【畢業(yè)學(xué)位論文】背投影電視鏡頭光學(xué)設(shè)計(jì)與公差分析-光電工程

私 中 原 大 學(xué) 應(yīng)用物研究所 碩士學(xué)位文 背投影電視鏡頭光學(xué)設(shè)計(jì) 與公差分析 ts V 指導(dǎo)教授：鍾炳濤 研 究 生：談智偉 中華民國(guó)九十五七月 中原大學(xué)應(yīng)用物研究所 碩士學(xué)位文 被投影電視鏡頭光學(xué)設(shè)計(jì)與公差分析 談智偉 中 華 民 國(guó) 九 十五 七 月 能唸完研究所，一要感謝下 面所的人，現(xiàn)在逐一致謝： 雙親從放棄我並給我關(guān)懷。 鍾炳濤師在研究所生活上及課業(yè)上的建議與照顧。 莊正當(dāng)師教導(dǎo)我在帶人處事上和研究學(xué)習(xí)的方法。 孫文信師在深?yuàn)W的光學(xué)專(zhuān)業(yè)上和光學(xué)設(shè)計(jì)上引我、教導(dǎo)我和訓(xùn)我，讓我獲多。 熊信昌學(xué)長(zhǎng)在日常生活的鼓和教導(dǎo)找尋資的方法。 康平師給我一個(gè)好的學(xué)習(xí)環(huán)境。 謝啟堂師半的關(guān)心與教導(dǎo)。 石、至傑、全佑和已畢業(yè)的佩璇學(xué)姊、展偉學(xué)長(zhǎng)讓我待在實(shí)驗(yàn)室時(shí)很溫暖。 忠、佳運(yùn)、光維、佩琦、欣欣、小，讓我在半夜的科也有人陪。 虹純 受我的壞脾氣。 黑、阿壯、阿櫻，讓我的日子無(wú)聊。 逢、靜君，每星期一個(gè)晚上的陪伴 並幫我紀(jì)。 我每星期有一堂快的課。如果沒(méi)有提到，那表示我在心深深默默的感謝你；雖然只是一致謝，但妳們?cè)谖已芯可钪薪o我所需的幫助與照顧的身影，我會(huì)一記在心。 本文以 背投影電視為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一 16:9 的 52 吋寬螢?zāi)槐惩队半娨曀璧某上耒R頭。此鏡頭設(shè)計(jì)為反向找尋規(guī)格及設(shè)計(jì)，並且以返焦式透鏡組做為主要結(jié)構(gòu)，然後再使此鏡頭的主光線(xiàn)到 一平系統(tǒng)光軸，即具有遠(yuǎn)心系統(tǒng)特性，以此符合背投影電視鏡頭在光學(xué)系統(tǒng)上所需具備的後焦焦距長(zhǎng)於有效焦距、廣視角和主光線(xiàn)平系統(tǒng)光軸等光學(xué)特性。而所設(shè) 計(jì)的背投影電視鏡頭以十三片透鏡所組構(gòu)成，每一片透鏡皆為球面透鏡，並再減少一片透鏡修改為十二片球面透鏡，使其在在成像品質(zhì)上依然達(dá)到十三片球面透鏡的水準(zhǔn)。最後對(duì)此鏡頭做公差分析模擬所設(shè)計(jì)鏡頭的 n we 2 6:9 is on We to be to is of to MD as a of is 3 We 2 3 At we 致謝. .文摘要. . .表目. 一章 序. 1 言.究動(dòng)機(jī).文結(jié)構(gòu).二章 背投影電視簡(jiǎn)介.影顯示器發(fā)展史 .閥式背投影電視 .三章 背投影電視鏡頭設(shè)計(jì).影顯示器鏡頭特色 .焦式鏡組(.心系統(tǒng)(.投影電視鏡頭規(guī)格訂定.計(jì)程.3 片背頭影鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果 .2 片背投影鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果 .四章 公差分析.言.心公差(.心公差(.差分析. 決定公差的範(fàn)圍. 公差結(jié)果. 討.五章 結(jié)與展望.考文獻(xiàn). 63 表格 1所需的光學(xué)規(guī)格表 .格 2專(zhuān) 4957355 光學(xué)規(guī)格表格 .格 3鏡在鏡頭後方產(chǎn)生的三階 差 .格 4主光線(xiàn)的角 .格 5減少一片後主光線(xiàn)的角 .格 6所自定的公差範(fàn)圍 .格 7檢視 R 和 否合 . 1背投影電視主要光學(xué)元件簡(jiǎn)示 . 2 背投影螢?zāi)粯?gòu)造 . 3 . 4穿透式液晶原 . 5穿透式液晶投影機(jī)工作原 . 6 微反射鏡形式 . 7 成像點(diǎn)上的關(guān)係 . 8在色時(shí)間調(diào)變，視覺(jué)暫產(chǎn)生全彩圖形 . 9 構(gòu) . 10 積分透鏡簡(jiǎn)單示圖 . 11 積分柱簡(jiǎn)單示意圖 . 12 光線(xiàn)經(jīng)過(guò)鏡的焦點(diǎn)位移 . 13 從光學(xué)元件所形成的影像光錐為一發(fā)散形式 . 14 用聚光透鏡讓光束為匯聚在投射到投影鏡頭上 . 15 圖 17 新月形透鏡 . 18 遠(yuǎn)心系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 . 19 反上設(shè)計(jì)以找尋投影鏡頭規(guī)格 . 20 物像距的關(guān)係圖 . 21 物像距關(guān)係圖 . 22 在投影螢?zāi)簧纤竭吘壓透哌吘壍幕儗?duì)螢?zāi)坏淖冃?. 23 以線(xiàn)對(duì) (表一像素的空間頻 . 24 專(zhuān)的正負(fù)群結(jié)構(gòu) . 25 設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的光系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 26 13 片鏡組結(jié)構(gòu)圖 .27 13 片鏡組資 . 28 . 29 . 30 . 31 . 32 . 33 減少一片後優(yōu)化的鏡頭 及鏡組資 . 34 減少一片後的 . 35 減少一片後的 . 36 減少一片後的 . 37 . 38 相對(duì)照 . 39 取自 透鏡製造要求和相對(duì)要求價(jià)格的曲線(xiàn) . 40 半徑 R 和 R/的關(guān)係圖 . 41 牛頓環(huán)測(cè)試 . 42 厚移動(dòng)的相對(duì)關(guān)係 . 43 位移的意式圖 . 44 透鏡傾斜的意示圖 . 45 透鏡上下厚一致 . 46 透鏡直徑加大的原因 . 47 單一鏡片上下偏心時(shí) 對(duì)中心 響最大 .1第一章 序 言 自 1940 黑白電視出現(xiàn)在每個(gè)家庭，各家公司開(kāi)始追求大尺寸、高畫(huà)質(zhì)和小體積的家庭用顯示器，而 2006 初高解析位電視 (將在全世界開(kāi)播，位電視的優(yōu)勢(shì)僅能提供犀的畫(huà)質(zhì)以及體的音效 ，以使用者能享受互動(dòng)式且的位資訊服務(wù)，同時(shí)亦可 容與其它多媒體設(shè)備進(jìn)結(jié)。隨著位電視的崛起，現(xiàn)有的顯示器解析需向上提升，使影像訊息能完美的呈現(xiàn)在觀(guān)眾面前。 在現(xiàn)階段次世代家用平面顯示器（ ，主要有薄膜液晶顯示器 (稱(chēng)電漿顯示器 (簡(jiǎn)稱(chēng) 用投影 (示的背投影顯示器 (其中背投影電視又可分成映像管背投影電視、液晶背投 影電視、反射式液晶投影電視（ n 簡(jiǎn)稱(chēng) 位光處電視（ 簡(jiǎn)稱(chēng) 。而以螢?zāi)怀叽缟蟿澐郑?50 吋以上顯示器，投影顯示器無(wú)是重和影像 單位面積價(jià)格上比前者 2( 競(jìng)爭(zhēng)。主要是 板的技術(shù)瓶頸而受限制，其市場(chǎng)獨(dú)霸個(gè)人電腦顯示器，但和一般個(gè)人電腦用的液晶電視相比較，最大差在於電視對(duì)、視角和反應(yīng)速的要求較高，液晶電視是在視角與上有所限 制，甚至在播放續(xù)動(dòng)作時(shí)也可能有視覺(jué)影像殘的問(wèn)題。而未電視的主在寬螢?zāi)缓统叽绱笮突?，所以就液晶電視而言，即使是七代面板廠(chǎng)所生產(chǎn)出的玻璃基板最多也只能出塊 50 吋以上的面板，並且其價(jià)格昂貴。但液晶電視的優(yōu)勢(shì)是具有較完整的產(chǎn)業(yè)鏈、發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，所以低成本的速也較快，提升液晶電視的未可能競(jìng)爭(zhēng)能。但在現(xiàn)階段液晶電視發(fā)展主要還是以 40 英吋以下的平面顯示器市場(chǎng)為主。電漿顯示器 用惰性氣體在真空中放電所產(chǎn)生的等子效應(yīng)，借由激發(fā)玻璃管壁上的螢光粉發(fā)出可光產(chǎn) 生影像，其優(yōu)點(diǎn)是具有尺寸大、厚薄、廣視角和體積輕等，但缺點(diǎn)是電漿電視發(fā)光原與日光燈近似，有發(fā)熱和高耗電和因?yàn)槠涫且远栊曰蛩y氣體灌入，時(shí)間久，容有、色彩飽和衰減、損耗的問(wèn)題，而在生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟主要需要人工完成，帶造成其價(jià)格一直居高下，比之投影顯示器，雖然也有燈泡壽命長(zhǎng)的缺點(diǎn)，但換燈泡比換電漿面板宜許多，比較上者的經(jīng)濟(jì)性考，背投電視依然有其優(yōu)勢(shì)。在賣(mài)場(chǎng)中，相較於液晶電視或電漿電視的高能，背投影電視雖然日漸式微， 3但由於具備價(jià)格低、可配合寬廣空間多樣的設(shè)計(jì)特色，在歐美地區(qū)反倒較其他者熱銷(xiāo)。背投影電視中，採(cǎi)用的技術(shù)有 投、穿透式高溫多晶矽液晶顯示器、位光源處器（ 、反射式液晶（ 。過(guò)去為消費(fèi)者所熟知的 是映像管背投影電視；雖然價(jià)格宜，但因?yàn)槠浠居嵦?hào)是比訊號(hào)，無(wú)法接收位訊號(hào)，加上體積笨重，而且每次開(kāi)機(jī)失焦，所以一直沒(méi)有辦法打出市場(chǎng)。但科技和技術(shù)斷在進(jìn)步，發(fā)展出使用 高溫多晶矽和結(jié)合液晶與 導(dǎo)體的 光學(xué)元件，僅在畫(huà)質(zhì)和後續(xù)維修優(yōu)於液晶電視或電漿電視，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，而現(xiàn)階段的薄型化背投影電視產(chǎn)品也漸漸在市場(chǎng)中嶄頭角，所以可以預(yù)在未大尺寸顯示螢?zāi)簧?，背投影電視一定?huì)佔(zhàn)有相當(dāng)比的實(shí)。 究動(dòng)機(jī) 光學(xué)鏡頭發(fā)展至今有百以上的史，但在 80 代之前由於計(jì)算機(jī)發(fā)達(dá)，所以每顆光學(xué)鏡 頭需經(jīng)過(guò)龐大的人計(jì)算下才千錘百得以成形。但就算在今日光學(xué)軟體成熟，前 人經(jīng)驗(yàn)積的專(zhuān)眾多，要設(shè)計(jì)一組光學(xué)成像鏡頭仍需要有一定的 經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)做後盾。本文主要以設(shè)計(jì)一背投影電視鏡頭做目標(biāo)，學(xué)習(xí)和解如何設(shè)計(jì)一光學(xué)成像鏡頭，並在光學(xué)軟體 計(jì)下評(píng)價(jià)其成像品質(zhì)。 4而此背投影電視鏡頭以返焦系統(tǒng)做主軸並在後 方成像時(shí)具有一遠(yuǎn)心系統(tǒng)特性，鏡頭由十三片球面透鏡組成，並嘗試簡(jiǎn)化一片透鏡，再根據(jù)自訂的公差範(fàn)圍做一分析，以寄望自己能在過(guò)程中學(xué)習(xí)到光學(xué)設(shè)計(jì)的知和技巧。 文結(jié)構(gòu) 本文主要是以背投影電視鏡頭解成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)，共分五章：第一章解次世代家用 平面顯示器即電視的市場(chǎng)及發(fā)展與文動(dòng)機(jī)；第二章將簡(jiǎn)單描述背投影電視的光學(xué)結(jié)構(gòu)和光學(xué)系統(tǒng)，以解光學(xué)成像鏡頭在背投影電視中需要的特 性；第三章將分析此背投影電視鏡頭所需要的光學(xué)特性，要一長(zhǎng)後焦、廣視角和具遠(yuǎn)心等特性，以及為符合背投影電視的光學(xué)機(jī)構(gòu)需求，並用光學(xué)軟體 計(jì)和分析成像品質(zhì)；第四章將用自訂的公差範(fàn)圍去模擬第三章所設(shè)計(jì)出的光學(xué)成像投影鏡頭是否可以達(dá)到 產(chǎn)，並在此過(guò)程解一鏡頭在鏡片組裝及鏡片製造時(shí)可能會(huì) 產(chǎn)生哪些誤差；第五章為結(jié)。 5第二章 背投影電視簡(jiǎn)介 影顯示器發(fā)展史 早期投影顯示器是使用陰極射線(xiàn)管投影系統(tǒng)，其史甚至可以追朔到 1950 代。然而一直到 1980 代，陰極射線(xiàn)管投影技術(shù)才正式作為商業(yè)用途。當(dāng)時(shí)，陰極射線(xiàn)管投影機(jī)主要用在商務(wù)飛機(jī)上，進(jìn)影帶的播放 1980 代，該技術(shù)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，應(yīng)用域也從飛機(jī)上，發(fā)展到會(huì)議室及電影院。 80 代中期，電腦快速發(fā)展，開(kāi)始需要大呈現(xiàn)出電腦中的資訊於大眾面前做簡(jiǎn)報(bào)，於是對(duì)投影機(jī)提出高解析及的要求。從 1992 開(kāi)始，陰極射線(xiàn)管投影系統(tǒng)由於聚焦清晰、解析，明暗對(duì)比均能滿(mǎn)足下，且開(kāi)始追求減小體積、重等等考，很多公司開(kāi)始研發(fā)和製造其他可能技術(shù)的投影機(jī)，所以開(kāi)始發(fā)展出光閥示 (影顯示器，如 投影機(jī) 1995 ，單片 影機(jī)開(kāi)始在市場(chǎng)上銷(xiāo)售，但由於單片結(jié)構(gòu)在和色彩方面存在缺陷，所以 1996 ，改進(jìn)成 3 片式 影機(jī)， 1997 ，美商德州儀器公司 (發(fā)出 此為基礎(chǔ)發(fā)展出的第一款 術(shù)投影機(jī)也出現(xiàn)，而且從那時(shí)起， 術(shù)就開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化的邁出第一步，而德州儀器還針對(duì)此晶片研發(fā)出少在影像處上的手法。在 1996 至 2002 之間， 影機(jī)由於發(fā)展較早、較成熟，在 6性能和色彩方面表現(xiàn)出色，基本上代表同時(shí)期最優(yōu)的光閥式投影顯示技術(shù)，在此同時(shí)，陰極射線(xiàn)管投影系統(tǒng)開(kāi)始消失在市場(chǎng)。 1996 10 月 出以半導(dǎo)體製程製造的 n 稱(chēng)為反射式液晶技術(shù)的投影顯示器 (型號(hào) 其優(yōu)點(diǎn)是使 人詬病的開(kāi)口加大，可達(dá)到 92%，但當(dāng)時(shí)技術(shù)未成熟，因?yàn)橛梅瓷涞木壒蕦?dǎo)致光收集高相對(duì)使對(duì)比也低，但比之 高的產(chǎn)能和大幅低成本的潛； 2005 ， 發(fā)展出的 術(shù)，根據(jù) 司表示其 片可以達(dá)到比 片高的像素、對(duì)比也大大提升，而且價(jià)格低。 在產(chǎn)業(yè)分析上，目前高穿透式高溫多晶矽 （ 球只有家廠(chǎng)商可以生產(chǎn)，分別為 家廠(chǎng)商獨(dú)大導(dǎo) 術(shù)開(kāi)發(fā)，臺(tái)灣廠(chǎng)商要跨入只能以組裝品質(zhì)取勝，產(chǎn)品差大。 術(shù)雖由 提供，然而 未成自己的投影機(jī)品牌，單只提供 術(shù)部分，會(huì)發(fā)生有和購(gòu)買(mǎi)廠(chǎng)商競(jìng)爭(zhēng)的況，而 單單為一個(gè)光學(xué)元件，而就整個(gè)產(chǎn)品，很多光機(jī)及鏡頭需要廠(chǎng)商自身去設(shè)計(jì)，也藉此有產(chǎn)品優(yōu)的差性。對(duì) ， 術(shù)最大的好處在使用其光學(xué)元件的廠(chǎng)商。由於同的廠(chǎng)商會(huì)依所需發(fā)展出同的市場(chǎng)和產(chǎn)品，比如輕 7巧於攜帶式的投影機(jī)、家庭 娛式的投影機(jī)或須大畫(huà)面的劇場(chǎng)用投影機(jī)。因此 術(shù)的用研發(fā)在於使用的廠(chǎng)商自身的市場(chǎng)作創(chuàng)新。 閥式背投影電視 光閥式 (背投影電視主要光學(xué)元件 (圖 1)可以分為： 1 螢?zāi)?(2 投影鏡頭 (3 影像顯示微光學(xué)元件 (4 照明系統(tǒng) (圖 1背投影電視主要光學(xué)元件簡(jiǎn)示 1 螢?zāi)唬?8對(duì)背投影電視而言，背投螢?zāi)皇且粋€(gè)相當(dāng)重要元件，其構(gòu)造如圖 2所示，主要結(jié)構(gòu)由片組成，最前面那一片是控制光的擴(kuò)散角及光增的元件，增加背投影電視的可視角 (是散光片(雙凸透鏡陣 (；而其後方是一片要是讓進(jìn)入擴(kuò)散片的光線(xiàn)入射角為一平光軸，減少均的缺點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)投影鏡頭 (影像成像在螢?zāi)?(時(shí)，會(huì)因?yàn)橥队坝跋竦膱?chǎng)角 ( 的問(wèn)題出現(xiàn)4 定的強(qiáng)分布均，如圖 3(此缺點(diǎn)可用上述背投螢?zāi)粡浹a(bǔ)。 圖 2 背投影螢?zāi)粯?gòu)造 9圖 3 2. 投影鏡頭： 投影鏡頭最大功能在將在光學(xué)顯示晶片上面的影像放大並將其成像到螢?zāi)簧?，因?yàn)橥队皺C(jī)需高的輸出，所以在工作溫上也相對(duì)同於在常溫下，這對(duì)其鏡頭的鏡片上是很大的考驗(yàn)，因?yàn)殓R片會(huì)高溫下有熱膨脹的效應(yīng)，使鏡 片上曲和折射改變而出現(xiàn)像差，而也因?yàn)樵诟邷叵?，現(xiàn)在常用的塑膠鏡片也於此使用，其特性要求如下： 一 廣視角 二 為一後焦距 (長(zhǎng)於有效焦距 (三 投影鏡頭最後一面到光學(xué)顯示元件的主光線(xiàn) ( 要平光軸 在現(xiàn)階段投影機(jī)大抵可以分為三種微光學(xué)元件， 穿透式液晶的原是用液晶的光調(diào)變，而液晶面板前後會(huì)有一正交的偏振片，當(dāng)從照明系統(tǒng)所輸出的偏振光會(huì)先通過(guò)第一片偏振片，如果偏振方向一樣會(huì)通過(guò)，然後再通過(guò)液晶，由於液晶長(zhǎng)短軸折射同，光的振光方向會(huì)隨液晶分子排方式旋轉(zhuǎn) 90 ，讓光的偏振方向也跟著轉(zhuǎn) 90 ，而才可通過(guò)放置在液晶面板前的偏振片，產(chǎn)生的態(tài)；而暗態(tài)的產(chǎn)生，則是由於液晶前後受一電壓產(chǎn)生單一方向電場(chǎng)，使得液晶分子站，從照明系統(tǒng)所輸出的偏振光將受液晶分子的影響改變其偏振方向，因此該偏振光必然與液晶面板前的偏振片正交而無(wú)法穿透，顯示器呈現(xiàn)暗的態(tài)，如下圖 4 所示。 圖 4穿透式液晶原 11圖 5穿透式液晶投影機(jī)工作原 b. 位微反射鏡面板 (該元件是美國(guó)德州儀器（ 司於 1987 使用微機(jī)電技術(shù)的構(gòu)想，但一直到 1997 才開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)使用此元件的投影顯示器(其原是由許多的鋁屬微小反射面結(jié)構(gòu)排組合而成 (圖 6)，一微屬反射面構(gòu)成螢?zāi)簧系囊划?huà) 素，底部則以半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電產(chǎn)生磁場(chǎng)控制每個(gè)反射面的傾 斜角決定畫(huà)面上的暗態(tài) (圖 7)。 圖 6 微反射鏡形式 12圖 7 成像點(diǎn)上的關(guān)係 以整個(gè)投影顯示系統(tǒng)討，如果是使用單一 板的投影系統(tǒng)，其照明系統(tǒng)進(jìn)入 須加入色（ 讓所產(chǎn)生的白光通過(guò)一快速旋轉(zhuǎn)的色出紅 、三色光， 並以時(shí)間調(diào)變的方式，依序入射 閥面板上，讓 紅、三 色光依序快速的疊加在影像上，在人眼視覺(jué)暫產(chǎn)生一全彩影像 (圖 8)，但卻可能會(huì)因?yàn)樯D(zhuǎn)速穩(wěn)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生的彩虹效應(yīng) (人眼就會(huì)發(fā)現(xiàn)有各色分或顏色怪的現(xiàn)象 )。而如果是 3 片式 可使用像照明系統(tǒng)，先分光成三原色，再合光混合成一全彩的圖形。 13圖 8在色時(shí)間調(diào)變，視覺(jué)暫產(chǎn)生全彩圖形 c. 反射型液晶 (為改善穿透式液晶顯示器開(kāi)口小與體積大的問(wèn)題，所以?huà)?cǎi)用反射原，將驅(qū)動(dòng)電製作於矽基板下方，使驅(qū)動(dòng)電會(huì)再影響開(kāi)口(使開(kāi)口也因?yàn)閽?cǎi)用反射型，其開(kāi)口相較於穿透型可提升至 95%以上，並於縮小面板整體體積；製備過(guò)程中反射型液晶與穿透式液晶結(jié)構(gòu)相似，上方為玻璃層，中間是液晶層，最大的差是下方的驅(qū)動(dòng)電在矽晶圓上以半 導(dǎo)體製程製作像點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)電，在驅(qū)動(dòng)電製造完成後，還要在每一個(gè)像點(diǎn)上鍍上鋁質(zhì)反射鏡，也因?yàn)轵?qū)動(dòng)電在反射鏡的下方，並會(huì)對(duì)穿透面造成阻礙，再者反射鏡彼此非?？拷?，這也是 為麼反射式液晶面板開(kāi)口可以高過(guò)穿透式液晶面板的原因，然後 跟穿透式液晶一樣再以玻璃封裝後填充液晶做光調(diào)變。 14圖 9 構(gòu) 4 照明系統(tǒng)： 照明系統(tǒng)主要用意就是將光源的光收集與均勻化，並處光的特性能讓光學(xué)元件使用。所以照明系統(tǒng)有許多元件所組成，一開(kāi)始的燈源，和收集燈源的反射罩，當(dāng)收集完後使用常的積分透鏡 (積分柱 (讓光源均勻，者的主要特性是使從反射罩所收集的光能均勻的散佈在 某個(gè)特定方向以使用。積分透鏡為一方陣的透鏡陣，其每個(gè)小透鏡長(zhǎng)寬比跟螢?zāi)淮笮”戎凳且粯拥?，這樣才會(huì)讓光源用太低，而其使用常是成對(duì)出現(xiàn)，第一片主要是收集並割光源聚集第二片 ，而第二片則是將聚集的光源重新放大再經(jīng)過(guò)聚光透鏡 (疊加光源，使其分布均勻(圖 10)。 15圖 10 積分透鏡簡(jiǎn)單示圖 積分柱主要是用橢球反射罩聚焦光源進(jìn)入一長(zhǎng)柱內(nèi) (圖 11)，讓光源像在光纖般斷在內(nèi)部全反射，而光在射出長(zhǎng)柱後會(huì)在出光面重新分布並均勻化，在經(jīng)過(guò)傳遞透鏡 (均勻照射到光學(xué)元件上。而在光源均勻後，就視光學(xué)元件 的需要再分光或是使光具有偏振性，然後再經(jīng)過(guò)鏡導(dǎo)光照射到光學(xué)元件讓光學(xué)元件 反射或穿透到投影鏡頭成像。 圖 11 積分柱簡(jiǎn)單示意圖 16第三章 背投影電視鏡頭設(shè)計(jì) 影顯示器鏡頭特色 針對(duì)同光學(xué)系統(tǒng)的需求所設(shè)計(jì)的成像系統(tǒng)，會(huì)著眼同的光學(xué)特性，但基本成像光學(xué)觀(guān)的定義上並沒(méi)有變，如基本光學(xué)起始值定義的 效焦距 (像高 (等。 以本文的投影顯示器的成像鏡頭為，似的有電影放映機(jī)和幻燈片投影機(jī)的投影顯示鏡頭， 但這只單單就為放大投影成像的原初步檢視；如果再仔細(xì)思考細(xì)節(jié)需求會(huì)發(fā)現(xiàn)，用電子控制的顯示光學(xué)元件的光學(xué)特性於影像底片，因?yàn)檎咴谡彰髟O(shè)計(jì)和光訊號(hào)產(chǎn)生輸出上有同特性的差，如底片式投影放大，單純的只是把照明系統(tǒng)的光均勻的分布在底片上，並需要有特別的分光或合光動(dòng)作，然後穿透投影片後，再經(jīng)由投 影鏡頭放大成像在螢?zāi)簧?；但?元件的投影顯示器鏡頭，考慮到反射鏡的傾斜角，設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)要如何將光束光錐照射在 件上；而 還需要多考慮關(guān)於光的偏振態(tài)控制。而 其反射的光錐角考慮成像系統(tǒng) 後再經(jīng)件的微傾斜反射鏡將影像的電訊號(hào)轉(zhuǎn)換為光的訊號(hào)，經(jīng)過(guò)投影顯示器的鏡頭將光訊號(hào)放大並成像在螢?zāi)簧?；液晶式光學(xué)元件則需 17考慮液晶的偏轉(zhuǎn)將電訊號(hào)轉(zhuǎn)為光訊號(hào) ，再依液晶穿透光發(fā)散光錐的角，得到此投影鏡頭的 還需多考。由於分光和合光的鏡元件大小讓後焦長(zhǎng)，所 以在在顯示底片用的投影機(jī)鏡頭並完全適用於此投影系統(tǒng)。 本文背投影系統(tǒng)的投影鏡頭所需具備的能特色，有投影鏡頭須在短距下呈現(xiàn)大畫(huà)面，所以其半視角 (莫在 33 以上，基本上為一廣角 (頭，如同將其倒置逆向投影成像；而為能放入各平板玻璃、光片、光偏極元件和合光分光用的鏡 (等等，上述的須配合照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)而考慮其間距、材質(zhì)及尺寸，所以投影鏡頭的後焦距 (需預(yù)放入此元件的長(zhǎng)外，還需注 意到由於經(jīng)過(guò)這些元件後會(huì)有使原先的焦點(diǎn)被長(zhǎng)位移 (圖 12)，所以後焦距 (空氣介質(zhì)設(shè)計(jì)預(yù)時(shí)要多加注意，而也由於要放入上述元件的因素，將使有後焦距 (大於有效焦距 ( 圖 12 光線(xiàn)經(jīng)過(guò)鏡的焦點(diǎn)位移 而投影機(jī)鏡頭實(shí)質(zhì)上就是將光從光學(xué)晶片放大投射至螢?zāi)簧?，?18大部分搭配的照明系統(tǒng)是將光均勻一致的照 射或穿透在光學(xué)顯示元件上，所以從元件上所形成的光錐一定是發(fā)散的形式 (圖 13) 就像是光學(xué)元件上的每個(gè)像點(diǎn)呈現(xiàn)點(diǎn)發(fā)散一樣，而每個(gè)像點(diǎn)的主光線(xiàn) (近乎是平光軸 (方式從光學(xué)晶片射向投影鏡頭成像，所以投影鏡頭在後端到顯示光學(xué)元件的主光線(xiàn)應(yīng)要幾乎為一平光軸，此好處除使成像均勻外，也可使光的收集使用增加，再者當(dāng)鏡再合 光時(shí)會(huì)讓某原色產(chǎn)生偏移。 圖 13 從光學(xué)元件所形成的影像光錐為一發(fā)散形式 而也有許多設(shè)計(jì)是在光學(xué)顯示晶片前多加一片聚光透鏡(陣透鏡 (圖 14)，讓從光學(xué)元件的影像投射至投影鏡頭為一發(fā)散形式，而為一匯聚的光錐，此有助於讓最後一片的直徑須大於光學(xué)顯示元件， 並可以縮小投影透鏡的整體大小，但也可能會(huì)因?yàn)榫酃馔哥R所產(chǎn)生的像差，造成影像光能均勻分布。 19圖 14 用聚光透鏡讓光束為匯聚在投射到投影鏡頭上 鏡頭到光學(xué)顯示元件主光線(xiàn)平光軸特性也影響許多在後成像時(shí)的效果，因?yàn)楫?dāng)投影鏡頭 未仔細(xì)和光學(xué)顯示元件和照明系統(tǒng)搭配時(shí)，會(huì)發(fā)生成像後的色散，而此色散並非鏡頭的設(shè)計(jì)之罪，主要是主光線(xiàn)在導(dǎo)入鏡頭時(shí)就已經(jīng)偏原本光軸的緣故。 從上述可以整出關(guān)於投影鏡頭的幾個(gè)特性： A 廣視角。 B 後焦 (長(zhǎng)於有效焦距 ( C 投影鏡頭最後一面到光學(xué)顯示元件的主光線(xiàn)要平光軸。 焦式鏡組 (具備後焦距 (有效焦距 (的成像系統(tǒng)，從簡(jiǎn)單的片式透鏡討，常的小視角望眼鏡頭 (有效焦距(之於後焦距 (長(zhǎng) (圖 15),其為一正透鏡後面接著一片負(fù)透鏡，此種為最常的形式。而如果將此正透鏡和負(fù)透鏡顛倒放置 (圖16)，可以使後焦距 (長(zhǎng)，使後焦距 (有效焦