DE4408753B4

DE4408753B4 - Projektionslinseneinheit

Info

Publication number: DE4408753B4
Application number: DE4408753A
Authority: DE
Inventors: Takasi Kasihara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2014-03-16
Also published as: CN1099871A; DE4408753A1; KR100190495B1; CN1041965C; JPH06265782A; US5587838A; KR940022121A

Abstract

Projektionslinseneinheit mit
einer Anzeigeeinrichtung, auf der ein Bild angezeigt wird, einer Projektionslinse (20), die eine Vielzahl von Linsenelementen enthält, und einem optischen Kopplungsgehäuse (21), an dem an einer Seite die Anzeigeeinrichtung (23) und an seiner gegenüberliegenden Seite die Projektionslinse (20) befestigt ist,
einer optischen Kopplungslinse (22), die flüssigkeitsdicht an dem optischen Kopplungsgehäuse (21) mit einem Klebemittelmaterial (32) angebracht ist, das Gummielastizität aufweist, wobei die Anzeigeeinrichtung (23) flüssigkeitsdicht an dem optischen Kopplungsgehäuse (21) befestigt ist, und
einer optischen Kopplungskammer (33), die als ein flüssigkeitsdichter Raum ausgebildet ist, der von dem optischen Kopplungsgehäuse (21), der optischen Kopplungslinse (22) und der Anzeigeeinrichtung (23) begrenzt ist, wobei das optische Kopplungsgehäuse (21) mit einer Öffnung (27) versehen ist, die mit der optischen Kopplungskammer (33) in Verbindung steht und durch eine bewegbare Membran (28) aus einem elastischen Abdichtungsmaterial flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, gekennzeichnet durch
einen Luftbehälter (30, 41), der mit der Öffnung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionslinseneinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zum Vergrößern eines Bildes, das auf einer vergleichsweise kleinen Bildschirmanzeigeeinrichtung, wie einer Kathodenstrahlröhre angezeigt wird, auf einem großen Schirm, der bei einem Videoprojektor verwendet wird. Eine derartige Projektionslinseneinheit ist aus der DE 41 15 878 A1 bekannt.

Es ist bekannt, ein auf einer vergleichsweise kleinen Kathodenstrahlröhre angezeigtes Bild durch eine Projektionslinse auf einen Schirm zu projizieren und zu vergrößern. 2 stellt einen Zustand dar, bei dem ein Bild auf einen Schirm 17 projiziert wird, der vor einem Videoprojektor 16 angeordnet ist. Es ist eine Technik eingesetzt worden, um die Schärfe und den Kontrast des projizierten Bildes zu verbessern, indem Schnittstellenreflexionen verringert werden, wobei unerwünschtes Licht sehr stark ausgeschlossen wird, indem eine Flüssigkeit eingefüllt wird, die im wesentlichen denselben Brechungsindex wie denjenigen einer Vorderplatte der Kathodenstrahlröhre 3 und eine große Lichtdurchlässigkeit hat, und durch optisches Koppeln. Diese Technik wird allgemein optische Kopplungstechnik genannt.

1 zeigt einen axialen Querschnitt einer Projektionslinseneinheit gemäß dem Stand der Technik, wie in der US 5,157,554 beschrieben. Eine Kathodenstrahlröhre 3 ist an der rechten Seite eines optischen Kopplungsgehäuses 2 angebracht und an der linken Seite des optischen Kopplungsgehäuses 2 ist eine optische Kopplungslinse 4 angebracht, die sich an der am weitesten rechts liegenden Position bei einer Linsenelementgruppe befindet, das heißt ein Projektionsobjektiv 1. Das optische Kopplungsgehäuse 2 weist Nuten 5 und 6 auf. Dichtungsgummis 7 und 8 sind in die Nut 5 bzw. 6 eingelegt. An dem optischen Kopplungsgehäuse 2 ist die optische Kopplungslinse 4 von der linken Seite her angebracht und eine Kathodenstrahlröhre 3 ist an der rechten Seite angebracht. Die Dichtungsgummis 7 und 8 werden fest gegen eine Vorderplatte 18 der Kathodenstrahlröhre gedrückt, und eine Flüssigkeitsabdichtung wird gebildet.

Das optische Kopplungsgehäuse 2 weist ein Druckeinstelloch 9 an seiner oberen Seite auf. Eine druckverringernde Membran 10, die aus einem elastischen Material, wie Gummi hergestellt ist, ist über dem Druckeinstelloch 9 angebracht. Die Druckverringerungs membran 10 hat ein Druckabdichtungsteil 11 an ihrem Rand, und dieser Teil ist an einer Abdichtungsnut angeordnet, die um die Druckeinstellöffnung 9 herum ausgebildet ist. Wenn eine Halteabdeckung 12 hier angebracht wird, wird das Druckabdichtungsteil 11 zwischen der Halteabdeckung 12 und dem optischen Kopplungsgehäuse 2 zusammengedrückt, und eine optische Kopplungskammer 14, die von dem optischen Kopplungsgehäuse 2, der Kathodenstrahlröhre 3 und der optischen Kopplungslinse 4 umgeben ist, wird flüssigkeitsdicht abgedichtet. Die Halteabdeckung 12 stellt ein Entlüftungsloch 13 bereit, um die sich innen befindende Luft abzugeben, wenn sich die Druckverringerungsmembrane 10 nach oben bewegt.

Nach dem Zusammenbau, der in 1 gezeigt ist, wird optische Kopplungsflüssigkeit 15 in die optische Kopplungskammer 14 eingegossen und damit gefüllt, und die Druckeinstellöffnung 9 wird abgedichtet, indem sie mit der Druckverringerungsmembran 10 so überdeckt wird, daß die optische Kopplungsflüssigkeit 15 nicht leckt. Ethylenglycol, eine Mischung Ethylenglycol und Glyzerin oder eine Flüssigkeit mit einer geringen Menge an reinem Wasser wird der oben genannten Flüssigkeit hinzugefügt und allgemein als optische Kopplungsflüssigkeit 15 verwendet.

Die Kathodenstrahlröhre 3 wird angesteuert und das auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre angezeigte Bild wird durch das Projektionsobjektiv 1 auf einen Schirm 17 projiziert und vergrößert, der sich vor einem Videoprojektor 16 befindet, wie es in 2 gezeigt ist. In der Projektionsobjektiveinheit, die zusammengesetzt ist, wie es in 1 gezeigt ist, arbeitet die optische Kopplungsflüssigkeit 15 als ein bedeutendes Element eines optischen Systems und Änderungen ihres Brechungsindex üben einen großen Einfluß auf die Fokussierungsleistung des Projektionsobjektivs I aus. Da Kathodenstrahlröhren von Videoprojektoren eine große Lichtleistung für die Vergrößerungsprojektion verlangen, werden sie mit außerordentlich hoher elektrischer Leistung verglichen mit derjenigen bei üblichen Kathodenstrahlröhren betrieben, die bei Fernsehempfängern mit direkter Ansicht verwendet werden. Deshalb steigt die Temperatur der Kathodenstrahlröhre selbst, insbesondere ihr Vorderplattenteil über 100 °C. Die optische Kopplungsflüssigkeit 15 arbeitet als eine Kühlflüssigkeit, um die Temperatur der Vorderplatte 18 zu senken. Die Wärme wird auf das optische Kopplungsgehäuse 2, das die optische Kopplungsflüssigkeit 15 umschließt, durch die optische Kopplungsflüssigkeit 15 abgeführt und wird von dem optischen Kopplungsgehäuse 2 an die Luft abgegeben. Die Druckverringerungsmembran 10 wird durch die Ausdehnungsgröße der Volumenausdehnung wegen des Temperaturanstiegs der optischen Kopplungsflüssigkeit 15 nach oben gedrückt.

Wenn die Flüssigkeitstemperatur zunimmt, nimmt der Brechungsindex der optischen Kopplungsflüssigkeit 15 entsprechend der Volumenausdehnung ab. Im Fall von Ethylenglycol, ist beispielsweise der Brechungsindex der E Linie (545 Nanometer) 1,438 bei 20 °C und 1,4146 bei 70 °C. Die Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit nimmt nach und nach zu, während die Kathodenstrahlröhre 3 betrieben wird, und die maximale Flüssigkeitstemperatur erreicht bei einem üblichen Videoprojektor 70 bis 80 °C. Wenn sich der Brechungsindex der optischen Kopplungsflüssigkeit 15 entsprechend ihrer Temperatur ändert, tritt, obgleich die Scharfeinstellung genau zuerst bei beispielsweise ungefähr 20 °C eingestellt worden ist, eine Defokussierung auf dem Projektionsschirm 17 gemäß dem Temperaturanstieg auf. Das auf den Schirm projizierte Bild wird unscharf.

Wie es oben angegeben worden ist, steigt, wenn eine Kathodenstrahlröhre 3 betrieben wird, die Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit an und der Brechungsindex der optischen Kopplungsflüssigkeit 15 nimmt ab, und der Fokussierungspunkt bewegt sich von dem Anfangspunkt und das projizierte Bild wird unscharf. Bisher sind keine positiven Gegenmaßnahmen gegen ein solches Phänomen unternommen worden.

Im Betrieb der Projektionslinseneinheit wird die Temperatur der in der Kopplungskammer befindlichen OC-Flüssigkeit erhöht, so dass es zu einer Volumenausdehnung der OC-Flüssigkeit kommt. Zur Kompensation dieser Volumenausdehnung ist die die Kopplungskammer einseitig begrenzende Kopplungslinse durch ein elastisches Klebemittel mit dem Kopplungsgehäuse verbunden. Die Steuerung des Flüssigkeitsdruckes in der Kopplungskammer erfolgt nach der eingangs genannten DE 41 15 878 A1 durch eine Steuereinrichtung, die eine Öffnung im Kopplungsgehäuse aufweist, die mit der Kopplungskammer in Verbindung steht. Diese Öffnung ist durch einen sogenannten Druckentspannungs-Dämpfer aus einem elastischen Material, z.B. Gummi, verschlossen. Dabei liegt an dem Dämpfer eine Blattfeder an, die über eine Stellschraube am Gehäuse eines Schutzdeckels abgestützt ist. Mit Hilfe der Stellschraube lässt sich die Vorspannung, mit der die Blatt feder gegen den Dämpfer drückt, einstellen. Somit lässt sich die Nachgiebigkeit des Dämpfers und damit der Flüssigkeitsdruck im Inneren der Kopplungskammer steuern.

Nachteilig an der bekannten Produktionslinseneinheit ist der aufwendige und damit kostenintensive Aufbau der Steuereinrichtung.

Die JP 62-30201 U offenbart eine Projektionslinseneinheit, die mit einer Membran versehen ist. Diese Membran ist von einem Gehäuse, bestehend aus einer Seitenwand und einer Bodenplatte, umgeben. Die Bodenplatte ist an einem Ende mit einer Schraube an der Seitenwand befestigt. Das andere Ende der Bodenplatte liegt an einem Vorsprung in einer der Seitenwand gegenüberliegenden Wand lose an. Aufgrund der lose anliegenden Bodenplatte ist die Bildung eines luftdicht abgeschlossenen Raumes nicht möglich ist. Eine Steuerung des Flüssigkeitsdruckes in der Kopplungskammer ist mit Hilfe dieser bekannten Projektionslinseneinheit nicht möglich.

JP 64-029179 A offenbart eine Projektionslinseneinheit, deren Deckel nicht hermetisch abgeschlossen ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsobjektiveinheit zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, wobei eine automatische und wirksame Fokussierung beibehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine axiale Schnittdarstellung einer Projektionsobjektiveinheit gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Zustand, in dem ein Bild auf einen vor dem Videoprojektor aufgestellten Schirm projiziert wird,
3 einen axialen Querschnitt einer Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine Volumenausdehnungskennlinie der optischen Kopplungsflüssigkeit in der Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Kennlinie der Zunahme des Innendrucks in der optischen Kopplungskammer mit der Temperatur der optischen Flüssigkeit in der Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ein Beispiel bei dem das Luftkammervolumen 60 cm³ ist),
6 eine Bewegungskennlinie der optischen Kopplungslinse mit der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit in der Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ein Beispiel, bei dem das Luftkammervolumen 60 cm³ ist),
7 eine Kennlinie der Zunahme des Innendrucks der optischen Kopplungskammer mit der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit in der Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ein Beispiel, bei dem das Luftkammervolumen 30 cm³ ist),
8 eine Kennlinie der Bewegung der optischen Kopplungslinse mit der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit in der Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ein Beispiel, bei dem das Luftkammervolumen 30 cm³ ist),
9 einen axialen Querschnitt einer Projektionsobjektiveinheit (ohne Linsenelementgruppe) gemäß einer zweiten, beispielhaften Ausführungsform der vorlieganden Erfindung,
10 zeigt einen axialen Querschnitt einer Projektionsobjektiveinheit (ohne Linsenelementgruppe) gemäß einer dritten, beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (der Fall, indem ein Luftbehälter an einen von dem optischen Kopp lungsgehäuse getrennten Platz aufgestellt ist).
Erstes Ausführungsbeispiel
3 ist ein axialer Querschnitt einer Projektionsobjektiveinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine optische Kopplungslinse 22 ist flüssigkeitsdicht an einem optischen Kopplungsgehäuse 21 von der linken Seite her mit einem Gummiklebematerial angeklebt, und eine beträchtlich dicke Klebemittelschicht 32 ist gleichförmig über den gesamten Umfang der optischen Kopplungslinse 22 ausgebildet. Eine Kathodenstrahlröhre 23 ist an dem optischen Kopplungsgehäuse 21 von der rechten Seite her, wie es in 3 gezeigt ist, an der vorbestimmten Position angebracht, und ein O-förmiger Gummiring 24 (der nachfolgend O-Ring genannt wird), dessen Querschnitt etwas dicker als der Zwischenraum zwischen der Innenwand des optischen Kopplungsgehäuse 21 und der äußeren Oberfläche der Kathodenstrahlröhre 23 ist, ist in den Zwischenraum gedrückt, so daß die Kathodenstrahlröhre 23 so befestigt ist, daß sie koaxial ist und sich nicht exzentrisch bewegt. Dann wird ein Klebemittel, wie Silikongummi in den oben genannten Zwischenraum gefüllt und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung wird fertiggestellt.
Optische Kopplungsflüssigkeit 34 wird eingegossen und eingefüllt in eine flüssigkeitsdichte optische Kopplungskammer 33, die von dem optischen Kopplungsgehäuse 21, der optischen Kopplungslinse 22 und der Kathodenstrahlröhre 23 umgeben ist.
Da die optische Kopplungslinse 22 durch das elastisch verformbare Gummiklebemittel angebracht ist, bewegt sich, wenn der Innendruck der optischen Kopplungskammer 33 zunimmt, die optische Kopplungslinse 22 in die Richtung, die durch unterbrochene Linien angegeben ist, wie es in 3 gezeigt ist, gemäß dem Innendruck, und wenn der Innendruck der optischen Kopplungskammer 33 verschwindet, kehrt die optische Kopplungslinse 22 in ihre Ausgangsposition zurück. Eine Vielzahl von Stützteilen 25 sind an dem kegelförmigen Teil der Kathodenstrahlröhre 23 gebildet und die Stützteile 25 stoßen an den Bereich einer Halteplatte 26 und werden festgelegt, sich nicht zu bewegen, selbst wenn der Innendruck der optischen Kopplungskammer 33 zunimmt.
Eine Druckeinstellöffnung 27, die ebenfalls als ein Eingießloch für die optische Kopplungsflüssigkeit 34 in die optische Kopplungskammer 33 dient, ist an der oberen Seite des optischen Kopplungsgehäuse 21 vorgesehen. Die Druckeinstellöffnung 27 ist von einer bewegbaren Membran 23 überdeckt, die aus einem elastischen Material, wie Gummi hergestellt ist. Der Randteil der bewegbaren Membran 23 ist gegen einen Druckabdichtungsteil 29 gedrückt und ist in einer Abdichtnut festgelegt, die über den Umfang der Druckeinstellöffnung 27 gebildet ist. Wenn ein Lufttank 30 angebracht ist, steht der Druckabdichtungsteil 29 in enger Berührung mit dem Lufttank 30, und das optische Kopplungsgehäuse 21 und die optische Kopplungsflüssigkeit 34 in der optischen Kopplungskammer 33 sind flüssigkeitsdicht abgedichtet und gleichzeitig ist die Luft in dem Luftbehälter 30 luftdicht abgedichtet, ohne zu lecken. Der Luftbehälter 30 ist so ausgelegt, daß das Volumen der Luftkammer 31 einen vorbestimmten Wert hat. Die bewegbare Membran 28 bewegt sich nach oben oder unten gemäß der Volumenausdehnung der optischen Kopplungsflüssigkeit 34.
Die Arbeitsweise der Projektionsobjektiveinheit gemäß der ersten, beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden erläutert.
Bei der Anfangseinstellung des Videoprojektors 16 wird der Objektivbrennpunkt so eingestellt, daß das auf den Schirm 17 projizierte Licht, scharf beobachtet werden kann. Wenn die Kathodenstrahlröhre 23 betrieben wird und Wärme abgibt, wird die Wärme zu der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 durch die Vorderplatte 48 der Kathodenstrahlröhre 23 geleitet, und die Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 nimmt nach und nach zu. Die optische Kopplungsflüssigkeit 34 dehnt sich volumenmäßig aus und verringert den Brechungsindex gemäß dem Temperaturanstieg der Flüssigkeit, und die optimale Fokussierungsebene bewegt sich nach und nach von dem Schirm 17 in Richtung zu dem Videoprojektor 16. Als ein Ergebnis wird das Bild auf den Schirm 17 defokussiert und wird unscharf. Um dieses Problem zu lösen soll der optimale Fokussierungspunkt auf dem Schirm 17 unabhängig von der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit beibehalten werden.
Bei der ersten, beispielhaften Ausführungsform wird die Volumenausdehnung der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 aufgrund des Temperaturanstiegs der Flüssigkeit in eine Druckänderung umgewandelt, und die optische Kopplungslinse 22 wird fortlaufend ein bischen bewegt, und somit wird das oben beschriebene Problem gelöst.
4 zeigt eine graphische Darstellung, die das Volumenverhältnis als Funktion der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 angibt, wobei Ethylenglycol als optische Kopplungsflüssigkeit 34 verwendet wird, und das Volumenverhältnis wird als ein Verhältnis des Volumens bei der Flüssigkeitstemperatur von null Grad C ausgedrückt. Eine Ausdehnungskennlinie der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ist nahezu linear, wie es in 4 gezeigt ist.
Die optische Kopplungskammer 33 ist mit der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 voll gefüllt. Wenn sich die optische Kopplungsflüssigkeit 34 ausdehnt, wird die bewegbare Membran 28 nach und nach nach oben gedrückt. Da die Luftkammer 31 dicht abgedichtet ist, wird die Luft in der Luftkammer 31 zusammengedrückt und der Luftdruck nimmt zu. Da die Ausdehnungskennlinie der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 nahezu linear ist, wie es oben erwähnt worden ist, nimmt der Luftdruck in der Luftkammer 31 nahezu linear mit der Temperaturänderung der Flüssigkeit zu.
Wenn die optische Kopplungslinse 22 fest an dem optischen Kopplungsgehäuse 21 mit einer unverformbaren Struktur befestigt ist, wird die Zunahme der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 aufgrund der Ausdehnung nahezu von der Aufwärtsbewegung der bewegbaren Membran 28 aufgenommen. Es sei angenommen, daß 500 cm³ optischer Flüssigkeit 34 in die optische Kopplungskammer 33 eingefüllt sind, dann dehnt sich die optische Kopplungsflüssigkeit 34 um ungefähr 18,5 cm³ bei einer Temperaturänderung der Flüssigkeit von 20° C auf 70° C aus. Die Luft in der Luftkammer 31 wird entsprechend der Volumenzunahme wegen der Ausdehnung komprimiert und der Innendruck der Luftkammer 31 nimmt zu. Wie stark der Innendruck zunimmt, hängt von dem Luftvolumen der Luftkammer 31 ab.
Wenn jedoch die optische Kopplungslinse 22 eine Struktur hat, die sich auf der optischen Achse bewegen kann, wie es in 3 gezeigt ist, wird die Ausdehnungszunahme der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 von der Aufwärtsbewegung der bewegbaren Membran 28 und der Bewegung der optischen Kopplungslinse 22 aufgenommen.
Hier besteht die folgende Beziehung zwischen der elastischen Rückstellkraft der Klebemittelschicht 32 gegenüber der Bewegung der optischen Kopplungslinse 22, dem Druck auf die optische Kopplungslinse 22 aufgrund des Innendrucks der optischen Kopplungskammer 33, und des Innendrucks der Luftkammer 31.

(Innendruck der Luftkammer 31) = (Innendruck der optischen Kopplungskammer 33)
(der Druck gegen die optische Kopplungslinse 22 aufgrund des Innendrucks der optischen Kopplungskammer 33) = (die elastische Rückstellkraft der Klebemittelschicht 32 gegen die Bewegung der optischen Kopplungslinse 22)

Mit anderen Worten wird die Bewegung der optischen Kopplungslinse 22 durch den Innendruck der Luftkammer 31 über die optische Kopplungsflüssigkeit 34 gesteuert.
Eine wie große Bewegung der optischen Kopplungslinse 22 notwendig ist, um den Brennpunkt gegenüber der Temperaturerhöhung der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 auszugleichen, unterscheidet sich ein bischen in Abhängigkeit von der Art des Projektionsobjektivs. Sie kann durch eine optische Simulation des Projektionsobjektivs 20 erhalten werden.
Bei dem Projektionsobjektiv 20, das in 3 gezeigt ist, muß sich die optische Kopplungslinse 22 ungefähr um 0,5 mm bei eine Temperaturänderung der Flüssigkeit von 20 auf 70° C bewegen. Bei dieser erforderlichen Bedingung der Bewegung der optischen Kopplungslinse 22 um ungefähr 0,5 mm bei einer Änderung der Flüssigkeitstemperatur um 50° C, müssen die elastische Rückstelleigenschaft der Klebemittelschicht 32 und das Luftvolumens in dem Lufttank 30 optimal gemäß dem Flüssigkeitsvolumen der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ausgelegt werden.
Bei dem tatsächlichen Entwurf ist es notwendig, eine optimale Lösung zu erhalten, wobei das Folgende zu berücksichtigen ist:

(1) Wenn sich das optische Kopplungsgehäuse 21 gemäß dem Temperaturanstieg der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ausdehnt, nimmt das Volumen der optischen Kopplungskammer 33 auch zu. Wie stark es zunimmt hängt ein bischen von der Form, dem Material und dem Aufbau des optischen Kopplungsgehäuses 21 ab. Deshalb ist es von Bedeutung, eine genaue Zunahme durch einen Versuch zu erhalten.
(2) Die Ausdehnung der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 wird durch die Bewegung der optischen Kopplungslinse 22, die Bewegung der bewegbaren Membran 28 und die Ausdehnung des optischen Kopplungsgehäuses 21 aufgenommen.

Die Ausdehnung des optischen Kopplungsgehäuses 21, das heißt die Volumenzunahme der optischen Kopplungsklammer 33 ist ein fester Wert, der durch das Material des optischen Kopplungsgehäuses 21, bestimmt ist, wobei der Wert, um den sich die optische Kopplungslinse 22 bewegen muß, ein Wert sein muß, der die Änderung des Brechungsindex der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ausgleicht. Demgemäß muß die Ausdehnungszunahme der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 von der Bewegung der bewegbaren Membran 28 absorbiert werden.

(3) Die Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 wird durch eine Korrelation zwischen der elastischen Rückstellkraft der Klebemittelschicht 32 und dem Druck auf die optische Kopplungslinse 22 bestimmt. Die Quelle, die diesen Druck erzeugt, ist der Innendruck der Luftkammer 31, und der Innendruck wird hauptsächlich dadurch erzeugt, daß die Luft in der Luftkammer 31 wegen Volumenausdehnung der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 komprimiert wird. Deshalb ist es wichtig, das Luftvolumen in dem Luftbehälter 30 zu bestimmen.
(4) Wenn Luft Temperatur der Luft in der Luftkammer 31 auch zunimmt und sie sich etwas ausdehnt, ist es notwendig, diese Tatsache neben der Innendruckzunahme zu berücksichtigen. Es wird angenommen, daß die Temperatur der Luft etwas höher als diejenige in dem Videoprojektor wird.

Das Folgende ist der Fall, bei dem eine optimale Simulation tatsächlich ausgeführt worden ist. Hier wurden die elastische Rückstellkrafteigenschaft der Klebemittelschicht 32, die Volumenzunahme der optischen Kopplungskammer 33 aufgrund des Temperaturanstiegs des optischen Kopplungsgehäuses 21 und die Menge an optischer Kopplungsflüssigkeit 34, die bei einer normalen Temperatur eingefüllt worden war, gemessen, und dies an einem tatsächlichen Projektor.
Die elastische Rückstellkrafteigenschaft der Klebemittelschicht 32 wird durch einen Druckwert ausgedrückt, der benötigt wird, die optische Kopplungslinse 22 um eine Einheitslänge zu bewegen, wenn ein Druck innerhalb der optischen Kopplungskammer 33 aufgebracht wird, nachdem die optische Kopplungslinse 22 an dem optischen Kopplungsgehäuse 21 angebracht worden ist, wie es in 3 gezeigt ist. Beispielsweise bedeuten 2 kg/cm²/cm, daß ein Druck von 2 kg/cm² benötigt wird, um die optische Kopplungslinse 22 um 1 cm zu bewegen.
Um das Optimum zu erreichen, wurde ein besonderes Programm verwendet, das unter Einschluß einiger Bedingungen und einiger Faktoren, die oben erwähnt worden sind, simulieren kann.
Einige der Bedingungen und Faktoren, die bei der Simulation verwendet worden sind, sind im folgenden angegeben.

(1) Flüssigkeitstemperaturänderung ... von 20 (am Anfang) auf 70° C (wenn die Temperatur anstieg).
(2) Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 ... 0,5 mm für die oben angegebene Temperaturänderung.
(3) Menge der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ... 500 cm³.
(4) Ausdehnungsgröße der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 ... die in 4 gezeigten Daten.
(5) Elastische Rückstellkraft der Klebemittelschicht 32 ... 3 kg/cm²/cm.
(6) Volumen der Luftkammer 31 ... 60 cm³.
(7) Druckbeaufschlagungsfläche der optischen Kopplungslinse 22 ... 154 cm².

5 ist eine graphische Darstellung, die die Druckänderung der optischen Kopplungskammer 33 (die Änderung des Innendrucks in der Luftkammer 31) bei der oben genannten Simulation zeigt. Man versteht, daß der Innendruck nahezu linear gemäß dem Temperaturanstieg der optischen Kopplungsflüssigkeit 34 zunimmt.
6 ist eine graphische Darstellung, die die Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 zeigt. Die Bewegungsgröße ist ebenfalls nahezu eine lineare Zunahme gemäß dem Temperaturanstieg. Die Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 von 0,5 mm, als verlangte Bedingung, um eine Defokussierung auszugleichen, wird bei der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit von ungefähr 70° C erhalten.
7 und 8 sind graphische Darstellungen, die die Zunahme des Innendrucks der optischen Kopplungskammer 33 und die Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 mit der Temperatur der optischen Kopplungsflüssigkeit bei der glei chen Bedingung zeigen, wie die oben erwähnte, mit der Ausnahme, daß das Volumen der Luftkammer 31 gleich 30 cm³ ist. Die Komprimierbarkeit der Luft in der Luftkammer 31 nimmt zu und die Innendruckerhöhung ist größer durch eine geringere Luftmenge in der Luftkammer 31. Demgemäß nimmt die Bewegungsgröße der optischen Kopplungslinse 22 ebenfalls zu.
Wenn die Faktoren des Projektionsobjektivs 20 (Bildschirmgröße der Kathodenstrahlröhre, Brennweite, usw.) bestimmt sind, ist die Größe der optischen Kopplungslinse nahezu bestimmt, und die elastische Rückstellkrafteigenschaft der Klebemittelschicht 32, die an ihrem Umfang gebildet ist, kann nicht so frei ausgelegt werden. Deshalb kann man erwarten, die Eigenschaft der Innendruckzunahme der optischen Kopplungskammer 33 freier zu bestimmen, hauptsächlich dadurch, auf wieviel das Volumen der Luftkammer 31 bestimmt wird. Es ist auch ohne weiteres möglich, die Eigenschaft der Innendruckzunahme genau einzustellen, indem das Volumen der Luftkammer 31 des Luftbehälters 30 ein bischen größer als das Volumen gemacht wird, das mit der Simulation erhalten wird, und ein kleines Teil, wie eine Kunststoffkugel oder ein Kunststoffwürfel genommen und damit das Luftvolumen der Luftkammer 31 genau eingestellt wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Einige Arten von Projektionsobjektiven haben optische Kopplungslinsen mit einem kleinen Durchmesser. In diesem Fall kann, da der druckbeaufschlagte Bereich der optischen Kopplungslinse 22 klein ist, die Druckkraft der optischen Kopplungslinse 22 manchmal unzureichend sein. Dann, wie es in 9 gezeigt ist, wird eine optische Kopplungslinse 35 flüssigkeitsdicht an einem Befestigungsring 36 angebracht, und der Befestigungsring 36 wird an einem optischen Kopplungsgehäuse 37 in der gleichen Weise wie die Befestigung der optischen Kopplungslinse 22 angebracht, was bereits be schrieben worden ist. Somit kann der druckbeaufschlagte Bereich der optischen Kopplungslinse 35 in gewisser Weise frei eingestellt werden, selbst wenn eine optische Kopplungslinse einen kleinen Durchmesser auf weist.
Drittes Ausführungsbeispiel
Es kann einen Fall geben, bei dem der Luftbehälter nicht unmittelbar an dem optischen Kopplungsgehäuse aus Gründen der Konstruktion des Projektors oder aus dem Grund, daß der Luftbehälter zu groß wird, angebracht werden kann. In diesem Fall wird, wie es in 10 gezeigt ist, eine schlauchförmige Kopplung in eine bewegbare Membranabdeckung 38 eingeführt, und die Luftkammer oberhalb der Membran wird mit einem Behälter 41 verbunden, der getrennt von der Membran über einen flexiblen Schlauch 40 angebracht ist. Das Luftvolumen in dem flexiblen Schlauch 40 arbeitet auch als Teil des Luftbehältervolumens.
Wie oben erläutert worden ist, gleicht die vorliegende Erfindung einer Bildunscharfstellung aus, die durch eine Verschiebung der Scharfeinstellstrecke des Projektionsobjektivs aufgrund des Temperaturanstiegs hervorgerufen worden ist, der durch den Betrieb der Kathodenstrahlröhre bewirkt wird. Der Ausgleich wird vorgenommen, indem eine optische Kopplungslinse ein wenig bewegt wird, wobei kein komplexer Mechanismus, keine Meßausrüstung oder eine elektrische Schaltung verwendet werden, sondern es wird die Volumenausdehnung aufgrund des Temperaturanstiegs der optischen Kopplungsflüssigkeit verwendet. Die vorliegende Erfindung weist eine einfache, preisgünstige und äußerst zuverlässige Projektionsobjektiveinheit auf, die eine Scharfeinstellausgleichsfunktion besitzt.

Claims

Projektionslinseneinheit mit einer Anzeigeeinrichtung, auf der ein Bild angezeigt wird, einer Projektionslinse (20), die eine Vielzahl von Linsenelementen enthält, und einem optischen Kopplungsgehäuse (21), an dem an einer Seite die Anzeigeeinrichtung (23) und an seiner gegenüberliegenden Seite die Projektionslinse (20) befestigt ist, einer optischen Kopplungslinse (22), die flüssigkeitsdicht an dem optischen Kopplungsgehäuse (21) mit einem Klebemittelmaterial (32) angebracht ist, das Gummielastizität aufweist, wobei die Anzeigeeinrichtung (23) flüssigkeitsdicht an dem optischen Kopplungsgehäuse (21) befestigt ist, und einer optischen Kopplungskammer (33), die als ein flüssigkeitsdichter Raum ausgebildet ist, der von dem optischen Kopplungsgehäuse (21), der optischen Kopplungslinse (22) und der Anzeigeeinrichtung (23) begrenzt ist, wobei das optische Kopplungsgehäuse (21) mit einer Öffnung (27) versehen ist, die mit der optischen Kopplungskammer (33) in Verbindung steht und durch eine bewegbare Membran (28) aus einem elastischen Abdichtungsmaterial flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, gekennzeichnet durch einen Luftbehälter (30, 41), der mit der Öffnung (27) in Verbindung steht, wobei die Membran (28) zwischen der Öffnung (27) und dem Luftbehälter (30, 41) angeordnet ist, den Luftbehälter (30, 41) luftdicht abdichtet und gemäß einer Druckänderung in der optischen Kopplungskammer (33) bewegbar ist.
Projektionslinseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplungskammer (33) mit einer optischen Kopplungsflüssigkeit (34) gefüllt ist, die ein hohes Lichtdurchlassvermögen hat.
Projektionslinseneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftbehälter (30) die Öffnung (27) überdeckt.
Projektionslinseneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftbehälter (41) von dem optischen Kopplungsgehäuse (21) getrennt angeordnet ist und dass der Luftbehälter (41) und das optische Gehäuse durch einen flexiblen Schlauch (40) miteinander verbunden sind.
Projektionslinseneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kleines Teil, wie eine Kunststoffkugel oder ein Kunststoffwürfel in den Luftbehälter (30) einbringbar ist, um das Luftvolumen in dem Luftbehälter (30, 41) genau einzustellen.