[发明专利]超薄背投光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的光学系统，尤指一种超薄背投光学系统，可有效地降低背投电视的厚度和高度，并使其具有高分辨率，低失真的特性。

背景技术

当前，数字电视是一个发展趋势，高清晰度(1920×1080)和大屏幕是未来数字电视的一个方向，LCD、DLP、LCOS背投都在向50寸以上和1080P发展。然而由于制造工艺的限制，现阶段LCD50寸以上的液晶面板良品率低导致其价格居高不下，因而DLP、LCOS背投电视更能够满足观众对高清、大画面、低价格的要求。

光学背投一般的工作原理为投影光学系统将被光源和照明系统均化照明了的成像单元(DMD或LCOS)放大成像于屏幕之上。图6为其工作原理图，光线从投影镜头b中斜向上打到反光镜a上，镜头的光轴通过反光镜的中心，反射后到达屏幕c的中心点。从原理可知，因为平面反射镜a的大小和位置确定，故很困难减少背投的厚度和高度。

另外，也有一种折反式投影系统，如PCT国际申请公布号WO01/006295，见图7所示，该投影系统主要包括第一光学系统，作用为承担主要放大倍率；第二光学系统，作用为承担次放大倍率，转折光路且投影于平面上。光线从第一光学系统经过、到达第二光学系统，经其反射后，光线到达屏幕成像。光学系统可有效减少背投箱体的厚度。此系统具有130度以上的视场，但只用上半视场，由于考虑光学引擎空间位置的摆放，上半视场的下半段被舍弃，因此箱体的高度会比上一种背投系统还要高。且此系统的第二光学系统的口径会比较大，增加了系统的成本；另外由于经过第二光学系统的光线发散，因而很难在第二光学系统的周围设置有效的密封防尘装置，影响长期的使用效果。

近期也有采用偏轴全反射系统来实现投影，如中国专利CN1377476A，见图8所示，因全反射系统不需要矫正色差，少量反射光学元件能实现广角投影，故可将系统厚度大为减小。另外相比于透射系统，光通量在反射元件表面少量会被吸收，能提高3～5％的亮度。但偏轴系统不可避免地需要一定的空间纵深量来摆放光学元件，升高了显示器的底部，增加了背投箱体高度；另外此系统中大部分光学原件为非轴旋转对称体，造价高昂，且偏轴反射系统对装调要求极高，也对另外增加成本，不适合家庭推广。当然经过光线发散的反射元件，因而很难在其周围设置有效的密封防尘装置，影响观众的长期使用效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超薄背投光学系统，有效地降低背投电视的厚度和高度，并使其具有高分辨率，低失真的特性。

系统将成像单元LCOS放大后成像于屏幕上，该投影系统主要包括第一光学系统，作用为承担主要放大倍率，且形成一次成像；第二光学系统，作用为承担次放大倍率，转折光路且形成二次成像。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种超薄背投光学系统，包括第一光学系统，由9片透射光学元件组成，正负焦距配合，依次按正、负、正、负、正、光阑、正、正、负、正焦距组成，用于形成一次放大的中间像；第二光学系统，为凹面非球面反射镜，用于将一次成像继续放大并投影到屏幕上。光线从一次像面经过，到达第二光学系统，经其反射后，光线在一次像面与第二光学系统的空间内交叉后到达屏幕二次成像。

在本发明的系统中，光线经过第一光学系统后，一次成像的位置在第一光学系统与第二光学系统之间，且成像的位置靠近第二光学系统，成像的形状为近似弧面并向光轴倾倒。光线经过一次成像后入射到第二光学系统上，用很小的反射面即可实现将中间像反射到屏幕上实现二次成像。此种情况下，合理地控制入射光线的视场便可尽量减少背投箱体的高度和厚度。

在本发明的系统中，为减少厚度，会在第一光学系统与第二光学系统之间加一平面反射镜，该反射镜的法线与第一光学系统的光轴夹角为45度，因而第一光学系统的壳体与背投系统的屏幕平行，使得整个箱体的厚度大大减小。另外，成像单元的离轴量对减少高度很是关键，成像单元离轴的越多，成像位置越往上偏移，因而背投箱体需增加，此状况下第一光学系统用到的视场与成像单元的偏移量成反比，在一定范围内，成像单元偏移大，第一光学系统的可用视场会小，因而其元件片数也会相应减少。成像单元离轴量少，则第一光学系统的可用视场增大，其元件片数也会相应增加。因而本发明中，由成像单元离轴量决定的夹角A(所述屏幕上某投射光线与第一光学系统光轴的夹角A)的范围为：

22°<A<69°。