專利名稱：投影透鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影透鏡裝置，特別是用在投影電視等中的投影透鏡裝置。
背景技術(shù)：
在將CRT射線管的熒光面上放映出來的圖像通過投影透鏡裝置放大投影到銀幕上的所謂投影電視裝置中，對決定其畫質(zhì)的投影透鏡裝置的性能要求正在逐年提高。在此狀況下，專利文獻(xiàn)1中記述了一種提高了投影透鏡裝置的成像性能的發(fā)明。
專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有技術(shù)是在5組5片結(jié)構(gòu)的投影透鏡裝置中，其特征為，第3組透鏡由阿貝常數(shù)為50～75之間任意值的玻璃材料構(gòu)成，第1組透鏡和第4組透鏡由阿貝常數(shù)為20～35之間任意值的樹脂材料形成，第2組透鏡和第5組透鏡中的樹脂透鏡由阿貝常數(shù)為50～60之間任意值的樹脂材料形成；是一種實現(xiàn)了高成像性能的混合式(同時使用玻璃透鏡和樹脂透鏡)的投影透鏡裝置。
這里，作為第5組透鏡的結(jié)構(gòu)要素的CRT射線管的面板，(faceplate)其熒光面形狀是曲率半徑為350mm的球面，在光軸上的厚度為14.1mm，其材質(zhì)折射率為1.562。
另一方面，在努力提高CRT射線管的原圖像自身的品質(zhì)，通過對面板使用結(jié)晶性透明玻璃材料，中國的公司(成都成電正元科技有限公司)開發(fā)出實現(xiàn)了高分辨率(8Lp/mm)、高亮度、壽命長的CRT射線管。
具有如此高分辨率的CRT射線管的熒光面是平面的，而且面板的厚度為相當(dāng)薄的4mm；另外其材質(zhì)的折射率為1.715～1.833的高折射率；沿襲現(xiàn)有的投影透鏡裝置的思路是做不到的。
專利文獻(xiàn)1特開2000-81569號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述背景，目的在于提供一種能夠充分發(fā)揮具有高分辨率的CRT射線管性能的、在保持高亮度的F數(shù)(F/no)的同時實現(xiàn)大視角、不增加透鏡片數(shù)的低成本投影透鏡裝置。
為了獲得在保持高亮度的F數(shù)(F/no)的同時實現(xiàn)大視角的成像性能優(yōu)異的投影透鏡裝置，本發(fā)明的投影透鏡裝置如下構(gòu)成。
本發(fā)明的投影透鏡裝置是一種將熒光面為平面的CRT射線管上形成的圖像放大投影到銀幕面上的、自銀幕一側(cè)至上述CRT射線管一側(cè)按順序配設(shè)第1、第2、第3、第4、第5組透鏡的5組5片結(jié)構(gòu)的投影透鏡裝置，其特征在于，第1組透鏡是包含其光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凸形的雙面非球面的正透鏡，第2組透鏡是包含其光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凹形的雙面非球面的負(fù)透鏡，第3組透鏡是雙凸形的雙面為球面的正透鏡，第4組透鏡是在沿半徑方向遠(yuǎn)離其光軸的邊緣部分中面向銀幕一側(cè)呈凹形彎曲的雙面非球面的正透鏡，第5組透鏡是由CRT射線管的面板、兼?zhèn)淅鋮s功能的透明液體、以及凹面面向銀幕一側(cè)的至少一個面為非球面的具有大致均等的壁厚的彎月形透鏡構(gòu)成的負(fù)透鏡，并且滿足以下(1)～(5)的條件(1)0.1＜f0/f1＜0.3(2)-0.15＜f0/f2＜-0.01(3)0.7＜f0/f3＜0.9(4)0.15＜f0/f4＜0.35(5)-1.3＜f0/f5＜-0.9其中，f0整個系統(tǒng)的焦距，f1第1組透鏡的焦距，f2第2組透鏡的焦距，f3第3組透鏡的焦距，f4第4組透鏡的焦距，f5第5組透鏡的焦距。
本發(fā)明的投影透鏡裝置在借助于玻璃構(gòu)成的第3組透鏡以及樹脂制造的第1組透鏡和第4組透鏡獲得正的折射力的同時，該第1組透鏡與第5組透鏡一起校正畸變像差。
進(jìn)而，第5組透鏡是凹面面向銀幕一側(cè)的負(fù)透鏡，至少一個面為非球面，進(jìn)行像散像差、畸變像差的校正的同時校正像面彎曲。
另外，樹脂制造的第2組透鏡具有校正球面像差、慧形像差、像散像差和畸變像差等幾乎所有像差的重要功能，與第5組透鏡一起校正像面彎曲。
進(jìn)而，第4組透鏡主要校正邊緣像高的慧形像差，用第5組透鏡對沒有校正完的像散像差進(jìn)行校正。
另外，為實現(xiàn)本發(fā)明的投影透鏡裝置的目的所需的條件(1)涉及第1組透鏡的折射力，如果超出了下限，就必須增強(qiáng)第3組透鏡和第4組透鏡的折射力，因此球面像差變大，影響高亮度的F數(shù)(F/no)；如果超出了上限，軸外像差就會惡化而影響廣角化。
條件(2)涉及第2組透鏡的折射力，如果超出了下限，就必須加大第1組透鏡厚度來增強(qiáng)折射力，因此樹脂制造的第1組透鏡在制造時成形時間變長而導(dǎo)致成本增加；如果超出了上限，MTF的溫度特性就會惡化。
條件(3)涉及第3組透鏡的折射力，如果超出了下限，就必須加大第4組透鏡厚度來增強(qiáng)折射力，因此為了加大樹脂制造的第4組透鏡的厚度以增強(qiáng)折射力，制造時的成形時間變長而導(dǎo)致成本增加；如果超出了上限，球面像差變大而影響高亮度的F數(shù)(F/no)。
條件(4)涉及第4組透鏡的折射力，如果超出了下限，慧形像差變得難以校正的同時，必須增強(qiáng)第1組透鏡和第3組透鏡的折射力，球面像差變得難以校正，另外，透鏡厚度變大，影響了高亮度的F數(shù)(F/no)以及制造成本。另外，如果超出了上限，慧形像差、像散像差變得難以校正，畸變像差也增大，廣角化難以實現(xiàn)。
條件(5)涉及第5組透鏡的折射力，是用于良好地保持像面彎曲的條件，如果超出了下限，就會造成像面彎曲校正過度；如果超出了上限，就會造成像面彎曲校正不足。
另外，通過在第1組透鏡和第2組透鏡之間配設(shè)光圈(絞リ)，就使靠近光圈并位于前后的第1組透鏡和第2組透鏡的有效口徑無法大于需要以上，因此可以制造出低成本的透鏡。
借助于本發(fā)明的投影透鏡裝置，就能夠充分發(fā)揮具有高分辨率的CRT射線管的性能，在保持高亮度的F數(shù)(F/no)的同時實現(xiàn)大的視角，能夠不增加透鏡片數(shù)而降低成本。


圖1是用于說明本發(fā)明的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是第1實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及光線跟蹤圖。
圖3是表示構(gòu)成第1實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的面的曲率半徑或折射率等的圖表。
圖4是表示構(gòu)成第1實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的非球面的規(guī)定系數(shù)的圖表。
圖5是表示第1實施方式的投影透鏡裝置的4Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖6是表示第1實施方式的投影透鏡裝置的8Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖7是現(xiàn)有的實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及光線跟蹤圖。
圖8是表示現(xiàn)有的實施方式的投影透鏡裝置的4Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖9是表示現(xiàn)有的實施方式的投影透鏡裝置的8Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖10是第2實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及光線跟蹤圖。
圖11是表示構(gòu)成第2實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的面的曲率半徑或折射率等的圖表。
圖12是表示構(gòu)成第2實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的非球面的規(guī)定系數(shù)的圖表。
圖13是表示第2實施方式的投影透鏡裝置的4Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖14是表示第2實施方式的投影透鏡裝置的8Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖15是第3和第4實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及光線跟蹤圖。
圖16是表示構(gòu)成第3實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的面的曲率半徑或折射率等的圖表。
圖17是表示構(gòu)成第3實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的非球面的規(guī)定系數(shù)的圖表。
圖18是表示第3實施方式的投影透鏡裝置的4Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖19是表示第3實施方式的投影透鏡裝置的8Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖20是表示構(gòu)成第4實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的面的曲率半徑或折射率等的圖表。
圖21是表示構(gòu)成第4實施方式的投影透鏡裝置的各透鏡組的非球面的規(guī)定系數(shù)的圖表。
圖22是表示第4實施方式的投影透鏡裝置的4Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
圖23是表示第4實施方式的投影透鏡裝置的8Lp/mm的MTF像高特性的特性圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發(fā)明的投影透鏡裝置的最佳實施方式。
(A)第1實施方式圖1是表示本實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡配置圖。此外，圖1形象化地明確了各透鏡的表面形狀、各透鏡在光軸上的厚度、相鄰?fù)哥R之間的間隔。
在圖1中，從銀幕一側(cè)數(shù)起第i個面的光軸上的曲率半徑表示為Ri(R1～R13)，第i個面和第i+1個面在光軸上的面間隔表示為Di(D1～D12)。
圖2是使用了具體數(shù)值時的本實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及光線跟蹤圖。
在圖2中，投影透鏡裝置自銀幕一側(cè)(圖的左側(cè))依次由第1組透鏡L1、第2組透鏡L2、第3組透鏡L3、第4組透鏡L4、及第5組透鏡L5構(gòu)成。另外，投影透鏡裝置的第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S。
另外，圖3是表示各透鏡的各第1～13面在光軸上的曲率半徑R1～R13、各透鏡面與相鄰?fù)哥R面之間的面間隔D1～D12、各透鏡面的折射率(d線折射率)Nd1～Nd13、以及各透鏡的阿貝常數(shù)(d線阿貝常數(shù))vd1～vd13的具體值的圖表。此外，折射率Ndi及阿貝常數(shù)vdi在對應(yīng)于從銀幕一側(cè)數(shù)起第i面的行中記述。另外，整個系統(tǒng)的焦距表示為f0(e線焦距)、亮度表示為F/no、視角表示為2ω、橫向放大率表示為M、投影距離表示為L。
進(jìn)而，圖4是表示用于確定非球面的第1面、第2面、第4面、第5面、第8面、第9面、第10面及第11面的形狀所用的圓錐常數(shù)k、非球面系數(shù)A3～A10的數(shù)值的圖表。
這里，用于確定非球面形狀所需的圓錐常數(shù)k、非球面系數(shù)A3～A10是下面的算式(1)的非球面形狀確定式中的各個參數(shù)。即，眾所周知，非球面在以光軸方向為Z軸的正交坐標(biāo)系(X，Y，Z)中，當(dāng)用R表示近軸曲率半徑、用k表示圓錐常數(shù)、用A3～A10分別表示3次～10次非球面系數(shù)時，坐標(biāo)h＝(X2+Y2)1/2中的面形狀表示為以下算式(1)。
Z(h)＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)·(h2/R)}1/2]+A3·h3+A4·h4+A5·h5+A6·h6+A7·h7+A8·h8+A9·h9+A10·h10……(1)在圖2中說明本實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)。
第1組透鏡L1在該第1實施方式的情況下由單一透鏡構(gòu)成。第1組透鏡L1是包含光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凸形的雙面非球面的正透鏡，該第1組透鏡L1的焦距f1為f1＝355.255mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f1為f0/f1＝0.220。
第2組透鏡L2在該第1實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第2組透鏡L2是包含光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凹形的雙面非球面的負(fù)透鏡，該第2組透鏡L2的焦距f2為f2＝-1263.904mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f2為f0/f2＝-0.062。
第3組透鏡L3在該第1實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第3組透鏡L3是雙凸形的雙球面的正透鏡，該第3組透鏡L3的焦距f3為f3＝97.172mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f3為f0/f3＝0.803。
第4組透鏡L4在該第1實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第4組透鏡L4是在沿半徑方向遠(yuǎn)離光軸的邊緣部分向銀幕一側(cè)凹形彎曲的雙面非球面的正透鏡，該第4組透鏡L4的焦距f4為f4＝321.541mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f4為f0/f4＝0.243。
第5組透鏡L5是由平面CRT射線管的面板FP、兼?zhèn)銫RT冷卻功能的透明液體LQ、以及凹面面向銀幕一側(cè)的雙面為非球面的具有大致均一的厚度的彎月形透鏡CL構(gòu)成的負(fù)透鏡，該第5組透鏡L5的焦距f5為f5＝-71.111mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f5為f0/f5＝-1.097。另外，第5組透鏡L5由面板FP、透明液體LQ、彎月形透鏡CL密接構(gòu)成，透明液體LQ由填充在面板FP和彎月形透鏡CL之中的液體構(gòu)成。另外，面板FP是平面CRT射線管的前面一側(cè)的管面玻璃，由結(jié)晶性透明玻璃構(gòu)成。CRT圖像形成于平面的R13面上。
在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S，該光圈S的口徑為Φ79.34mm；第1組透鏡L1的最大有效口徑位于R1面一側(cè)，其大小為Φ79.04mm；第2組透鏡L2的最大有效口徑位于R5面一側(cè)，其大小為Φ80.74mm，透鏡的有效口徑不能變大。
本實施方式的投影透鏡裝置的結(jié)構(gòu)在將平面CRT射線管的熒光面(R13面)中4.8英寸(最大像高60.95mm)的光柵尺寸放大投影為銀幕上的51英寸的圖像時獲得最優(yōu)成像。
接著，說明在第1實施方式的投影透鏡裝置中將各組透鏡L1～L5的各焦距f1～f5與整個系統(tǒng)的焦距f0之比設(shè)定為上述條件的理由。
本第1實施方式的投影透鏡裝置在借助于由玻璃構(gòu)成的第3組透鏡L3以及樹脂制造的第1組透鏡L1和第4組透鏡L4獲得正的折射力的同時，該第1組透鏡L1具有與第5組透鏡L5一起校正畸變像差的功能。
另外，第5組透鏡L5是凹面面向銀幕一側(cè)的負(fù)透鏡，至少一個面為非球面，進(jìn)行像散像差、畸變像差的校正的同時具有校正像面彎曲的功能。
進(jìn)而，樹脂制造的第2組透鏡L2具有校正球面像差、慧形像差、像散像差和畸變像差和幾乎所有像差的重要功能，具有與第5組透鏡L5一起校正像面彎曲的功能。
進(jìn)而，第4組透鏡L4主要校正邊緣像高的慧形像差，具有用第5組透鏡L5對沒有校正完的像散像差進(jìn)行校正的功能。
鑒于上述的各組透鏡L1～L5的功能，第1組透鏡L1之所以是f0/f1＝0.220，是因為對于第1組透鏡的折射力，如果f0/f1取得小，就必須增強(qiáng)第3組透鏡L3和第4組透鏡L4的折射力，球面像差因此而變大，影響到高亮度的F/no，如果f0/f1取得大，軸外像差就會惡化，影響視角廣角化。
另外，第2組透鏡L2之所以是f0/f2＝-0.062，是因為對于第2組透鏡的折射力，如果f0/f2取得小，就必須增大第1組透鏡L1的厚度來增強(qiáng)其折射力，因此樹脂制造的第1組透鏡L1在制造時成形時間變長、成本增加；如果f0/f2取得大，MTF的溫度特性就會惡化。
另外，第3組透鏡L3之所以是f0/f3＝0.803，是因為對于第3組透鏡的折射力，如果f0/f3取得小，就必須加大第4組透鏡L4的厚度來增強(qiáng)折射力，因此為了加大樹脂制造的第4組透鏡L4的厚度以增強(qiáng)折射力，制造時的成形時間變長、成本增加；如果f0/f3取得大，球面像差變大而影響高亮度的F/no。
進(jìn)而，第4組透鏡L4之所以是f0/f4＝0.243，是因為對于第4組透鏡的折射力，如果f0/f4取得小，慧形像差變得難以校正，同時必須增強(qiáng)第1組透鏡L1和第3組透鏡L3的折射力，球面像差變得難以校正，另外，透鏡厚度變大，影響了高亮度的F/no以及制造成本。另外，如果f0/f4取得大，慧形像差、像散像差變得難以校正，畸變像差也增大，廣角化難以實現(xiàn)。
另外，第5組透鏡L5之所以是f0/f5＝-1.097，是因為對于第5組透鏡L5的折射力，要保持良好的像面彎曲，如果f0/f5取得小，就會造成像面彎曲校正過度；如果f0/f5取得大，就會造成像面彎曲校正不足。
第1實施方式的投影透鏡裝置如圖3所示，整體焦距f0＝78.00mm、亮度F/no＝1.03、視角2ω＝69.5°、橫向放大率M＝-1/10.63×、投影距離(銀幕與第1組透鏡L1之間的距離)L＝914.1596mm。
如圖3所示，構(gòu)成第1實施方式的投影透鏡裝置的第5組透鏡L5的面板FP使用折射率Nd12＝1.71506、阿貝常數(shù)vd12＝62.6，厚度為D12＝4.000mm的材料。
圖5是表示該第1實施方式的投影透鏡裝置的MTF(ModulationTransfer Function調(diào)制傳遞函數(shù))特性的圖。該圖6表示了相對于每1mm有4.0黑白線對(4.0Lp/mm)的子午像面及弧矢像面中相對于像高0.0～1.0的MTF。
另外，圖6是表示該第1實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性的圖。該圖6表示了相對于每1mm 8.0對黑白線對(8.0Lp/mm)的子午像面及弧矢像面中相對于像高0.0～1.0的MTF。
圖5及圖6的橫軸表示的是取最大像高為1時的相對像高比。附帶說一下，4.0Lp/mm相當(dāng)于約600TV條的CRT掃描線條數(shù)，8.0Lp/mm相當(dāng)于約1200TV條的CRT掃描線條數(shù)(4∶3的TV畫面)。此外，計算MTF時的色重(カラ-ウエイト)相對于e線(546nm)取為1。
圖7是表示現(xiàn)有的5組5片結(jié)構(gòu)的投影透鏡裝置(相對于第1實施方式的比較例)的圖，圖8和圖9是表示現(xiàn)有的投影透鏡裝置的MTF特性的圖。
由圖5可見，4.0Lp/mm的第1實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性是，在像高的整個范圍內(nèi)子午像面(meridional plane)及弧矢像面(sagittal plane)兩者都呈高分辨率，特別是像高在0.0～0.9的范圍內(nèi)時，子午像面及弧矢像面兩者最低都是0.8左右。由此，與圖8的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第1實施方式的投影透鏡裝置具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，由圖6可見，8.0Lp/mm的第1實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性是，子午像面在像高的整個范圍內(nèi)最低為0.4，弧矢像面則在像高為0.0～0.9的范圍內(nèi)最低為0.4左右。由此，與圖9的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第1實施方式的投影透鏡裝置具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
本實施方式的投影透鏡裝置中，光學(xué)畸變?yōu)?4.0％，邊緣光量比為31.0％(＝最大像高處的光量/軸上光量)。
另外，如專利文獻(xiàn)1(特開平2000-31569號公報)的第2實施方式中所述，現(xiàn)有的投影透鏡裝置的焦距f0為75.82mm，亮度F/no為1.0，邊緣光量比為31.1％。
即，本實施方式的投影透鏡裝置與現(xiàn)有的投影透鏡裝置的基本光學(xué)特性大致相同。
如上所述，借助于第1實施方式的投影透鏡裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在保持明亮的F/no的同時視角大、成像性能優(yōu)異的低成本投影透鏡裝置。
(B)第2實施方式接下來，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的投影透鏡裝置的第2實施方式。
圖10是第2實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及使用了具體數(shù)值的光線跟蹤圖。在圖10中，對與上述第1實施方式的圖1及圖2中同樣或?qū)?yīng)部分使用同樣的符號表示。
第2實施方式適用于各透鏡的各個面1～13的折射率與第1實施方式相同，而第1面～第10面的光軸上的曲率半徑R1～R10、以及各組透鏡L1～L5之間的間隔發(fā)生了變化的情況。
圖11是表示第2實施方式的透鏡裝置中第1～13各個面的光軸上的曲率半徑R1～R13、面間隔D1～D12、折射率Nd1～Nd13(d線折射率)、以及阿貝常數(shù)vd1～vd12(d線阿貝常數(shù))的具體值的圖表。
進(jìn)而，圖12是表示用于確定非球面的第1面、第2面、第4面、第5面、第8面、第9面、第10面及第11面的形狀所用的圓錐常數(shù)k、非球面系數(shù)A3～A10的數(shù)值的圖表。
如圖10所示，第2實施方式的投影透鏡裝置也是自銀幕一側(cè)依次為第1組透鏡L1、第2組透鏡L2、第3組透鏡L3、第4組透鏡L4、第5組透鏡L5，在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S；各組透鏡L1～L5的各功能與第1實施方式相同。
第1組透鏡L1在該第2實施方式的情況下由單一透鏡構(gòu)成。第1組透鏡L1的焦距f1為f1＝346.306mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f1為f0/f1＝0.225。
第2組透鏡L2在該第2實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第2組透鏡L2的焦距f2為f2＝-1131.790mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f2為f0/f2＝-0.069。
第3組透鏡L3在該第2實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第3組透鏡L3的焦距f3為f3＝96.994mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f3為f0/f3＝0.804。
第4組透鏡L4在該第2實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第4組透鏡L4的焦距f4為f4＝305.080mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f4為f0/f4＝0.256。
第5組透鏡L5的焦距f5為f5＝-68.495mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f5為f0/f5＝-1.139。
此外，各組透鏡L1～L5的焦距與整個系統(tǒng)的焦距之比的條件是依據(jù)與第1實施方式中所說明的相同理由來構(gòu)成的。
在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)光圈S，該光圈S的口徑為Φ80.00mm；第1組透鏡L1的最大有效口徑位于R1面一側(cè)，其大小為Φ79.20mm；第2組透鏡L2的最大有效口徑位于R5面一側(cè)，其大小為Φ81.08mm，透鏡的有效口徑不能變大。
本實施方式的投影透鏡裝置的結(jié)構(gòu)在將平面CRT射線管的熒光面(R13面)中4.85英寸(最大像高61.55mm)的光柵尺寸放大投影為銀幕上的51英寸的圖像時獲得最優(yōu)成像。
如圖11所示，第2實施方式的投影透鏡裝置如圖11所示，整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm、亮度F/no＝1.03、視角2ω＝69.3°、橫向放大率M＝-1/10.52×、投影距離(銀幕與第1組透鏡L1之間的距離)L＝916.0996mm。
圖13是表示4.0Lp/mm時第2實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性的圖。另外，圖14是表示8.0Lp/mm時第2實施方式的投影透鏡裝置1的MTF特性的圖。
由圖13可見，4.0Lp/mm的第2實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，在像高的整個范圍內(nèi)子午像面及弧矢像面兩者都具有良好的分辨率，特別是像高在0.0～0.9的范圍內(nèi)時，子午像面及弧矢像面兩者最低都是0.8左右。由此，與圖8的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第2實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，由圖14可見，8.0Lp/mm的第2實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，子午像面在像高的整個范圍內(nèi)最低為0.4，弧矢像面則在像高為0.0～0.9的范圍內(nèi)最低為0.4左右。由此，與圖9的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第2實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，光學(xué)畸變?yōu)?3.1％，邊緣光量比為29.3％(＝最大像高處的光量/軸上光量)，與第1實施方式的投影透鏡裝置及現(xiàn)有的投影透鏡裝置大致相同。
如上所述，借助于第2實施方式的投影透鏡裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在保持明亮的F/no的同時視角大、成像性能優(yōu)異的低成本投影透鏡裝置。
(C)第3實施方式接下來，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的投影透鏡裝置的第3實施方式。
圖15是第3實施方式的投影透鏡裝置的透鏡結(jié)構(gòu)及使用了具體數(shù)值的光線跟蹤圖。在圖15中，對與上述第1實施方式的圖1及圖2中同樣或?qū)?yīng)部分使用同樣的符號表示。
第3實施方式適用于各透鏡的各個面1～12的折射率與第1實施方式相同，而改變了第5組透鏡L5的面板FP的第12面的折射率、各組透鏡L1～L5之間的間隔，并且各個面發(fā)生了變化的情況。
圖16是表示第3實施方式的透鏡裝置中編號為1～13的各個面的光軸上的曲率半徑R1～R13、面間隔D1～D12、折射率Nd1～Nd13(d線折射率)、以及阿貝常數(shù)vd1～vd12(d線阿貝常數(shù))的具體值的圖表。進(jìn)而，圖17是表示用于確定非球面的第1面、第2面、第4面、第5面、第8面、第9面、第10面及第11面的形狀所用的圓錐常數(shù)k、非球面系數(shù)A3～A10的數(shù)值的圖表。
如圖15所示，第3實施方式的投影透鏡裝置也是自銀幕一側(cè)依次為第1組透鏡L1、第2組透鏡L2、第3組透鏡L3、第4組透鏡L4、第5組透鏡L5，在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S；各組透鏡L1～L5的功能與第1實施方式相同。
第1組透鏡L1在該第3實施方式的情況下由單一透鏡構(gòu)成。第1組透鏡L1的焦距f1為f1＝354.393mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f1為f0/f1＝0.220。
第2組透鏡L2在該第3實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第2組透鏡L2的焦距f2為f2＝-1242.676mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f2為f0/f2＝-0.063。
第3組透鏡L3在該第3實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第3組透鏡L3的焦距f3為f3＝97.206mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f3為f0/f3＝0.804。
第4組透鏡L4在該第3實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第4組透鏡L4的焦距f4為f4＝324.601mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f4為f0/f4＝0.240。
第5組透鏡L5的焦距f5為f5＝-70.478mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm之比f0/f5為f0/f5＝-1.107。
此外，各組透鏡L1～L5的焦距與整個系統(tǒng)的焦距之比的條件是依據(jù)與第1實施方式中所說明的相同理由來構(gòu)成的。
在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S，該光圈S的口徑為Φ79.30mm；第1組透鏡L1的最大有效口徑位于R1面一側(cè)，其大小為Φ79.02mm；第2組透鏡L2的最大有效口徑位于R5面一側(cè)，其大小為Φ80.74mm，透鏡的有效口徑不能變大。
本實施方式的投影透鏡裝置的結(jié)構(gòu)在將平面CRT射線管的熒光面(R12面)中4.80英寸(最大像高60.93mm)的光柵尺寸放大投影為銀幕上的51英寸的圖像時獲得最優(yōu)成像。
如圖16所示，第3實施方式的投影透鏡裝置的整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.00mm、亮度F/no＝1.03、視角2ω＝69.3°、橫向放大率M＝-1/10.63×、投影距離(銀幕與第1組透鏡L1之間的距離)L＝915.2791mm。
另外，如圖16所示，構(gòu)成第3實施方式的投影透鏡裝置的第5組透鏡L5的面板FP的材質(zhì)折射率Nd12＝1.83274、阿貝常數(shù)vd12＝52.8，其厚度為D12＝4.000。
圖18是表示4.0Lp/mm時第3實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性的圖。另外，圖19是表示8.0Lp/mm時第3實施方式的投影透鏡裝置1的MTF特性的圖。
由圖18可見，4.0Lp/mm的第3實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，在像高的整個范圍內(nèi)子午像面及弧矢像面兩者都具有良好的分辨率，特別是像高在0.0～0.9的范圍內(nèi)時，子午像面及弧矢像面兩者最低都是0.8左右。由此，與圖8的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第3實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，由圖19可見，8.0Lp/mm的第3實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，子午像面在像高的整個范圍內(nèi)最低為0.4，弧矢像面則在像高為0.0～0.9的范圍內(nèi)最低為0.4左右。由此，與圖9的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第3實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，光學(xué)畸變?yōu)?4.0％，邊緣光量比為30.1％(＝最大像高處的光量/軸上光量)，與第1實施方式的投影透鏡裝置及現(xiàn)有的投影透鏡裝置大致相同。
如上所述，借助于第3實施方式的投影透鏡裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在保持明亮的F/no的同時視角大、成像性能優(yōu)異的低成本投影透鏡裝置。
(D)第4實施方式接下來，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的投影透鏡裝置的第4實施方式。
第4實施方式的投影透鏡裝置能夠通過最少的透鏡交換實現(xiàn)銀幕上畫面大小即投影倍率的改變，而又不會降低成像性能。
在如圖15所示的第3實施方式的投影透鏡裝置中，通過改變第4組透鏡的兩個面的形狀、第4組透鏡L4與第5組透鏡L5之間的面間隔D9，即可將兩個面的大小由51英寸改為62英寸而幾乎不會降低邊緣圖像的成像性能；這就是第4實施方式的投影透鏡裝置。
因此，第4實施方式中，使用圖15所示的透鏡結(jié)構(gòu)和光線跟蹤圖進(jìn)行說明。
圖20是表示第4實施方式的透鏡裝置中編號為1～13的各個面的光軸上的曲率半徑R1～R13、面間隔D1～D12、折射率Nd1～Nd13(d線折射率)、以及阿貝常數(shù)vd1～vd12(d線阿貝常數(shù))的具體值的圖表。進(jìn)而，圖21是表示用于確定非球面的第1面、第2面、第4面、第5面、第8面、第9面、第10面及第11面的形狀所用的圓錐常數(shù)k、非球面系數(shù)A3～A10的數(shù)值的圖表。
第4實施方式的投影透鏡裝置中，第1組透鏡L1在該第4實施方式的情況下由單一透鏡構(gòu)成。第1組透鏡L1的焦距f1為f1＝354.393mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80之比f0/f1為f0/f1＝0.222。
第2組透鏡L2在該第4實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第2組透鏡L2的焦距f2為f2＝-1242.676mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80mm之比f0/f2為f0/f2＝-0.063。
第3組透鏡L3在該第4實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第3組透鏡L3的焦距f3為f3＝97.206mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80mm之比f0/f3為f0/f3＝0.811。
第4組透鏡L4在該第4實施方式的情況下也是由單一透鏡構(gòu)成。第4組透鏡L4的焦距f4為f4＝286.151mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80mm之比f0/f4為f0/f4＝0.275。
第5組透鏡L5的焦距f5為f5＝-70.478mm，與整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80mm之比f0/f5為f0/f5＝-1.118。
此外，各組透鏡L1～L5的焦距與整個系統(tǒng)的焦距之比的條件是依據(jù)與第1實施方式中所說明的相同理由來構(gòu)成的。
在第1組透鏡L1和第2組透鏡L2之間配設(shè)了光圈S，該光圈S的口徑為Φ79.14mm；第1組透鏡L1的最大有效口徑位于R1面一側(cè)，其大小為Φ78.96mm；第2組透鏡L2的最大有效口徑位于R5面一側(cè)，其大小為Φ80.52mm，透鏡的有效口徑不能變大。
本實施方式的投影透鏡裝置的結(jié)構(gòu)在將平面CRT射線管的熒光面(R13面)中4.8英寸(最大像高60.86mm)的光柵尺寸放大投影為銀幕上的62英寸的圖像時獲得最優(yōu)成像。如圖20所示，第4實施方式的投影透鏡裝置的整個系統(tǒng)的焦距f0＝78.80mm、亮度F/no＝1.03、視角2ω＝70.3°、橫向放大率M＝-1/12.94×、投影距離(銀幕與第1組透鏡L1之間的距離)L＝1095.9832mm。
圖22是表示4.0Lp/mm時第4實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性的圖。另外，圖23是表示8.0Lp/mm時第4實施方式的投影透鏡裝置1的MTF特性的圖。
由圖22可見，4.0Lp/mm的第4實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，在像高的整個范圍內(nèi)子午像面及弧矢像面兩者都具有良好的分辨率，特別是像高在0.0～0.9的范圍內(nèi)時，子午像面及弧矢像面兩者最低都是0.7左右。由此，與圖8的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第4實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，由圖23可見，8.0Lp/mm的第3實施方式的投影透鏡裝置的MTF特性也是，子午像面在像高為0.0～0.9的范圍內(nèi)最低為0.5左右，弧矢像面則在像高為0.0～0.8的范圍內(nèi)最低為0.4左右。由此，與圖9的現(xiàn)有裝置的MTF特性相比較可知，第4實施方式的投影透鏡裝置也具有良好的分辨率，并很好地校正了各種像差。
另外，光學(xué)畸變?yōu)?4.0％，邊緣光量比為29.3％(＝最大像高處的光量/軸上光量)，與第1實施方式的投影透鏡裝置及現(xiàn)有的投影透鏡裝置大致相同。
如上所述，借助于第4實施方式的投影透鏡裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在保持明亮的F/no的同時視角大、成像性能優(yōu)異的低成本投影透鏡裝置。
權(quán)利要求
1.一種投影透鏡裝置，其是一種將熒光面為平面的CRT射線管上形成的圖像放大投影到銀幕面上的、自銀幕一側(cè)至上述CRT射線管一側(cè)按順序配設(shè)第1、第2、第3、第4、第5組透鏡的5組5片結(jié)構(gòu)的投影透鏡裝置，其特征在于第1組透鏡是包含其光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凸形的雙面非球面的正透鏡，第2組透鏡是包含其光軸的中心部分面對銀幕一側(cè)呈凹形的雙面非球面的負(fù)透鏡，第3組透鏡是雙凸形的雙面為球面的正透鏡，第4組透鏡是在沿半徑方向遠(yuǎn)離其光軸的邊緣部分中向銀幕一側(cè)凹形彎曲的雙面非球面的正透鏡，第5組透鏡是由上述CRT射線管的面板、兼?zhèn)淅鋮s功能的透明液體、以及凹面面向銀幕一側(cè)的至少一個面為非球面的具有大致均等的壁厚的彎月形透鏡構(gòu)成的負(fù)透鏡，并且滿足以下(1)～(5)的條件(1)0.1＜f0/f1＜0.3(2)-0.15＜f0/f2＜-0.01(3)0.7＜f0/f3＜0.9(4)0.15＜f0/f4＜0.35(5)-1.3＜f0/f5＜-0.9其中，f0整個系統(tǒng)的焦距f1第1組透鏡的焦距f2第2組透鏡的焦距f3第3組透鏡的焦距f4第4組透鏡的焦距f5第5組透鏡的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡裝置，其特征在于在第1組透鏡和第2組透鏡之間配設(shè)光圈。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的投影透鏡裝置，其特征在于構(gòu)成第5組透鏡的上述CRT射線管的面板的材質(zhì)的折射率為1.65～1.85，其厚度為3～5mm。
4.如權(quán)利要求1～權(quán)利要求3的任意一個所述的投影透鏡裝置，其特征在于通過改變第4組透鏡的面和/或改變第4組透鏡與第5組透鏡之間的間隔來改變放大率。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠充分發(fā)揮具有高分辨率的平面CRT射線管性能的投影透鏡裝置。本發(fā)明是一種將平面CRT射線管上形成的圖像放大投影到銀幕面上的5組5片結(jié)構(gòu)的投影透鏡裝置，其特征在于，第1組透鏡是光軸中心部分面向銀幕一側(cè)呈凸形的雙面非球面的正透鏡，第2組透鏡是光軸中心部分面向銀幕一側(cè)呈凹形的雙面非球面的負(fù)透鏡，第3組透鏡是雙凸形的雙球面的正透鏡，第4組透鏡是在自光軸沿半徑方向的邊緣部分中面向銀幕一側(cè)呈凹形彎曲的雙面非球面的正透鏡，第5組透鏡是由平面CRT射線管的面板、冷卻透明液體、及凹面面向銀幕一側(cè)的至少一個面為非球面的具有大致均等的壁厚的彎月形透鏡構(gòu)成的負(fù)透鏡，并且滿足規(guī)定的條件。
文檔編號G02B13/00GK1648711SQ20051000617
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者小林健志, 關(guān)根熊二郎 申請人:塞金諾斯株式會社