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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für eine Projektionslinsenanordnung
und eine Projektionsanzeigevorrichtung. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Haltevorrichtung für eine Projektionslinsenanordnung
nach Anspruch 1 und eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch
17.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
einer Projektionsanzeigevorrichtung, insbesondere bei einem Rückprojektionsfernseher
ist es gewünscht,
die Bautiefe auf ein Minimum zu reduzieren. Bei bekannten Projektionsfernsehgeräten wird dieses
Ziel beispielsweise dadurch erreicht, dass die Abbildungsstrahlen
mit einer Projektionslinsenanordnung und einem speziellen konkav
geformten Spiegel umgelenkt werden. Anschaulich gesprochen wird der
Abbildungsweg "gefaltet", um die Bautiefe
des Gerätes
zu reduzieren. Mit zunehmender Bildschirmgröße nimmt bei diesem Konzept
allerdings auch die Aufspreizung der Abbildungsstrahlen zu. Dadurch werden
die Abbildungsmittel zunehmend empfindlicher gegenüber Fertigungstoleranzen
der optischen Komponenten. Deshalb müssen die Fertigungstoleranzen
auf der einen Seite eng gesetzt werden. Auf der anderen Seite dürfen die
Fertigungstoleranzen nicht zu eng gesetzt werden, um das Komplettsystem zu
einem akzeptablen Preis herstellen zu können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Hiervon
ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Haltevorrichtung
für eine
Projektionslinsenanordnung zu schaffen, mit der eine hohe Abbildungsgenauigkeit
bei gleichzeitig niedrigen Kosten erreichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung gemäß der Erfindung gelöst. Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung
weist erste und zweite Lagermittel auf, welche die Position und
die Ausrichtung der Projektionslinsenanordnung festlegen. Die ersten Lagermittel
gestatten ein Verschwenken der Projektionslinsenanordnung um zwei
unterschiedliche Schwenkachsen. Die zweiten Lagermittel umschließen die
Projektionslinsenanordnung und sind auf dieser axial verschiebbar.
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Bei
einer Ausführungsform
der Haltevorrichtung können
die ersten Lagermittel so ausgebildet sein, dass die Projektionslinsenanordnung
um zwei im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Schwenkachsen
verschwenkbar ist.
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Vorteilhafterweise
sind die ersten Lagermittel durch einen Träger gebildet, an welchen zwei
Paare von Blattfedern angeformt sind. In diesem Fall können die
Blattfedern durch an dem Träger
angeformte Rippen gebildet sein, die eine erste Verjüngung aufweisen,
wo die Rippen jeweils die geringste Biegesteifigkeit aufweisen,
und wobei die dem Träger
gegenüberliegenden
Enden der Blattfedern an Lagerteilen befestigt sind.
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Mit
Vorteil definiert die Verjüngung
jeder Blattfeder eine Schwenkachse.
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Zweckmäßigerweise
umgibt der Träger
die Projektionslinsenanordnung mit einem Ringspalt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
sind die Schwenkachsen der Blattfedern von jeweils einem Paar der Blattfedern
koaxial.
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Vorteilhafterweise
sind die Schwenkachsen der beiden Paare von Blattfedern im wesentlichen senkrecht
zueinander angeordnet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weisen die Blattfedern in einem Abstand zu der ersten
Verjüngung
eine zweite Verjüngung
auf, die weniger ausgeprägt
ist, als die erste Verjüngung, so
dass die Biegesteifigkeit an der zweiten Verjüngung größer ist als an der ersten Verjüngung.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind Stellmittel vorgesehen, mittels
derer die Blattfedern an der zweiten Verjüngung biegbar sind, so dass
der Abstand zwischen dem Kunststoffteil und den Lagerteilen veränderbar
ist.
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In
Bezug auf die mechanischen Eigenschaften der Haltevorrichtung hat
es sich als günstig
erwiesen, wenn die zweiten Lagermittel mit einer kreisförmigen Auflagelinie
auf dem Projektionslinsensystem sitzen.
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Darüber hinaus
kann entlang der kreisförmigen
Auflagelinie ein Federelement angeformt sein, das für einen federnden
Sitz des zweiten Lagermittels auf der Projektionslinsenanordnung
sorgt.
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Zur
Fixierung des zweiten Lagermittels können flache Befestigungslappen
angeformt sein, die in Befestigungsschlitze einsteckbar sind.
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Mit
Vorteil sind die Befestigungsschlitze zusammenpressbar, um die Befestigungslappen
kraftschlüssig
festzuhalten. Dabei kann wenigstens einer der Befestigungsschlitze
mittels einer konischen Schraube zusammenpreßbar sein.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind an den zweiten Lagermitteln Federmittel angeformt,
denen eine Druckauflage gegenüberliegt, wo
eine Gegenkraft gegen die Federkraft der Federmittel einleitbar
ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsanzeigevorrichtung
vorzuschlagen, mit der eine hohe Abbildungsgenauigkeit erreichbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Projektionsanzeigevorrichtung mit einem Projektionsschirm gelöst, auf
welchen Bilder abgebildet werden. Die Bilder werden mittels einer
Mikroanzeigevorrichtung und einer Lichtquelle erzeugt und mit optischen
Abbildungsmitteln auf den Projektionsschirm abgebildet. Die optischen
Abbildungsmittel umfassen eine Projektionslinsenanordnung, deren Position
und Ausrichtung durch erste und zweite Lagermittel festgelegt ist.
Die Projektionslinsenanordnung ist mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
gehaltert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der detaillierten Beschreibung
und der begleitenden Zeichnung offenbart.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeipiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Projektionsanzeigevorrichtung;
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2 das
Projektionslinsensystem der Projektionsanzeigevorrichtung aus 1 in
größerer Einzelheit
und in einer perspektivischen Ansicht; und
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3 einen
vergrößterten
Ausschnitt des Projektionslinsensystems aus 2 in einer
anderen perspektivischen Ansicht;
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4a den
Lagerflansch des Projektionslinsensystems aus 2 als
Einzelteil und in einer vergrößterten
perspektivischen Ansicht;
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4b einen
Querschnitt durch den Lagerflansch aus 4a; und
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4c einen
Querschnitt durch einen Befestigungsschlitz.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 zeigt
eine Projektionsanzeigevorrichtung 1 in einer schematischen
Querschnittsansicht. Die Anzeigevorrichtung 1 weist eine
Lichtquelle 2 auf, die eine Mikroanzeigevorrichtung ("Micro display") 3 beleuchtet.
Die Lichtquelle 2 ist eine Hochdruckgasentladungslampe,
wobei jedoch für
diesen Zweck jede andere Lichtquelle einsetzbar ist, die in der
Lage ist, einen vergleichbar großen Lichtstrom mit einer vergleichbaren
spektralen Verteilung zu erzeugen. Die Mikroanzeigevorrichtung 3 ist
in der Figur nur schematisch mit einem Strich angedeutet. In der
Praxis handelt es sich hierbei um drei hochauflösende LCD-Filter, die mittels
eines Strahlteilers jeweils mit einer der primären Farben Rot, Grün, beziehungsweise
Blau zur Erzeugung von Farbkomponentenbildern beleuchtet werden.
Die Komponentenbilder der Mikroanzeigevorrichtung 3 werden
durch ein Projektionslinsensystem 4 auf einen ersten Spiegel 6 abgebildet.
Der erste Spiegel 6 projiziert das Bild auf einen zweiten
Spiegel 7 der seinerseits das Bild auf einem Schirm 8 abbildet.
Auf dem Schirm 8 schließlich ist das Bild für einen
Betrachter sichtbar. In 1 wird deutlich, dass das ursprünglich von
der Mikroanzeigevorrichtung 3 erzeugte Bild auf seinem
Weg bis zu dem Schirm stark vergrößert wird, wobei die Abbildungsstrahlen
der Lichtquelle 2 stark aufgeweitet werden. Aus diesen
Gründen
ist es notwendig, dass das Projektionslinsensystem 4 um
zwei Achsen schwenkbar ausgebildet ist, um Fertigungstoleranzen
der Komponenten in dem Abbildungsweg zu kompensieren. Sämtliche
für die
Darstellung eines Bildes auf dem Schirm 8 erforderlichen
Teile sind auf einer mechanisch stabilen Grundplatte 9 montiert und
in einem Gehäuse 11 untergebracht,
das eine Bautiefe T aufweist. Mit der vorliegenden Erfindung wird
unter anderem angestrebt, die Bautiefe T zu verkleinern.
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Die
optischen Komponenten des Projektionslinsensystems sind im Stand
der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen
wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist vielmehr die mechanische
Halterung des Projektionslinsensystems, die dessen Lagerung und Verschwenkbarkeit
um zwei Schwenkachsen ermöglicht.
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In 2 ist
das Projektionslinsensystem 4 in größerer Einzelheit dargestellt.
Das Projektionslinsensystem 4 ist im wesentlichen in zwei
Baugruppen gegliedert:
Eine Haltevorrichtung 12 und
eine tubusförmige
Projektionslinsenanordnung 13. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
hat die Projektionslinsenanordnung 13 einen Durchmesser
von ungefähr
6 cm und eine Länge
von ungefähr
20 cm. Mit der Linsenanordnung 13 ist ein umlaufender Ring 14 fest
verbunden. An dem Ring 14 sind zwei Befestigungsflügel 16 diametral
einander gegenüberliegend
an der Außenseite
des Rings 14 angeordnet. An den Befestigungsflügeln 16 ist
jeweils eine Blattfeder 17 mit jeweils zwei Befestigungsschrauben 18a, 18b angeschraubt.
Die Federn 17 sind einstückig aus Außenrippen 19 eines ringförmigen Trägers 21 aus
Kunststoff ausgeformt. Der ringförmige
Träger 21 umschließt die Projektionslinsenanordnung 13 mit
einem Ringspalt 22 (3). Die
insgesamt vier an dem ringförmigen
Träger 21 aus
Kunststoff angeordneten Blattfedern 17 bilden zwei Paare,
wobei die Hauptflächen
des einen Paares senkrecht zu den Hauptflächen des anderen Paares orientiert
sind, worauf im folgenden noch im einzelnen eingegangen wird. Die
Hauptflächen
der Blattfedern 17 sind so definiert, dass die Flächennormale
der Hauptflächen
parallel zu den Befestigungsschrauben 18a, 18b orientiert
ist.
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Das
Paar von Blattfedern mit in 2 vertikal
orientierten Hauptflächen
verbindet den umlaufenden Ring 14 mit dem ringförmigen Träger 21.
Das zweite Paar von Blattfedern mit horizontal orientierten Hauptflächen verbindet
den umlaufenden Träger 21 mit
Lagerböcken 23,
die starr mit der Grundplatte 9 (1) verbunden
sind. Der umlaufende Ring 14, die Blattfedern 17,
der ringförmige
Träger 21 und
die Lagerböcke 23 bilden
gemeinsam erste Lagermittel mit denen die Projektionslinsenanordnung
an ihrem einen Ende gehaltert ist.
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In
einem bestimmten Abstand von dem ersten Lagermitteln ist die Projektionslinsenanordnung 13 von
einem Lagerflansch gehaltert, der als ganzes mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet
ist. Der Lagerflansch 24 umschließt den Außenumfang der Projektionslinsenanordnung 13 spielfrei,
wobei die Projektionslinsenanordnung 13 in dem Lagerflansch
axial verschiebbar ist. Der Lagerflansch 24 seinerseits weist
zwei nach außen
gerichtete Befestigungslaschen 26, 27 auf, die
in Befestigungsschlitze 28, 29 einsteckbar sind.
Die Befestigungsschlitze 28, 29 sind in einem
Träger 31 vorgesehen,
der starr mit der Grundplatte 9 (in 2 nicht
dargestellt) verbunden ist. Konische Schrauben 32, die
in den Befestigungsschlitzen 28, 29 benachbarten
Gewindelöchern
eindrehbar sind, pressen beim Eindrehen die Befestigungsschlitze 28, 29 zusammen,
so dass die Befestigungslaschen 26, 27 und damit
der Lagerflansch 24 in einer bestimmten Position fixierbar
ist. Der fixierbare Lagerflansch 24 bildet zweite Lagermittel
für die Projektionslinsenanordnung 13,
die mittels der ersten und zweiten Lagermittel in einer bestimmten
Stellung gehalten und ausgerichtet ist.
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Die
Ausgestaltung der ersten Lagermittel wird im folgenden in größerer Einzelheit
im Zusammenhang mit 3 beschrieben, welche die ersten Lagermittel
in einem vergrößerten Maßstab wiedergibt.
Ein wesentliches Element der ersten Lagermittel ist der ringförmige Träger 21 an
welchem vier Außenrippen 19 in
Umfangsrichtung in gleichmäßigem Abstand
angeformt sind. Jede der Außenrippen 19 ist
in eine Blattfeder 17 ausgeformt. Alle Blattfedern 17 sind
gleich ausgebildet, wobei jedoch zwei unterschiedliche Paare gebildet
sind, die sich durch die Orientierung der Hauptflächen unterscheiden.
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Da
der Aufbau der Blattfedern 17 gleich ist, wird er im folgenden
beispielhaft an der in 3 im Vordergrund dargestellten
Blattfeder 17 beschrieben. Die Blattfeder 17 weist
eine erste Verjüngung 33 auf, in
deren Bereich die Blattfeder 17 die geringste Materialstärke und
somit die geringste Biegesteifigkeit aufweist. Dadurch wird in der
Mitte der Verjüngung 33 eine
horizontale Schwenkachse DH definiert, um
welche der ringförmige
Träger 21 gegenüber dem
Lagerbock 23 verschwenkbar ist, wie es durch den Doppelpfeil 34 angedeutet
ist. In derselben Ebene liegt der beschriebenen Blattfeder 17 eine
zweite Blattfeder diametral gegenüber, die in 3 jedoch
von der Projektionslinsenanordnung verdeckt ist. Die Schwenkachse
DH setzt sich durch eine entsprechende Verjüngung der
zweiten Blattfeder fort.
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In
gleicher Weise bildet das andere Paar von Blattfedern 17 eine
vertikale Schwenkachse DV um welche die
Befestigungsflügel
gegenüber
den ringförmigen
Träger 21 elastisch
verschwenkbar sind, wie es in 3 mit dem
Doppelpfeil 36 angedeutet ist. Der Ringspalt 22 zwischen
dem Außenumfang der
Projektionslinsenanordnung 13 und dem ringförmigen Träger 21 gewährleistet,
dass die Projektionslinsenanordnung 13 um die Schwenkachsen
DH beziehungsweise DV unabhängig voneinander
verschwenkbar ist.
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In
der Blattfeder 17 ist in einem bestimmten Abstand von der
ersten Verjüngung 33 und
von dieser gegenüberliegenden
Oberfläche
her eine zweite Verjüngung 37 vorgesehen.
Die Materialstärke
der Blattfeder 17 im Bereich der zweiten Verjüngung 37 ist
größer als
in dem Bereich der ersten Verjüngung 33.
Die Biegesteifigkeit der Blattfeder 17 ist deshalb im Bereich
der zweiten Verjüngung 37 größer als
im Bereich der ersten Verjüngung.
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Die
Oberseite des Lagerbockes 23 ist in dem Bereich zwischen
der ersten Verjüngung 33 und
der zweiten Verjüngung 37 zurückgesetzt,
so dass in diesem Bereich ein Spalt 38 zwischen der Unterseite
der Blattfeder 17 und der Oberseite des Lagerbockes 23 entsteht.
Während
die Befestigungsschraube 18a die Blattfeder 17 auf
die Oberseite des Lagerbockes 23 anpresst, ist die Befestigungsschraube 18b dazu
geeignet, um auf die Blattfeder 17 eine Biegekraft auszuüben. Zu
diesem Zweck tritt die Befestigungsschraube 18b durch ein
in 3 nicht sichtbares Langloch in der Blattfeder 17.
Für die
Befestigungsschraube 18b ist ein Langloch erforderlich,
weil sich der Abstand zwischen der ersten Verjüngung 33 und der zweiten
Verjüngung 37 verkürzt, wenn
die Blattfeder 17 durch ein Eindrehen der Befestigungsschraube 18b in 3 nach
unten gebogen wird. Die gleiche Struktur ist bei allen vier Blattfedern
vorhanden, die bei dem einen Paar von Blattfedern lediglich um 90° gegenüber dem
anderen Paar von Blattfedern gedreht ist. Bei diesem Vorgang werden
die Blattfedern 17 an der Verjüngung 33 nicht gebogen. Durch
diese Anordnung ist es möglich,
die Projektionslinsenanordnung 13 mittels der Befestigungsschrauben 18b in
axialer Richtung fein justierbar zu verschieben.
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4a zeigt
den Lagerflansch 24 als Einzelteil. Der Lagerflansch 24 ist
als Kunststoff-Spritzgußteil
mit einem kreisrunden Durchlaß 41 hergestellt, der
den Außenumfang
der Projektionslinsenanordnung 13 aufnimmt. Der Lagerflansch 24 liegt
auf dem Außenumfang
entlang einer kreislinienförmigen
Auflage 42 auf. In 4b ist
ein Querschnitt durch den Lagerflansch 24 entlang der Linie
IV-IV dargestellt, um
die kreislinienförmige
Auflage 42 besser darzustellen.
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In 4a ist
in einem kleinen Abschnitt des Durchlasses 41 an dem Ringflansch
ein Federelement 43 angeformt, welches über die durch die ringförmige Auflage 42 gebildete
Kreislinie geringfügig
zu dem Zentrum des Durchlasses 41 hin übersteht. Das Federelement 43 gewährleistet,
dass der Lagerflansch 24 spielfrei und vorgespannt auf
dem Außenumfang
der Projektionslinsenanordnung 43 sitzt. Auf der in 4a untenliegenden
Seite sind an dem Lagerflansch 42 zwei Federelemente 44 angeordnet, gegen
deren Federkraft an einer symetrisch zu den Federelementen 44 angeordneten
Druckauflage 46 eine Gegenkraft einleitbar ist. Die Gegenkraft
kann beispielsweise durch eine in den Figuren nicht dargestellte
Justagevorrichtung eingeleitet werden, um den Lagerflansch in einer
ersten translatorischen Richtung zu verschieben. Eine Verschiebung
des Lagerflansches 24 parallel zu der von den Federelementen 44 erzeugten
Federkraft bewirkt ein Verschwenken der Projektionslinsenanordnung 13 um die
Schwenkachse DH (3).
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Weiterhin
ist an einer Seite des Lagerflansches 24 ein Kupplungselement 47 vorgesehen,
an welchem die Justagevorrichtung formschlüssig ankoppelbar ist, um den
Lagerflansch in einer zweiten translatorischen Richtung zu verstellen,
die senkrecht zu der ersten Verstellrichtung ist. Eine Verschiebung
des Lagerflansches 24 in der zweiten translatorischen Richtung
bewirkt ein Verschwenken der Projektionslinsenanordnung 13 um
die Schwenkachse DV (3). Wenn
die Projektionslinsenanordnung 13 richtig justiert ist,
werden die Befestigungslaschen 26, 27 in ihren
zugehörigen
Befestigungsschlitzen durch Anziehen der konischen Schrauben 32 festgeklemmt.
In 4c ist die in ihrem Befestigungsschlitz 28 angeordnete
Befestigungslasche 26 sowie die zugeordnete konische Schraube 32 vergrößert und
im Querschnitt nochmals dargestellt.
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Es
wird hervorgehoben, dass ein Verschieben des Lagerflansches 24 die
Blattfedern 17 nur an der Verjüngung 33 biegt. Wegen
der größeren Biegesteifigkeit
werden die Blattfedern 17 an der zweiten Verjüngung 37 dabei
nicht gebogen.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
liegt in dem einfachen Aufbau des Lagerflansches, in welchen eine
Reihe von funktionellen Teilen integriert sind. Obwohl eine hohe
Justiergenauigkeit erreicht werden kann, sind die Toleranzen für die verwendeten
Teile relativ groß.
Außerdem
sind die Schraubverbindungen ständig
mit einer Federkraft beaufschlagt, so dass sie unempfindlich gegen
Vibrationen sind. Der Lagerflansch sichert das Linsensystem radial
gegen Verstellung und ermöglicht
gleichzeitig dessen axiale Bewegung, die beispielsweise durch Temperaturänderungen
am Aufstellort des Projektionsanzeigegerätes verursacht wird.