调制传递函数改善的投影电视透镜系统技术方案

提供了用于ＣＲＴ投影电视（１０）的由６个元件组成的投影透镜系统（１３）。从屏幕一侧开始，系统最好具有＋－＋＋＋－的结构。为了改善透镜视场的总的调制传递函数，系统的第一透镜元件（Ｌ１）具有向ＣＲＴ（１６）凸出的物方表面（Ｓ↓［２］）。为了提供部分轴向彩色校正，系统的第二透镜元件（Ｌ２）由诸如苯乙烯等低色散材料制成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于投影电视的投影透镜系统，尤其涉及对高阶离轴像差特别是彗形像差和像散的校正有所改善的投影透镜系统。与现有技术中具有类似结构的透镜系统相比，本专利技术的透镜系统对透镜视场的总调制传递函数有所改善。
技术介绍
美国申请08/715,028,即现在的美国专利5,808,804揭示了用于阴极射线管(CRT)投影电视的投影透镜系统，CRT投影电视使用五个透镜元件以及一个在使用该透镜系统期间与CRT相关的负透镜装置。美国专利5,808,804的内容于1997年3月26日公布EPO专利公报764,865上。尽管美国专利5,808,804的透镜系统在许多场合下都能成功地工作，但发现现有透镜系统所能达到的对高阶离轴像差特别是彗形像差和像散的校正水平低于所希望的透镜视场的总调制传递函数(MTF)。本专利技术解决了上述对现有透镜观察到的问题，同时保持了其他希望有的特性。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术的一个目的是，提供一种用于投影电视尤其用于背投电视的改进型投影透镜系统。具体地说，本专利技术的一个目的是，提供这样的投影透镜系统，它们能覆盖高达大约40度的半视场，在无穷远处的f数为1.0左右，同时所提供的图像质量足以满足现在消费者对投影电视的要求，包括高清晰度电视(HDTV)的要求。本专利技术的一个附加目的是，提供具有上述特性并且对轴向颜色作部分校正的投影透镜系统。本专利技术的另一个目的是，提供能以合理成本制造的投影透镜系统。为了实现上述和其它目的，本专利技术提供了一种与阴极射线管结合使用的投影透镜系统，该系统从像(屏幕)方开始按顺序包括(a)第一透镜元件(L1)，它具有正的光焦度，像方表面(S1)以及物方表面(S2)，其中(ⅰ)像方和物方表面中至少有一个是非球面；(ⅱ)物方表面具有一个向阴极射线管凸出的最佳配合球面，即物方表面具有最佳配合的球半径R2BF，它在为光学表面分配半径的标准习惯下小于零(参见表5)；(b)第二透镜元件(L2)，它具有负的光焦度，以及至少一个非球面，并且由高色散的材料(例如，苯乙烯)制成；(c)第三透镜元件(L3)，它具有正的光焦度，并且为透镜系统提供了基本的功率部分；(d)第四透镜元件(L4)，它具有较弱的光焦度、至少一个非球面，以及向阴极射线管凹入的总的凹凸形状；(e)第五透镜元件(L5)，它具有正的光焦度，以及至少一个非球面；和(f)透镜装置(UN)，它具有较强的负的光焦度，在使用透镜系统期间与CRT相联系，并且对透镜系统的场曲作大部分的校正。在某些较佳实施例中，第一元件的像方表面(S1)具有通光孔径CA1，它满足以下关系式1/2CA1＞Y1(1)其中Y1是轴向边缘光线在S1处的高度。利用这一限制，用第一透镜元件中位于Y1和透镜通光孔径之间的部分，可以对离轴像差进行更有效的校正。最好，第一元件的像方表面满足以下关系式1/2CA1＞1.1·Y1(2)在其它较佳实施例中，第一元件的像方表面具有最佳配合半径R1BF,R1BF满足以下关系式｜R1BF｜＞｜R2BF｜。(3)也就是说，第一透镜元件CRT方的最佳配合光焦度大于该元件屏幕方的最佳配合光焦度。在本专利技术的又一些实施例中，透镜系统具有以下部分或全部特征(1)第一、第二、第四和第五透镜元件中的每个透镜元件都具有两个非球面；(2)第三透镜元件是双面凸的，并且提供了透镜系统的大部分功率，即第三透镜元件的焦距在整个透镜系统之焦距的大约0.8倍和大约1.6倍之间；以及(3)第四透镜元件具有正的光焦度。如这里所使用的，术语“弱”用来描述焦距数值至少为整个透镜系统有效焦距之大约2.5倍的元件，而术语“强”用来描述焦距数值小于整个透镜系统有效焦距之大约2.5倍的元件或装置。附图说明图1B、1C、2B、2C、3B、3C和4B分别是图1A、2A、3A和4A中透镜系统的单色MTF/OTF曲线图。图5是美国专利5,808,804中图3所示的透镜系统的单色MTF/OTF曲线图。图6是一示意图，示出了使用本专利技术透镜系统的投影电视。表6给出了图1B、1C、2B、2C、3B、3C、4B和5中MTF/OTF曲线图的系统参数。上述附图包含在说明书中，并构成说明书的一部分。这些附图示出了本专利技术的较佳实施例，它们与说明部分一起阐述了本专利技术的原理。当然应该理解，附图和说明部分都只是说明性的，对本专利技术没有限制。较佳实施例的描述如上所述，本专利技术旨在提供一种具有美国专利5,808,804所述一般类型的改进型投影透镜，所述美国专利的内容通过引用包括在此。具体地说，本专利技术的多个透镜中包括第一透镜元件，其物方表面向透镜系统的短共轭(物)方凸出，而不是凹入。另外，为了改善对离轴像差的校正，第一透镜元件的长共轭(像)方表面具有一通光孔径，该孔径基本上大于轴向边缘光线在该表面处的高度。尽管一般不希望增加通光孔径的大小乃至元件的大小，但依照本专利技术，已经发现这可以改善透镜视场的总MTF，由此证明增加尺寸是有利的。本专利技术透镜系统的第二透镜元件具有负的光焦度，并由一种高色散材料制成，它至少为系统提供了一定程度上的轴向彩色校正。具体地说，负的第二透镜元件由一种高色散材料制成，其色散大于正的第三透镜元件所用材料的色散。如这里所使用的，高色散材料的色散类似于火石玻璃的色散。具体地说，对于折射率在1.85至1.5范围内的情况，高色散材料的V值在20至50范围内。相反，低色散材料的色散类似于冕牌玻璃的色散，或者用V值来表示的话，对于折射率在1.85至1.5范围内的情况，其V值在35-75范围内。用于构造负的第二透镜元件的较佳的高色散材料是苯乙烯，用于构造正的第三透镜元件的较佳的低色散材料是冕牌类玻璃。还可以用其它具有火石般色散的塑料代替苯乙烯，来制备负的第二透镜元件，包括聚碳酸酯以及聚苯乙烯和丙烯酸的共聚物，诸如NAS。参见Ohio州Cincinnati市美国精密镜片股份有限公司于1983年出版的《塑料光学部件手册》，第17-29页。元件1、2、4和5中的每一个以及视场致平透镜装置(UN)都至少具有一个非球面，以便于校正透镜系统的像差，并且最好每个透镜元件都有两个非球面。由于透镜表面是非球面的，所以最好用最佳配合球面而不是光轴上各元件的曲率半径，来描述各元件的总体形状，尽管在许多情况下用最佳配合球面来描述各元件总体形状与用光轴上各元件曲率半径来描述是相同的。参照Dunham,C.B.和C.R.Crawford于1980年2月在“工业和应用数学协会”第17卷第1期上发表的“用半圆进行极小极大近似”。为了保持透镜系统相对较低的成本，所有非球面元件被设计成用光学塑料制造。具体地说，为了便于模塑，需在每个元件的孔径周围保持相当均匀的厚度。由于材料是塑料的，所以希望元件的光焦度尽可能的低，以便使透镜系统焦点随环境温度变化而产生的位移最小。如上所述，功率元件(元件3)最好用玻璃制造。图1-4示出了依照本专利技术构造的各种投影透镜。相应的规定列在表1-4中。对于透镜系统中使用的玻璃，使用HOYA或SCHOTT标记。在实施本专利技术时，还可以使用由其它制造商制造的等效玻璃。工业上可接受的材料可用于塑料元件。诸表所列的非球面系数可用于以下等式z=Cy21+]> 这里，z是在离系统光轴的距离为y处的表面弛垂度；c是透镜在光轴处的曲率；而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与阴极射线管一起使用的投影透镜系统，其特征在于，从像方开始按顺序包括：（ａ）第一透镜元件，它具有正的光焦度，一像方表面以及一物方表面，其中（ｉ）像方和物方表面中至少有一个是非球面；（ｉｉ）物方表面具有一个向阴极射线管凸出的最 佳配合球面；（ｂ）第二透镜元件，它具有负的光焦度，以及至少一个非球面，并且由高色散的材料制成；（ｃ）第三透镜元件，它具有正的光焦度，并且为透镜系统提供基本的功率部分；（ｄ）第四透镜元件，它具有较弱的光焦度、至少一个非球面，以及向 阴极射线管凹入的总的凹凸形状；（ｅ）第五透镜元件，它具有正的光焦度，以及至少一个非球面；和（ｆ）透镜装置，它具有较强的负的光焦度，在使用透镜系统期间与ＣＲＴ相联系，并且对透镜系统的场曲作大部分的校正。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J莫斯科维奇，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]