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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Halterung, insbesondere für einen
Spiegel in einem Projektionsfernsehgerät.
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In
Projektionsfernsehgeräten
wird mittels eines Modulators moduliertes Licht über ein Linsensystem auf einen
Bildschirm projiziert. Zur Verringerung der Bautiefe wird das von
der Quelle auf den Bildschirm projizierte Bild ein- oder mehrfach
mittels Spiegeln umgelenkt, um dadurch einen optisch größeren Abstand
zwischen Quelle und Bildschirm zu erzeugen, ohne die Bautiefe des
Gerätes
entsprechend vergrößern zu
müssen.
Durch diese Maßnahme
lassen sich große
Bilddiagonalen bei geringen Gehäusetiefen
erreichen. Die Spiegel können
sowohl ebene Spiegel als auch besonders geformte Spiegel sein. Beispielsweise
kann in einem Projektionsfernsehgerät ein asphärischer Spiegel verwendet werden,
wenn die Strahlführung
dies erforderlich macht. Bei der Verwendung konkaver oder konvexer
Spiegel ist zu berücksichtigen,
dass diese durch die Aufspreizung des Strahls eine starke Vergrößerung bewirken. Dadurch
wirken sich bereits geringe Veränderungen der
Lage des Spiegels sichtbar negativ auf die Bildqualität aus.
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Aus
Kostengründen
werden häufig
Spiegel verwendet, welche nicht aus Glas hergestellt sind. Beispielsweise
wird der Spiegelkörper
im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt und anschließend mit
Silber oder Aluminium bedampft. Das verwendete Material und die
geometrische Form des Kunststoffteils machen den Spiegelkörper empfindlich
gegenüber
Wärmeausdehnung
und spannungsbedingte Verformung.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, Spiegel in Projektionsfernsehgeräten beispielsweise mittels
Schrauben auf einem Halter zu fixieren. Die starre Fixierung kann
dazu führen,
dass der Spiegel sich bei einer wärmebedingten Materialausdehnung des
Halters deformiert, oder sich beim Fixieren durch die auf die Fixierpunkte
einwirkenden Kräfte
verformt, insbesondere wenn die Fixierpunkte ungünstig gewählt sind.
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Um
eine bestmögliche
Abbildungsqualität
in einem Projektionsfernsehgerät
zu erhalten ist es erforderlich, den Spiegel unabhängig von
seiner Form sicher in seiner jeweiligen Position zu fixieren. Insbesondere
sollen möglichst
keine Lage- oder
Formveränderungen
des Spiegels durch thermische Ausdehnung des Spiegels selbst bzw.
der Halterung oder durch die Fixierung des Spiegels in der Halterung hervorgerufen
werden. Außerdem
sollen Fertigungstoleranzen einen möglichst geringen Einfluss auf
die Lage des Spiegels in seiner Halterung haben.
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Es
ist daher wünschenswert,
eine Halterung für
einen Spiegel in einem Projektionsfernsehgerät zu erhalten, welche einen
nicht ebenen Spiegel aufnimmt und die vorstehend beschriebenen Eigenschaften
aufweist.
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Die
in Patentanspruch 1 angegebene Halterung löst diese Aufgabe. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Halterung
sieht Lager vor, welche ein gelagertes Element in zwei Richtungen
im Raum fixieren und eine Bewegung in den Lagern in die dritte Richtung
im Raum zulassen. Beispielsweise sind die Lager schalenförmig ausgeführt und
in den Lagern sind Zapfen gelagert. Bei einer Ausführung sind
die Zapfen formschlüssig
in den Lagern gelagert, so dass eine Bewegung in radialer Richtung
nicht möglich
ist. Eine Bewegung in axialer Richtung des Zapfens ist jedoch möglich. Zur
Fixierung der Zapfen in den Lagern sind Federelemente vorgesehen,
welche die Zapfen in die Lager drücken. Die Federkraft hat vorzugsweise
eine Komponente, welche in Richtung einer Ebene wirkt, innerhalb
derer die Lager liegen. Eine Ausdehnung des gelagerten Elements
in axialer Richtung der Zapfen, beispielsweise durch Temperaturänderung,
ist somit möglich. Um
auch eine Ausdehnung des gelagerten Elements in radialer Richtung
der Zapfen zu ermöglichen,
sind bei einer Ausführung
der Erfindung vier Lager vorgesehen. Zwei der Lager entsprechen
den vorstehend beschriebenen Lagern. Zwei weitere Lager sind so gestaltet,
dass zusätzlich
eine Bewegung in radialer Richtung möglich ist. Vorzugsweise ist
die zusätzliche
Bewegung in oder parallel zu einer Ebene möglich, in welcher alle vier
Lager liegen. Zu diesem Zweck weisen die Lagerschalen der zwei weiteren Lager
Anlageflächen
auf, welche eine radiale Bewegung der durch Federkraft in die Lager
gedrückten Zapfen
zulassen. Die Zapfen liegen so in den Lagern, dass sie mit den Lagern
nur im Bereich der Anlagefläche
in Verbindung stehen. Die Lager weisen in der Bewegungsrichtung
beidseitig einen Freiraum auf, um die Bewegung des Zapfens nicht
zu behindern.
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Die
axiale Richtung der Zapfen entspricht vorzugsweise einer gedachten
Verbindung zwischen zwei gegenüberliegenden
Lagern und verläuft
vorzugsweise parallel zu der Vorderseite des gelagerten Elements.
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Vorzugsweise
ist Verwendung der erfindungsgemäßen Halterung
für einen
Spiegel in einem Projektionsfernsehgerät der Spiegel so gelagert, dass
seine Position zur optischen Achse bzw. dem Zentrumspunkt des Spiegels über eine
Fixiervorrichtung und die Lager definiert wird. Die Fixiervorrichtung
umfasst beispielsweise einen angeformten Vorsprung, der in eine
entsprechende Vertiefung eingreift. Eine gedachte Achse zwischen
den Lagern und die vertikale Symmetrieebene des Spiegels in der
Mitte des Vorsprungs schneiden sich im optischen Zentrum des Spiegels.
Somit ist im Falle einer Temperaturänderung gewährleistet, dass der Spiegel sich
horizontal symmetrisch zu dem Vorsprung der Fixiervorrichtung ausdehnen
oder zusammenziehen kann.
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Die
Verschiebung in axialer Richtung der Zapfen erfolgt bei der erfindungsgemäßen Halterung im
wesentlichen kraftfrei, so dass das gelagerte Element in der Halterung
unter allen Bedingungen im wesentlichen spannungsfrei gelagert ist.
Im Idealfall treten bei einer Verschiebung in den Lagerpunkten keine
Kräfte
auf. In jedem Fall sind durch die Ausführung der Lager die tatsächlich auftretenden
Kräfte
so gering, dass keine Verformung des Spiegels durch auf seine Seiten
wirkende Kräfte
stattfindet.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist das obere Lager so gestaltet, dass eine translatorische Bewegung
des gelagerten zapfenartigen Elements in vertikaler Richtung verhindert
ist, und das untere Lager ist so gestaltet, dass eine translatorische
Bewegung des gelagerten zapfenartigen Elements in vertikaler Richtung
oder in Richtung parallel zu einer Ebene, in welcher die Lager liegen,
möglich
ist. Es ist jedoch auch möglich,
dass eine translatorische Bewegung der gelagerten zapfenartigen
Elemente in beiden Lagern möglich
ist. Hierzu kann beispielsweise die Lagerschale, das heißt der aufnehmende
Teil des Lagers, einen ersten Radius aufweisen, welcher größer ist
als der Radius des zapfenartigen Elements, welches in der Lagerschale
gelagert ist. In diesem Fall berühren sich
die Lagerschale und das gelagerte Element nur auf einer Linie in
Richtung der Längsachse
des zapfenartigen Elements. Bei einer Veränderung des Abstands zwischen
den gelagerten zapfenartigen Elementen auf einer Seite ist somit
in beiden Lagern eine translatorische Bewegung in vertikaler Richtung möglich. Jedes
der beiden Lager nimmt dadurch die Hälfte der Veränderung
des Abstands auf, so dass der Mittelpunkt zwischen den Lagern sich
nicht verschiebt. Auch diese Ausführung der Erfindung ist mit einer
Fixiervorrichtung kombinierbar, so dass die gewünschte Position sicher beibehalten
wird. Anstelle des größeren Radius' des Lagers kann
das Lager auch eine Abflachung aufweisen. Es muss nur sichergestellt
sein, dass der Zapfen in Bewegungsrichtung genügend Spiel hat.
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Die
Erfindung kann vorteilhaft und in einfacher Weise mit handelsüblichen
Bauteilen ausgeführt werden.
Ein Vorteil liegt in der Positionstreue des gelagerten Elements
auch bei Änderungen
der Abmessungen aufgrund von Temperaturschwankungen. Außerdem wird
das gelagerte Element nicht durch Spannungen verformt, wie sie bei
einer festen Montage durch Änderung
der Abmessungen bei Temperaturschwankungen auftreten.
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Die
Erfindung soll im folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Halterung;
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2 ein
schematisches Detail eines Lagers der erfindungsgemäßen Halterung;
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3 eine
Schrägansicht
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halterung; und
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4 eine
Rückansicht
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halterung.
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Gleiche
oder ähnliche
Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Halterung 1.
In der Figur sind die Lager 2 und 3 erkennbar,
in denen Zapfen 12 und 13 gelagert sind. Die Lager 2 und 3 sind
an den Spiegelkörper 4 angeformt.
Die Zapfen 12 und 13 sind an ein Trägerteil 17 angeformt.
Die in den Lagern 2 und 3 gelagerten Zapfen 12 und 13 sind
mit Federn 14 und 16 in den Lagern gehalten. Die
Federn 14 und 16 sind so an dem Spiegelkörper 4 befestigt,
dass sie die Zapfen 12 und 13 in Richtung des Pfeils 18 in
die Lager 2 und 3 pressen. Der Radius des in der
Figur oben liegenden Lagers 2 entspricht im wesentlichen
den Radius des Zapfens 12. Eine Bewegung des Zapfens 12 in
dem Lager 2 ist nur in axialer Richtung des Zapfens 12 möglich. Eine
Bewegung des Zapfens 12 in radialer Richtung wird durch die
formschlüssige
Ausführung
von Lager 2 und Zapfen 12 und die Feder 14 verhindert.
Der Radius des in der Figur unten liegenden Lagers 3 ist
größer als der
Radius des Zapfens 13. Bei dem in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiel
befindet sich im Bereich der Auflagefläche des Zapfens 13 in
dem Lager 3 eine Abflachung 19. Wenn sich, beispielsweise durch
thermische Ausdehnung, der Abstand zwischen den Zapfen 12 und 13 oder
der Abstand zwischen den Lagern 2 und 3 verändert, kann
der Zapfen 13 sich in dem Lager 3 in vertikaler
Richtung bewegen. Um den Anstellwinkel des Spiegelkörpers 4 und
damit des daran befestigen Spiegels nicht zu verändern ist die Abflachung 19 so
groß gewählt, dass
nur eine Bewegung in vertikaler Richtung erfolgt. Auf der Rückseite
des Zapfens 13 ist eine konkave Vertiefung vorgesehen,
in welche eine entsprechend ausgeformte Feder 16 teilweise
eingreift. Der Radius der konkaven Vertiefung in der Rückseite
des Zapfens 13 ist kleiner als der Radius der Ausformung der
Feder 16. Sobald durch Veränderung des Abstands zwischen
den Zapfen 12 und 13 oder den Lagern 2 und 3 eine
Veränderung
der Position des Zapfens 13 in dem Lager 3 erfolgt,
wird zusätzlich
zu der Kraft in Richtung der Vorderseite des Spiegelkörpers 4 eine
Kraft entgegengesetzt zu der Richtung, in welcher sich der Abstand
zwischen den Zapfen 12 und 13 oder den Lagern 2 und 3 vergrößert hat.
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Bei
einer anderen, nicht in der Figur dargestellten Ausführung der
erfindungsgemäßen Halterung 1 sind
sowohl das obere Lager 2 als auch das untere Lager 3 so
gestaltet, dass eine Bewegung der Zapfen in den Lagern in vertikaler
Richtung möglich ist.
Die Ausgangslage des Spiegelkörpers
in der Halterung wird durch in die konkaven Vertiefungen in der Rückseite
der Zapfen eingreifende Federn bestimmt. Sobald eine Veränderung
des Abstands zwischen den Zapfen oder den Lagern auftritt, können sich
beide Zapfen in den jeweiligen Lagern in aus der Ausgangslage bewegen.
Durch die Form der in die konkaven Vertiefungen in der Rückseite
des Zapfens eingreifenden Federn wirken Kräfte, welche den Mittelpunkt
des Spiegelkörpers
in einer im wesentlichen unveränderten
Position halten. In der Figur wirken die Kräfte in vertikaler Richtung.
Im Allgemeinen haben die Kräfte
eine Komponente, welche in Richtung parallel zu einer Ebene wirkt,
innerhalb derer die Lager liegen. Um sicherzustellen, dass der Mittelpunkt
des Spiegelkörpers
auch bei unterschiedlichen Federkräften in einer unveränderten
Position gehalten wird, kann außerdem
eine Fixiervorrichtung vorgesehen sein. Eine mögliche Ausführung einer solchen Fixiervorrichtung
wird in 3 beschrieben.
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Die
mit den Zapfen zusammenwirkende Feder und der Zapfen selbst müssen keine
konkave oder konvexe Form im strengen Sinne des Wortes aufweisen.
Es genügt,
wenn die konkave oder konvexe Form durch trapezförmige Rinnen angenähert ist. Lediglich
die gedachten Radien, welche in die Rinnen gelegt werden können müssen unterschiedlich
sein, so dass eine Auslenkung in seitlicher Richtung zu den Rinnenwänden hin
auch eine Veränderung
des Abstands des Bodens der Rinnen voneinander bewirkt.
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An
Stelle mit konkaven Vertiefungen versehen zu sein kann der Zapfen
auch rund ausgeführt sein.
In diesem Fall muss die Feder im Bereich des Kontakts mit dem Zapfen
ebenfalls eine Rundung aufweisen, deren Radius größer ist
als der Radius des Zapfens. Auch in diesem Fall entstehen bei einer Auslenkung
des Zapfens aus der Ausgangslage gegenüber der Feder Kräfte mit
einer in Richtung der Ausgangslage wirkenden Komponente.
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In 2 ist
das untere Lager 3 aus 1 als vergrößertes Detail
dargestellt. In dieser Darstellung ist deutlich die Abflachung 19 im
Bereich der Auflage des Zapfens 13 im Lager 3 erkennbar.
Die mögliche Bewegung
des Zapfens 13 im Lager 3 ist durch den vertikalen
Pfeil angedeutet. Die im Bereich des Kontakts mit dem Zapfen 13 als
trapezförmige
Rinne ausgestaltete Feder 16 weist einen erkennbar größeren Radius
als die konkave Vertiefung in der Rückseite des Zapfens 13 auf.
Eine Auslenkung des Zapfens 13 in Bezug auf das Lager 3 und
damit auf die Feder 16 würde zusätzlich zu den Kräften, welche
den Zapfen 13 in das Lager 3 drücken, Rückstellkräfte bewirken, welche
in Richtung der Ausgangsposition wirken. Wie schon in der 1 sind
zur Verdeutlichung in der 2 diejenigen
Elemente in jeweils gleicher Weise gemustert dargestellt, welche
zueinander feststehen.
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3 zeigt
eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halterung 1 von schräg hinten.
In der Halterung 1 ist ein Spiegelkörper 4 für einen
asphärischen
Spiegel auf jeder Seite in zwei Lagern gelagert. Bedingt durch die
Schrägansicht
und durch Verdeckung einiger Komponenten sind nicht alle Lager und
Zapfen in der Figur erkennbar. Der Spiegelkörper 4 ist bei der
in der Figur dargestellten Halterung 1 so ausgeführt, dass
er die Halterung 1 übergreift.
Die Lager sind dabei Teil des Spiegelkörpers 4, und die Zapfen
sind Teil der Halterung 1. An der Oberseite der Halterung 1 ist
mittig eine Fixiervorrichtung 6 vorgesehen, welche die Lage
des Mittelpunkts des Spiegelkörpers 4 in
Bezug auf die Halterung 1 festlegt. Bei dem in der Figur
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Fixiervorrichtung 6 ein Vorsprung an der Halterung 1,
welche in eine entsprechende Aussparung am Spiegelkörper 4 eingreift.
Bei einer Ausdehnung des Spiegelkörpers 4 oder der Halterung 1,
beispielsweise durch Veränderung
der Temperatur, findet die Ausdehnung gleichmäßig zu beiden Seiten der Fixiervorrichtung 6 statt, und
der Mittelpunkt des Spiegelkörpers 4 und
somit des Spiegels verändert
seine Position nicht.
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4 zeigt
eine Rückansicht
der erfindungsgemäßen Halterung 1 aus 3.
In der Figur sind die vier Zapfen 12, 12', 13, 13' und die vier
Federn 14, 14', 16, 16' erkennbar,
welche zusammen mit den in der Figur nicht erkennbaren Lagern den
Spiegelkörper 4 an
der Halterung 1 fixieren. Ebenfalls erkennbar ist die Fixiervorrichtung 6,
welche den Spiegelkörper 4 in
Bezug auf die Halterung 1 hinsichtlich seiner Mittellage
fixiert.
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Bei
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halterung 1 sind
die Lager 2, 2', 3, 3' ein Teil des
Spiegelkörpers 4,
und die Zapfen 12, 12', 13, 13' sind Teil der
Halterung 1, an dem der Spiegelkörper 4 befestigt ist.
In diesem Fall sind die Federn 14, 14', 16, 16', welche die
Zapfen 12, 12', 13, 13' in den Lagern 2, 2', 3, 3' fixieren, mit
dem Spiegelkörper 4 verbunden.
Es ist jedoch ebenso möglich,
die Zapfen 12, 12', 13, 13' als Teil des
Spiegelkörpers 4 auszuführen und
die Lager 2, 2', 3, 3' als Teil der
Halterung 1 auszuführen, an
dem der Spiegelkörper
befestigt ist. In diesem Fall sind die Federn 14, 14', 16, 16', welche die
Zapfen 12, 12', 13, 13' in den Lagern 2, 2', 3, 3' fixieren mit der
Halterung 1 verbunden.
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In
der vorstehenden Beschreibung wurde die erfindungsgemäße Halterung
am Beispiel einer Halterung für
einen Spiegelkörper
eines asphärischen Spiegels
in einem Projektionsfernsehgerät
dargestellt. Die Erfindung kann jedoch für die Befestigung beliebig
geformter Elemente an einer Halterung eingesetzt werden, bei denen
eine Änderung
in den Abmessungen, beispielsweise durch Temperaturänderung,
spannungsfrei aufgenommen werden soll, und bei der die Veränderung
der Lage eines bestimmten Punktes in Bezug auf die Halterung verhindert
werden soll.