大屏幕用的变焦、正面投影透镜系统技术方案

本发明专利技术提供一种大屏幕（１４），例如整个对角线线为１．５米或以上的屏幕用的变焦、液体耦合、正面投影的透镜系统（１３）。透镜系统（１３）能够在屏幕对角线至少１．５∶１的范围上聚焦，同时维持高的性能水平，这得到透镜系统在聚焦时其调制传递函数（ＭＴＦ）的变化较小的证明。透镜系统可以包括四个透镜单元，即具有一个正子单元和一个负子单元的第一正透镜单元；具有四个透镜元件的第二正透镜单元，四个透镜元件中至少有一个是负透镜元件；有一个非球形透镜元件的负校正透镜单元；以及在使用期间与阴极射线管（１６）液体耦合的第三透镜单元。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及投影电视用的投影透镜系统，更具体地是指，与阴极射线管(CRT)光学耦合、而又能够在宽的共轭范围上聚焦的投影透镜系统，例如，能够与尺寸范围宽的屏幕一起使用，而在所述的共轭范围上当由相对恒定的调制传递函数(MTF)表示时仍能达到高的性能水平。在过去的15年里，一直在进行CRT投影电视用投影透镜系统的研制工作。在Betensky的美国专利No.4300817，4348081，4526442，4697892和4801196；Moskovich的美国专利No.4682862，4755028和4776681；Toide的美国专利No.5148320中可以看到这种系统的例子。投影电视的彩色图像通常是将三种色彩CRT，即红色CRT、绿色CRT和蓝色CRT的图像合成起来而获得的。商售CRT所使用的磷并不发射单一波长的光。具体说，绿色的磷具有明显的蓝色和红色频带。对于红色和蓝色的磷，存在类似的多色性，但是程度比较小。不管CRT的彩色范围如何，对于许多消费应用来说，可以采用未进行色差校正的透镜系统，然而，对于那些要求高的应用来说，例如高分辨率电视、数据显示、或在高倍放大率下工作的系统，为了避免可见彩色条纹和/或图像对比度的损失，需要进行色差校正。在美国专利4815831；美国专利5404246；美国专利4900139，5309283和5455713；美国专利4963007；美国专利5130850；美国专利5237456中给出了至少进行部分色差校正的投影透镜系统的例子。在投影电视用投影透镜领域中长期存在的问题是提供一个与CRT光学耦合的、能够在宽的共轭范围上聚焦的、透镜性能不会有实质性退化的、高性能透镜系统。正如现有技术已知的，当透镜系统与CRT之间的界面是通过耦合液(液体)而不是空气时，便产生光学耦合。这种液体耦合的结果，对于不同的共轭点的聚焦，整个系统不能相对CRT移动，尽管通过空气耦合是能够移动的。更确切地说，透镜系统的一部分元件必须相对CRT保持固定，以便使耦合液留在位置上。于是，透镜系统的聚焦涉及对系统的划分。在本专利技术前，这种聚焦划分一直导致系统性能的较大下降，即系统象差有较大增加，尤其是聚焦在宽的共轭范围上时为甚。对于大礼堂、讲演厅等大屏幕用正面投影系统而言，投影透镜系统在宽共轭范围上聚焦的能力是极为重要的。众所周知，这种观看屏幕有不同的尺寸。制造商和消费者都要求投影电视能够适应这种尺寸变化，而无需替换透镜以及牺牲性能。从光学的角度看，为了满足这一需要，投影电视中使用的投影透镜要求可变焦的。本专利技术通过提供一个完全色差校正、光学耦合、正面投影的透镜系统满足了这一需要，所述的完全色差校正、光学耦合、正面投影的透镜系统能够在宽的屏幕尺寸(屏幕对角线)范围上聚焦并能维持高性能，这可以由MTF在所述屏幕对角线范围上基本保持均匀加以证明。根据这些情况，本专利技术提供一个在对角线线(全部对角线)大于1.5米的屏幕上成像的变焦投影透镜系统，所述的系统包括(a)一个固定透镜单元，在使用透镜系统期间用耦合液使固定透镜单元与阴极射线管光学耦合；(b)一个可移动的透镜单元，在屏幕上图像聚焦期间，所述移动透镜单元可以相对固定透镜单元移动，所述的聚焦能够适应至少1.5∶1的屏幕对角线范围。所述的固定透镜单元、可移动透镜单元和耦合液在阴极射线管上的调制传递函数，在所述屏幕对角线范围上是这样变化的对于达到最大场的0.85的任何视场位置，在所述的屏幕对角线范围上，5周/毫米下调制传递函数最小值与5周/毫米下调制传递函数最大值之比RMin/Max大于0.5。在一些较佳的实施例中，在所述的1.5∶1的屏幕对角线范围上，RMin/Max大于0.7。在另一些较佳的实施例中，在3.0∶1及更高的屏幕对角线范围上，RMin/Max大于0.5。通常，透镜系统所达到的RMin/Max值随对角线范围的减小而增大，反之亦然。较佳地，从系统图像一侧起，透镜系统包括(a)主要校正与孔径有关象差的第一透镜单元，所述的第一透镜单元具有光焦度Φ1，包括光焦度为ΦS1的第一子单元和光焦度为ΦS2的第二子单元，所述的每个子单元至少包括一个非球形表面；(b)第二透镜单元，具有光焦度Φ2，从系统图像一侧起依次包括由玻璃制成的第一负透镜元件；由玻璃制成的第二正透镜元件；由玻璃制成的第三正透镜元件；和至少包含一个非球形表面的第四透镜元件；(c)校正透镜单元，具有光焦度ΦCR，包括一块塑料透镜元件，塑料透镜元件两个表面的形状都是凹向图像的，两个表面中至少有一个是非球形表面；(d)校正透镜系统场曲的第三透镜单元，所述的第三透镜单元包括一块凹向图像的透镜元件，在透镜系统使用期间与所述的耦合液接触，所述的第三透镜单元和所述的耦合液具有光焦度Φ3；其中透镜系统和用于把系统与CRT耦合起来的耦合液具有光焦度Φ，这里，Φ1，ΦS1，ΦS2，Φ2，ΦCR，Φ3满足以下条件(1)Φ1＞0；(2)ΦS1＞0；(3)ΦS2＜0；(4)Φ2/Φ＞0.7；(5)ΦCR＜0；及(6)Φ3＜0；这里所称的MTF是计算值(与测量值相对应)，是通过自动相关方法针对不同透镜设计确定的。假定相位是满足线性条件，在所有各种情况下比较调制传递函数。所有的调制值是单色的，在短(CRT)共轭点计算的。对于一个特定的透镜，在一个焦平面上计算任何特定共轭点上的调制值，例如，五个视场点，视场的0％(轴上)、35％、70％、85％和100％。在一系列通过焦点的平面上考虑总体性能，实现焦平面的选择。设计的策略是使五个视场点的焦深达到最大。在比较透镜与透镜间的MTF值或在本专利技术的情况中比较相同透镜的共轭点与共轭点时，所用的判据是分布在从轴外到最大视场0.85的所有视场点，在一个焦平面(具体说，CRT磷表面)中，在5周/毫米下获得的最小调制与最大调制之比。在用共轭变化判断象质的稳定度中，以视场点为基础，采用这一判据比较一个视场点上的MTF值，例如，针对最大的屏面对角线，再针对最小屏面对角线，在最大视场的0％、35％、70％和85％处计算MTF，计算每个视场点上最小调制与最大调制之比。然后，利用MTF的最低比值作为共轭稳定度的指示。这就产生排列在0至1之间的比率，1代表理想的共轭稳定性。在达到的这些比率上同时比较径向MTF和切向MTF，径向值与径向值比较，切向值与切向值比较。在计算中采用5周/毫米值，因为这通常对应于1024条水平线的电视分辨率。如下面的表5所示，本专利技术的透镜系统，对于大于1.5米的屏面以及对于屏面对角线线至少1.5∶1的范围，达到的MTF值之比高于0.5。因此，透镜系统提供的共轭稳定性水平在以前的高性能、光学耦合、投影透镜系统中是达不到的。附图说明图1A、图2和图3是根据本专利技术构造的透镜系统的侧视图。图1B、1C和1D分别是屏幕对角线线为3.0米、1.84米和7.4米图1A透镜系统的MTF曲线(单色光学传递函数)，左面是穿过焦点的数据，右面是546纳米波长焦点上与频率数据的关系，图中，点线代表相位数据，短划线代表径向数据，实线代表切向数据。图1B、1C和1D的参数，包括在右图中焦点位置，在表6中给出。图4是采用根据本专利技术构造透镜系统的正面投影电视的示意图。上述附图放入在说明书中并构成说明书的一部分，它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在对角线线大于１．５米屏幕上成像的变焦、正面投影的透镜系统，其特征在于，在使用期间用耦合液使所述的系统与阴极射线管光学耦合，所述的系统和所述的耦合液具有光焦度Φ，从系统图像一侧起，所述的系统依次包括：（ａ）主要校正与孔径有关象差的第 一透镜单元，所述的第一透镜单元具有光焦度Φ↓［１］，至少包括一个非球形表面；（ｂ）第二透镜单元，具有光焦度Φ↓［２］，至少包括一个非球形表面；（ｃ）校正透镜单元，具有光焦度Φ↓［ＣＲ］，至少包括一个非球形表面；（ｄ）校正透镜系统 场曲的第三透镜单元，所述的第三透镜单元包括一块凹向图像的透镜元件，在透镜系统使用期间与所述的耦合液接触，所述的第三透镜单元和所述的耦合液具有光焦度Φ↓［３］，其中：（１）Φ↓［１］＞０；（２）Φ↓［２］／Φ＞０．７；（３）Φ↓［ ＣＲ］＜０；（４）Φ↓［３］＜０；（５）校正透镜单元与第三透镜单元相隔距离Ｄ↓［ＣＲ／３］，图像在屏幕上会聚期间可以改变这一距离，所述的会聚能够适应至少１．５∶１的屏幕对角线范围。（６）所述透镜系统和耦合液在阴极射线管上具有调制 传递函数，在所述屏幕对角线范围上是这样变化的，对于达到最大场的０．８５的任何视场位置，在所述的屏幕对角线范围上，使５周／毫米下调制传递函数最小值与５周／毫米下调制传递函数最大值之比Ｒ↓［Ｍｉｎ／Ｍａｘ］大于０．５。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅尔文H克赖茨尔，
申请(专利权)人：美国精密镜片股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]