CN85109241A - 紧凑投影镜头 - Google Patents

Abstract

一种用来把出现在阴极射线管(CRT)上的图象放大投影到屏幕上的紧凑投影镜头。这种投影镜头包括具有正光焦度和至少有一个对着屏幕的凸面非球面的第一透镜，有双凸面和正光焦度的第二透镜和具有负光焦度并且有一个对着第二透镜的凹面非球面的第三透镜。第一透镜焦距f₁和第二透镜焦距f₂应选择满足0.55＜f/f₂＜1.2的条件。

Description

本发明涉及用化投影电视上的投影镜头，该投影电视把出现在阴极射线管（CRT）上的图象放大投射到屏幕上，更具体地说，本发明涉及具有大孔径的紧凑投影镜头，它是通过使用非球面透镜和适当选择光焦度来得到大孔径的。

在三管型的投影电视中，投影仪把出现在兰、红、绿三个阴极射线管的图象放大投射到屏幕上，每个阴极射线管所具有的通过投影镜头的发射频谱宽度的均较窄，因此不需要校正每个透镜的色差。同时，随着先进的塑料膜制技术的发展，可以以低成本高精度制造出具有非球面的透镜。把上面所述的，投影电视系统的特点与非球面透镜制造技术的成就相结合，包括一个非球面透镜的三透镜结构的简化的投影镜头已被提出来，如在日本已公布专利NO55-124114号（日本专利申请相当于美国专利NO4，300，817号），日本公开专利申请NO57-34515号、57-108818号和58-125007号及美国专利NO4，348，081号所描述的那样。

这些普通的投影镜头结构是简单的，但不紧凑。实际上，在这些普通的投影镜头中，假如整个镜头系统的焦距用f表示，从第一透镜前表面到第三透镜的后表面计算的整个镜头系统的长度为1.33f到2.22f。最近，强调要把投影电视装置的厚度做小，因此镜头系统的紧凑性被认为是实现这种要求的一个重要手段。

本发明的目的是解决前面所述的已有技术的缺点，并提供一种紧凑的、大孔径的投影镜头。

本发明的投影镜头包括第一、第二和第三透镜，它们沿从屏幕到阴极射线管（CRT）的方向依次排列。第一透镜有正的光焦度，并且至少有一个凸面非球面对着屏幕。第二透镜是双凸透镜，光焦度也是正的。第三透镜为负的光焦度，并且凹面的非球面对着第二透镜。第一和第二透镜各自的焦距f₁和f₂要选得满足下列关系式：

0.55＜f₁/f₂＜1.2

为了有效地校正象差，最好是取第一透镜的两个面为非球面，并且使第一透镜具有正光焦度的弯月型透镜。

本发明的上述目的和其它目的、特点以及优点通过下面的参照附图的描述将显得很清楚。

图1是剖视图，它表示本发明实施例1到5的投影镜头的结构。

图2是剖视图，它表示本发明实施例6到8的投影镜头的结构。

图3到图10分别是实施例1到8的象差曲线图。

图1是剖视图，它表示本发明的投影镜头的一种结构。在图1中，第一透镜L₁是有正光焦度的非球面的光学另件，它的凸面对着屏幕（未示出），第二透镜L₂是有正光焦度的双凸面光学另件，第三透镜L₃是有负光焦度非球面的光学另件，它的凹面对着第二透镜。另件L₄是CRT的面板，面板的两个面互相平行，因此它对光焦度不产生任何影响。

图2是剖视图，它表示本发明的投影镜头的另一种结构，它与图1结构的不同点在于，在它第三透镜L₃和有两个平行面的CRT的面板之间的间隔里填充了一种光学透明介质L₄。光学透明介质L₄可以是正乙二醇，或是硅树脂胶，或是其他材料，这些介质的折射率与面板L₅及第三透镜L₃的折射率几乎一样。

在有如图2所示的投影镜头的投影系统中，可以避免从面板L₅和对着第三透镜L₃的CRT的表面上产生反射，从而可以得到高对比度的图象。

本发明的投影镜头的亮度大约为1.3个F数或稍小些，半视场角为20°到30°。为了有效地校正象差，要求第一和第三透镜至少有一个非球面。此外，为了实现结构上的紧凑，光学参数的选择也是重要的。在图1的结构中，假设第一透镜的焦距为f₁，第二透镜的焦距为f₂，本发明的投影镜头要满足下列条件：

0.55＜f₁/f₂＜1.2……（1）

条件（1）涉及到第一、第二透镜L₁和L₂的光焦度的分配。假如，f₁/f₂超过条件（1）的上限，则对镜头系统的紧凑性不利，假如f₁/f₂超过条件（1）的下限，则对紧凑性很有利，但第一透镜的光焦度变得很大，校正慧差很困难。同时，第一透镜要很厚，这样制作起来很困难。

为了有效地校正轴上和轴外象差，第一透镜L₁的形状最好取双非球面和弯月形。如果第一透镜L₁是单凸形或双凸形的，即使它是双非球面形的，校正轴外象差也很困难。

此外，假设整个镜头系统的焦距为f，第三透镜L₃的焦距为f₃，第二透镜L₂和第三透镜L₃之间的轴向间距为d₄，则为了得到有优良光学性能的紧凑的投影镜头，最好满足下列条件：

0.6＜f/f₁＜0.9 ……（2）

0.45＜f/f₂＜0.85 ……（3）

-1.4＜f/f₃＜-0.95 ……（4）

0.25＜d₄/f＜0.45 ……（5）

条件（2）涉及第一透镜L₁的光焦度的分配，如果f/f₁超过条件（2）的上限，对紧凑性非常有利，但校正慧差困难。如果f/f₁超过下限，则对紧凑性不利。条件（3）涉及第二透镜L₂的光焦度分分配，如果f/f₂超过下限，则对紧凑性非常有利，但校正慧差困难。如果f/f₂超过上限，则系统变得不紧凑。条件（4）与第三透镜L₃的光焦度分配有关，如果f/f₃超过上限，则区茲瓦（petzval）曲线校正不充分。如果f/f₃超过条件（4）的下限，则匹茲瓦曲线校正过头，使第三透镜L₃对着屏幕的表面曲率变得太陡，以至于无法制造。如果d₄/f超过条件（5）的上限，则后焦距变得太短，并且第透镜L₃和CRT的面板之间间隔也变得太窄，从而难以得到满意的CRT散热效果。如果d₄/f超过条件（5）的下限，则轴外象差校正变得困难。

在图2的条件中，第三透镜L₃的对着CRT的表面有很大的光焦度，并且对校正象差贡献也很小。因为，第一透镜L₁的焦距f₁和第二透镜L₂的焦距f₂最好选择满足下列关系式：

0.8＜f₁/f₂＜1.1……（6）

甚至在图2的结构中，为了有效地把校正轴上和轴外象差，第一透镜L₁的形状也最好是双非球面的弯月形。

此外，在图2的结构中，假设由第一透镜L₁、第二透镜L₂、第三透镜L₃、光学透明介质L₄和CRT的面板L₅组成的整个镜头系统的焦距为f，而由第三透镜L₃、光学透明介质L₄和CRT的面板L₅组成的系统的总焦距为f₂，那么为了得到具有良好光学性能的投影镜头，最好满足下列条件：

0.6＜f/f₁＜0.9 ……（7）

0.6＜f/f₂＜0.8 ……（8）

-1.45＜f/f₃＜-1.0 ……（9）

下面将给出本发明的几个最佳实施例。

实施例1到5的结构如图1所示，实施例6到8的结构如图2所示（原文有误-译注）。在这些实施例表格中：f是整个镜头系统的焦距;FNO是F数;β是投影放大图象的放大系数;ω是半视场角;r₁、r₂，……是从屏幕端开始依次排列的透镜各表面的曲率半径;d₁、d₂……是这些面之间的轴上距离;n₁、n₂……是就长线而言的各透镜的折射率。此外，用量号（＊）表示透镜表面为非球面，假设光轴方面为X轴，Y轴与X轴垂直，非球面顶点处的曲率为C＝（r/r），圆锥曲线常数为K，非球面表面的系统为AD、AE、AF和AG，则每个非球面的形状由下面方程式表示：

${\mathrm{X=\{CY}}^2\mathrm{/\; (1+}\sqrt{\mathrm{1-\; (1+k\; )\; C}{}^{2}Y{}^2}{\mathrm{\}\; +AD\; ·Y}}^4\mathrm{+AE\; ·Y}{}^6\mathrm{+AF\; ·Y}{}^8\mathrm{+AG\; ·Y}{}^{\mathrm{10}}$ ……（10）

实施例1：

f＝105.5912mm，FNO＝1.09，β＝8，ω＝28°

实施例2：

f＝102.3821mm，FNO＝1.03，β＝8，ω＝28.5°

实施例3：

f＝111.9919mm，FNO＝1.06，β＝8，ω＝26°

L₁r^＊ ₁＝59.514，d₁＝33.60，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝760.731，d₂＝48.12

L₂r₃＝141.464，d₃＝9.28，n₂＝1.59143

r₄＝-1870.233，d₄＝31.82

L₃r^＊ ₅＝-42.675，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r^＊ ₆＝-441.527，d₆＝12.12

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₄＝1.50701

r₈＝∞

实施例4：

f＝103.832mm，FNO＝1.04，β＝7.9，ω＝28°

L₁r^＊ ₁＝60.499，d₁＝22.50，n₁＝1.49294

r^＊ ₂＝284.847，d₂＝44.18

L₂r₃＝179.596，d₃＝11.10，n₂＝1.66152

r₄＝-175.911，d₄＝39.97

L₃r^＊ ₅＝-36.097，d₅＝3.50，n₃＝1.49294

r^＊ ₆＝-203.611，d₆＝12.50

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₄＝1.50701

r₈＝∞

实施例5：

f＝103.305mm，FNO＝1.04，β＝7.9，ω＝28°

L₁r^＊ ₁＝60.631，d₁＝22.50，n₁＝1.49294

r^＊ ₂＝262.070，d₂＝43.71

L₂r₃＝182.454，d₃＝11.30，n₂＝1.66152

r₄＝-158.300，d₄＝40.32

L₃r^＊ ₅＝-35.731，d₅＝3.50，n₃＝1.49294

r^＊ ₆＝-231.986，d₆＝12.50

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₄＝1.50701

r₈＝∞

实施例6：

f＝107.0920mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.6°

L₁r^＊ ₁＝68.108，d₁＝24.75，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝534.862，d₂＝50.32

L₂r₃＝129.497，d₃＝13.86，n₂＝1.66152

r₄＝-341.603，d₄＝39.92

L₃r^＊ ₅＝-40.519，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r₆＝∞，d₆＝15.00，n₄＝1.40000

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₅＝1.50701

L₅r₈＝∞

实施例7：

f＝107.272mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.4°

L₁r^＊ ₁＝67.279，d₁＝24.75，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝933.523，d₂＝53.34

L₂r₃＝121.118，d₃＝13.86，n₂＝1.66152

r₄＝-549.439，d₄＝35.18

L₃r^＊ ₅＝-41.337，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r₆＝∞，d₆＝15.00，n₄＝1.40000

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₅＝1.50701

L₅r₈＝∞

实施例8：

f＝106.122mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.3°

L₁r^＊ ₁＝63.453，d₁＝25.00，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝1047.699，d₂＝51.86

L₂r₃＝115.872，d₃＝12.50，n₂＝1.66152

r₄＝-880.068，d₄＝31.83

L₃r^＊ ₅＝-36.231，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r₆＝-234.825，d₆＝15.00，n₄＝1.40000

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₅＝1.50701

L₅r₈＝∞

从表1可以看出，本发明投影镜头的总长度短到1.25f或小于1.25f，这与现有技术中的长度为1.33到2.225相比紧凑多了。

图3到图10分别表示实施例1到8的象差特性。在图3到图10的每个图中，（a）、（b）、和（c）分别表示球差、象散和畸变。正象从图3到图10所看到的那样，在所有实施例中这些象差都得到非常好的校正。

补正    85109241

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    1    2    ……化……    ……于……

2    1    ……孔镜……    ……孔径……

2    19    ……简板……    ……面板……

4    12    ……条件……    ……结构……

4    13    ……因为……    ……因此……

5    9    ……r/r……    ……1/r……

权利要求书    4    5    ……θ……    ……e……

6    5    ……θ……    ……e……

10    5    ……θ……    ……e……

11    6    ……统……    ……数……

12    5    ……θ……    ……e……

14    5    ……θ……    ……e……

Claims (16)

1、一种把阴极射线管(CRT)上的图象放大投影到屏幕上的投影镜头，它包括：具有正光焦度的第一透镜，该透镜至少有一个凸面的非球面对着屏幕；具有双凸面和正光焦度的第二透镜；及具有负光焦度和对着第二透镜的凹面非球面的第三透镜，第一、第二和第三透镜沿着从屏幕到CRT的方向排列，其中，投影透镜满足下列条件：

0.55＜f₁/f₂＜1.2

式中f₁是第一透镜的焦距

f₂是第二透镜的焦距。

2、根据权利要求1所述的投影镜头，其中上述第一透镜为正光焦度的弯月形状，它的具有很陡曲率的凸面对着屏幕，该透镜为双非球面。

3、根据权利要求1所述的投影镜头，还要满足下列条件：

0.6＜f/f₁＜0.9

0.45＜f/f₂＜0.85

-1.40＜f/f₃＜-0.95

上式中f是整个透镜系统的焦距，

f₃是第三透镜的焦距。

4、根据权利要求3所述的投影镜头，还要满足下列条件：

0.25＜d₄/f＜0.45

式中d₄是第二透镜和第三透镜之间的轴上间隔。

5、根据权利要求1所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝105.5912mm，FNO＝1.09，β＝8，ω＝28°

L₁r^＊ ₁＝67.595，d₁＝23.00，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝755.259，d₂＝50.03

L₂r₃＝194.743，d₃＝11.00，n₂＝1.59143

r₄＝-153.513，d₄＝39.88

L₃r^＊ ₅＝-58.399，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r^＊ ₆＝211.964，d₆＝11.67

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₄＝1.50701

r₈＝∞

其中L₁-L₄是由屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕端开始依次排列光学元件各面的曲率半径，d₁-d₇是光学元件各面之间的轴上距离，n₁-n₄是就e-线而言每个光学元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是每个非球面的系数，＊号表示非球面。

6、根据权利要求1所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝102.3821mm，FNO＝1.03，β＝8，ω＝28.5°

L₁r^＊ ₁＝57.765，d₁＝27.50，n₁＝1.49383

r^＊ ₂＝477.615，d₂＝42.90

L₂r₃＝184.134，d₃＝10.00，n₂＝1.59143

r₄＝-177.317，d₄＝33.98

L₃r^＊ ₅＝-40.331，d₅＝4.00，n₃＝1.49383

r^＊ ₆＝1499.777，d₆＝11.45

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₄＝1.50701

r₈＝∞

其中L₁-L₄是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是从元件各面之间的轴上距离，n₁-n₄就是e线而言元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是各个非球面的系数，＊号表示非球面。

7、根据权利要求1所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝111.9919mm，FNO＝1.06，β＝8，ω＝26°

其中L₁-L₄是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕端开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₄是就e-线而言各元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是每个非球面的系数，＊号表示非球面。

8、根据权利要求1所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝103.832mm，FNO＝1.04，β＝7.9，ω＝28°

其中L₁-L₄是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈从屏幕端开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₄是就e-线而言各元件的折射率，K是圆锥曲线常数、AD、AE、AF和AG是每个非球面的系统，＊号表示非球面。

9、根据权利要求1所述的镜头，实质性描述如下：

f＝103.305mm，FNO＝1.04，β＝7.9，ω＝28°

其中L₁-L₄是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕端开始依次排列各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₄是就e线而言各元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是各个非球面的系统，＊号表示非球面。

10、一种把阴极射线管（CRT）上的图象放大投影到屏幕上的投影镜头，它包括：具有正光焦度和至少有一个对着屏幕的凸面非球面的第一透镜;具有双凸面和正光焦度的第二透镜;有负光焦度和对着第二透镜的凹面非球面的第三透镜;第一、第二和第三透镜沿着由屏幕端向CRT的方向排列;一种光学透明介质填充在第三透镜和CRT面板之间的间隔中，上述透明介质的折射率与第三透镜和CRT面板的折射率基本相同，在这里，投影镜头满足下件条件：

0.8＜f₁/f₂＜1.1

式中f₁是第一透镜的焦距，

f₂是第二透镜的焦距。

11、根据权利要求10所述的投影镜头，其中上述第一透镜为具有正光焦度的弯月形，它具有很陡的曲率的凸面对着屏幕，而且该透镜为双非球面。

12、根据权利要求11所述的投影镜头，其中上述第三透镜有一个平面对着CRT。

13、根据权利要求10所述的投影镜头，其中上述第三透镜有一平面对着（CRT）。

14、根据权利要求10所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝107.0920mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.6°

其中L₁-L₅是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍数，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕端开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₅就e线而言各元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是每个非球面的系统，＊号表示非球面。

15、根据权利要求10所述的投影透镜，实质性描述如下：

f＝107.272mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.4°

L₄r₇＝∞，d₇＝11.30，n₅＝1.50701

L₅r₈＝∞

非球面系数

其中L₁-L₅是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍率，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕端开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₅是就e线而言的各元件的折射率，K是圆锥曲率常数，AD、AE、AF和AG是每个非球面的系数，＊号表示非球面。

16、根据权利要求10所述的投影镜头，实质性描述如下：

f＝106.122mm，FNO＝1.07，β＝8，ω＝27.3°

L₅r₈＝∞

非球面系数

其中L₁-L₅是从屏幕端开始依次排列的各透镜元件，f是整个镜头系统的焦距，FNO是F数，β是投影放大图象的放大倍率，ω是半视场角，r₁-r₈是从屏幕开始依次排列的元件各面的曲率半径，d₁-d₇是元件各面之间的轴上距离，n₁-n₅是就e线而言各元件的折射率，K是圆锥曲线常数，AD、AE、AF和AG是每个非球面的系数，＊号表示非球面。

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