專利名稱：用于投影透鏡的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于能夠進(jìn)行沙伊姆弗勒(Scheimpflug)調(diào)節(jié)的投影系統(tǒng)的投影透鏡的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)；本發(fā)明還涉及構(gòu)造和操作這種投影系統(tǒng)的方法以及用于這種系統(tǒng)的透鏡適配器。
背景技術(shù)：
當(dāng)投影系統(tǒng)將圖像投影至屏幕上時，如果屏幕未與投影系統(tǒng)的主光學(xué)軸線垂直地定位，被投影的圖像就可能失焦或者部分失焦。這在使用多面型或彎曲型投影屏幕的系統(tǒng)中特別成為問題，在這種系統(tǒng)中，形成屏幕的元件可能相對于投影系統(tǒng)的光學(xué)軸線角度偏離。能夠在不需要重新定位屏幕和/或投影機(jī)的情況下校正這種聚焦錯誤。投影透鏡的位置能夠相對于投影機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方案通常稱為“沙伊姆弗勒原理”。在投影透鏡自身上進(jìn)行的動作稱為沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)或校正。一種在投影系統(tǒng)中進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的方法使用這樣一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括與投影透鏡連接的承載板以及與投影機(jī)連接的基板。承載板能夠繞定位于透鏡上方的水平旋轉(zhuǎn)軸線而相對于基板旋轉(zhuǎn)，承載板能夠繞位于透鏡側(cè)部處的豎直軸線而相對于基板旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)螺栓和壓縮彈簧連接承載板和基板。不過，使得投影透鏡傾斜也使它產(chǎn)生了很強(qiáng)的失焦。這需要通過以精確的相同量調(diào)節(jié)全部三個螺栓而使透鏡承載板沿Z軸線運(yùn)動來將透鏡重新聚焦。將焦點(diǎn)(或后焦距)調(diào)節(jié)和傾斜(或沙伊姆弗勒)調(diào)節(jié)進(jìn)行組合，通常需要重復(fù)調(diào)節(jié)，直到獲得令人滿意的沙伊姆弗勒校正和令人滿意的焦點(diǎn)。在投影系統(tǒng)中進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的另一方法在與投影透鏡連接的承載板和與基板或X-Y位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的固定板之間使用球接頭或球形接頭。球形承載板能夠在球形基板內(nèi)旋轉(zhuǎn)?？赡茈y以通過該裝置來進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，原因是這種方案是基于摩擦的方案，具有不希望的粘滑效應(yīng)。另外，很難在調(diào)節(jié)后鎖定投影透鏡的位置。這種方案也很昂貴，因?yàn)樾枰交膹澢砻?。因此，該方案并不適合較重的投影透鏡。在投影系統(tǒng)中進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的另一方法在EPl 566 677A1中進(jìn)行了描述。投影透鏡安裝在基板上。投影透鏡的位置能夠通過在與投影透鏡的光學(xué)軸線垂直的平面中施加水平和/或豎直移位而被調(diào)節(jié)。投影透鏡還能夠進(jìn)行傾斜，以便提供沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種允許進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的用于投影系統(tǒng)的投影透鏡的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)；本發(fā)明還涉及構(gòu)造和操作這種投影系統(tǒng)的方法以及用于這種系統(tǒng)的透鏡適配器。本發(fā)明的一個方面提供了一種用于調(diào)節(jié)投影透鏡相對于投影機(jī)的位置以進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該投影透鏡具有光學(xué)軸線，該系統(tǒng)包括第一支撐部，用于裝配在投影機(jī)上或形成投影機(jī)的一部分；
第二支撐部，用于裝配在投影透鏡上或形成投影透鏡的一部分；連接部，該連接部可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第一支撐部并可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第二支撐部，并被構(gòu)造成允許第二支撐部繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線相對于第一支撐部進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，這兩個旋轉(zhuǎn)軸線與投影透鏡的光學(xué)軸線相交并與其垂直。該透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠構(gòu)造成透鏡-投影機(jī)適配器。兩個旋轉(zhuǎn)軸線與投影透鏡的光學(xué)軸線相交并與其垂直的布置方式具有這樣的優(yōu)點(diǎn)繞這些軸線的旋轉(zhuǎn)對透鏡的后焦距(BFL)設(shè)置幾乎無影響。因?yàn)閷FL的影響非常小，因此在改變沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)時/之后不需要重新調(diào)節(jié)BFL設(shè)置。小的BFL變化(它將引起圖像的小失焦效應(yīng))能夠很容易地通過透鏡焦點(diǎn)來校正。這允許容易和非?？焖俚恼{(diào)節(jié)方法。優(yōu)選地，兩個旋轉(zhuǎn)軸線選擇為靠近投影透鏡的節(jié)點(diǎn)，這在進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)時進(jìn)一步減小對圖像位置的影響。本發(fā)明的實(shí)施例具有能夠容易和快速進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。沙伊姆弗勒校正的獨(dú)立調(diào)節(jié)能夠繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線中的每個來進(jìn)行。調(diào)節(jié)系統(tǒng)緊湊和輕量化，且制造相對便宜。調(diào)節(jié)系統(tǒng)對總體圖像焦點(diǎn)具有很小影響或者沒有影響，且對圖像位置具有很小影響或者沒有影響。還一優(yōu)點(diǎn)是可樞軸轉(zhuǎn)動的安裝提供了透鏡位置的低摩擦調(diào)節(jié)，從而能夠在沒有現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的粘滑問題的情況下進(jìn)行小且精確的透鏡位置調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，系統(tǒng)包括鎖定機(jī)構(gòu)，用于固定第二支撐部相對于第一支撐部的位置。鎖定機(jī)構(gòu)提供了投影透鏡的調(diào)節(jié)后位置的可靠鎖定，并能夠?qū)Ω遁^重的投影透鏡。優(yōu)選地，鎖定機(jī)構(gòu)布置成將第二支撐部固定在第一支撐部上。優(yōu)選地，鎖定機(jī)構(gòu)包括至少一個鎖定裝置，該鎖定裝置定位在與旋轉(zhuǎn)軸線偏離的位置處。優(yōu)選地，鎖定機(jī)構(gòu)包括多個鎖定裝置，這些鎖定裝置定位成環(huán)繞第二支撐部的周邊。優(yōu)選地，設(shè)置至少三個且優(yōu)選地至少四個鎖定裝置，這些鎖定裝置定位成環(huán)繞第二支撐部的周邊。優(yōu)選地，該鎖定裝置或各鎖定裝置包括可彈性回彈構(gòu)件，例如懸臂彈簧。位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠用于各種投影用途。特別需要沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的用途是模擬或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用途，其中使用多面或彎曲的投影屏幕。本發(fā)明的還一方面提供了一種包括透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投影機(jī)。本發(fā)明的還一方面提供了一種調(diào)節(jié)投影透鏡相對于投影機(jī)的位置以進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的方法，該投影透鏡具有光學(xué)軸線，該方法包括利用萬向節(jié)來使投影透鏡相對于投影機(jī)樞軸轉(zhuǎn)動，這允許相對于投影機(jī)定向繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線獨(dú)立地調(diào)節(jié)透鏡定向，這兩個旋轉(zhuǎn)軸線與投影透鏡的光學(xué)軸線相交并與之垂直。


下面將參考附圖通過實(shí)例介紹本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1顯示了處在裝配狀態(tài)中的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝在投影透鏡上；圖2顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分解圖；圖3顯示了在裝配狀態(tài)中的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中投影透鏡已經(jīng)移除；圖4顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖5詳細(xì)顯示了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和鎖定機(jī)構(gòu)；
圖6和圖7詳細(xì)顯示了鎖定機(jī)構(gòu)；圖8顯示了在進(jìn)行了沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)后透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖9顯示了用在透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的連接部的可選實(shí)施例；圖1OA至IOC顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個實(shí)施例，其中連接部位于背板的后面；圖1lA至IlC顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個實(shí)施例，其中連接部位于背板的平面中；圖12A和12B顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個實(shí)施例，其中承載板利用連接部中的凹部與連接部連接；圖13A至13C顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個實(shí)施例，其中承載板連接到連接部的外部。
具體實(shí)施例方式下面將針對特定實(shí)施例并參考附圖來介紹本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而是只由權(quán)利要求來限制。所述附圖只是示意性的，而不是限制性的。在附圖中，為了示例說明目的，一些元件的尺寸可以夸大，沒有按比例畫出。當(dāng)在本說明書和權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括”時，它并不排除其它元件或步驟。而且，在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等是用于在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，而并不必須是說明程序或時間順序。應(yīng)當(dāng)知道，這樣使用的術(shù)語可在合適情況下進(jìn)行互換，這里所述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以與這里所述或所示不同的順序來操作。圖1至圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、用于相對于投影機(jī)調(diào)節(jié)投影透鏡5的位置的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)10。圖1和圖4顯示了處在裝配狀態(tài)中的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝在投影透鏡5上。圖2顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分解圖。圖3顯示了處在裝配狀態(tài)中的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中投影透鏡已經(jīng)移除。透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠被構(gòu)造成透鏡-投影機(jī)適配器。透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要部件是第一支撐部20 (該第一支撐部將稱為基板)、第二支撐部40 (該第二支撐部將稱為承載板)和連接部30?；?0可安裝在投影機(jī)或投影系統(tǒng)(100，圖4)的機(jī)架上或形成該機(jī)架的一部分。承載板40可安裝在投影透鏡5上。承載板40具有管形部45，用于接收透鏡的鏡筒。投影透鏡5通過螺釘或螺栓43固定在承載板40，該螺釘或螺栓穿過透鏡5的凸緣部4，并定位在承載板40的孔44中。在可選實(shí)施例中，承載板40能夠形成透鏡5的整體部分?；?0可安裝到投影機(jī)或投影系統(tǒng)100的機(jī)架110 (圖4)?；?0具有一組支撐件28，該組支撐件沿光學(xué)軸線6的方向從基板20向外突出。在優(yōu)選實(shí)施例中，具有四個支撐件28，各支撐件與相鄰支撐件28偏離90°。各支撐件28在該支撐件28的遠(yuǎn)端處具有溝槽29。各溝槽29形成用于固定透鏡5的位置的鎖定機(jī)構(gòu)的一部分。溝槽29具有縱向軸線，該縱向軸線與基板20的平面垂直?；?0還具有一對支撐件35，該對支撐件彼此徑向相對地定位在基板上。支撐件35與投影透鏡的標(biāo)稱光學(xué)軸線6(即在任何沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)之前的軸線)對齊。支撐件35給連接部30提供支撐。基板20還具有兩個支腿21、23，這兩個支腿從基板20向外突出。各支腿21、23具有用于接收相應(yīng)調(diào)節(jié)螺釘22、24的孔，該調(diào)節(jié)螺釘用于調(diào)節(jié)承載板40的位置?；?0具有孔穴19，該孔穴允許(當(dāng)需要時)透鏡5的鏡筒穿過基板突出，如圖4中所示。在該實(shí)施例中，連接部30是具有一對徑向相對孔32的的環(huán)形部件。連接部30通過銷31而與支撐件35可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。在使用時，連接部30能夠繞旋轉(zhuǎn)軸線7旋轉(zhuǎn)。連接部30還具有一對徑向相對孔34，并通過銷33而與承載板40中的一對徑向相對孔42可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。在使用時，承載板40能夠繞軸線8相對于連接部30旋轉(zhuǎn)。軸線7、8相互垂直，并與投影透鏡的(縱向)光學(xué)軸線6垂直。軸線7、8在光學(xué)軸線6處彼此相交。支腿21和調(diào)節(jié)螺釘22垂直于旋轉(zhuǎn)軸線7地定位。在使用時，沿一個方向(例如順時針方向)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘22將使得螺釘22的末端27壓在承載板40的側(cè)面上，并使得承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線7沿一個方向運(yùn)動。沿相反方向(例如逆時針方向)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘22將使得螺釘22的末端27移動離開承載板40，并允許承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線7沿相反方向運(yùn)動。以類似方式，支腿23和調(diào)節(jié)螺釘24垂直于旋轉(zhuǎn)軸線8地定位。在使用時，沿一個方向(例如順時針方向)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘24將使得螺釘24的末端27壓在承載板40的側(cè)面上，并使得承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線8沿一個方向運(yùn)動。沿相反方向(例如逆時針方向)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘24將使得螺釘24的末端27移動離開承載板40，并允許承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線8沿相反方向運(yùn)動。在圖2所示的定向中，旋轉(zhuǎn)軸線7是豎直軸線，旋轉(zhuǎn)軸線8是水平軸線。在使用時，投影透鏡的較大質(zhì)量提供了繞旋轉(zhuǎn)軸線8的適當(dāng)力矩，以便使得承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線8運(yùn)動，因此在螺釘24轉(zhuǎn)動使得它移動離開承載板40時保證承載板與螺釘24的末端的連續(xù)接觸。豎直旋轉(zhuǎn)軸線7不會以相同方式受益。能夠提供可彈性回彈元件(例如壓縮彈簧46)，其作用在承載板40和基板20之間，并沿繞軸線7的方向施加力矩。這在轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘22使得它移動離開承載板40時幫助承載板40運(yùn)動。圖1和圖3顯示了安裝回彈元件的一種方式。提供兩個壓縮彈簧46,在承載板40的每側(cè)一個。方便地,一個彈簧46定位在承載板40的、在使用時將處在頂部的部分上，一個彈簧46定位在承載板40的、在使用時將處在底部的部分上。各彈簧的一個孔眼與靠近承載板40的豎向中部外邊緣地安裝在承載板40的前表面上的柱47連接。這樣的位置使得由彈簧施加的機(jī)械力矩最大。各彈簧的另一孔眼與安裝在基板20上的柱48連接。各調(diào)節(jié)螺釘上的螺母25、26的目的是將調(diào)節(jié)螺釘鎖定在基板20上，以使得這些調(diào)節(jié)螺釘不會松掉，也不會丟失。當(dāng)螺母25、26被緊固時，將防止調(diào)節(jié)螺釘22、23旋轉(zhuǎn)，從而防止對沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的任何改變?？蛇x地，一旦鎖定，可以將調(diào)節(jié)螺釘22、23移除，各調(diào)節(jié)螺釘22、24的末端27能夠倒圓。在使用時，末端27接觸承載板40的側(cè)面。在使用過程中，該側(cè)面并不保持與調(diào)節(jié)螺釘22、24的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。根據(jù)沙伊姆弗勒設(shè)置，側(cè)面能夠有雙重傾斜。球形末端27保證末端27和承載板的側(cè)面之間的良好確定的接觸點(diǎn)。在可選實(shí)施例中，螺釘22、24是包括球形插入件的緊定螺釘，其包含用于壓靠承載板40表面的平表面。球形插入件能夠在緊定螺釘內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，并跟隨側(cè)面的傾斜。在調(diào)節(jié)過程中，接觸面也在承載板40的側(cè)面上滑動。這能夠降低較高接觸壓力和磨損。鎖定機(jī)構(gòu)用于固定承載板40相對于基板20的(已調(diào)節(jié))位置。鎖定機(jī)構(gòu)直接作用在承載板40和基板20之間。在圖1至3顯示的實(shí)施例中，鎖定機(jī)構(gòu)包括四個鎖定裝置。各鎖定裝置包括細(xì)長構(gòu)件51。各構(gòu)件51與承載板40的相應(yīng)拐角連接，并從承載板40徑向朝外定向。這些構(gòu)件51形成圓形陣列，其中這些構(gòu)件分開90°。優(yōu)選地，各構(gòu)件51是可彈性回彈構(gòu)件，例如懸臂彈簧。各構(gòu)件51通過螺栓54而固定在承載板40的安裝塊53上。各構(gòu)件51具有溝槽52。該溝槽52與構(gòu)件51的縱向軸線對齊，并相對于承載板40徑向?qū)R。鎖定機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件51還包括螺栓56、螺母55和墊片57、58，用于將構(gòu)件51固定在基板20的支撐臂28上。最好如圖6中所示，各螺母55定位在基板20的支撐件28的溝槽29內(nèi)。在透鏡位置的調(diào)節(jié)過程中，構(gòu)件51的螺母55能夠沿相應(yīng)溝槽29運(yùn)動。透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)10允許繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線7、8獨(dú)立地進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)(校正)。連接部30可繞旋轉(zhuǎn)軸線7樞軸轉(zhuǎn)動地與基板20連接。承載板40可繞旋轉(zhuǎn)軸線8樞軸轉(zhuǎn)動地與連接部30連接。軸線7、8相互垂直。有利地，一個軸線水平對準(zhǔn)，另一軸線豎直對準(zhǔn)。由于與連接部的這種樞軸轉(zhuǎn)動安裝，透鏡位置的調(diào)節(jié)是低摩擦運(yùn)動。上述布置以與萬向接頭或萬向節(jié)類似的方式起作用。旋轉(zhuǎn)軸線7、8相對于透鏡節(jié)點(diǎn)的位置能夠根據(jù)要使用的透鏡類型而構(gòu)造在任意選定位置。在豎直和水平平面中的沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)能夠獨(dú)立地進(jìn)行。因?yàn)閮蓚€旋轉(zhuǎn)軸線7、8與透鏡的光學(xué)軸線6相交和垂直，因此繞這些軸線的旋轉(zhuǎn)對透鏡的后焦距(BFL)設(shè)置幾乎沒有影響。由于對BFL的影響非常小，因此在進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)時/之后不需要重新調(diào)節(jié)BFL設(shè)置。將對圖像產(chǎn)生小失焦影響的小BFL變化能夠通過透鏡焦點(diǎn)而很容易地校正。這允許一種容易和非常快速的調(diào)節(jié)方法。當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)軸線
7、8被選擇在投影透鏡的節(jié)點(diǎn)附近時，沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)對圖像位置的影響非常小。投影機(jī)/投影系統(tǒng)100包括圖像形成裝置，并能夠?yàn)槿我獬Ｒ?guī)設(shè)計(jì)。通常，投影機(jī)100包括光源和光閥陣列。光閥陣列包括光閥元件形成的兩維陣列。各光閥元件與圖像的像素相對應(yīng)，并能夠被單獨(dú)控制，以便允許光通過該元件/從該元件反射。通常，在“開(0N)”和“關(guān)(OFF)”之間的值(例如256)的范圍內(nèi)對各光閥元件進(jìn)行控制，以便提供一定范圍的灰度值。光閥陣列能夠是透射技術(shù)，例如液晶顯示(LCD)面板，其中，根據(jù)需要在像素位置透射的光量，使元件打開、關(guān)閉或者處在開和關(guān)之間某處的值?？蛇x地，光閥陣列能夠使用反射技術(shù)，例如硅基液晶(LCOS)或數(shù)字光處理(DLP)。圖4顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)10，其中光學(xué)軸線6與基板20的平面垂直地對準(zhǔn)。下面將參考圖5至8介紹調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的操作。用于調(diào)節(jié)透鏡位置的步驟順序是1.通過松開各構(gòu)件51上的鎖定螺栓56而釋放鎖定機(jī)構(gòu)。2.松開各調(diào)節(jié)螺釘22、24的螺母25、26。3.通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘22、24來進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)。這使得承載板40相對于基板20運(yùn)動。調(diào)節(jié)螺釘22調(diào)節(jié)承載板40繞豎直旋轉(zhuǎn)軸線7的位置。調(diào)節(jié)螺釘24調(diào)節(jié)承載板40繞水平旋轉(zhuǎn)軸線8的位置。對一個或兩個調(diào)節(jié)螺釘根據(jù)需要進(jìn)行哪種沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)(水平、豎直)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中，構(gòu)件51能夠沿軸線81、82相對于支撐件58運(yùn)動(圖5至7)。借助于各構(gòu)件51中的溝槽52以及各支撐件28中的溝槽29允許構(gòu)件51的運(yùn)動。松開的螺栓56保持構(gòu)件51和支撐件28之間的松弛連接。4.通過在各構(gòu)件51上擰緊鎖定螺栓56而固定鎖定機(jī)構(gòu)。承載板40在全部四個拐角處通過構(gòu)件51而連接在基板20上。承載板40以及(因此)投影透鏡5被防止在由4個鎖定件確定的平面(該平面是與光學(xué)軸線6垂直的平面)內(nèi)進(jìn)行任何平移運(yùn)動。因此，也防止承載板40繞旋轉(zhuǎn)軸線7、8的旋轉(zhuǎn)。承載板40繞光學(xué)軸線6的旋轉(zhuǎn)也不可能，原因是該旋轉(zhuǎn)由于經(jīng)由連接部30和軸線部件與基板20的連接而被防止。沿光學(xué)軸線6的可能平移也是如此。構(gòu)件51能夠根據(jù)沙伊姆弗勒條件相對于基板20將承載板40鎖定在不同位置處。根據(jù)正進(jìn)行調(diào)節(jié)的沙伊姆弗勒條件，鎖定構(gòu)件(例如懸臂彈簧)能夠沿它們的長度軸線扭轉(zhuǎn)。投影透鏡5的重心并不必須處于旋轉(zhuǎn)軸線7、8的平面內(nèi)。這產(chǎn)生了作用在調(diào)節(jié)系統(tǒng)10上的附加負(fù)載力矩。為了克服它，鎖定機(jī)構(gòu)的一些部分(在平面中)定位在離開旋轉(zhuǎn)軸線7、8 —定距離處。示例實(shí)施例使用4個構(gòu)件51，這4個構(gòu)件51提供了穩(wěn)定和對稱的布置?？梢灾皇褂?個構(gòu)件51，這3個構(gòu)件51關(guān)于承載板40等距分開?？蛇x地，能夠使用更多構(gòu)件51。例如，能夠?qū)?個構(gòu)件51設(shè)置于拐角處，將4個構(gòu)件51設(shè)置于中部。懸臂彈簧有利地用作鎖定機(jī)構(gòu)的構(gòu)件51。懸臂彈簧能夠沿特定方向變形，且沿其它方向具有很高剛性。它們具有薄截面，這能夠很容易沿一個方向變形以及繞縱向軸線扭轉(zhuǎn)。同時它們具有很高的抵抗沿縱向軸線變形的能力，即具很很高的抗拉伸和壓縮負(fù)載特性。在壓縮負(fù)載下曲蹲的危險(xiǎn)幾乎沒有，原因是相鄰彈簧同時被加載有拉伸負(fù)載。懸臂彈簧的可選代替方案是小直徑桿或金屬絞線。圖8顯示了在沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)后的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)10。圖中顯示了調(diào)節(jié)前的光學(xué)軸線6和調(diào)節(jié)后的光學(xué)軸線6’。從螺栓56的位置可以看出鎖定機(jī)構(gòu)的構(gòu)件51怎樣從它們的標(biāo)稱位置(圖4中所示)運(yùn)動。通常，沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)在安裝投影系統(tǒng)時進(jìn)行。在不改變投影機(jī)、投影透鏡和投影屏幕的相對位置的情況下，應(yīng)當(dāng)不需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)。在示例實(shí)施例中，連接部30被顯示為環(huán)形部件，具有用于各旋轉(zhuǎn)軸線7、8的一對可樞軸轉(zhuǎn)動安裝件31、33。在圖9中所示的可選實(shí)施例中，連接部30對于每個旋轉(zhuǎn)軸線7、8具有單個可樞軸轉(zhuǎn)動安裝件32、34。這使得連接部30’能夠?yàn)榄h(huán)的一段。根據(jù)光學(xué)路徑&透鏡布局，連接部30的尺寸能夠變化，以便允許更大通光孔徑。在所示實(shí)施例中，投影透鏡5的一部分定位成使得它穿過連接部30突出(最好見圖4)。另夕卜，投影透鏡5的一部分定位成它穿過基板20突出(最好見圖4)。連接部30通過軸線部件(圖2中的31、33)而與基板20和承載板40連接。這樣的連接能夠在連接部30的任一側(cè)進(jìn)行，或者使用在環(huán)自身的壁中、暴露“軸線”部件的凹部進(jìn)行。系統(tǒng)機(jī)架機(jī)械結(jié)構(gòu)和承載板的定位能夠根據(jù)周圍機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)約束進(jìn)行選擇。背板/系統(tǒng)機(jī)架能夠定位在連接部30之前(如圖中所示)、在連接部30處或在連接部30之后。承載板40也是如此。這使得該思想能夠用于不同種類的投影透鏡和光學(xué)配置。圖1OA至13C顯示了透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些可選實(shí)施例。圖1OA至IOC顯示了連接部30、承載板40和背板20相對于彼此的可選定位，其中，連接部30定位在背板20的相反側(cè)(與圖1至8中所示的實(shí)施例相比)。背板20具有支撐臂201，用于與連接部30可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。承載板40的管形部45向后延伸，并穿過基板20中的孔穴19突出。管形部45可繞銷33樞軸轉(zhuǎn)動地與連接部30連接。圖1lA至IlC顯示了連接部30、承載板40和背板20相對于彼此的可選定位，其中，連接部30布置在背板高度處，即，在與背板20相同的平面中。承載板40的管形部45向后延伸直至基板20中的孔穴19。管形部45可繞銷33樞軸轉(zhuǎn)動地與連接部30連接。圖12A和12B顯示了連接部30的可選定位，其中，承載板40使用連接部30自身的壁中的凹部而與連接部30連接。背板20具有支撐臂201，用于與連接部30可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。承載板40的管形部45向后延伸直至(或恰好穿過)基板20中的孔穴19。管形部45具有一對臂401，該對臂401布置在連接部的溝槽301中。各臂401與連接部30可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。圖13A至13C顯示了連接部30的可選定位，其中，承載板40連接到連接部30的外部。承載板40的管形部45向后延伸直至(或恰好穿過)基板20中的孔穴19。管形部45具有一對臂402，該對臂402與連接部30的外表面可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。其它可選實(shí)施例(未示出)包括連接部30相對于背板20的可選定位。例如，背板20和連接部30之間的連接能夠通過在連接部中的凹部實(shí)現(xiàn)，代替在承載板40和連接部20之間的凹進(jìn)式連接(如圖12A和12B中所示)。在另一可選實(shí)施例中，連接部30能夠包括四個凹部，用于與承載板40和背板20可樞軸轉(zhuǎn)動地連接。還能夠有其它可選實(shí)施例。透鏡調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的特定構(gòu)造的選擇將在一定程度上由特定透鏡和/或投影機(jī)來確定。下面介紹根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡調(diào)節(jié)系統(tǒng)在進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)方面的優(yōu)點(diǎn)。為了將圖像投影在與投影機(jī)(例如LCD、LCOS或DLP面板)不平行的屏幕上，需要使得投影透鏡5傾斜一定角度，使得面板、投影透鏡和屏幕實(shí)現(xiàn)“沙伊姆弗勒”狀態(tài)。匹配給定投影屏幕角度所需的投影透鏡傾斜量取決于屏幕角度和放大率(被投影的圖像的尺寸和面板尺寸的比例)。該關(guān)系已經(jīng)在文獻(xiàn)中直接公開。在通過IXD、LCOS或DLP投影機(jī)進(jìn)行投影時，放大率通常非常高(例如，面板尺寸20mm，屏幕尺寸2m，放大率=100)，投影透鏡的非常小的傾斜就足以實(shí)現(xiàn)投影屏幕大得多的傾斜。根據(jù)透鏡在沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)過程中進(jìn)行傾斜所繞的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)或軸線，被投影的圖像可能側(cè)向偏移，且可能需要(同時或者作為一種單獨(dú)調(diào)節(jié))重新調(diào)節(jié)投影透鏡的側(cè)向(X-Y)位置，以便使得圖像的側(cè)向位置保持不變。通常存在這樣的一個點(diǎn)，投影透鏡可以繞該點(diǎn)傾斜，而不會引起圖像的側(cè)向偏移。該點(diǎn)的確切位置能夠在一階(旁軸)光學(xué)近似中計(jì)算，并是放大率以及投影透鏡的兩個節(jié)點(diǎn)平面(點(diǎn))之間的距離的函數(shù)。因此，該點(diǎn)對于不同透鏡或不同屏幕尺寸并不相同，不能對用于不同用途的投影機(jī)進(jìn)行唯一確定。對于高放大率的用途，該點(diǎn)通?？拷?但并不處于)投影透鏡的第一節(jié)點(diǎn)，并在第一和第二節(jié)點(diǎn)之間。根據(jù)透鏡在沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)過程中進(jìn)行傾斜所繞的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)或軸線，LCD、LCOS或DLP面板和投影透鏡之間的距離也可能變化(透鏡失焦)，可能需要(同時或者作為一種單獨(dú)調(diào)節(jié))重新調(diào)節(jié)投影透鏡的軸向(Z)位置，以便使得圖像焦點(diǎn)保持不變。不過，在透鏡軸向位置上的一些非常小的誤差(例如大約O. 05_)是可以接受的，原因是這能夠通過投影透鏡自身的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)來補(bǔ)償，而沒有明顯的圖像質(zhì)量退化。還存在投影透鏡相對于投影機(jī)的一個全局(global)位置，其將匹配給定屏幕尺寸、位置和傾斜度，并且這能夠通過商業(yè)軟件來計(jì)算或模擬。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和其它調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的差異在于需要多少迭代來獲得被調(diào)節(jié)的投影圖像。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，投影透鏡通常安裝在傾斜或沙伊姆弗勒模塊上，該傾斜或沙伊姆弗勒模塊自身安裝在X-Y (甚至Z)模塊上，該X-Y (甚至Z)模塊自身安裝在投影機(jī)機(jī)架上。這意味著透鏡的X-Y調(diào)節(jié)通常在固定于投影機(jī)上的參考系(通常在與光閥平行的平面中)中進(jìn)行，而不在固定于投影透鏡的參考系中進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)點(diǎn)定位在投影透鏡的光學(xué)軸線上并使之處在靠近透鏡的第一節(jié)點(diǎn)(但并不在第一節(jié)點(diǎn)上)的位置處，在該位置處，圖像偏移對于透鏡的傾斜敏感度較低(但并不為零)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在光學(xué)軸線上時，投影透鏡的較小傾斜只引起后工作距離的非常小的變化，這并不需要補(bǔ)償(不過，對于低放大率用途，可能不再是這種情況，在這種用途中，可能需要更大的透鏡傾斜)。本發(fā)明并不局限于這里所述的實(shí)施例，這些實(shí)施例可以在并不脫離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行變化或改變。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)投影透鏡相對于投影機(jī)的位置以用于進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述投影透鏡具有光學(xué)軸線，所述系統(tǒng)包括: 第一支撐部，用于裝配在投影機(jī)上或形成投影機(jī)的一部分； 第二支撐部，用于裝配在投影透鏡上或形成投影透鏡的一部分； 連接部，該連接部可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第一支撐部并且可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第二支撐部，并被構(gòu)造成允許第二支撐部繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線相對于第一支撐部進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，這兩個旋轉(zhuǎn)軸線與所述投影透鏡的光學(xué)軸線相交并與之垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括:鎖定機(jī)構(gòu)，用于固定第二支撐部相對于第一支撐部的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中:鎖定機(jī)構(gòu)布置成將第二支撐部固定于第一支撐部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的系統(tǒng)，其中:鎖定機(jī)構(gòu)包括至少一個鎖定裝置，所述鎖定裝置定位在與旋轉(zhuǎn)軸線偏離的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任意一個的系統(tǒng)，其中:鎖定機(jī)構(gòu)包括至少一個鎖定裝置，所述鎖定裝置定位在與光學(xué)軸線偏離的位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一個的系統(tǒng)，其中:鎖定機(jī)構(gòu)包括多個鎖定裝置，這些鎖定裝置環(huán)繞第二支撐部的周邊定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中:鎖定機(jī)構(gòu)包括至少三個，有利地至少四個鎖定裝置，這些鎖定裝置環(huán)繞第二支撐部的周邊定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一個的系統(tǒng)，其中:所述鎖定裝置或每個鎖定裝置包括可彈性回彈構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中:所述構(gòu)件或每個構(gòu)件是懸臂彈簧。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個的系統(tǒng)，還包括:調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)布置成作用在第一支撐部和第二支撐部之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中:調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括用于相對于第一支撐部繞旋轉(zhuǎn)軸線中的第一旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)第二支撐部的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及用于相對于第一支撐部繞旋轉(zhuǎn)軸線中的第二旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)第二支撐部的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中:調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括用于相對于第一支撐部沿第一旋轉(zhuǎn)方向繞第一旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)第二支撐部的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述系統(tǒng)還包括用于在第二支撐部上沿相反的第二旋轉(zhuǎn)方向繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸線施加力的構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的系統(tǒng)，其中:第一旋轉(zhuǎn)軸線是豎直軸線，第二旋轉(zhuǎn)軸線是水平軸線。
14.一種投影機(jī)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個的透鏡位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
15.一種調(diào)節(jié)投影透鏡相對于投影機(jī)的位置以用于進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)的方法，所述投影透鏡具有光學(xué)軸線，所述方法包括: 利用萬向節(jié)來使投影透鏡相對于投影機(jī)樞軸轉(zhuǎn)動，這允許相對于投影機(jī)定向繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線獨(dú)立地調(diào)節(jié)透鏡定向，所述兩個旋轉(zhuǎn)軸線與投影透鏡的光學(xué)軸線相交并與之垂直。
全文摘要
一種用于投影透鏡的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)(10)，其允許調(diào)節(jié)投影透鏡(5)相對于投影機(jī)(100)的位置，以用于進(jìn)行沙伊姆弗勒調(diào)節(jié)。投影透鏡(5)具有光學(xué)軸線(6)。系統(tǒng)(10)包括第一支撐部(20)，用于裝配在投影機(jī)(100)上或形成投影機(jī)的一部分；第二支撐部(40)，用于裝配在投影透鏡(5)上或形成投影透鏡的一部分；以及連接部(30)。連接部(30)可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第一支撐部(20)并可樞軸轉(zhuǎn)動地連接于第二支撐部(40)，并被構(gòu)造成使得第二支撐部(40)能夠繞兩個旋轉(zhuǎn)軸線(7、8)相對于第一支撐部(20)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，這兩個旋轉(zhuǎn)軸線與投影透鏡(5)的光學(xué)軸線(6)相交并與其垂直。提供鎖定機(jī)構(gòu)(28、29、51-58)用于固定第二支撐部(40)相對于第一支撐部(20)的位置。
文檔編號H04N5/74GK103080832SQ201180036167
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者F·埃林, D·朗博 申請人:巴爾科股份有限公司