宽视角和高分辨率的背面投影光学系统技术方案

一种将成像面板上的图像放大并投影到屏幕背面的背面投影光学系统，包括：前透镜组，其放置在屏幕附近，具有分别具有负光焦度的第一、第二和第三透镜，以及分别具有正光焦度的第四和第五透镜；后透镜组，其放置在成像面板附近，并且具有第一胶合透镜、第二胶合透镜和具有负光焦度的第十透镜，第一胶合透镜包括具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜，第二胶合透镜包括具有负光焦度的第八透镜和具有正光焦度的第九透镜；和可变光阑，其放置在前透镜组和后透镜组之间以控制光量。该背面投影光学系统具有宽视角（９１度）、高分辨率和减小的显示装置的深度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体构思涉及一种使用投影式图像显示设备的投影光学系统，更具体地讲，涉及一种配置成足够短的投影距离以实现宽视角和高分辨率的背面投影透镜系统。
技术介绍
最近，由于对图像显示设备的宽视角和高分辨率的需求，所以通过使用投影光学系统将小尺寸图像投影并放大到大屏幕上的图像投影装置迅速发展起来。特别是将图像信号从屏幕的背面投影的背面投影装置被广泛用于投影电视。传统的背面投影装置包括光源；液晶显示器(LCD)或数字微镜器件(DMD)面板，其作为通过使用光源发出的光形成图像的显示装置；屏幕；和背面投影系统，其将面板上形成的图像以某一放大因子放大并投影到屏幕上。然而，随着投影光学系统将图像聚焦在其上的屏幕尺寸逐渐增大，所以需要更高的分辨率，并且需要更宽的视角以用于更薄的装置。传统的背面投影光学系统描述如下。图1是示出传统的投影光学系统的结构的视图。参照图1，传统的投影光学系统具有前透镜组，其包括第一到第五透镜1、2、3、4、和5，其中第一透镜最靠近屏幕(未示出)；后透镜组，其包括第六到第十透镜6、7、8、9、和10；可变光阑20，其放置在前透镜组和后透镜组之间。后透镜组具有负光焦度，并且主要用于减小通过棱镜30入射、从数字微镜显示器(DMD)面板40反射、并通过后透镜组的光的各种像差。此外，这些像差由于第四透镜4和第五透镜5的强的正光焦度而被再次补偿。第一透镜1主要补偿畸变的像差，第二透镜2和第三透镜3主要补偿彗差、像散、和球差。为了扩宽视角，前透镜组被构造成具有负光焦度。然而，由于后透镜组产生的重影导致不想要的图像显示在屏幕上，所以传统的投影光学系统存在的问题是后透镜组必须根据其位置具有不同的曲率。另外，因为可变光阑20紧靠第六透镜6放置，所以很难插入一个新的可变光阑来控制光量。此外，传统的投影光学系统不能提供足够大的视角。因此，需要一个改善的投影光学系统。
技术实现思路
本专利技术总体构思提供了一种具有宽视角、高分辨率、和较小畸变的投影光学系统。本专利技术总体构思的另外方面和优点将在下面的描述中部分地被阐述，并且其中一部分在描述中是明显的，或者通过专利技术总体构思的实施可以理解。专利技术总体构思的前述的和/或其他方面和优点可以通过提供一种将成像面板上的图像放大并投影到屏幕后侧的背面投影光学系统来实现。该背面投影光学系统包括前透镜组，其放置在屏幕附近，并具有分别具有负光焦度的第一、第二、和第三透镜，以及分别具有正光焦度的第四和第五透镜；后透镜组，其放置在成像面板附近，并且具有第一胶合透镜、第二胶合透镜、和具有负光焦度的第十透镜，第一胶合透镜包括具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜，第二胶合透镜包括具有负光焦度的第八透镜和具有正光焦度的第九透镜；和可变光阑，其放置在前透镜组和后透镜组之间以控制光量。第十透镜具有具有正曲率的第一表面和具有负曲率的第二表面，满足下面的方程0.046<|Σi=67pi+Σi=89pi|Qi=69nivi×1000<0.05]]>OBJBFL×m=K,K≤0.35]]>其中，pi，ni，和vi分别表示第i透镜的折射力(refractive power)、折射率、和色散，OBJ(物距)表示从屏幕到第一透镜的距离，BFL(后焦距)表示从第十透镜到成像面板的距离，m表示全部透镜的放大率。OBJ，BFL和m可以分别被设置为593、26.5、和0.0154。此外，可变光阑可以与第六透镜的第一表面中心间隔预定距离而放置，满足下面的方程 1.55<Σi=67nid11+Σi=89nid11<1.58]]>其中，d11表示可变光阑和第六透镜的第一表面中心之间的预定距离，ni表示第i透镜的折射率。d11和相应的ni可被如下设置d11＝4.19，n6＝1.48749，n7＝1.75520，n8＝1.84666，和n9＝1.48749。第四透镜具有分别具有负曲率的第一表面和第二表面；第五透镜具有具有正曲率的第一表面和具有负曲率的第二表面；第一胶合透镜具有分别具有正曲率、正曲率、和负曲率的第一表面、胶合表面、和第二表面，并且满足下面的方程7.30<Σi=45piΣi=12pbi<7.60]]>这里，pi表示第i透镜的折射力，pbi表示第i胶合透镜的折射力。附图说明通过结合附图，从实施例的以下描述中，本专利技术总体构思的上述和其他这些和/或其他方面和优点将会变得更加清楚和更加易于理解，其中图1是示出传统的背面投影光学系统的结构的视图；图2是示出根据本专利技术总体构思的实施例的背面投影光学系统的结构的视图；图3是示出图2的背面投影光学系统的像差特性的视图；和图4是示出图2的背面投影光学系统的实际应用的视图。具体实施例方式现在将对本专利技术总体构思的实施例作出详细说明，其示例在附图中示出，其中相同的标号始终表示相同的部件。下面参照附图来描述这些实施例以解释本专利技术总体构思。图2是示出根据本专利技术总体构思的实施例的背面投影光学系统的结构的视图。图2的背面投影光学系统可以应用于一种使用DMD面板的图像投影装置，例如投影电视。为了解释，图2示出了图像投影装置的主要部件。参照图2，图像投影装置具有屏幕、背面投影光学系统50、灯75、棱镜80、和DMD面板90以形成图像。当50”的屏幕作为标准屏幕时，根据图2的实施例的背面投影光学系统50被构造为将具有有效面积为0.79”(20.1mm)的DMD面板90的图像投影到46”和56”的屏幕上。背面投影光学系统50包括前透镜组50a，其具有靠近屏幕100放置的五个透镜51、52、53、54、和55；后透镜组50b，其具有靠近DMD面板90放置的五个透镜56、57、58、59、和60；可变光阑70，其放置在前透镜组50a和后透镜组50b之间用于控制光量。这样，背面投影光学系统50一共包括十个透镜51、52、53、54、55、56、57、58、59、和60。如图2所示，给透镜Li分配了标号，从而Li指的是从屏幕100的第i个透镜。类似地，以屏幕100为参考，按次序给透镜表面Si、透镜的中心厚度、和透镜间的中心距离di分配了标号。例如，第一透镜51被表示为L1，第二透镜52被表示为L2，第一透镜51的第一表面被表示为S1，第一透镜51的第二表面被表示为S2，第一透镜51的中心厚度被表示为d1，第一透镜51和第二透镜52之间的中心距离被表示为d2。前透镜组50a具有包括透镜L1、L2、L3、L4和L5(51、52、53、54、和55)的五个透镜。各个透镜的特性如下。透镜L1(51)和透镜L2(52)分别具有以正(+)曲率形成的第一表面S1和S3以及第二表面S2和S4，从而透镜L1(51)和透镜L2(52)具有负(-)光焦度，并且透镜L3(53)具有以负曲率形成的第一表面S5和以正曲率形成的第二表面S6，从而透镜L3(53)具有负光焦度。此外，透镜L4(54)具有以负曲率形成的第一表面S7和第二表面S8，从而透镜L4(54本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将成像面板上的图像放大并投影到屏幕背面的背面投影光学系统，包括：前透镜组，其放置在屏幕附近，包括分别具有负光焦度的第一、第二、和第三透镜，以及分别具有正光焦度的第四和第五透镜；后透镜组，其放置在成像面板附近，并且具有第一 胶合透镜、第二胶合透镜、和具有负光焦度的第十透镜，第一胶合透镜包括具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜，第二胶合透镜包括具有负光焦度的第八透镜和具有正光焦度的第九透镜；和可变光阑，其放置在前透镜组和后透镜组之间以控制光量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金省兑，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]