CN1041965C - 投影透镜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对投影屏幕上的散焦进行校正的措施。它做成使组成投影透镜的透镜元件组中的一光耦合透镜在光轴方向上可少量位移。光耦合液因液温上升而引起的体积膨胀转换为压力变化。利用该压力变化来控制光耦合透镜的移动。与液温上升相联动，自动地进行投影透镜的焦点校正。

Description

投影透镜装置
本发明涉及将比较小型的布老恩管(阴极射线显像管)等所映出的影像放大投影到屏幕时使用的投影透镜以及装载该透镜的影像投影装置。
为了获得大画面电视图像，在比较小的布老恩管(以下称作CRT)上放映电视图像，再由投影透镜扩放投影到屏幕上的方法是公知技术。图2是影像投影到设置于影像投影装置16左侧屏幕17的状况的示意图。它采用这种方式，即投影透镜与CRT之间充有折射率接近CRT面板且透明度高的液体，以光学方式相结合，使界面反射减少，没有用的光剧减，从而使投影图像的鲜明度与对比度显著改善。一般称此为光耦合方式。
图1中示出现有投影透镜装置的轴向剖面图。在光耦合套壳(以下称为OC套壳)2的右侧装配有CRT3，左侧装配有光耦合透镜(以下称为OC透镜)4，它在组成投影透镜1的透镜单元元件组中，处于最右端。OC套壳2上有槽5、6，该槽中塞入了密封橡胶7、8。在从左边和右边分别将OC透镜4和CRT3装配到OC套壳2时，密封橡胶7、8分别紧贴OC透镜4和CRT面板18，形成可密封液体的密封垫。
而且OC套壳2的上部形成了调压开口部9。该调压开口部9配有橡胶等弹性体作成的缓压膜10。缓压膜10其外缘形成了压接密封部11，该部分塞入到形成于调压开口部9周围的密封槽内。这里装配压盖12时，压接密封部11由两边的挤压平面压着，OC套壳2、CRT3以及OC透镜4所围成的光耦合室14(以下称为OC室)就密封成液密状态。另外压盖12上开有通气孔13，用来在缓压膜10向上方移动时让当中的空气通过。
如图1那样组装后，向OC室14注入充填光耦合液(以下称为OC液)15，盖上缓压膜10来封住调压开口部9，以使OC液15不漏出。现在一般可以使用乙二醇、乙二醇与丙三醇，或者这些当中混有少量纯水的液体等作为OC液15。
驱动CRT3在光栅面上放映出的图像经投影透镜1放大投影到设于影像投影装置16前方的屏幕17上(图2)。如图1所示构成的投影透镜装置中，OC液15是作为光学系统的重要因素起作用的，折射率的变化给投影透镜的成像性能带来很大影响。
影像投影装置的CRT需要有很大的光输出用于放大投影，因而与直观显像管电视的CRT相比，要用非常高的电力来驱动。因此CRT本身，尤其是前面玻壳的管面温度要上升到100℃以上。OC液15起到了使管面温度下降的冷却液的作用。通过该OC液15将热量传导到封住OC液15的OC套壳2，由此向空气中散热。而且由于OC液15液温上升所引起的体积膨胀，缓压膜10向上顶起一膨胀体积增量。
液温上升时OC液15随体积膨胀其折射率下降。例如乙二醇在20℃时，其折射率(Ne光谱线)为1．4308，在70℃则为1．4146。驱动CRT期间，OC液温度慢慢上升，对于一般的影像投影装置，液温的最高温度达到70℃-80℃。OC液其折射率随温度上升而变化，因而例如即使初始在20℃左右进行了精密的聚焦，但随温度的上升OC液折射率下降，焦面会向投影透镜方向(图2中箭头所指方向)移动。屏幕面上的聚焦就偏离。结果发生投影像模糊的现象。
综上所述，驱动CRT时，OC液必然液温上升，折射率下降。由于这种影响，发生偏离初始的焦面，投影像模糊。对于这种现象目前没有采取积极的措施。
本发明其目的正是解决上述问题，以提供一种以极简单结构自动有效地进行焦面校正的投影透镜装置。
用硅橡胶等具有橡胶弹性的粘接剂将OC透镜粘接在OC套壳上，一旦向OC透镜施加压力，橡胶粘接层弹性就变化，OC透镜就可以在光轴上少量移动。OC透镜是液密地粘接的。而且橡胶粘接层的弹性回复力特性是按对粘接材料种类的选定、粘接层厚度、粘接面长度等作最优设计，以便能获得所需弹性回复特性和耐久性的方法建立的。
因此，采用有橡胶弹性的粘接材料将投影透镜1透镜组之一的OC透镜粘接在OC套壳上，形成一种上述OC透镜随OC室的内压对其的作用，可以在光轴方向上少量连续移动的构造。
图1是现有例中投影透镜装置的轴向剖面图。
图2是用影像投影装置将影像投影到其前方屏幕状况的示意图。
图3是本发明一实施例投影透镜装置的轴向剖面图。
图4表示相同装置的OC液体积膨胀特性。
图5表示本发明投影透镜装置OC室的内压增量随OC液温变化的特性(以空气室容量60CC为例)。
图6表示本发明投影透镜装置OC透镜位移量随OC液温变化的特性(以空气室容量60CC为例)。
图7表示本发明投影透镜装置OC室的内压增量随液温变化的特性(以空气室容量30CC为例)。
图8表示本发明投影透镜装置OC透镜位移量随液温变化的特性(以空气室容量30CC为例)。
图9是本发明另一实施例投影透镜装置(透镜元件组略)的轴向剖面图。
图10是空气箱离开OC套壳设置时投影透镜装置(透镜元件组略)的轴向剖面图。
(实施例1)
图3是本发明一实施例投影透镜装置的轴向剖面图。
OC透镜22从左侧由橡胶类粘接材料液密地粘接在OC套壳21上，沿OC透镜22的整个外周端面均匀地形成有相当厚度的粘接层32。又从图3右侧将CRT23塞入OC套壳21到规定位置。在OC套壳21的内壁与CRT23侧面的缝隙中压入了比缝隙宽度稍许粗一些且直径均匀的橡胶环(以下称为O型环)24，将CRT23环绕在正中不会上下左右振动。之后向上述缝隙注入充填硅橡胶等粘接剂，进行液密的粘接密封。
向OC套壳21、OC透镜22以及CRT23三者所形成的液密空间的OC室33注入充填OC液34。
如前所述，OC透镜22由会弹性形变的橡胶类粘接材料粘接，因而OC室33内压增加时，就随该内压按图3虚线所示方向移动，而且内压一消失便回复到原先的位置。在CRT23的漏斗部分形成有多个鞍部25，该部分与压板26碰接，可抵住CRT23，即使OC室33内压上升也不会移动。
在OC套壳21上部形成了兼作向OC室33注入OC液34的注入孔的调压开口部27。该调压开口部由橡胶等弹性体作成的可动隔膜28覆盖。可动隔膜28的外缘由压接密封部29压着塞入到调压开口部27周围所形成的密封槽中。槽上装配空气箱30时，压接密封部29紧贴上下挤压平面，因而OC室33的OC液34被密封，OC室33呈液密状态，而且空气箱30内的空气也被密封，空气箱30呈气密状态，不会漏气。空气箱30设计成具有预定的容积。而且可动隔膜28随着OC液34体积的膨胀上下波动。
以下说明上述构成的本发明投影透镜装置实施例的动作。
初始聚焦设定中，所进行的聚焦使屏幕上放映出鲜明的影像。驱动CRT23发热时，此热量从管面传到OC液34，OC液温度便慢慢上升。OC液34随液温上升，体积膨胀，折射率下降。因这种影响，本来的聚焦面便慢慢地离开屏幕面向投影透镜一侧移动。因此，屏幕上的影像就变模糊。要消除这种缺点，只要不论OC液温如何变化，都使本来调好的聚焦面仍保持在屏幕面上。
本发明是将OC液液温上升引起的体积膨胀转化为压力的变化，使OC透镜22少量连续移动，来达到上述目的的。
图4是表示OC液温度与体积膨胀之间关系的曲线图。这是采用乙二醇作为OC液，设液温0℃时的体积为1，并按对1的比值画出曲线。由图4可知，膨胀曲线基本上画成一次曲线。
OC室33由OC液34充填。OC液34膨胀时，可动隔膜28慢慢向上顶起，空气室31内的内压上升基本上也呈一次曲线的形式。
如果这里OC透镜22由无法位移的结构牢固地固定在OC套壳21上时，那么OC液34的膨胀增量就几乎被可动隔膜28的向上位移所吸收。假使向OC室33注入了500cc的OC液34，则20℃至70℃的液温变化有约18．5cc的膨胀增量。空气室31内的空气就被压缩了与该膨胀增量相当的体积，内压便上升。内压上升多少因空气室31空气容量而异。
但如果是图3所示那种OC透镜22可以沿轴向位移的构造的话，OC液34的膨胀增量就会由可动隔膜28的向上位移与OC透镜22的位移一起来吸收。
对OC透镜22位移反作用的粘接层32弹性回复力，OC室33内压作用于OC透镜22的压力，以及空气室31的内压产生的压力三者之间存在如下关系：
(空气室31的内压)=(OC室33的内压)
(OC室33的内压作用于OC透镜22的压力)=(因OC透镜22的位移而产生粘接层32的弹性回复力)
换言之，保持空气室31的内压，而且以OC液34为中间媒介，对OC透镜22产生了挤压。
要针对OC液34的温度上升进行聚焦面校正，所需OC透镜22位移的大小各个投影透镜稍有差异。这可以通过对讨论对象的投影透镜20进行光学模拟来解决。
在图3所示的投影透镜20中，相对20℃至70℃的液温变化需要使OC透镜22有约0．5mm的位移。必须以对此50℃的液温变化，OC透镜22获得0．5mm位移量为必要条件，并根据OC液34的液量，最佳设计粘接层32的弹性回复力特性和空气箱30的空气容量。
实际设计过程中，需要考虑以下方面来求得最佳解。
(1)随着OC液34温度的上升，OC套壳21本身也膨胀，因而OC室33的容积增加。至于增加多少，则因OC套壳21的形状、材料以及构造而有一些差异，所以重要的是通过实验求得正确的增加值。
(2)OC液34的膨胀由“OC透镜22的位移”、“可动隔膜28的位移”和“OC套壳21本身的膨胀”这三者来吸收。相对于OC液34的液温上升，OC套壳21本身的膨胀量(即OC室33的容积增量)是由OC套壳材料决定的值，而OC透镜22应该位移的值必须是对OC液34折射率变化作校正的值。因此，大部分的OC液34膨胀增量必须由可动隔膜28的位移来吸收。
(3)OC透镜22的位移量是由粘接层32的弹性回复力特性、与作用于OC透镜22的压力的相关关系所决定的。该压力发生源是空气室31的内压，该内压主要来自OC液34体积膨胀对空气室31内空气的压缩。因此，确定空气箱30的空气容量是重点。
(4)空气量31内空气本身的温度也有某种程度的上升，并带来空气本身膨胀，其内压上升中还要附带考虑这点。该温度预计比影像投影装置内的温度稍高一些。
以下揭示实际进行最优化模拟时的例子。
这里粘接层32的弹性回复力特性、OC套壳21本身的温升引起的OC室33容积的增量，以及常温时OC液34注入量均通过实际造样实测求出。
如图3所示，OC透镜22粘接在OC套壳21后，向OC室33内部加压时，粘接层弹性回复力特性用OC透镜22单位长度位移所需的压力来表示(例如，2kg／cm2／cm表示要使OC透镜22位移1cm，需要2kg／cm2的压力)。
最优化是采用能编入至此所述各项条件和要素作模拟的专用程序进行的。
以下是用于模拟的主要条件和参数。(1)液温变化                从初始的20℃到升温时的70℃(2)OC透镜位移量            相对于上述温度变化为0．5mm(3)OC液量                  500cc(4)OC液膨胀率              图4所示的膨胀率数据(5)粘接层弹性回复力特性    3kg／cm2／cm(6)空气室容量              60cc(7)OC透镜受压面积          154cm2
图5是表示在采用上述各项内容进行模拟时OC室33内压(=空气室31内压)变化的曲线图。可以看到随OC液温上升，内压基本上直线上升的状况。
图6是表示那时OC透镜22位移量的曲线图。位移量也随液温的上升直线增加。所得到的作为OC液温70℃附近散焦校正必要条件的OC透镜位移量，其值接近于0．5mm。
图7、图8点表示在空气室31容量为30cc，其他内容全部与以上相同的情况下进行模拟时，内压上升与OC透镜位移量变化的曲线图。仅相应于空气室31减少的空气量，空气室31内的空气压缩率增大，内压上升值也变大。因此，OC透镜22的位移量也增加了。
所用的投影透镜确定好的话，OC透镜的大小就大致确定了，所以其周围所形成粘接层的弹性回复力特性可设计的自由度并不那么大。因此，OC室33内压上升特性的设定，主要通过将空气室31的容量设定为某值来进行。这样可望有较大的自由度。而且空气箱30造得比模拟求出的空气室31容量值大一些，还可方便地在其中放入塑料球或塑料方块等碎块，谋求微调空气室空气容量，从而对内压上升曲线作细微的调整。
(实施例2)
就投影透镜而言，还有OC透镜直径小的。这时也会存在OC透镜受压面积减小，因而OC透镜受到的压力不足的情况。这时如图9所示，将OC透镜35液密地装配在配件36上，再用前述粘接装配OC透镜22相同的方法将该配件36粘接在OC套壳37上。这样的话，即使直径较小的透镜也可以较为方便地设定受压面积。
(实施例3)
出于机械结构的合理，或空气箱增大等理由，不将空气箱直接装配在OC套壳上也是可以的。这时采用这样一种方法，即如图10所示，将管联接器39植入可动隔膜罩38内，由此通过软管40与设于其他场所的空气箱41相连。显然，这时还需要把软管40的管内空气量计入作为空气箱容量。
如上所述，本发明提供一种不需要复杂的机构、计量装置或电路，而是巧妙地利用随OC液升温所产生的体积膨胀，使OC透镜稍稍位移，对CRT驱动时温升所引起的正确聚焦面的偏移作校正的，前所未有的，结构简单、成本低、可靠性高、具有像面校正功能的投影透镜装置。

Claims (2)

1．一种投影透镜装置，包括：
显示图像的显示器件；
多个透镜单元组成的投影透镜；以及
分别在一侧装所述显示器件，在所述显示器件相对一侧装所述投影透镜的光耦合套壳，所述光耦合套筒的侧壁上设有一开口，使光耦合室与一空气箱连通；
装在所述光耦合套壳里面的光耦合透镜；
所述光耦合室，是由带橡胶弹性粘接材料的所述光耦合套壳、所述光耦合透镜和所述显示器件所围成的液密空间；
覆盖所述开口的所述空气箱；
一可动膜，由弹性密封材料制成，设于所述开口与所述空气箱之间，分隔所述开口与所述空气箱之间的空间，使所述开口和所述空气箱液密且气密地密封，并相应于所述光耦合室内压力变化而位移，
其特征在于还包括：放在所述空气箱内，用于精密调整所述空气箱空气容量的塑料球或塑料方块等碎块。
2．如权利要求1所述的投影透镜装置，其特征在于，空气箱与所述光耦合套壳分开设置，由软管连接所述空气箱与所述光耦合套壳。
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