專利名稱：用于像素化屏面的緊湊型遠(yuǎn)心投影透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影透鏡，具體來(lái)說(shuō)，涉及具有大的有效后焦距對(duì)焦距比的緊湊型遠(yuǎn)心透射透鏡，其用于形成諸如LCD、反射LCD、DMD等的由像素組成的物體的圖像。
定義對(duì)用于本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中的下列的術(shù)語(yǔ)應(yīng)具有如下的意義(1)遠(yuǎn)心遠(yuǎn)心透鏡是在無(wú)窮遠(yuǎn)處具有至少一個(gè)光瞳的透鏡。按照主光線來(lái)說(shuō)，在無(wú)窮遠(yuǎn)處具有一光瞳是指主光線平行于光軸，(a)如果入射光瞳在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則在物體空間內(nèi)，或(b)如果出射光瞳在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則在象空間。因?yàn)楣饩€可通過(guò)一透鏡沿任何方向傳播，所以，在無(wú)窮遠(yuǎn)處的光瞳既可用作入射光瞳也可用作出射光瞳，具體視透鏡相對(duì)于物體和象的方向而定。因此，術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)心光瞳”在這里用來(lái)描述在無(wú)窮遠(yuǎn)處的透鏡的光瞳，不管光瞳是用作入射光瞳還是用作出射光瞳。
在實(shí)際的應(yīng)用中，遠(yuǎn)心光瞳實(shí)際不需位于無(wú)窮遠(yuǎn)處，這是因?yàn)樵陔x透鏡光學(xué)表面足夠遠(yuǎn)距離處的具有入射光瞳或出射光瞳的透鏡，本質(zhì)上是一個(gè)遠(yuǎn)心系統(tǒng)。對(duì)于這樣一個(gè)透鏡的主光線基本上平行于光軸，因此透鏡通常在功能上等同于光瞳的理論(高斯)位置位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的透鏡。
因此，如這里所采用的，術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)心的”和“遠(yuǎn)心透鏡”意在包括在離透鏡元件長(zhǎng)距離處的具有至少一個(gè)光瞳的透鏡，且術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)心光瞳”用來(lái)描述這樣的離透鏡元件長(zhǎng)距離處的光瞳。對(duì)于本發(fā)明的投影透鏡，遠(yuǎn)心光瞳距離通常將至少大約是透鏡焦距的10倍。
(2)有效后焦距一投影透鏡/像素屏組合的有效的后焦距(BFL)是介于像素屏的前表面和投影透鏡的最后透鏡元件的后表面的頂之間的距離的，所述投影透鏡具有的光強(qiáng)度存在下面兩種情況(1)像素屏的圖像位于無(wú)窮遠(yuǎn)處，以及(2)投影透鏡位于空氣中，即，介于透鏡的最后透鏡元件和像素屏之間的空間充以空氣，與此相對(duì)照的有，通常用于投影透鏡和像素屏之間的構(gòu)成棱鏡、分光器等的玻璃。
(3)前頂距離一投影透鏡/像素屏組合的前頂距離(FVD)是介于像素屏的前表面和投影透鏡的最前透鏡元件的前表面的頂之間的距離的，所述投影透鏡具有的光強(qiáng)度存在下面兩種情況(1)像素屏的圖像位于無(wú)窮遠(yuǎn)處，以及(2)投影透鏡位于空氣中，即，介于透鏡的最后透鏡元件和像素屏之間的空間充以空氣，與此相對(duì)照的有，通常用于投影透鏡和像素屏之間的構(gòu)成棱鏡、分光器等的玻璃。
背景技術(shù)：
投影透鏡系統(tǒng)(本文中也稱之為“投影系統(tǒng)”)被用來(lái)在一觀看屏上形成物體的圖像。這樣的系統(tǒng)可以是前投射型或背投射型，根據(jù)觀看者和物體是在屏(前投影)的同一側(cè)，還是在屏(背投影)的相對(duì)側(cè)而定。
這樣的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示于圖5，其中，標(biāo)號(hào)10是光源(例如，一金屬鹵化物燈或高壓水銀蒸氣燈)，12是照明光學(xué)器件，其形成光源的映象(照明系統(tǒng)的“輸出”)，14是被投影的物體(例如，通—斷像素的液晶顯示器上的矩陣)，以及13是投影透鏡，其由多個(gè)透鏡元件組成，在觀看屏上形成一物體14的放大的圖像。
對(duì)于正投系統(tǒng)，觀看者位于圖5中的屏16的左側(cè)，而對(duì)于背投系統(tǒng)，觀看者位于屏的右側(cè)。對(duì)于包容在一個(gè)單一的機(jī)殼內(nèi)的背投系統(tǒng)，一鏡面通常用來(lái)折疊光路，因此，可減小系統(tǒng)的總體尺寸。
使物體成為像素化屏面的投影透鏡系統(tǒng)已被用于各種應(yīng)用中。這樣的系統(tǒng)最好使用一個(gè)單投影透鏡，它形成一具有紅、綠和藍(lán)像素的單一屏面的圖像，或是三個(gè)屏面，一個(gè)是用于紅光，第二個(gè)是用于綠光，而第三個(gè)是用于藍(lán)光。在某些情形下，例如，大的圖像背投系統(tǒng)，使用多屏面和多投影透鏡，使各屏面/投影透鏡組合產(chǎn)生總的圖像的一部分。在任一情形中，用于這樣系統(tǒng)的投影透鏡通常需有一長(zhǎng)的有效的后焦距來(lái)適應(yīng)通常用于像素化屏面的棱鏡、分光器、色輪等。
采用像素化屏面的投影透鏡系統(tǒng)的一個(gè)特別重要的應(yīng)用，是用在微顯示領(lǐng)域，例如，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)的正投系統(tǒng)和用作計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的背投系統(tǒng)。最近在制造技術(shù)上的突破已導(dǎo)致出現(xiàn)諸如DMD、反射式LCD以及諸如此類的使用數(shù)字光真空管器件的多種微顯示器。
為了顯示具有大量信息內(nèi)容的圖像，這些器件必須具有大量的像素。因?yàn)槠骷旧肀容^小，所以，個(gè)別的像素也很小，典型的像素大小從DMD顯示器的17μ到反射式LCD的8μ或更小。這就是說(shuō)，用于這些系統(tǒng)的投影透鏡必須具有非常高的象差糾正能力。特別重要的是，對(duì)色差和色失真的糾正能力。
高的色差糾正能力之所以重要，是因?yàn)樯羁稍谙袼鼗撩嫔系膱D像中容易被看到像素模糊，在極端的情形下，像素從圖像完全滴落。這些問(wèn)題在視野的邊緣通常尤為嚴(yán)重。
系統(tǒng)的所有這些失真需要著手解決，諸如橫向色，慧差、象散的顏色的變化，以及失真，其中失真是最富有挑戰(zhàn)性的。橫向色，即，顏色放大的變化，是特別麻煩的事，因?yàn)樗糯蟊旧硪餐瑫r(shí)降低對(duì)比度，特別在視場(chǎng)的邊緣部分。在極端的情形下，在全視場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)可看見(jiàn)虹視效應(yīng)。
在使用陰極射線管(CRT)的投影系統(tǒng)中，少量的(殘余的)橫向色可用電子的方法進(jìn)行補(bǔ)償，例如，通過(guò)相對(duì)于藍(lán)CRT上產(chǎn)生的圖像，減小在紅CRTD的面上產(chǎn)生的圖像的大小。然而，采用像素屏面，這種調(diào)節(jié)不能進(jìn)行，因?yàn)閳D像被數(shù)字化，因此，跨越整個(gè)視場(chǎng)不可能在大小上進(jìn)行光順的調(diào)節(jié)。較高級(jí)的橫向色的糾正包括二次的橫向色的糾正，因此，需要從投影透鏡進(jìn)行。
利用像素化屏面來(lái)顯示數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)失真糾正的嚴(yán)格要求。這是因?yàn)樵谟^看數(shù)據(jù)時(shí)，即使在透鏡的視場(chǎng)的最邊緣點(diǎn)上也要求有良好的圖像質(zhì)量。顯然，顯示的數(shù)字或字母的不失真的圖像，在視場(chǎng)的邊緣與其在中心處是同樣地重要。此外，投影透鏡經(jīng)常用于偏離屏面。在這種情形下，在觀察屏上的失真并不關(guān)于通過(guò)屏的中心的水平線對(duì)稱地變化，但可單調(diào)增加，例如，從屏的底到屏的頂。這種效應(yīng)使得即使少量的失真也容易被觀察者覺(jué)察到。
當(dāng)一視窗(WINDOWS)型計(jì)算機(jī)接口的放大的圖像被投射到一觀看屏上時(shí)，低失真和高的色糾正能力顯得特別重要。與其平行線、鄰接的指令、和對(duì)話框，以及復(fù)合的著色的接口，實(shí)質(zhì)上就是用于失真和顏色的測(cè)試型式。使用者很容易地覺(jué)察出并反對(duì)在這種接口的圖像上的即使微小水平的失真或色差。
上述微顯示器通常要求，從照明系統(tǒng)來(lái)的光束具有對(duì)于顯示器接近法向的入射角。對(duì)于投影透鏡來(lái)說(shuō)，這就轉(zhuǎn)化為要求透鏡具有一遠(yuǎn)心的入射光瞳，即，投影透鏡必須沿其物體(像素化屏面)所位于的、短的成象共軛的方向是遠(yuǎn)心的。這使透鏡關(guān)于光圈是非對(duì)稱的，它使橫向色的糾正變得更加困難。
除了以上所述，對(duì)于背投系統(tǒng)，日益要求機(jī)箱越來(lái)越小(較小的軌跡)。對(duì)于投影透鏡來(lái)說(shuō)，這就轉(zhuǎn)化為要求透鏡沿圖像(屏)的方向具有寬的視場(chǎng)。這個(gè)要求使得透鏡的橫向色糾正變得更加困難。同樣地，對(duì)于長(zhǎng)的有效后焦距的要求也使得橫向色更加難于糾正。
除了要有寬的視場(chǎng)，對(duì)于機(jī)箱越來(lái)越小的要求，也就轉(zhuǎn)化為要求透鏡具有短的前頂距離。這樣，必須分配給機(jī)箱內(nèi)的投影透鏡的線性空間量得到減小。此外，對(duì)于一給定的視場(chǎng)，越短的前頂距離導(dǎo)致用于投影透鏡的透鏡元件的最大通光孔徑也越小。這不僅減小透鏡的最大橫向尺寸，而且減小其重量和成本。對(duì)于有效后焦距來(lái)說(shuō)，減小前頂距離使得糾正透鏡的失真變得更加困難。特別是，一較短的前頂距離通常要求較強(qiáng)的透鏡元件，而其失真更加難于糾正。
同步地實(shí)現(xiàn)短的焦距、長(zhǎng)的有效后焦距、沿透鏡的長(zhǎng)的共軛方向的寬的視場(chǎng)，以及短的前頂距離，同時(shí)仍保持使用像素化屏面的投影透鏡系統(tǒng)所需要的高的失真糾正能力，這是特別富有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)檫@些不同的要求互相抵觸。如下面所描述和圖示說(shuō)明的，本發(fā)明提供的投影透鏡，它滿足這些向背的準(zhǔn)則。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有這樣的要求，需要用于像素化屏面的投影透鏡，它們最好在一定程度上具有下列所有的特性(1)高水平的橫向色糾正能力，包括二次橫向色的糾正；(2)低失真；(3)沿圖像方向的大視場(chǎng)；(4)遠(yuǎn)心入射光瞳；(5)長(zhǎng)的有效后焦距；(6)短的前頂距離；以及(7)對(duì)于組成投影透鏡的諸透鏡的小的最大通光孔徑。
為了滿足本技術(shù)領(lǐng)域的這些要求，本發(fā)明提供投影透鏡，它們最好和一定程度上具有所有上述的七個(gè)特征。
特別是，本發(fā)明提供一種用來(lái)形成像素化屏面的投影透鏡，其中，投影透鏡具有一長(zhǎng)的共軛側(cè)(圖像或屏側(cè))和一短的共軛側(cè)(物體或像素化屏面?zhèn)?，并從其長(zhǎng)的共軛到其短的共軛依次包括
(A)第一透鏡單元(U1)，其具有一負(fù)電源且包括全彎月形的至少一個(gè)負(fù)透鏡元件(N1)，所述負(fù)透鏡元件是朝向長(zhǎng)共軛側(cè)呈凸形，并包括至少一個(gè)非球面的表面；以及(B)具有一正電源的第二透鏡單元(U2)，所述第二透鏡單元與第一透鏡單元隔開(kāi)一軸向的空間，并包括至少一個(gè)正透鏡單元(P1)，它包括至少一個(gè)非球面的表面；其中，(i)投影透鏡在短共軛側(cè)是遠(yuǎn)心的；以及(ii)投影透鏡具有有效焦距f0，有效后焦距BFL，以及前頂距離FVD，它們滿足下列關(guān)系式BFL/f0＞3.5；且FVD/f0＜20。
比值BFL/f0最好大于4.0，且在某些情況下，可大于4.5，甚至大于5.0。同樣，比值FVD/f0最好小于17，且在某些情況下，可小于15，甚至小于13。
除了具有上述的比值BFL/f0和FVD/f0以外，本發(fā)明的投影透鏡最好具有沿至少70°的長(zhǎng)的共軛的方向的視場(chǎng)θ(例如，75°≤θ≤80°)，以及一最大通光孔徑對(duì)f0的比值(D/f0之比)，它小于5.0，且在某些情形下小于4.0。
附圖簡(jiǎn)述

圖1-4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的具代表性的投影透鏡的示意側(cè)視圖。
圖5是示出使用本發(fā)明的投影透鏡的全部投影透鏡系統(tǒng)的示意圖。
包含在本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的上列附圖，圖示本發(fā)明的諸優(yōu)選的實(shí)施例，它們連同下面的描述用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。應(yīng)該理解的是，當(dāng)然，這些附圖和描述只是說(shuō)明性的。對(duì)本發(fā)明并無(wú)限制的意義。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的投影透鏡是負(fù)距焦的或倒置的遠(yuǎn)距攝影型，并包括兩個(gè)透鏡單元，即，在長(zhǎng)共軛側(cè)的負(fù)單元(U1)和在短共軛側(cè)的正單元(U2)，它們通常被孔徑光闌分開(kāi)。
使用這種全透鏡形式來(lái)形成像素化屏面的圖像具有眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，通過(guò)將透鏡的光圈定位在第二正單元的前聚焦平面，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心。由下面給出的實(shí)例所顯示的其它諸優(yōu)點(diǎn)，包括達(dá)到長(zhǎng)有效后焦距的能力和提供沿透鏡的長(zhǎng)共軛方向的寬視場(chǎng)的能力。這兩種特征在背投系統(tǒng)中特別有用，其中，透鏡必須具有寬視場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)最小可能的總體尺寸，并且要求在透鏡和像素化屏面之間容納分光棱鏡。這些棱鏡可包括偏振分光器，以及分色棱鏡。
本發(fā)明的透鏡通過(guò)在第一透鏡單元使用一個(gè)或多個(gè)非球面的表面，實(shí)現(xiàn)高的失真糾正能力。通過(guò)在第二透鏡單元使用一個(gè)或多個(gè)非球面的表面，可糾正某些殘余失真，以及透鏡的入射光瞳的球面的偏差。入射光瞳的球面偏差必須降到最小，以對(duì)透鏡的物體平面上的任意點(diǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心。最好非球面的表面形成在塑料的透鏡元件上。
必須糾正的最重要的象差是透鏡的橫向色。本發(fā)明的透鏡最好使用美國(guó)專利申請(qǐng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種糾正，該專利是申請(qǐng)日為1999年5月4日的共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/304,693，題為“用于像素化屏面的、具有減小的橫向色的投影透鏡”，本文援引其內(nèi)容以供參考。該申請(qǐng)作為PCT專利公開(kāi)No.WO00/67059，
公開(kāi)日為2000年11月9日。盡管是較佳的，但上述申請(qǐng)的方法不需要用于本發(fā)明的實(shí)踐中。
不管采用什么方法來(lái)糾正側(cè)向光，各個(gè)第一和第二透鏡單元最好包括至少一個(gè)色糾正對(duì)(在圖4中，分別為D1和D2)。還有，投影透鏡可包括位于光圈附近的一第三透鏡單元(D3)，其最好包括至少一個(gè)色糾正對(duì)，并用來(lái)提高透鏡的軸向色糾正。
絲毫無(wú)限制的意圖，本發(fā)明將通過(guò)下列諸實(shí)例作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。
實(shí)例圖1-4和表1-4示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的具代表性的投影透鏡。
HOYA牌號(hào)用作應(yīng)用于透鏡系統(tǒng)中的各種玻璃制品。由其它制造商制造的相當(dāng)?shù)牟Ａе破?例如，OHARA或SCHOTT)可用于本發(fā)明的實(shí)踐中。工業(yè)界認(rèn)可的材料可用于塑料的元件中。
諸表中羅列的非球面系數(shù)用于下列的方程式z=cy21+[1-(1+k)c2y2]1/2+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12+Iy14]]>其中，z是離系統(tǒng)的光軸距離為y的表面凹陷(sag)，c是在光軸上的透鏡曲率，而k是一錐形常數(shù)，除了表1-4規(guī)定中指出的之外，它為零。
與表中各表面相關(guān)的標(biāo)號(hào)“a”代表一非球面的表面，即，在上述方程式中的D、E、F、G或I中的至少一個(gè)不為零的表面；標(biāo)號(hào)“c”表示在上述方程式中k不為零的表面。在諸圖和表中位于U2的短的共軛側(cè)的的各個(gè)平面結(jié)構(gòu)是這樣的部件，它們與像素化屏面一起使用，或是像素化屏面的一部分。它們不構(gòu)成投影透鏡的部分。表中所給出的所有尺寸均為毫米。
表中的規(guī)定是光線在圖中從左向右運(yùn)動(dòng)的假定之下構(gòu)筑的。在實(shí)際情況中，觀察屏將在左方，而像素化屏面將在右方，光線將從右向左運(yùn)動(dòng)。特別是，在表的規(guī)定中，參照的物體/圖像以及入射/出射光瞳均與余下的說(shuō)明書中的參照相反。像素屏面示于圖1-4中，并標(biāo)注以“PP”，而光圈以標(biāo)號(hào)“AS”示出。
組成表1-4中的投影透鏡的各個(gè)透鏡單元的焦距，列于表5中，其中，f1是U1的焦距，f2是U2的焦距，f3是U3的焦距。兩個(gè)入口設(shè)置在與示于圖1的透鏡的兩個(gè)聚焦位置對(duì)應(yīng)的圖1的透鏡上。在實(shí)際上，圖2-4的透鏡還包括圖1所示類型的可變空間，用來(lái)聚焦不同共軛的透鏡。
表6列出表1-4的透鏡的BFL/f0、FVD/f0、D/f0和θ值。從表中可見(jiàn)，實(shí)例的透鏡具有的比值BFL/f0大于3.5，F(xiàn)VD/f0比值小于20，D/f0比值小于5.0，以及θ值大于70°，它特別適于采用像素化屏面的緊湊的投影透鏡系統(tǒng)的制造。
除了表6中所示的特性之外，本發(fā)明的投影透鏡最好還具有下列特性(i)對(duì)于從460毫微米至620毫微米范圍內(nèi)波長(zhǎng)，在全視場(chǎng)內(nèi)發(fā)生橫向色模糊，所述波長(zhǎng)范圍小于一個(gè)像素，且最好小于一個(gè)像素的四分之三(注意到，橫向色的糾正可在物體平面和圖像平面上確定，在圖像平面上進(jìn)行確定時(shí)，可使用一放大的像素)；以及(ii)一失真，其小于1.5％，且最好小于或等于1.0％。
表1-4的投影透鏡達(dá)到上述的兩個(gè)較佳橫向色和較佳失真水平。特別是，透鏡達(dá)到對(duì)小于15微米的像素大小(像素寬度)的橫向色糾正的較佳水平。
盡管本發(fā)明描述和圖示了具體的實(shí)施例，但應(yīng)該理解到，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，從上面的介紹中，顯然，可作出各種各樣的改型。
表1表面 通光孔徑編號(hào) 類型 半徑 厚度 級(jí)直徑1a 117.6365 5.00000 ACRYLIC54.992ac 21.4274 Space 1 43.003a -127.4598 3.50000 ACRYLIC38.124a 124.5786 15.82974 31.995 -111.5955 2.00000 S-PHM5224.05616.6022 7.00000 PBM3 22.207 -206.1765 22.68808 21.55883.4212 1.60000 S-LAH5912.65911.8097 4.00000 S-TIH1412.5210 -56.3462 1.00000 12.5111 孔徑光闌 -0.57048 12.3312 -34.9748 1.50000 S-LAH6012.471321.6254 5.00000 S-FSL5 12.8314 -36.2924 11.16324 14.0915 -32.4760 2.00000 S-LAH6018.531647.0151 6.50000 S-FPL5320.8817 -30.9043 0.20000 23.4618 135.5060 6.50000 S-FPL5326.2019 -32.3081 0.20000 27.6020 135.5060 7.00000 S-FPL5328.9221 -32.3081 0.50000 29.3622a -200.0000 4.00000 ACRYLIC29.0523a -70.0000 Space 2 28.8024 1.20000 BK728.2325 0.70000 28.122638.00000 SF128.0327 4.00000 25.022840.00000 BK724.4829 3.40000 20.8830 1.60000 BK720.4831 Image distance 20.36代號(hào)描述a-多項(xiàng)式非球面c-錐形部分偶多項(xiàng)式非球面表面編號(hào) DEF GHI19.6519E-06 -1.5632E-08 1.2711E-11 5.5342E-15 -6.5286E-18 -1.9134E-2128.6678E-06 -4.2959E-08 7.0767E-12 8.8543E-14 -2.4573E-16 2.2616E-193 -2.4746E-05 2.5825E-08 1.1482E-10 -3.6770E-14 -6.0705E-16 6.7521E-194 -8.7253E-06 6.6534E-08 -7.5878E-11 8.8981E-14 5.0109E-15 -1.2287E-17222.0719E-06 1.4805E-08 2.7648E-11 -1.1585E-13 1.5856E-15 -3.6956E-18234.6867E-06 1.1179E-08 1.3295E-10 -1.0815E-12 5.7973E-15 -1.0147E-17錐形常數(shù)表面2 k＝-1.0000E+00
表1(續(xù))變量空間焦點(diǎn)位置空間1空間2 焦移 圖像距離T(2) T(23)1 14.469 3.000 0.034-0.0112 14.109 2.727 0.014-0.002第一級(jí)數(shù)據(jù)f/數(shù) 2.80 2.80放大 -0.0348-0.0133物高 -292.10-762.00物距 -322.02-891.43有效焦距12.235 12.278像距 -.11098E-01-.17710E-02總長(zhǎng)534.99 1103.8桶長(zhǎng)212.98 212.35光闌表面號(hào) 11 11光闌直徑12.035 12.029入射光瞳距離29.763 29.664出射光瞳距離 -729.89-729.62
表2表面 通光孔徑編號(hào) 類型 半徑 厚度級(jí) 直徑1a 313.2208 5.00000ACRYLIC 56.582ac 24.5396 12.60286 44.813a -2021.5999 3.50000ACRYLIC 38.884a55.8585 21.60922 32.295 -338.5775 2.00000S-LAL18 22.156 17.8685 7.00000S-TIM35 20.997 -426.6654 19.43304 20.348138.6638 1.60000S-LAH59 13.259 14.7900 4.50000S-TIE14 12.7910-67.8402 0.97982 12.8311孔徑光闌 0.50000 12.7012-26.6748 1.50000S-LAH60 12.7213 31.5122 4.50000S-FPL53 13.4714-24.2044 13.59935 14.7415-60.1999 2.00000S-LAH60 21.3016 68.4138 6.00000S-FPL53 23.0117-32.7938 0.20000 24.7818310.3792 5.00000S-FPL53 26.6019-58.4342 0.20000 27.8020114.0878 7.50000S-FPL53 28.7821-32.1934 0.50000 29.3722 -1000.0000 4.00000ACRYLIC 29.0023 a-90.5000 3.00000 28.8924 1.20000BK7 28.2125 0.70000 28.1126 38.00000SF1 28.0127 4.00000 24.9528 40.00000BK7 24.4029 3.40000 20.8530 1.60000BK7 20.4631 0.01932 20.36代號(hào)描述a-多項(xiàng)式非球面c-錐形部分焦移0.02369偶多項(xiàng)式非球面表面編號(hào)D E FG H I1 8.1433E-06 -1.2583E-08 1.3837E-11 1.3471E-15 -1.2875E-17 7.0217E-212 -3.7080E-07 -3.5690E-08 8.7206E-12 1.0950E-13 -1.7448E-16 9.0724E-203 -2.3975E-051.4822E-08 1.0183E-10 -2.8001E-14 -5.0803E-16 5.6897E-194 -7.9144E-068.2684E-08 -1.2117E-10 -1.7154E-134.5131E-15 -1.0098E-1723 2.2878E-06 -8.1965E-09 1.5043E-10 -1.1882E-124.5352E-15 -6.5914E-18錐形常數(shù)表面2 k＝-1.0000E+00
表2(續(xù))第一級(jí)數(shù)據(jù)f/數(shù) 2.80總長(zhǎng) 535.622放大 -0.0348光闌直徑 12.390物高 -292.10桶長(zhǎng) 215.624物距 -319.979入射光瞳距離 29.2388有效焦距 12.1460出射光瞳距離-760.102像距 0.193170E-01光闌表面號(hào) 11
表3表面 通光孔徑編號(hào) 類型 半徑厚度 級(jí) 直徑1 a 96.3733 3.00000ACRYLIC 38.062 ac 22.1246 16.8389530.283 -71.4185 1.50000S-IAH66 18.10410.6036 7.00000S-FTM16 15.295 -27.6402 1.00000 14.226 -22.8394 1.20000S-LAH66 13.16710.4229 4.10000S-TIH10 12.358 -103.2388 8.87383 12.119 孔徑光闌 8.22815 9.8610 -1477.8659 5.30000S-FPL53 14.9011 -12.1897 1.30000S-LAH55 16.0312 -86.4322 0.80000 18.8113 -62.8290 4.10000S-FPL53 19.5014 -21.2300 0.30000 21.3515 -73.3053 3.80000S-FPL53 23.2216 -29.4771 0.30000 24.5817 -389.3199 4.30000S-FPL53 26.1418 -37.5554 0.30000 27.0219 232.2161 6.00000S-FPL51 27.9820 -33.3737 0.30000 28.3621 -77.5706 3.00000ACRYLIC 27.8322a -49.5844 6.92542 27.7423 4.95500BK7 25.9124 1.44000POLYCARB 25.232549.00000SF2 25.0426 4.00000 18.8327 2.50000BK7 17.9928 0.21000POLYCARB 17.6529-0.00030 17.63代號(hào)描述a-多項(xiàng)式非球面c-錐形部分焦移-0.06051偶多項(xiàng)式非球面表面編號(hào) D E F G H I1 5.5140E-05 -1.2755E-07 8.2598E-11 4.0143E-13 -5.8089E-16 8.9842E-212 5.8955E-05 4.1395E-08 -1.0013E-09 -3.6784E-13 2.4401E-14 -5.6812E-1722 7.1508E-06 6.6037E-10 1.2160E-11 -9.3582E-14 5.6757E-16 -1.1372E-18錐形常數(shù)表面2 k＝-1.0000E+00
表3(續(xù))第一級(jí)數(shù)據(jù)f/數(shù)2.80總長(zhǎng) 964.996放大 -0.0133光闌直徑9.576物高 -660.40桶長(zhǎng) 150.571物距-814.425入射光瞳距離 21.6797有效焦距 11.1559出射光瞳距離 -8331.62像距-.298217E-03光闌表面號(hào) 9
表4表面 通光孔徑編號(hào) 類型半徑 厚度 級(jí) 直徑1a 106.63563.00000 ACRYLIC 38.252a 21.61156.9773329.79325.30002.50000 S-LAL8 26.20416.20004.8000022.36570.23001.80000 S-LAL18 21.53614.34006.60000 S-FTM16 19.057 -99.27001.2105017.898 -50.09501.50000 S-LAL18 17.11914.25004.50000 S-TIH6 15.6610 106.6500 13.7175314.8011 孔徑光闌7.29626 9.5412 -90.78005.50000 S-FPL53 13.4013 -10.49701.40000 S-LAH55 14.7714 -72.75000.8000017.8115 -4584.00005.00000 S-FPL53 19.6116 -26.18000.2000021.8417 811.40017.50000 S-FPL53 24.1918 -21.80000.5000025.9719a 89.68547.00000 ACRYLIC 27.2920a -31.55844.8642927.6121 1.00000 BK7 26.0022 2.0000025.8623 2.20000 BK7 25.4324 1.10000 POLYCARB 25.1225 51.00000 SF2 24.9826 2.0000018.4227 2.40000 BK7 17.9928 0.07000 POLYCARB 17.6729 -0.0011317.68代號(hào)描述a-多項(xiàng)式非球面焦移-0.05535偶多項(xiàng)式非球面表面編號(hào) D EF GHI1 3.6196E-05 -3.7509E-08 -3.1361E-11 9.8606E-14 7.6981E-17 -1.4682E-192 2.7865E-054.6602E-08 -3.3073E-11 -9.6310E-13 -2.0067E-15 1.5700E-1719 -2.9659E-07 -5.5950E-09 1.7257E-11 3.8895E-14 -4.1354E-16 -2.5237E-1820 1.3871E-05 -5.7560E-09 1.3262E-10 -1.0498E-12 4.5835E-15 -1.0785E-17
表4(續(xù))第一級(jí)數(shù)據(jù)f/數(shù) 2.80總長(zhǎng) 964.999放大 -0.0135光闌直徑 9.277物高 -654.00桶長(zhǎng) 148.436物距 -816.565入射光瞳距離 21.6766有效焦距 11.3160出射光瞳距離-6338.20像距 -.113196E-02光闌表面號(hào) 11表5實(shí)例f0f1f2f31A 12.24-30.47 34.64 -162.001B 12.28-30.53 34.64 -162.002 12.15-29.67 35.12 -102.413 11.16-15.09 28.45 -4 11.32-19.88 25.76 -表6實(shí)例f0BFLBFL/f0FVDFVD/f0D1D/f0θ1A12.24 60.874.97181.95 14.8755.00 4.4978.8°1B12.28 60.894.96181.61 14.7955.00 4.4878.3°2 12.15 60.925.01184.64 15.2056.58 4.6678.8°3 11.16 46.444.16127.98 11.4738.06 3.4176.3°4 11.32 44.063.89125.86 11.1238.25 3.3875.7°1最大通光孔徑
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)形成像素化屏面的圖像的投影透鏡，所述投影透鏡具有一長(zhǎng)的共軛側(cè)和一短的共軛側(cè)，并從所述的長(zhǎng)的共軛到所述的短的共軛依次包括(A)一第一透鏡單元，其具有一負(fù)電源且包括全彎月形的至少一個(gè)負(fù)透鏡元件，所述負(fù)透鏡元件是朝向長(zhǎng)共軛側(cè)呈凸形，并包括至少一個(gè)非球面的表面；以及(B)一具有一正電源的第二透鏡單元，所述第二透鏡單元與第一透鏡單元隔開(kāi)一軸向間距，并包括至少一個(gè)正透鏡單元，它包括至少一個(gè)非球面的表面；其中，(i)投影透鏡是在短的共軛側(cè)的遠(yuǎn)心的；以及(ii)投影透鏡具有一有效的焦距f0，一有效的后焦距BFL，以及一前頂距離FVD，它們滿足下列關(guān)系式BFL/f0＞3.5；且FVD/f0＜20。
2.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，BFL/f0＞4.0。
3.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，F(xiàn)VD/f0＜17。
4.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，BFL/f0＞4.0；且FVD/f0＜17。
5.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，(i)所述投影透鏡包括多個(gè)透鏡元件，各個(gè)元件具有一通光孔徑；(ii)最大通光孔徑直徑為D；以及(iii)D滿足下列關(guān)系式D/f0＜5.0。
6.如權(quán)利要求5所述的投影透鏡，其特征在于，D/f0＜4.0。
7.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，(i)投影透鏡具有沿透鏡的長(zhǎng)的共軛側(cè)的方向的視野值θ；以及(ii)θ滿足下列關(guān)系式θ＞70°。
8.如權(quán)利要求7所述的投影透鏡，其特征在于，75°≤θ≤80°。
9.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，各個(gè)第一和第二透鏡單元包括一色糾正對(duì)。
10.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于，所述投影透鏡包括一位于第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的軸向空間上的孔徑光闌。
11.如權(quán)利要求10所述的投影透鏡，其特征在于，所述投影透鏡包括一位于所述孔徑光闌附近的第三透鏡單元。
12.如權(quán)利要求11所述的投影透鏡，其特征在于，所述第三透鏡單元包括至少一個(gè)色糾正對(duì)。
13.一種投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于，它包括(a)一像素化屏面；以及(b)如權(quán)利要求1所述的投影透鏡。
14.如權(quán)利要求13所述的投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括一照明系統(tǒng)，它包括一光源和形成光源映象的照明光學(xué)器件。
全文摘要
提供一用于像素化屏面(PP)的遠(yuǎn)心的投影透鏡。投影透鏡具有一負(fù)的第一單元(U1)和一正的第二單元(U2)，第一單元具有一包含至少一個(gè)非球形表面的至少一個(gè)負(fù)彎月形元件(N1)，第二單元具有一包含至少一個(gè)非球形表面的至少一個(gè)正元件(P1)。透鏡的光圈(AS)位于兩個(gè)單元之間，在光圈附近可使用一第三透鏡單元(U3)以改進(jìn)軸向色的糾正。透鏡具有小的前頂距離、小的通光孔徑以及長(zhǎng)的后焦距，其使它們特別適用緊湊型的投影系統(tǒng)的制造。
文檔編號(hào)G02B13/16GK1486443SQ02803715
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月17日
發(fā)明者J·莫斯可維奇, J 莫斯可維奇 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司