本發明，由於在噴射元件末端 的液體通道截面面積比在插入元件的液體通道截面面積小，所以增加 了從小孔排放的空氣的速度。
根據本發明，如上所述，由於冷卻空氣從噴射元件的小孔以充足 的速度排放，並且冷卻空氣被高精度地施加到燈(例如，高壓汞燈等) 的期望區域，燈可以保持在合適的溫度。因此，可以防止燈發暗變黑 (例如，由於在燈的內壁表面上的汞沉積和陽極斑點)，從而與以前 相比具有長的使用壽命和更高的可靠性。
參考示出本發明實例的附圖，本發明的上述和其他示例性方面、 特性和優點將從下面的說明中變得明顯。


圖1是根據本發明的示例性實施例的燈單元的透視圖2是包括圖1中所示的噴射元件的噴嘴組件的分解透視圖3是圖1中所示的噴射元件的實例的橫截面圖4是圖1中所示的噴射元件的另一實例的橫截面圖5是示出小孔的直徑和空氣速度之間的關係的特性圖6是示出噴射元件和燈(發光管)之間的位置關係的視圖7是示出噴射元件和燈(發光管)之間的位置關係的視圖8是組合了圖1中所示的燈單元的投影儀的主要部分的透視圖;
以及
圖9是圖8中所示的投影儀主要部分的一部分的分解透視圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明示例性實施例的燈單元的透視圖。如圖1所示， 組合到投影儀的中的燈單元包括具有燈的反射器10和支撐反射器10
開口端的反射器支撐件20。反射器10具有凹反射面，例如形成為迴轉
拋物面的反射面，並且燈位於其焦點上。來自燈的光直接地從開口發 射，或者由反射面反射然後以一定方向從開口發射。
反射器支撐件20形成為覆蓋反射器IO開口端的杯，並且具有使 從反射器10開口端發射的光穿過的圓形窗21。窗20由透明材料(例 如玻璃或樹脂)製成，該材料具有這樣的特性該材料可以使在組合 了燈單元的設備中所使用的波長範圍內的光從中穿過。
反射器支撐件20包括其上安裝有噴射元件22的附件27，將反射 器支撐件20定位在機座上的定位元件24至26，用於將來自風扇(未 示出)的空氣導入反射器的入口 29，以及用於將空氣從反射器排放的 出口 100。定位元件24至26形成為用於接合入在外部元件的一定位置 上的容器(例如孔等)中的銷。反射器支撐件20可以具有四個或更多 的定位元件。反射器支撐件20由定位元件24至26定位，然後由螺絲 固定到機座。除了燈單元，照明光學系統的光學組件、反射稜鏡和圖 像顯示設備(例如數字微鏡設備(DMD))也安裝在機座上。
圖2是包括噴射元件22的噴嘴組件的分解透視圖。如圖2所示， 噴射元件22是管狀的，並且具有用於噴射空氣的小孔221，且設定在 其末端附近。噴射元件22具有遠離其末端的開口端。連接器23具有 通過其開口端插入噴射元件22的雙頭螺栓23a。
連接器23包括L形的排氣管，並且具有連接到與增壓泵(未示出) 的出口連接的管的端部。用於給噴射元件22提供壓縮空氣的管狀雙頭 螺栓23a安裝在連接器23的另一端。雙頭螺栓23a通過襯墊28插入噴 射元件22。襯墊28用於防止空氣從襯墊23a和噴射元件22之間的連 接處洩漏，並且由例如矽樹脂等製成。襯墊28可以由粘合劑固定到噴
射元件22的開口端，並且雙頭螺栓23a可以由固定襯墊28可移動地 固定到位。
噴射元件22的開口端具有孔222、 223，通過該孔噴射元件22固 定到反射器支撐件20的附件27上。附件27具有開口，噴射元件22 通過該開口插入，附件27在開口附近還具有銷271和螺絲孔272。銷 271插入噴射元件22的孔222中，噴射元件22被定位以使孔223恰好 保持在螺絲孔272上面。然後，將螺絲釘(未示出)穿過孔223插入 螺絲孔272中，從而將噴射元件22固定到反射器支撐件20的附件27 上。由於噴射件22固定到反射器支撐件20上，從小孔221排放的壓 縮空氣撞擊在反射器10中的燈的期望區域上。
圖3是噴射元件22的實例的橫截面圖。如圖3所示，噴射元件 22包括管22a和管22b，雙頭螺栓23a插入該管22a中，管22b具有比 管22a更小的內側直徑。管22a、 22b具有各自的中心"a"，其在垂直 於這些管縱向的截面上基本上彼此對齊。小孔221設定在管22b的側 壁上。管22b的側壁具有優選地大約是小孔221直徑的三倍的厚度。 例如，如果小孔221的直徑是0.3mm，則管22b的側壁厚度是l.Omm。 當然，本發明不限於這一比率，根據設計者的限制和要求也可以採用 其他的比率。
當雙頭螺栓23a插入噴射元件22中時，管22a的內側直徑比雙頭 螺栓23a的外部輪廓大。如果管22a、 22b的內側直徑基本上彼此相同， 則整個管組件的內側直徑比雙頭螺栓23a的外部輪廓大。換句話說， 噴射元件22的液體通道的橫截面面積比雙頭螺栓23a的液體通道的橫 截面面積大。在這種情況下，從雙頭螺栓23a排放的壓縮空氣被導入 液體通道(具有相對大的空間)，然後通過小孔221噴射出噴射元件 22。當從雙頭螺栓23a排放的壓縮空氣導入具有相對大的空間的液體 通道時，空氣受到壓力損失，導致從小孔221排放的空氣的速度減小。
在噴射元件22中的液體通道的橫截面面積和雙頭螺栓23a的液體 通道的橫截面面積之間的差異減小以使壓力損失導致的從小孔221排 放的空氣速度減小最小化。具體地，在噴射元件22中導入小孔221的 液體通道的橫截面面積從雙頭螺栓23a插入的一側逐步地(或持續地) 減小，從而減小壓力損失並且增加從小孔221排放的空氣的速度。根 據圖3中示出的結構，因為管22b的內側直徑比管22a的內側直徑小， 所以噴射元件22的液體通道的橫截面面積相應地減小，從而增加了從 小孔221排放的空氣的速度。
圖4是噴射元件22的另一實例的橫截面圖。如圖4所示，噴射元 件22包括管22a和管22c，雙頭螺栓23a插入該管22a中，管22c具 有比管22a更小的內側直徑。管22a、 22c具有各自的中心，其在垂直 於這些管縱向的截面上彼此偏移。具體地，噴射元件22具有偏心結構， 其中管22c的中心"b"從管22a的中心"a"向著設定小孔221的一側 偏移。
在圖3中所示的噴射元件中，在設定小孔221的一側上，在管22a 和管22b之間的邊界上存在臺階(未示出)，並且小孔221的出口由 該臺階而與燈間隔開。與出口間隔地越大，從小孔221排放的壓縮空 氣的速度越低。根據在圖4中所示的偏心結構，在設定小孔221的一 側上，在管22a和管22c之間的邊界上沒有臺階。由於沒有臺階，小孔 221的出口設置地與燈更加接近，從而用於冷卻燈的壓縮空氣的速度可 以比具有圖3中所示的結構的速度更高。
從小孔221排放的壓縮空氣的速度根據小孔221的直徑而變化。 圖5示出了小孔的直徑和空氣速度之間的關係。在圖5中示出的圖示 出了實驗的結果，其中當導入恆定的壓縮空氣時測量了小孔的直徑和 空氣速度之間的關係。結果顯示如果小孔221的直徑小於0.2mm，則 由於通過小孔221時對壓縮空氣的阻力增加，所以空氣速度值急劇地 下降(例如在大約30m/s以下)。此外，如果小孔221的直徑超過0.4mm，
則空氣速度值將在大約20m/s以下。當為了局部地冷卻反射器中使用 的燈而要求空氣速度至少在大約20m/s以下時，小孔221的直徑優選 地應該在大約0.2mm至大約0.4mm的範圍內。更優選地，小孔221的 直徑應該在大約0.2mm至大約0.3mm的範圍內。由於這樣的直徑範圍， 空氣速度等於或大於大約30m/s。
下面，將更具體地說明噴射元件22和燈(發光管)之間的位置關係。
圖6和7是示出噴射元件22和燈(發光管)之間的位置關係的視 圖。圖6示出了圖1中所示的在說明中省略了反射器支撐件20的燈單 元，圖7示出了在圖6中示出的燈單元，示出了從上面觀察時的小孔 和發光管附近的部分。
如圖6和7所示，噴射元件22設置在這樣的一個角度和位置上， 在該角度從小孔221排放的壓縮空氣撞擊在設置在反射器10中的發光 管30的期望區域上，在該位置噴射元件22不阻擋從反射器10發射並 穿過窗21的光通量(例如，在有效範圍內的光通量)。在圖6和7中， 箭頭A表示壓縮空氣從小孔221排放的方向。
如果噴射元件和反射器支撐件具有一體的結構，則難以精確地形 成小孔。根據本實施例的燈單元，因為噴射元件22與反射器支撐件20 分開，所以小孔221可以高精度地加工。在圖2中所示的定位裝置(孔 222、 223，銷271)允許噴射元件高精度地安裝在反射器支撐件上。當 實現高精度的加工處理和高精度的定位處理後，可以準確地將來自小 孔221的壓縮空氣施加到燈的期望區域。在圖3中所示的臺階結構和 在圖4中所示的偏心結構有效地將來自小孔221的壓縮空氣以更高的 速度施加到燈的期望區域。因此，燈的期望區域可以保持在適當的溼 度，結果可以防止燈發暗變黑(例如，由於在燈的內壁表面上的汞沉 積和陽極斑點)，從而具有長的使用壽命和增強的可靠性。
下面，將詳細地說明根據本發明示例性實施例的組合了燈單元的 反射器。
圖8是組合了圖1中所示的燈單元的投影儀的主要部分的透視圖。
圖9是圖8中所示的投影儀主要部分的一部分的分解透視圖。
如圖8所示，反射器的主要部分包括燈單元1,機座2，風扇3， 和隔膜型吹風機4.燈單元1是在圖1中所示的燈單元，其由定位元件 24至26精確地設置在機座2上並且固定到機座2。
隔膜型吹風機4包括現有的增壓泵，並且具有通過矽樹脂管5與 連接器23連接的出口 。從隔膜型吹風機4排放的壓縮空氣接連地流過 矽樹脂管5、連接器23和雙頭螺栓23a而進入噴射元件22，從該噴射 元件壓縮空氣通過小孔221向燈排放。風扇3從風扇管3a吸氣。由風 扇3輸送的氣流通過導入管29導入反射器10。
在機座2上安裝有照明光學系統和空間調製設備，從燈單元1的 窗21發射的光通量(例如平行光通量)施加到該照明光學系統上，並 且該空間調製設備由來自照明光學系統的光通量輻射。空間調製設備 例如包括液晶面板或DMD (數字微鏡設備)。通常由空間調製設備產 生的圖像光由投影光學系統(未示出)投射到外部屏上。
投影儀同時由隔膜型吹風機4和風扇3冷卻。具體地，隔膜型吹 風機4可以局部地冷卻燈的受熱區域，並且風扇3可以冷卻整個燈。 由隔膜型吹風機4提供的局部冷卻使得可以執行燈的各部分的精確溫 度管理，用於提高燈的使用壽命，這不是單獨由風扇提供的冷卻所能 達到的。
在根據本發明的燈單元中，來自增壓泵的壓縮空氣通過雙頭螺栓
提供到噴射元件，其中雙頭螺栓用作空氣提供元件，噴射元件通過設 在其末端的小孔排放冷卻空氣。從小孔排放的冷卻空氣被施加到燈單 元以局部地冷卻燈。
此外，在根據本發明的燈單元中，安裝了燈的反射器由反射器支 撐件支撐，並且噴射元件固定到反射器支撐件。因此，燈和噴射元件 都相對于于反射器支撐件被定位。由於相同的元件用作定位燈和噴射 元件的參照物，所以燈和噴射元件之間的位置關係被高精度地設置， 從噴射元件的小孔排放的冷卻空氣可以高精度地施加到燈的期望區 域。
在根據本發明的燈單元中，如圖3和4所示，導入小孔的液體通 道的橫截面面積向噴射元件的末端逐步地減小或者持續地減小。因此， 由壓力損失導致的從小孔排放的空氣速度的減小被最小化。
根據本發明，如上所述，由於冷卻空氣從噴射元件的小孔以充足 的速度排放，並且冷卻空氣被高精度地施加到燈(例如高壓汞燈等) 的期望區域，所以燈可以保持在合適的溫度。因此，防止了燈發暗變 黑(例如，由於在燈的內壁表面上的汞沉積和陽極斑點)，且因此相 比於以前具有更長的使用壽命和更高的可靠性。
上述的說明的燈單元是本發明的一個實例，可以在不脫離本發明 的範圍的情況下改變該燈單元。例如，噴射元件22可以具有任何結構， 只要噴射元件22的液體通道的橫截面面積可以減小。例如，噴射元件 22可以具有錐形的結構，其中噴射元件的橫截面面積從雙頭螺栓23a 插入的一側逐漸地變小。
在噴射元件22的末端上設定的小孔221不限於單個小孔。可代替 地，多個小孔221可以設定在噴射元件22的末端上，用於由來自這些 小孔的冷卻空氣同時冷卻燈的多個區域。
小孔221可以設定在噴射元件22的末端表面上(具體地是在管 22b中的液體通道端部的壁)。
多個噴射元件22可以設置在反射器支撐件20上，用於由來自噴 射元件的冷卻空氣同時冷卻燈的多個區域。
根據本發明的燈單元一般可用於投影儀。除了投影儀外，根據本 發明的燈單r元也可用於與個人計算機一起使用的顯示設備，例如液晶
顯示設備。
本申請基於2006年10月6日在日本專利局申請的日本專利申請 No.2006-275086，並且要求其優先權，其內容在此結合以供參考。
雖然已經使用特定條件說明了本發明的示例性實施例，但是這樣 的說明僅僅是用於示例性的目的，應該理解為在不脫離所附權利要求 的精神和範圍內可以進行改變和變型。
權利要求
1.一種燈單元，包括反射器，其中安裝有燈，由該反射器反射來自所述燈的光；反射器支撐件，用於支撐所述反射器；以及噴射元件，固定到所述反射器支撐件，用於噴射空氣以冷卻所述燈；所述噴射元件包括插入元件，將壓縮空氣提供到所述噴射元件的管狀空氣供應元件插入到該插入元件中；液體通道形成元件，其包括液體通道，空氣從插入所述插入元件中的所述空氣供應元件的末端提供到該液體通道；並且至少一個孔，設定在所述噴射元件的末端上並且通過設定所述液體通道的液體通道壁延伸；所述液體通道形成元件包括在所述噴射元件末端比在所述插入元件小的液體通道橫截面面積。
2. 根據權利要求l所述的燈單元，其中液體通道形成元件的所述 液體通道橫截面面積從所述插入元件向所述噴射元件的末端逐步變
3. 根據權利要求l所述的燈單元，其中液體通道形成元件的所述 液體通道橫截面面積從所述插入元件向所述噴射元件的末端持續地變 小。
4. 根據權利要求l所述的燈單元，其中所述液體通道形成元件包括第一液體通道形成元件；以及第二液體通道形成元件，其包括比所述第一液體通道形成元件更 小的液體通道橫截面面積，所述孔設定在所述第二液體通道形成元件 中；所述第二液體通道形成元件包括與所述第一液體通道形成元件的 橫截面中心向設定所述孔的一側偏移的橫截面中心。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的燈單元，其中所述噴射元 件可移除地固定到所述反射器支撐件。
6. —種投影儀，包括根據權利要求1至5中任一項所述的燈單元；空間調製器，空間調製來自所述燈單元的光以產生圖像光；以及 投影光學系統，投影由所述空間調製器產生的圖像光。
全文摘要
一種燈單元，包括其中安裝有燈的反射器(10)，支撐反射器的反射器支撐件(20)，以及固定到反射器支撐件用於噴射空氣以冷卻燈的噴射元件(22)，其中，噴射元件包括用於提供壓縮空氣的其中插入有管狀雙頭螺栓(23a)的插入元件(23)，具有用於提供來自雙頭螺栓的空氣的液體通道的液體通道形成元件，以及設定在噴射元件末端上的孔(221)。
文檔編號F21V29/02GK101375097SQ200780003848
公開日2009年2月25日 申請日期2007年9月13日 優先權日2006年10月6日
發明者西村吉史, 高松宏彰 申請人:Nec顯示器解決方案株式會社