CN100580497C - 用于三片式lcos薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头 - Google Patents

Abstract

一种用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，包括镜头前组、镜头后组、设置在镜头前组与镜头后组之间的平面反射镜，镜头前组与镜头后组包括镜筒及装于镜筒内的镜片，在镜头前组与镜头后组之间设有连接筒，平面反射镜安装于连接筒上。镜头前组是由一弯月形负片塑胶非球面透镜、一弯月形负片玻璃球面透镜及一弯月形正片玻璃球面透镜共三片构成的物镜负光焦度前组，构成大的反远距离。镜头后组为由八片玻璃球面镜构成的物镜正光焦度后组，其间设置四胶合或三胶合正组，系统的光阑面设在后组前负镜片的透镜框处，使系统入射光瞳和系统的物方焦点重合。所述负光焦度前组与正光焦度后组呈90度角至55度角设置，其间的平面反光镜与前组光轴线及后组光轴线成45度角至62.5度角设置，方便了镜头相匹配的分合色棱镜、聚光系统、光源等元件的几何形状的设置。

Description

用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头

技术领域

本发明涉及背投影设备中的投影物镜，主要是指一种用于三片式LCOS(液晶硅投影显示器)薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头。

背景技术

用于三片式LCOS光机的投影物镜是背投影数字电视机核心部件之一，它以LCOS芯片为物面，以菲涅尔投影屏为像面，其结构和质量将直接影响到背投的效果。为保证背投影数字电视机薄型化、高成像质量的要求，物镜应满足某些光学性能指标，短焦距、长后截距、高倍率、超广角、高分辨率、像面照度均匀、相对畸变小、色差小、合理的镜片几何形状等。

三片式LCOS芯片有高清晰画质的优点(像束为1920×1080)，但它需要分色镜、合色镜来实现彩色还原，对投影物镜而言就要求长的后截距来设置较好的分色镜、合色镜等部件。现有的镜头因镜片的几何形状不合理，使得投影距离都很长，配备在背投电视机上会使机壳厚度很厚(0.7时芯片，影屏65时时厚度在550mm以上)，体积庞大。为发扬LCOS芯片高清晰画质的特性而又能使背投电视机壳厚度薄，需要对现有的用于薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其可利于LCOS背投影数字电视机实现薄型化、大屏幕、高清晰度。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，包括镜头前组、镜头后组、设置在镜头前组与镜头后组之间的平面反射镜，镜头前组与镜头后组包括镜筒及装于镜筒内的镜片，在镜头前组与镜头后组之间设有连接筒，平面反射镜安装于连接筒上。

镜头前组是由一弯月形负片塑胶非球面透镜、一弯月形负片玻璃球面透镜及一弯月形正片玻璃球面透镜共三片构成的物镜负光焦度前组，构成大的反远距离。

镜头后组为由八片玻璃球面镜构成的物镜正光焦度后组，其间设置四胶合或三胶合正组，系统的光阑面设在后组前负镜片的透镜框处，使系统入射光瞳和系统的物方焦点重合。

所述负光焦度前组与正光焦度后组呈90度角至55度角设置，其间的平面反光镜与前组光轴线及后组光轴线成45度角至62.5度角设置，方便了镜头相匹配的分合色棱镜、聚光系统、光源等元件的几何形状的设置。

该技术方案还包括：(满足下列光学参数)

从物镜前表面到反射镜反射面中心的距离小于110mm；从物镜后表面到反射镜反射面中心的距离；187.8＞L后＞127.4mm。画面宽高比为16∶9时，芯片0.7时时，影屏65时时，机壳厚度为320mm至370mm.

0.73＞|f前|/|f后|＞0.479，|f前|是物镜前组焦距的绝对值，|f后|是物镜后组焦距的绝对值；

4.7＞|f前|/|f总|＞2.97，|f总|是物镜总焦距的绝对值；

17.7＞D01/|f总|＞10.6，式中D01为物镜第一镜片(1)的有效通光孔径。

6.25＞BFL/|f总|＞5.76，式中BFL为物镜在空气中的后截距(物镜近物面球面顶点到物面的距离)；

790＞TTL＞720mm，式中TTL为前组前片球面顶点到投影屏之间的距离；

物镜后四片(近物面)光焦度分别为正.正.正.正的镜片采用nd＝1.497，vd＝81.6的超低色散光学玻璃。

本发明与现有技术相比，其优越性在于：1、短焦距8.85＞EFFL＞8.152、长后截距，为50.96mm以便布置较好的分、合色棱镜及相关部件；3、高倍率：像/物为93.6倍；4、高分辨率：大于62对线\mm(可分辨像素点小于0.0080毫米)MTF＞48％；5、边缘色差小于0.4像素；6像面照度均匀性；相对照度(Reliative Illumination)＞70％；7、相对畸变：0.7％＞DIST＞0.10％；8、视场角：120度＞2w＞105度，为超广角物镜；9、薄型电视机，画面宽高比为16∶9时、芯片0.7时时、影屏65时时，机壳厚度为320mm至370mm，开辟了三片式LCOS电视机镜头用一片塑胶非球面镜十片玻璃球面镜，普通平面反射镜而不加任何特别光学元器件使电视机薄型化发展的先例；10、合理的镜片的几何形状，具有好的制作工艺性；11、较少的镜片数量(11片透镜)，会降低制作成本，增加光的透过率。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图的简要说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1是本发明用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头的总体结构示意图；

图2是置入反射镜与投影屏的镜头使用示意图；

图3至图8是实施例1的像质评价曲线图；

图9至图14是实施例2的像质评价曲线图。

图3至图14为测试系统直接生成的图形，对于图中的英文提供中英文对照说明如下：

图3、图9

polychromatic diffraction MTF：混色光调制传递函数

modulus ofThe OTF：光学传递函数比率

spatial frequency in cycles per millimeters：空间频率\毫米

TS：T子午、S弧矢

图4、图10

spot diagram：斑点图表

Surface：面

IMA：像高

图5、图11

transverse ray fan plot：光扇图

图6、图12

Field curvature\Distortion：场曲\畸变

MILLIMETERS：毫米

PERCENT：百分比

TS：T子午、S弧矢

图7、图13

Field in millimeters：线视场毫米单位

Relative illumination：对应照明

图8、图14

lateral color：侧面颜色

microns：微米

maximum  field：视场

AIRY：艾利

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定目的所采取的技术手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，应当可由此得到深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

如图1所示，本发明用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头包括镜头前组、镜头后组、设置在镜头前组与镜头后组之间的平面反射镜12，镜头前组与镜头后组包括镜筒13-16及装于镜筒内的镜片1-11，在镜头前组与镜头后组之间设有连接筒17，平面反射镜12安装于连接筒17上。

镜头前组是由一弯月形负片塑胶非球面透镜1(第一镜片)、一弯月形负片玻璃球面透镜2及一弯月形正片玻璃球面透镜3共三片构成的物镜负光焦度前组，构成大的反远距离。

镜头后组为由八片玻璃球面镜4-11构成的物镜正光焦度后组，其间设置四胶合或三胶合正组，系统的光阑面设在后组前负镜片的透镜框处，使系统入射光瞳和系统的物方焦点重合。

所述负光焦度前组与正光焦度后组呈90度角至55度角设置，其间的平面反光镜12与前组光轴线及后组光轴线成45度角至62.5度角设置。方便了镜头相匹配的分合色棱镜、聚光系统、光源等元件的几何形状的设置。

该技术方案满足下列光学参数：

从物镜前表面到反射镜反射面中心的距离小于110mm；从物镜后表面到反射镜反射面中心的距离：187.8＞L后＞127.4mm。画面宽高比为16∶9时，芯片0.7时时，影屏65时时，机壳厚度为320mm至370mm。

0.73＞|f前|/|f后|＞0.479，|f前|是物镜前组焦距的绝对值，|f后|是物镜后组焦距的绝对值；

4.7＞|f前|/|f总|＞2.97，|f总|是物镜总焦距的绝对值；

17.7＞D01/|f总|＞10.6，式中D01为物镜第一镜片(1)的有效通光孔径。

6.25＞BFL/|f总|＞5.76，式中BFL为物镜在空气中的后截距(物镜近物面球面顶点到物面的距离)；

790＞TTL＞720mm，式中TTL为前组前片球面顶点到投影屏之间的距离；

物镜后四片(近物面)光焦度分别为正.正.正.正的镜片采用nd＝1.497，vd＝81.6的超低色散光学玻璃。

如图2所示，使用时，本发明镜头发出的光线经由第一平面反射镜20反射到第二平面反射镜21，然后反射到影屏22上。

实施例1：

一种用于薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其结构如图1所示，共使用11个透镜镜片，其中镜片1为塑胶(COC)非球面，镜片7、8、9、10为四胶合镜，光栏设在镜框4处，使得系统入射光瞳和系统物方焦点重合。光阑通光孔径为19.286毫米。如图3-8所示，其为实施例1的像质评价曲线图，依次反应调制传递函数(MTF)、斑点、光扇、场曲\畸变、照度均匀性、色差。系统的参数列于表1。

表1

面序号	半径	间隔	Nd\vd	通光孔径
					[1]<sup>*</sup>	157.768889	4	1.5373\56.23	94
[2]<sup>*</sup>	25.1491	30		59
					[3]	801.4	6	1.7469\50.96	59
[4]	63.1836	8		50
					[5]	200	8	1.7469\50.96	48
[6]	133.4856	54		48
					[7]	Infinity	54.08		35
[Stop]	98.8375	3.78	1.7725\49.6	19.286
					[9]	37.6568	4.675		20
[10]	39.104	3.78	1.84666\23.8	24
					[11]	-650.547	21.1		24
[12]	-78.742	5.2	1.49699\81.6	24
					[13]	-42.166	0.2		24
[14]	61.6928	5.4	1.497\81.6	24
					[15]	-24.5036	2	1.8061\40.95	24
[16]	23.0535	15	1.497\81.6	28
					[17]	-17.355	2.5	1.8061\40.95	28
[18]	-34.122	0.2		30
					[19]	Infinity	9.5	1.497\81.6	35
[20]	-28.3978			35
					[IMA]

注：带*面为偶数次幂非球面，半径指基元半径，其非球面参数

k为非球面方程式中的圆锥曲线常数，D、E、F、G分别代表非球面方程式中四次方、六次方、八次方、十次方系数。

物镜性能特征：焦距为8.85mm，后截距为50.96mm，相对孔径为1/2.83，镜头长度为从物镜前表面到反射镜反射面中心110毫米，从物镜后表面到反射镜反射面中心127.4毫米。

投影距离为790mm，视场角为105°。机壳厚度是370mm。

物镜分析特征示于表2：

表2

D01(mm)	BFL(mm)	|f前|(mm)	|f后|(mm)	|f总|(mm)	|f前|/|f后|	|F前|/|f总|	D01/|f总|	BFL/|f总|
									94	50.96	26.314	54.85	8.85	0.48	2.97	10.6	5.76

实施例2：

一种薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，光栏设在第四个镜片前面镜框处，使得入射光瞳和系统前焦点重合。光阑通光孔径为19.286毫米。如图9-14所示，其为实施例2的像质评价曲线图，依次反应调制传递函数(MTF)、斑点、光扇、场曲\畸变、照度均匀性、色差。系统的参数列于表3；

表3

面序号	半径	间隔	Nd\vd	通光孔径
					[1]<sup>*</sup>	105.447	4.1	1.5373\56.23	144
[2]<sup>*</sup>	25.606	58		77.6
					[3]	-428.267	3.5	1.7469\50.96	77.6
[4]	78.390	35.5		72.2
					[5]	-98.259	8	1.806\40.7	69.1
[6]	-76.006	115.744		69.1
					[Stop]	infinity	3.78	1.7725\49.6	19.3
[8]	37.997	4.67		24.2
					[9]	44.346	3.78	1.84666\23.8	24.2
[10]	-320.077	23.97		32
					[11]	65.29	5.4	1.497\81.6	32
[12]	-83.845	0.189		32
					[13]	-107.676	2	1.8061\40.7	28

[14]	27.634	14.4	1.497\81.6	28
					[15]	-17.850	2	1.8061\40.7	32
[16]	-101.139	0.2		34
					[17]	-1271.723	8.6	1.497\81.6	34
[18]	-26.67	0.5		34
					[19]	78.269	3.5	1.497\81.6	34
[20]	-139.092			34
					IMA]	Infinity

与表1相同

k为非球面方程式中的圆锥曲线常数，D、E、F、G分别代表非球面方程式中四次方、六次方、八次方、十次方系数。

物镜性能特征：焦距为8.15mm，后截距为50.96mm，相对孔径为1/2.85，镜头长度为从物镜前表面到反射镜反射面中心110毫米，从物镜后表面到反射镜反射面中心187.8毫米。投影距为720mm，视场角为120°。机壳厚度是320mm.

物镜分析特征示于表4：

表4

D01(mm)	BFL(mm)	|f前‘|(mm)	|f后‘|(mm)	|f总‘|(mm)	|f前‘|/|f后‘|	|f前‘|/|f总‘|	D01/|f总‘|	BFL/|f总‘|
									144	50.96	38.89	53.1	8.15	0.73	4.77	17.7	6.25

投影镜是数字背投影电视机的中心部件之一，芯片上的画面信号通过投影镜成象在影屏上，芯片上的信号不歪曲的传递到影屏上是我们所希望的，芯片幅面一定，芯片到影屏距离一定时影屏越大也是我们希望的，这就需要和一定画面要求匹配的高质量的投影物镜.本发明满足：1.短焦距，为8.15至8.85毫米；2.长后截距，为50.96毫米以便布置较好的分.合色棱镜及相关部件；3.高倍率，像/物为93.6倍；4.高分辨率，大于62对线\mm(可分辨像素点小于0.0080毫米)MTF＞47％；5.边缘色差小于0.4像素；6.像面照度均匀性；相对照度(Reliative Illumination)＞70％；7.相对畸变0.7％＞DIST＞0.10％；8.视场角120度-105度.9、薄型电视机，画面宽高比为16∶9时，芯片0.7时时，影屏65时时，机壳厚度320mm至370mm，开辟了三片式LCOS电视机镜头用一片塑胶非球面镜十片玻璃球面镜，普通平面反射镜而不加任何特别光学元器件使电视机薄型化发展的先例。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，包括镜头前组、镜头后组、设置在镜头前组与镜头后组之间的平面反射镜，镜头前组与镜头后组包括镜筒及装于镜筒内的镜片，在镜头前组与镜头后组之间设有连接筒，平面反射镜安装于连接筒上，其特征在于：

镜头前组是由一弯月形负片塑胶非球面透镜、一弯月形负片玻璃球面透镜及一弯月形正片玻璃球面透镜共三片构成的物镜负光焦度前组，构成大的反远距离；

镜头后组为由八片玻璃球面镜构成的物镜正光焦度后组，其间设置四胶合或三胶合正组，系统的光阑面设在后组前负镜片的透镜框处，使系统入射光瞳和系统的物方焦点重合；

所述负光焦度前组与正光焦度后组呈90度角至55度角设置，其间的平面反光镜与前组光轴线及后组光轴线成45度角至62.5度角设置，方便了与所述镜头相匹配的分合色棱镜、聚光系统、光源的几何形状的设置。

2.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，从物镜前表面到反射镜反射面中心的距离小于110mm。

3.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，从物镜后表面到反射镜反射面中心的距离L后满足187.8＞L后＞127.4mm。

4.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，画面宽高比为16∶9、芯片为0.7时、影屏为65时，机壳厚度为320mm至370mm。

5.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，0.73＞|f前|/|f后|＞0.479，|f前|是物镜前组焦距的绝对值，|f后|是物镜后组焦距的绝对值。

6.如权利要求5所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，4.7＞|f前|/|f总|＞2.97，|f总|是物镜总焦距的绝对值。

7.如权利要求6所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，17.7＞D01/|f总|＞10.6，式中D01为物镜第一镜片的有效通光孔径。

8.如权利要求6所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，6.25＞BFL/|f总|＞5.76，式中BFL为物镜在空气中的后截距。

9.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，790mm＞TTL＞720mm，式中TTL为前组前片球面顶点到投影屏之间的距离，所述投影屏位于所述前组前面。

10.如权利要求1所述的用于三片式LCOS薄型大屏幕高清晰背投影电视机的镜头，其特征在于，物镜近物面的后四片光焦度分别为正.正.正.正的镜片采用nd＝1.497，vd＝81.6的超低色散光学玻璃，所述物面位于所述后组后面。

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