專利名稱：液晶投影顯示變焦投影物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶投影顯示變焦投影物鏡。
背景技術(shù)：
液晶投影顯示技術(shù)在近幾年來發(fā)展迅速，大屏幕、高清晰度圖像顯示是液晶投影顯示的主要優(yōu)點(diǎn)，而且其體積小、重量輕，可廣泛應(yīng)用于電化教學(xué)、辦公、商務(wù)以及廣告娛樂等方面，應(yīng)用前景十分廣泛。液晶投影顯示將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字VGA信號或其他視頻信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路在LCD液晶板形成圖像源，通過照明系統(tǒng)將光源發(fā)出的光由液晶板調(diào)制后，再由投影物鏡放大成像在屏幕上形成彩色圖像。
在液晶投影顯示系統(tǒng)中，投影物鏡具有重要的作用，系統(tǒng)的許多性能尤其是亮度、清晰度等與投影物鏡密切相關(guān)。在液晶投影顯示系統(tǒng)中，由于被照明物體(液晶板)和系統(tǒng)的工作要求，需要提供液晶板遠(yuǎn)心照明，同時(shí)由于需要提高系統(tǒng)的輸出亮度，液晶板也經(jīng)常采用帶微透鏡的結(jié)構(gòu)，這相應(yīng)增加了光線經(jīng)液晶板后的相對孔徑，而且，目前液晶投影系統(tǒng)要求盡可能地縮短鏡頭焦距，以能在短距離情況下投影大面積，因此，對于高效高亮度的液晶投影系統(tǒng)中，液晶投影鏡頭是一個(gè)短焦、大相對孔、反遠(yuǎn)距的遠(yuǎn)心變焦鏡頭。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液晶投影顯示變焦投影物鏡。
它依次具有調(diào)焦組G1、變焦組G2、G3、G4，固定組G5、正方棱鏡、液晶板。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)采用大相對孔徑設(shè)計(jì)，相對孔徑F#＝1.7～2.1，可以保證采用微透鏡類型的液晶板具有高亮度輸出；2)采用短焦距大視場角設(shè)計(jì)，能夠在短投影距離下投影大的面積，設(shè)計(jì)在3m的投影距離下投射出100”的圖像；3)采用像方遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的光能輸出效率和對比度；4)長后工作距設(shè)計(jì)，良好地校正像差，保證在屏幕上獲得高清晰度圖像。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)是投影物鏡在短焦段的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2(b)是投影物鏡在長焦段的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是投影物鏡在短焦段的結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明圖；圖4是投影物鏡的變焦凸輪曲線；圖5是投影物鏡在短焦段的像差曲線；圖6是投影物鏡在中間焦段的像差曲線；圖7是投影物鏡在長焦焦段的像差曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為液晶投影顯示提供短焦、大視場角、大相對孔徑遠(yuǎn)心投影變焦物鏡。如圖1所示，系統(tǒng)為十一組十四片三個(gè)雙膠合結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械補(bǔ)償式變焦設(shè)計(jì)，共采用一個(gè)調(diào)焦組G1，一個(gè)后固定組G5，三個(gè)變焦組G2、G3、G4，設(shè)計(jì)還保證長后工作距以能夠把投影屏幕的物面經(jīng)棱鏡2成像清晰到像面液晶板1上。
調(diào)焦組G1在變焦過程保持固定，只在調(diào)焦過程有移動(dòng)，以適應(yīng)投影距離變化時(shí)調(diào)整調(diào)焦組1仍能保持像面清晰，調(diào)焦組G1采用負(fù)-正-負(fù)-負(fù)四片分離結(jié)構(gòu)，合成焦距為負(fù)值，這樣的結(jié)構(gòu)能夠保證由物面的入射光線經(jīng)調(diào)焦組G1發(fā)散后，由后組成像，使整個(gè)系統(tǒng)主面后移，從而達(dá)到系統(tǒng)的長后工作距要求，同時(shí)視場角大的軸外光線經(jīng)前組發(fā)散后，相對于后組來說視場角變小，從而達(dá)到廣角的目的。調(diào)焦組1中第一片、第三片和第四片都采用彎月形結(jié)構(gòu)，同時(shí)彎曲向光闌方向，這能保證大相對孔徑要求，同時(shí)減小出射口徑。調(diào)焦組1的焦距滿足以下條件-2.5＜F1/F＜-1.6 (1)其中，F(xiàn)1為調(diào)焦組G1的組合焦距，F(xiàn)為系統(tǒng)的整體焦距。
條件(1)為調(diào)焦組的焦距分配，條件(1)為結(jié)構(gòu)相差平衡必須滿足的條件，當(dāng)F1/F＜-2.5時(shí)，整體結(jié)構(gòu)就很難校正在大相對孔徑條件下變焦所引起的像差，當(dāng)F1/F＞-1.6時(shí)，就會引起大的球差和畸變。
系統(tǒng)變焦距過程通過移動(dòng)變焦組G2、G3、G4相互之間的距離來實(shí)現(xiàn)，加上變焦過程保持固定的調(diào)焦組G1、后固定組G5共五組透鏡系統(tǒng)，五組透鏡系統(tǒng)的焦距分別為負(fù)-正-正-負(fù)-正結(jié)構(gòu)，變焦組G2、G3、G4相互之間聯(lián)動(dòng)通過凸輪曲線實(shí)現(xiàn)，以保證變焦過程像差平衡和像面位置保持不變。
變焦組G2由一個(gè)雙膠合透鏡和一個(gè)分離透鏡組成，主要用于校正由大相對孔徑引起的軸外像差，變焦組G3由一個(gè)雙膠合透鏡組成，用于校正畸變和場曲等軸外像差，變焦組G4由一個(gè)負(fù)透鏡、一個(gè)雙膠合透鏡和一個(gè)分離正透鏡組成，主要用于補(bǔ)償變焦過程前組移動(dòng)形成的各種像差。同時(shí)，調(diào)焦組G1，變焦組G2、G3、G4的系統(tǒng)像差要盡可能小，剩余的殘留像差由后固定組G5補(bǔ)償，后固定組的焦距分配滿足2.5＜F5/F＜3.2 (2)其中，F(xiàn)5為后固定組G5的組合焦距，F(xiàn)為系統(tǒng)的整體焦距。
條件(2)為后固定組G5的焦距分配，條件(2)為結(jié)構(gòu)相差平衡必須滿足的條件，當(dāng)F5/F＜2.5時(shí)，整體結(jié)構(gòu)就很難校正在大相對孔徑條件下變焦所引起的像差，當(dāng)F5/F＞3.2時(shí)，就會縮短系統(tǒng)的后工作距離，造成系統(tǒng)后截距不足以滿足條件。
同時(shí)，調(diào)焦組G4中的負(fù)透鏡必須滿足Ab＜35 (3)Ab為負(fù)透鏡的阿貝常數(shù)，條件(3)如果不滿足，則很難校正系統(tǒng)的各類色差。
圖2(a)是系統(tǒng)在短焦端的結(jié)構(gòu)示意圖。變焦組G2、G3、G4相互距離更為緊湊。圖2(b)是系統(tǒng)在長焦端的結(jié)構(gòu)示意圖，變焦組G2、G3、G4相互移開。
圖3是系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，調(diào)焦組G1由負(fù)透鏡L11、正透鏡L12以及兩個(gè)彎月形透鏡L13、1L4組成；變焦組G2由透鏡L21、透鏡L22、透鏡L23組成，透鏡L21、L22組成雙膠合透鏡；變焦組G3由透鏡L31、L32形成的雙膠合透鏡構(gòu)成；變焦組G4由負(fù)透鏡L41，透鏡L42、透鏡L43、透鏡L44組成，透鏡L42、透鏡L43組合成雙膠合透鏡；后固定組G5由一片正透鏡L51構(gòu)成。
表1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歸一化后的詳細(xì)參數(shù)表1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)參數(shù)
其中，ri為由屏幕到像面依次的透鏡的曲率半徑，di為由屏幕到像面依次的透鏡相互之間的間隔，nd為依次透鏡的玻璃材料在d線的折射率，vd為依次透鏡的阿貝常數(shù)。變焦過程中，d8、d13、d16、d23相互之間距離由凸輪帶動(dòng)改變。表2為各焦段的間距變化。
表2各焦段間距變化
圖4是系統(tǒng)變焦過程中的凸輪曲線，在變焦過程中，變焦組G2、G3、G4的移動(dòng)方向一致而且凸輪曲線規(guī)整無拐點(diǎn)，因而加工容差大，易于保證成品率。
圖5是透鏡在短焦段的像差曲線。圖5(a)為透鏡的波像差，圖5(b)為透鏡的場曲和畸變曲線。
圖6是透鏡在中間焦段的像差曲線。圖6(a)為透鏡的波像差，圖6(b)為透鏡的場曲和畸變曲線。
圖7是透鏡在長焦段的像差曲線。圖7(a)為透鏡的波像差，圖7(b)為透鏡的場曲和畸變曲線。
權(quán)利要求
1.一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于它依次具有調(diào)焦組G1、變焦組G2、G3、G4，固定組G5、正方棱鏡2、液晶板1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說的調(diào)焦組G1采用負(fù)-正-負(fù)-負(fù)四片分離結(jié)構(gòu)，合成焦距為負(fù)值，調(diào)焦組1的焦距滿足以下條件-2.5＜F1/F＜-1.6，其中，F(xiàn)1為調(diào)焦組G1的組合焦距，F(xiàn)為系統(tǒng)的整體焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說的變焦組G2由一個(gè)雙膠合透鏡和一個(gè)分離透鏡組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說的變焦組G3由一個(gè)雙膠合透鏡組成，用于校正畸變和場曲等軸外像差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說變焦組G4由一個(gè)負(fù)透鏡、一個(gè)雙膠合透鏡和一個(gè)分離正透鏡組成，主要用于補(bǔ)償變焦過程前組移動(dòng)形成的各種像差，調(diào)焦組G4中的負(fù)透鏡必須滿足Ab＜35Ab為負(fù)透鏡的阿貝常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說后固定組G5補(bǔ)償，后固定組的焦距分配滿足2.5＜F5/F＜3.2其中，F(xiàn)5為后固定組G5的組合焦距，F(xiàn)為系統(tǒng)的整體焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶投影顯示變焦投影物鏡，其特征在于所說調(diào)焦組G1和變焦組G2的移動(dòng)距離范圍d8為0.893～1.432，變焦組G2和變焦組G3的移動(dòng)距離范圍d13為0.324～0.0033，變焦組G3和變焦組G4的移動(dòng)距離范圍d16為0.420～0.4197，調(diào)焦組G4和變焦組G5的移動(dòng)距離范圍d23為0.221～0.0033。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶投影顯示變焦投影物鏡。它依次具有調(diào)焦組G1、變焦組G2、G3、G4，固定組G5、正方棱鏡、液晶板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)采用大相對孔徑設(shè)計(jì)，相對孔徑F
文檔編號G02F1/1335GK1529193SQ200310108028
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者鄭臻榮, 陸巍, 坂本翰雄, 浦野邦彥, 彥, 雄 申請人:杭州華光光電有限公司, 日本電氣視像技術(shù)株式會社