投影镜头和图象显示装置制造方法及图纸

一种整体紧凑、廉价的图象显示器，它用多个各由五组透镜依次包括第一组非球面透镜、第二组非球面透镜、第三组双凸透镜、第四组非球面透镜和第五组非球面透镜构成的投影系统，第三组透镜的折射光焦度不低于该系统总光焦度的７０％，第一和第二组非球面透镜的各边缘形状设置得具有预定关系，将低色散、高折射率玻璃材料用于绿色投影透镜系统的凸透镜将高色散、高折射率玻璃材料用于蓝色和红色投影透镜系统的凸透镜。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及投影类图象显示装置，特别是涉及具有短的投影距和宽视场角的投影镜头，以及使用该投影镜头的具有好的性能价格比的图象显示装置，在该图象显示装置中即使在屏幕的角部也能投射明亮的投影图象，同时该图象显示装置外型紧凑。为享受诸如Hivision图象的高清晰度图象，至今已开发了大尺寸屏幕显示装置。这种大尺寸屏幕显示装置分为两类，即直视型和投影型。这两类显示装置都有其长处和短处。一般说来，投影型显示装置在重量、深度和成本方面优于直视型显示装置，但其在图象亮度和分辨率方面不如直视型显示装置。然而，随着对投影管和关键部件诸如投影镜头和屏幕的日益改进，新的投影型显示装置在前面提到的问题方面有显著的改善。考虑到为易于在家中安置和可携带性，可望在将来会更广泛地使用投影型显示装置。在开发这种投影型显示装置的过程中，人们已尝试通过使用大量的非球面透镜来减小f数从而得到与直视型显示装置相等的图象亮度，如在美国专利4，682，862和4，792，217中所公开的。最近，美国专利5，200814公开了使用双合玻璃透镜来获得在亮度和聚焦特性两方面的改善的情形。结果，目前在投影型电视装置中使用大约f/1.0的投影镜头以致在屏幕的中心部分得到特别充分的亮度。虽然上面所描述的已展示这样的事实，即如果投影型显示装置与直视型显示尺寸相等，使用了多个这样大尺寸投影透镜的本投影型图象显示装置的成本低于直视型显示装置的成本，但是为使投影型显示装置得到广泛使用，还需要进一步降低其成本。然而，与降低如由大规模集成技术得到的电路部分的成本相比，降低投影镜头的成本是困难的，因为所使用的投影透镜数已减少到4或5。当将现有的投影型电视装置与直视型电视装置相比较时，目前在投影型电视装置的特性中，图象角亮度不足尤为突出。因此有必要加强投影镜头的角亮度。在现有直视型电视装置中，屏幕角部分的亮度约为60%，其为作为代表点的相对图象高度＝0.9的象点的亮度与屏幕中心的亮度之比率，而在投影型电视装置中该亮度约为30%，就是说，投影型电视装置的亮度比直视型电视装置的亮度低。为利用投影型电视装置紧凑这一最大优点，必须进一步缩短投影距。虽然现在在短投影距的投影镜头中半视场角约为35°，但需要其半视场角约为38°的投影镜头以获得紧凑的设置，诸如相对于40英寸的屏幕尺寸约为40cm的深度。至于投影镜头的成本，在体积上比小尺寸照相机镜头大得多的玻璃光焦度透镜占了整个成本的很大权重。因此可以考虑对于玻璃透镜使用低价格材料。然而，其折射率高以致可易于校正单色象差的低价格材料一般色散大(低Abbe数)，而导致色象差。相反，低色数(高Abbe数)以致色差易于降低的材料折射率低，使校正单色象差困难。总之没有低成本材料适合光学设计。本专利技术的一个目的就是解决现有技术中的前述问题。本专利技术还有一个目的是提供一种大视场角的投影镜头，其中屏幕的角部分亮度得到改善以致与屏幕尺寸相比能相对地缩短投影距。本专利技术的又一个目的是提供一种使用该投影镜头的图象显示装置，以降低成本。为达到上述目的，本专利技术如下设计了投影镜头和将该投影镜头应用于图象显示装置的方法。首先，投影透镜系统含有一个具有正光焦度的双凸透镜组，以及四组非球面透镜，两组在所述双凸透镜组前，两组在所述双凸透镜组后。该双凸透镜组的光焦度不低于整个系统光焦度的70%。其它透镜组，即，具有低光焦度的四组非球面透镜这样形成以致将透镜组的每一透镜的中心光焦度设定在预定的范围内。再者，四组非球面透镜的每一透镜边缘区域的局部形状这样形成以致保持在预定趋势内。结果，既在屏幕的角部分改善了亮度，又减小了投影距。将该投影透镜系统应用到图象显示装置的方法如下。准备两种类型的玻璃透镜，即使用价格昂贵但低色散(高Abbe数)、高折射率材料的玻璃透镜和使用可能产生色差但价格低廉的高色散(低Abbe数)、与前述玻璃透镜一样高的高折射率材料的玻璃透镜。将前种使用低色散(高阿贝数)、高折射率材料的玻璃透镜应用于绿色图象光的投影镜头，其亮度高并在整个图象的图象特性中占主导地位。将后一种使用高色散(低阿贝数)、高折射率材料的玻璃透镜应用于蓝色图象的投影镜头，其亮度低并对整个图象的图象特性几乎无影响，应用于红色图象光的投影镜头，其在单波长附近有荧光谱并有可能减小色差。结果，降低了成本。在该方法中，在投影型图象显示装置的整个光学系统中，高性能和低成本可做到相互兼容。整个透镜系统从屏幕侧顺序排列有五组透镜。最靠近投影管的第五透镜组用作场曲率校正凹透镜，并确定入射到透镜系统的每个物高的光锥的通路位置。第四组透镜在其中心部分有微弱的正光焦度以便朝着边缘部分方向光焦度下降。这就是说，第四组透镜的作用是使来自屏面角部分的入射光锥朝具有大光焦度的第三组透镜展宽。结果，第四组透镜有助于后续透镜组校正象差。第三组透镜具有约不低于整个光焦度70%的光焦度，并有会聚由每个物点产生的光锥的作用。这样来设定第三组透镜的形状，以使屏幕测的出射表面的曲率大于入射表面的曲率，从而减小了由其产生的球差和彗差。第二组透镜是辅助透镜组。第二组透镜的中心部份几乎没有光焦度，并校正初级球差和彗差。边缘部分校正高阶球差。另外，具有比其中心部分高的光焦度的第二组透镜的边缘部分起这样的作用，即，将从具有大视场角物点散射的光锥的角光线弯向透镜组的中心。第一组透镜的中心部分作为凸透镜。该中心部分校正由第三组透镜的出射表面产生的象散和高阶球差。第一组透镜的边缘部分对于如上所述通过第二组透镜具有大视场角的光束起凹透镜的作用。当第一组透镜入射表面边缘部分的曲率方向和第二组透镜出射表面边缘部份的曲率方向设定得与第三组透镜的出射表面的曲率方向一样时，第一组透镜的边缘部分可很好地校正光束的子午横向光线象差。通过使用前述结构，不仅从投影管的荧光表面上边缘部分具有大视场角的物点散射出的光锥能广泛地拿来以确保充分的角部照明，而且能减小投影距而获得高分辨率图象的投影。在这种透镜系统中，作为高的光谱发光效率的绿色图象光投影镜头以及具有较高光焦度的第三组透镜中的玻璃透镜使用了高色散(低阿贝数)、高折射率的材料，从而确保了整个系统的成象性能。另一方面，即使在作为红色或蓝色图象光投影镜头使用高色散(低阿贝数)、如前类材料一样的高折射率的低成本材料的情况下，不仅不会降低图象性能因为红色图象光几乎没有色差，而且也几乎不会对图象性能产生影响，因为即使在蓝色图象光的色差很大的情况下蓝色图象的光谱发光效率也很低。当正确地使用前述投影透镜系统的结构和玻璃透镜材料时，本专利技术的目的在投影型图象显示装置的整个光学系统中得以实现。附图说明图1是示出本专利技术第一实施例的镜头安置的示意性截面图;图2是示出使用根据本专利技术的投影透镜系统的图象显示装置的示意性截面图;图3是用于说明界定本专利技术所述的非球面表面的曲线图;图4是示出根据表1中所列透镜数据的投影透镜系统的MTF(调制传递函数)的特性曲线图;图5是示出通过根据表1所列透镜数据的投影透镜系统处理后投影屏上光量的变化曲线图;图6是根据表4所列透镜数据的投影透镜系统的示意性截面图;图7是示出玻璃材料A和玻璃材料B之间比较结果的折射率作为波长函数的曲线图;图8是根据表1所列透镜数据的投影透镜系统中MTF特性作为绿色荧光光谱函数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将由图象显示部件显示的图象投影到屏幕上从而在所述屏幕上显示被放大图象的投影透镜系统，包括含有一组双凸透镜和四组非球面透镜的五组透镜，所述双凸透镜组在所述五组透镜中具有最大的正光焦度，即具有不低于所述系统整个光焦度７０％的正光焦度，致使其屏幕侧曲率半径小于图象显示部件侧曲率半径，所述四组非球面透镜包括安置在所述双凸透镜组前侧的两组非球面透镜和安置在所述双凸透镜组后侧的另两组非球面透镜，安置在所述双凸透镜组前侧的所述两组非球面透镜包括安置在屏幕侧的第一组非球面透镜和安置在图象显示部件侧和第二组非球面透镜，所述第二组非球面透镜在其中心部分具有几乎为零或正的光焦度，使所述第一组非球面透镜的入口表面边缘部分的弯曲方向和所述第二组非球面透镜的出口表面边缘部分的弯曲方向与所述双凸透镜组的出口表面的弯曲方向一样。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大泽敦夫，吉川博树，森繁，小仓直之，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]