專利名稱：：用于游戲和其他應(yīng)用的投影透鏡和便攜式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于游戲和其他應(yīng)用的短投射距離便攜式顯示系統(tǒng)中的投影透鏡。
背景技術(shù)：
：電子或視頻顯示系統(tǒng)是指能夠呈現(xiàn)視頻或電子圖像的裝置。無論是用于家庭娛樂、廣告、視頻會(huì)議或團(tuán)體會(huì)議，都需要合適的顯示裝置。圖像質(zhì)量是消費(fèi)者確定顯示裝置是否合適的因素之一。一般來講，借助如圖像分辨率和圖像色彩之類的因素，能夠定性地判定圖像質(zhì)量。而當(dāng)某些消費(fèi)者期望顯示裝置具有較大的畫面尺寸時(shí)，圖像質(zhì)量會(huì)下降。通常，大圖像尺寸是指沿屏幕對(duì)角線測得的屏幕尺寸超過約40英寸。雖然如今市場上的正向投影系統(tǒng)提供了許多顯示裝置，但是對(duì)開發(fā)其他裝置仍然有持續(xù)的需求。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，便攜式投影裝置包括外殼，柄部和光學(xué)引擎。光學(xué)引擎包括照明源、成像系統(tǒng)和廣角投影透鏡，該廣角投影透鏡包括(從輸出側(cè)依次為)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；以及具有正屈光力的第三透鏡組。廣角投影透鏡滿足下列的條件(1)至(4):|F,/F|》4.5條件(1)2.5《IF2/FI《6.0條件(2)3.8《IF3/FI《5.0條件(3)0.8《BFL/F《1.4條件C4)此處，F(xiàn)為廣角投影透鏡的焦距，F(xiàn),為第一透鏡組的焦距，F(xiàn)2為第二透鏡組的焦距，F(xiàn)3為第三透鏡組的焦距，BFL為后焦距。在一個(gè)示例性方面，有效焦距與像高之比為約0.5至1.0。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第三透鏡組包括用于廣角投影透鏡的孔徑光闌、第一透鏡元件和第二透鏡元件，其中第二透鏡元件的有效焦距為約30mm至約40mm。此外，第二透鏡元件可包括面向孔徑光闌的表面和背向孔徑光闌的表面，其中面向孔徑光闌的表面的曲率大于背向孔徑光闌的表面的曲率。第二透鏡元件可以是單一結(jié)構(gòu)的透鏡元件，例如雙凸透鏡或平凸透鏡。在一個(gè)示例性方面，柄部為可調(diào)式柄部，可以(例如)為使用者提供改變投影儀傾斜度的能力。在另一個(gè)示例性方面，便攜式投影裝置包括一些用于接收/輸出數(shù)字圖像和聲音信號(hào)的輸入/輸出。此外，便攜式投影裝置可包括位于外殼上的控制面板，用于調(diào)節(jié)圖像和聲音參數(shù)?？刂泼姘逡部梢酝ㄟ^遙控裝置訪問。便攜式投影裝置可以把接收的數(shù)字圖像投射到屏幕、墻壁或其他觀看表面上。此外，便攜式投影裝置還包括一個(gè)或多個(gè)裝于此處用來輸出聲音的揚(yáng)聲器。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，便攜式投影裝置還包括被構(gòu)造為接入手持?jǐn)?shù)字圖像/聲音播放器(例如MPEG播放器)的擴(kuò)展接口。使用者可以把他的(或她的)手持?jǐn)?shù)字圖像/聲音播放器插入擴(kuò)展接口，并且在屏幕、墻壁或其他觀看表面上顯示視頻圖像。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，便攜式投影裝置被構(gòu)造為便攜式游戲裝置和投影儀，其中視頻游戲系統(tǒng)被裝入便攜式投影儀外殼中。外殼還可包括和游戲系統(tǒng)連接的游戲卡/盤/盒插槽。還包括一個(gè)或多個(gè)用于操縱桿或其他游戲用戶界面裝置的輸入口。便攜式游戲裝置和投影儀將視頻游戲圖像投射到屏幕、墻壁或其他觀看表面上。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，便攜式投影裝置包括外殼、柄部和光學(xué)引擎。光學(xué)引擎包括照明源、成像系統(tǒng)和廣角投影透鏡，該廣角投影透鏡包括(從輸出側(cè)依次為)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；以及具有正屈光力的第三透鏡組。廣角投影透鏡滿足下列的條件(1)至(4):1.3《IF!/FI《2.0條件(1)IF2/FI》4.0條件(2)3.8《|F3/F|《5.0條件(3)0.8《BFL/F《1.4條件(4)在示例性的方面，有效焦距與像高之比為約0.5至1.0。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第三透鏡組包括用于廣角投影透鏡的孔徑光闌、第一透鏡元件和第二透鏡元件，其中第二透鏡元件的有效焦距為約30mm至約40mm。第二透鏡元件可包括面向孔徑光闌的表面和背向孔徑光闌的表面，其中面向孔徑光闌的表面的曲率大于背向孔徑光闌的表面的曲率。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，便攜式投影裝置的光學(xué)引擎包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和投影透鏡，該透鏡的后焦距小于有效焦距的約1.4倍，并且其感光度(speed)小于或等于約F/3.1或者更小。投影透鏡以至少約50°的半視場角生成圖像，基本上沒有畸變。便攜式投影裝置的光學(xué)系統(tǒng)是投射距離短并且超偏軸的投影系統(tǒng)。術(shù)語"投射距離"是指從投影屏幕到投影透鏡的由法線限定的距離。短語"短投射距離"是指小于一米的距離。術(shù)語"超偏軸"是指相對(duì)于投影圖像的角大于45度。此外，投影裝置所投影的圖像基本上沒有畸變?；旧蠜]有畸變是指畸變不超過2%。在優(yōu)選的方面，畸變小于或等于1%，最優(yōu)選地小于或等于0.5%。在這些畸變值下，對(duì)至少大部分成像應(yīng)用，不需要電子畸變校正。短語"基本為零屈光力"是指小于所有透鏡組總透鏡光學(xué)能力的3M。術(shù)語"4x3格式"和"16x9格式"是指常規(guī)的圖像格式，是用像寬與像高之比測量的。在本文檔中，應(yīng)認(rèn)為所有的數(shù)值均用術(shù)語"大約"修飾。本發(fā)明的以上
發(fā)明內(nèi)容并非旨在描述本發(fā)明的每個(gè)圖示實(shí)施例或每項(xiàng)具體實(shí)施。以下附圖和具體實(shí)施方式更具體地說明這些實(shí)施例。圖1為可用于本發(fā)明的示例性光學(xué)引擎的示意圖。圖2為可用于本發(fā)明的示例性投影光學(xué)器件的示意圖。圖3A-圖3C示出使用示例性光學(xué)引擎的便攜式投影裝置的不同視圖。圖4示出使用示例性光學(xué)引擎的便攜式投影裝置的可供選擇的方面。圖5示出使用示例性光學(xué)引擎的便攜式游戲和投影裝置的可供選擇的方面。這些圖未按比例繪制，并且僅用于示例性目的。雖然本發(fā)明可以有多種修改形式以及替代形式，但其細(xì)節(jié)已在附圖中以舉例的方式示出并且將作詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所描述的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和可供選擇的形式。具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及具有光學(xué)引擎的便攜式投影系統(tǒng)，該光學(xué)引擎包括可在短投射距離生成圖像的廣角投影透鏡。在示例性實(shí)施中，便攜式投影系統(tǒng)可用于投影超偏軸的圖像，例如來自視頻游戲或其他娛樂系統(tǒng)的圖像。在另一個(gè)示例性實(shí)施中，投影系統(tǒng)被構(gòu)造為完全便攜式游戲裝置和投影儀，其中視頻游戲系統(tǒng)與投影儀集成在便攜式系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，圖3A-圖3C示出便攜式投影系統(tǒng)100的不同視圖。便攜式投影裝置可以將接收的數(shù)字圖像(例如，4x3格式的圖像或16x9格式的圖像)投射到屏幕、墻壁或其他觀看表面上。如圖3A中的主視圖所示，便攜式投影系統(tǒng)100包括外殼102。優(yōu)選的是，外殼102由輕量化但加固的材料構(gòu)成，例如熱塑性樹脂(如聚碳酸酯)。包括照明源、成像系統(tǒng)和廣角投影透鏡111的光學(xué)引擎iio被設(shè)置在投影儀外殼102中。下面將結(jié)合圖1、圖2A和圖2B對(duì)光學(xué)引擎和廣角投影透鏡的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述?？商峁┩哥R保護(hù)蓋(未示出)，用于在不使用投影系統(tǒng)時(shí)覆蓋廣角投影透鏡的外表面。便攜式投影系統(tǒng)100還包括多個(gè)輸入/輸出口或插孔120，可用于將(例如)來自視頻播放器(如，DVD播放器、盒式磁帶錄象機(jī)(VCR)、MPEG播放器、游戲系統(tǒng)或計(jì)算機(jī))的聲音/視頻圖像源和便攜式投影系統(tǒng)100連接。輸入/輸出口或插孔120可被構(gòu)造為接納標(biāo)準(zhǔn)電子連接器(RCA插頭、s-video、HDMI等)。便攜式投影系統(tǒng)100還包括柄部130。在示例性的方面，柄部130為可調(diào)式柄部，例如，提供外殼兩端附近的樞轉(zhuǎn)能力。例如，柄部130可使投影儀便于運(yùn)輸，同時(shí)還可以在操作中為投影儀提供可調(diào)式支持結(jié)構(gòu)。柄部的可調(diào)性可以為使用者提供使投影系統(tǒng)傾斜至適當(dāng)角度的能力。如圖3B中的后視圖所示，便攜式投影系統(tǒng)100還包括控制面板140，使得使用者可以訪問控制菜單并調(diào)整投影圖像的參數(shù)，例如圖像尺寸、圖像距離、圖像傾斜度。在示例性的方面，控制面板140可以手動(dòng)訪問，也可通過使用遙控裝置(未示出)訪問。圖3C更詳細(xì)地示出便攜式投影系統(tǒng)100的正向等軸測視圖。如圖所示，外殼102包括光學(xué)引擎110、照明源115和鎮(zhèn)流器117。此外，外殼102還可包括揚(yáng)聲器145。在該示例性實(shí)施例中，揚(yáng)聲器145被設(shè)置在兩端。作為另外一種選擇，揚(yáng)聲器145可以設(shè)置在外殼102的其他位置。另外，為了在外部揚(yáng)聲器(未示出)上輸出聲音，外殼可以包括除揚(yáng)聲器145之外或代替揚(yáng)聲器的音頻輸出插孔。此外，冷卻部件、電源和/或其他電子控制器件可設(shè)置在外殼102中。還可以提供電源線輸入(未示出)。如圖4所示，在可供選擇的實(shí)施例中，便攜式投影系統(tǒng)100'可包括擴(kuò)展接口160，該擴(kuò)展接口被構(gòu)造為接納手持?jǐn)?shù)字圖像/聲音播放器162，例如MPEG播放器。使用者可以把他的(或她的)手持?jǐn)?shù)字圖像/聲音播放器插入擴(kuò)展接口，并且在屏幕、墻壁或其他觀看表面上顯示視頻圖像。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，如圖5所示，便攜式投影系統(tǒng)100"被構(gòu)造為便攜式游戲裝置和投影儀，其中視頻游戲系統(tǒng)170被裝入便攜式投影儀外殼102中。視頻游戲系統(tǒng)可以是，例如，特別配置版本的X-BOX、GAMECUBE、PLAYSTATION或其他市售游戲系統(tǒng)。外殼還可以包括和游戲系統(tǒng)170的游戲卡/盤/盒插槽172連接，該游戲系統(tǒng)接納游戲盤或卡或盒173(取決于具體游戲系統(tǒng)的格式)。還包括一個(gè)或多個(gè)用于操縱桿176或其他游戲用戶界面裝置的輸入口174。此示例性實(shí)施例為完全集成的便攜式視頻游戲系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許游戲者在幾乎任何位置插上電源玩游戲，并且僅使用墻壁或其他觀看表面顯示投影圖像。在上述實(shí)施例中，便攜式投影系統(tǒng)可以當(dāng)作個(gè)人游戲系統(tǒng)來操作，所述個(gè)人游戲系統(tǒng)可以在不需要電視、顯示器或其他具體顯示裝置的情況下，為多個(gè)游戲者提供視頻游戲的投影圖像。正如下面更詳細(xì)地描述的，光學(xué)引擎可以在短投射距離提供高質(zhì)量的大尺寸圖像。在優(yōu)選的方面，便攜式投影系統(tǒng)100、100'、100"包括光學(xué)引擎，例如下面結(jié)合圖1、圖2A和圖2B進(jìn)行的描述。作為另外一種選擇，便攜式投影系統(tǒng)100"可包括具有可供選擇的投影透鏡的光學(xué)引擎，如未決的美國專利公開No.2005/0157402-A1和No.2005/0122484-A1中所述，全文以引用方式并入本文。如上所述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的便攜式投影系統(tǒng)包括能夠在短投射距離(約1米或更短)投影大尺寸(對(duì)角線大于(例如)30英寸)、高質(zhì)量圖像的光學(xué)引擎。圖1示出示例性光學(xué)引擎60的示意圖，該引擎具有一個(gè)或多個(gè)下列部件照明系統(tǒng)62或62'、成像系統(tǒng)64、聚焦機(jī)構(gòu)65和投影光學(xué)器件66。雖然示出了兩個(gè)不同的照明系統(tǒng)62和62'，但通常僅使用其中一個(gè)。當(dāng)照明系統(tǒng)位于參考標(biāo)號(hào)62標(biāo)示的位置時(shí)，使用的成像器為反射成像器。相反，當(dāng)照明系統(tǒng)位于用參考標(biāo)號(hào)62'標(biāo)示的位置時(shí)，使用的成像器為透射成像器。光學(xué)引擎可以在投影屏幕或觀看表面68上生成圖像。下面對(duì)光學(xué)引擎中的各個(gè)元件進(jìn)行詳細(xì)的討論。照明系統(tǒng)62、62，可包括燈組件、濾光器(例如紅外線抑制濾光器和/或紫外線抑制濾光器)、色分離裝置和積分器。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，燈組件包括反射器和燈。適用的市售燈包括(i)可得自飛利浦半導(dǎo)體公司(PhilipsSemiconductors)(荷蘭埃因霍溫)的PhilipsUHP型燈組件，其釆用的是橢圓反射器和(ii)可得自歐司朗有限股份公司(OSRAMGmBH)(德國慕尼黑)的OSRAMP-VIP250燈組件。其他適用的燈和燈組件結(jié)構(gòu)也可用于本發(fā)明。例如，可以使用金屬鹵燈、囪鉺燈或固態(tài)光源，例如發(fā)光二極管(LED)或激光。在一個(gè)例子中，對(duì)低成本組件，可以使用低功率(如，50瓦特到100瓦特)高壓汞燈(可從(例如)歐司朗有限股份公司(Osram)和飛利浦公司等公司商購獲得)。在可供選擇的具體實(shí)施中，可以使用可從如歐司朗有限股份公司或流明公司(Lumileds)等公司商購獲得的LED固態(tài)光源。可用于本發(fā)明實(shí)施例的濾光器、色輪和積分器的類型并不是關(guān)鍵的。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，色分離裝置為成像器光源中旋轉(zhuǎn)的紅/綠/藍(lán)(RGBRGB)或紅/綠/藍(lán)/白(RGBW)的色序盤。示例性的市售色輪為UNAXISRGBW色輪，得自優(yōu)利訊巴爾査斯有限公司(UNAXISBalzers，LTD)(列支敦士登巴爾查斯)。作為另外一種選擇，可使用44mmRGBW色輪(40度WS)。液晶RGB色序快門同樣可以用于本發(fā)明的實(shí)施例。示例性的市售積分器為可得自優(yōu)利訊巴爾查斯有限公司的空心管型積分器。成像系統(tǒng)64可包括成像器，并且通常還可包括傳統(tǒng)的電子器件。一種可用于本發(fā)明的有用的反射成像器為對(duì)角線尺寸約22mm的XGA數(shù)字微鏡器件(DMD)，可得自德州儀器公司(TexasInstruments)(德克薩斯州達(dá)拉斯)。對(duì)成本較低的投影儀，可以使用可得自德州儀器公司(德克薩斯州達(dá)拉斯)的480p或SVGA型DLP裝置。作為另外一種選擇，透射式或反射式液晶顯示器(LCD)或硅基液晶(LCOS)可以用作成像器。在示例性光學(xué)引擎實(shí)施例中，成像器的表面被布置為基本上平行于投影屏幕的表面。對(duì)一些具體實(shí)施，聚焦機(jī)構(gòu)65可通過將一個(gè)或多個(gè)下述透鏡裝配在可滑動(dòng)的或有螺紋的底座(未示出)上實(shí)現(xiàn)，所述底座可以通過手動(dòng)或通過使用電子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。例如，聚焦可以通過使用變焦或縮放透鏡來實(shí)現(xiàn)。在大多數(shù)具體實(shí)施中，可以在任何表面(如，墻壁或其他結(jié)構(gòu)，或標(biāo)準(zhǔn)顯示屏)觀看生成的圖像。在一些具體實(shí)施中，專用的屏幕68可包括多層材料，例如，被構(gòu)造為如美國專利No.6,179，426中所述的多個(gè)菲涅耳元件。圖2A和圖2B示出光學(xué)引擎60中投影光學(xué)器件(在本文中還被稱作"投影透鏡"或"廣角投影透鏡")的兩個(gè)示例性實(shí)施例。圖2A和圖2B中的投影光學(xué)器件包括三個(gè)透鏡組(根據(jù)輸出側(cè)或屏幕側(cè)進(jìn)行確定)第一透鏡組(Gl)、第二透鏡組(G2)和第三透鏡組(G3)。術(shù)語"輸出側(cè)"是指投影透鏡最靠近觀看表面的一側(cè)。下面對(duì)三個(gè)透鏡組進(jìn)行詳細(xì)的描述。根據(jù)本文的具體實(shí)施方式，可以采用投影透鏡66的替代構(gòu)造，其包括透鏡元件更少、相同或更多的替代構(gòu)造，這對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。在第一個(gè)實(shí)施例中，圖2A中的示例性投影透鏡在三個(gè)透鏡組中包括總計(jì)八(8)個(gè)元件，按照輸出側(cè)編號(hào)。在該具體實(shí)施方式中，F(xiàn)為投影透鏡的總焦距，F(xiàn),為第一透鏡組的焦距，F(xiàn)2為第二透鏡組的焦距，并且F3為第三透鏡組的焦距。第一透鏡組(Gl)可包括(從屏幕側(cè)依次為)具有負(fù)屈光力的第一透鏡元件(Ll)和其第二表面為非球形表面的第二透鏡元件(L2)。優(yōu)選的是，Gl具有負(fù)屈光力。Gl中F"F之比可使得IF,/FI》4.5。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，R/FI為約5.1。在優(yōu)選的方面，包括Gl的透鏡可以是大體上呈圓形。作為另外一種選擇，包括Gl的透鏡可以是具有矩形孔徑的、長方形或橢圓形透鏡，具有矩形孔徑的、矩形透鏡或具有矩形孔徑的圓形透鏡。第二透鏡組(G2)可包括一個(gè)透鏡元件(L3)。在該實(shí)施例中，G2具有負(fù)屈光力。G2中F2/F之比可使得2.5《|F2/F|《6。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，|F2/F|為約4.2。在該示例性實(shí)施例中，孔徑光闌位于第三透鏡組(G3)中。第三透鏡組(G3)可包括多個(gè)透鏡元件，如，包括(L4)到(L8)。優(yōu)選的是，G3具有正屈光力。G3中F3/F之比可使得3.8《F3/F《5.0。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，|F3/F|為約4.6。在該示例性實(shí)施例中，最靠近照明輸入的透鏡L8可被視作"物鏡"。在優(yōu)選的方面，L8可以是單一結(jié)構(gòu)的透鏡，例如雙凸透鏡或平凸透鏡，其有效焦距為約30mm至約40mm。在可供選擇的方面，如果使用高折射材料(例如LaK34玻璃)來形成L8，L8其焦距可以短于30mm。在優(yōu)選的方面，透鏡元件L8的第一表面之曲率半徑為約25mm。此外，L8可以幾乎完全從投影透鏡的孔徑光闌中移除。在另一方面，L8面向孔徑光闌的表面(如表面13)的曲率大于背向孔徑光闌的表面(如表面14)的曲率。在另一方面，L8和L7之間的距離為約12mm至約17mm。這個(gè)間隔為折疊式反射鏡提供空間，以便安裝在光學(xué)引擎中，作為照明系統(tǒng)的一部分。在第二個(gè)實(shí)施例中，圖2B中的示例性投影透鏡在三個(gè)透鏡組中包括總計(jì)八(8)個(gè)元件，按照輸出側(cè)編號(hào)。第一透鏡組(Gl)可包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡元件(Ll)，其第二表面為非球形表面的第二透鏡元件(L2)，以及第三透鏡元件(L3)。優(yōu)選的是，Gl具有負(fù)屈光力。G1中Fl/F之比可使得1.3《IF,/FI《2.0。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，F(xiàn)j為約-9.8mm至約-11.5mm。第二透鏡組(G2)可包括一個(gè)透鏡元件(L4)。該實(shí)施例中，G2具有正屈光力。G2中F2/F之比可使得iF2/FI》4.0。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，F(xiàn)2為約27.5mm至約31mm。在該示例性實(shí)施例中，孔徑光闌位于第二透鏡組(G2)和第三透鏡組(G3)之間。第三透鏡組(G3)可包括多個(gè)透鏡元件，如，包括(L5)至(L8)。優(yōu)選的是，G3具有正屈光力。G3中F3/F之比可使得3.8《IF3/FI《5.0。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，F(xiàn)3為約26.8mm至約30.3mm。在該示例性實(shí)施例中，整個(gè)透鏡的有效焦距為約6.4mm至約6.7mm。在圖2A和圖2B所示實(shí)施例的更多細(xì)節(jié)中，第一透鏡組Gl包括多個(gè)透鏡元件。例如，位于最靠近觀看表面或屏幕處的第一透鏡元件(Ll)可具有三個(gè)透鏡組的所有透鏡中最大的直徑。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一透鏡組中的第一透鏡元件Ll具有足夠大的直徑，可在基本上沒有畸變的情況下在觀看表面或屏幕的方向上以大的視場(即大于45°的半視場角)投影圖像，優(yōu)選地大于50°，并且最優(yōu)選地約55°或更大。對(duì)圖2A和圖2B所示的實(shí)施例，有效焦距與像高之比可以為約0.5至1.0。有效焦距與像高之比是通過先求得整個(gè)透鏡的有效焦距，再用這個(gè)數(shù)除以系統(tǒng)的像高來確定的。例如，如果透鏡的EFL為6.71mm，而用于光學(xué)引擎的成像器的對(duì)角線為13.4mm，那么EFL與像高之比為6.71/13.4=0.51。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一透鏡組中的第一透鏡元件Ll的直徑大于約60mm并小于約100mm。在又一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一透鏡組中的第一透鏡元件的直徑為約卯mm。因此，當(dāng)在投影裝置中實(shí)施時(shí)，第一透鏡元件可提供約110°至約120°的視場。在圖2A和圖2B所示實(shí)施例中，第一透鏡組Gl還包括具有至少一個(gè)非球形表面的第二透鏡元件(L2)。本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的非球形表面有助于降低畸變效應(yīng)，同時(shí)仍可提供大的視場。在一個(gè)方面，第二透鏡元件可以由光學(xué)聚合物(折射率為約1.49，色散系數(shù)為約57.2)加工制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。非球形表面的形狀可通過以下公式來定義<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>-+a2r2+a4"+a6r6十《8/*8+al0/*10+orl2r12+"14/*'(公式I)其中Z為與系統(tǒng)光軸的距離為r處的表面凹陷c為光軸處透鏡的曲率，單位為l附/nr為徑向坐標(biāo)，單位為mmk為二次曲面常數(shù)a2為二次項(xiàng)系數(shù)，a4為四次項(xiàng)系數(shù)，a6為六次項(xiàng)系數(shù)，a8為八次項(xiàng)系數(shù)，a,o為十次項(xiàng)系數(shù)，a,2為十二次項(xiàng)系數(shù)，并且a"為十四次項(xiàng)系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組中第一元件的第二表面之曲率半徑基本上等于第一透鏡組中第二透鏡元件的第一表面之曲率半徑。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組Gl包括兩個(gè)套疊的凹凸透鏡元件，第一凹凸元件由玻璃制成，并且第二凹凸元件由塑料或丙烯酸樹脂制成，塑料/丙烯酸樹脂元件具有可控的厚度?？梢允褂?例如)PMMA材料。兩個(gè)元件在空間上隔開，使得第一元件的第二表面與第二元件的第一表面之間的距離與投影透鏡的總有效焦距之比為1/175。在示例性實(shí)施例中，第二成型元件包括整體上厚度基本均勻的非球面透鏡(如具有至少一個(gè)非球形表面的透鏡)。這種圓頂形設(shè)計(jì)可以解決散熱問題，并且便于制造。在可供選擇的實(shí)施例中，第一透鏡組Gl可包括兩個(gè)成型元件，這兩個(gè)成型元件模塑成型以形成一個(gè)整體元件。例如，第一成型元件可包括玻璃元件，并且第二成型元件可包括用模塑工藝制造或用粘固劑粘合在第一成型元件的第二表面上的丙烯酸樹脂或塑料(如PMMA)元件。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，透鏡元件1(Ll)和透鏡元件2(L2)可包括單個(gè)元件(如單個(gè)玻璃元件)，并在單個(gè)元件的第一表面、第二表面或兩個(gè)表面上形成非球形表面。在示例性實(shí)施例中，透鏡元件3(L3)可具有球形表面，并且可以由玻璃形成。該透鏡元件提供了較長的負(fù)有效焦距，其值在-2.5F到-6F之間變動(dòng)，其中F為整個(gè)投影透鏡的焦距。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，透鏡元件4(L4)為正透鏡。優(yōu)選的是，L4可以是平凸透鏡或凹凸透鏡。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，L4面向L3的表面(參見(例如)下表中的表面6)可具有較小的曲率半徑，使得L4的有效焦距大于4.0F。此外，L4可用作投影透鏡中的聚焦元件。對(duì)不同的投射距離，通過沿光軸移動(dòng)L4可以得到清晰的圖像。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，透鏡元件5、6和7(L5、L6和L7)形成用粘固劑粘合的三合透鏡，有助于控制球面像差和彗差。在可供選擇的實(shí)施例中，可以用雙合透鏡替代三合透鏡。在該可供選擇的實(shí)施例中，雙合透鏡的其中一個(gè)或兩個(gè)元件可以包括非球形表面。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第三透鏡組G3可以具有正屈光力，并且該透鏡組中的所有透鏡元件可以具有球形表面。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，投影透鏡66的孔徑光闌緊鄰L5(如L4和L5之間，如表1所示；或L5和L6之間，如表4所示)。透鏡L5-L7可包括相同的玻璃材料或不同的玻璃材料。適用于這些透鏡的示例材料包括下表中列出的材料以及其他材料，包括，但不限于(舉例來說)N-SF1、N-SF4、N-SK5、N-SF6、N墨LAK8、N-SF16、N-PSK53、N-SF57和N-BK7。以舉例的方式，對(duì)圖2A和圖2B所示的實(shí)施例，示例透鏡用模塑工藝制造。下面的表1、表4和表7中列出了三個(gè)示例透鏡的表面編號(hào)，從輸出側(cè)依次列出(表面1為最接近第一透鏡元件Ll輸出側(cè)的表面)；每個(gè)表面的光軸附近的曲率(C)(單位為1/mm);表面之間的軸向間距(D)(單位為毫米)，并且還列出了玻璃或其他材料的型號(hào)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，從玻璃型號(hào)可以確定材料的折射率和色散系數(shù)。表面目標(biāo)為物體表面或觀看表面/觀看屏幕的表面。標(biāo)識(shí)的表面編號(hào)示于圖2A和圖2B中，其中表面15和16對(duì)應(yīng)于于示例的DLP成像裝置的窗玻璃，同時(shí)"IMA"對(duì)應(yīng)于于圖像平面。在如表1列出的實(shí)施例中，廣角投影透鏡具有約6.47mm的有效總焦距和在輸出側(cè)方向約56.58°的半視場角，并且在F/2.6處工作。后焦距(BFL)為約5.5mm(空氣中)。在優(yōu)選的方面，BFL小于EFL的約1.4倍。此外，投影透鏡的感光度可以小于或等于約F/3.1或更小，而且投影透鏡以至少約50°的半視場角生成圖像。例如，第一透鏡組Gl(例如圖2A所示)的有效焦距可以為-31.3mm;第二透鏡組G2(例如圖2A所示)的有效焦距可以為-37.5mm;并且第三透鏡組G3(例如圖2A所示)的有效焦距可以為30.6mm。在該示例性實(shí)施例中，該示例投影透鏡的總軌跡為123.3mm(從Ll至L8)。在另一個(gè)實(shí)施例中，例如圖2B所示，第一透鏡組Gl的有效焦距可以為-11.4mm;第二透鏡組G2的有效焦距可以為31.0mm;并且第三透鏡組G3的有效焦距可以為30.3mm。在該示例性實(shí)施例中，該示例投影透鏡的總軌跡為123.3mm。對(duì)圖2A-2B中的實(shí)施例，透鏡元件2(L2)的第二表面(例如，表1中指出的表面3)為非球面，如上面的公式I所確定的。圖2A-2B所示實(shí)施例中的廣角投影透鏡的總軌跡距離為約123.3mm。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將意識(shí)到，在某些應(yīng)用中較短的總軌跡距離是有利的，因?yàn)檫@樣可形成緊湊的投影透鏡，從而使整個(gè)光學(xué)引擎的空間需求最小化。對(duì)下列例子，表1-表3對(duì)應(yīng)于第一示例投影透鏡，表4-表6對(duì)應(yīng)于第二示例投影透鏡，并且表7-表9對(duì)應(yīng)于第三示例投影透鏡。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>下面的表2和表3是第一示例透鏡中的常規(guī)透鏡數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)的一覽表。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表3表面數(shù)據(jù)一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表4-表6對(duì)應(yīng)于第二示例投影透鏡。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>請(qǐng)注意表2中的8號(hào)表面為虛擬表面，而且孔徑光闌與表面10位于相同的位置。下面的表5和表6是第二示例透鏡中的常規(guī)透鏡數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)的一覽表。<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>表6表面數(shù)據(jù)一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>表7-表9對(duì)應(yīng)于第三示例投影透鏡。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>下面的表8和表9是第三示例透鏡中的常規(guī)透鏡數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)的一覽表。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>上表中提供的數(shù)據(jù)僅代表少數(shù)例子，并非旨在限定本文所述發(fā)明的范圍。上述光學(xué)引擎可用于圖3A、圖3B、圖3C、圖4和圖5所示的便攜式投影系統(tǒng)中。由于本文所述光學(xué)引擎的大的視場，組件100、100'、100"可以在短投射距離處提供大尺寸的圖像。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，到觀看表面/觀看屏幕的距離與圖像尺寸(對(duì)角線，4x3格式)之比可以為約1.8-2.2比1(相比于傳統(tǒng)的數(shù)字投影儀，其到觀看表面的距離與圖像尺寸(對(duì)角線，4x3格式)之比可以為約0.7-0.9比1)。例如，對(duì)約40英寸的圖像尺寸(對(duì)角線，4x3格式)，便攜式投影系統(tǒng)100、100'、100"可以放置在距離表面/屏幕約18-22英寸處。對(duì)約60英寸的圖像尺寸(對(duì)角線，4x3格式)，光學(xué)引擎放置在距離屏幕約27-33英寸處。當(dāng)然，本文所述的示例性光學(xué)引擎可以提供大于60英寸的圖像尺寸(對(duì)角線，4x3格式)，如有必要，可在超偏軸的位置采用相對(duì)較短的投射距離。在優(yōu)選的實(shí)施例中，圖像尺寸為至少約25-30英寸。在示例性實(shí)施例中，示例性投影透鏡(如上所述)的有效焦距為約6.41至約6.51，并采用示例性成像器(例如0.53"480p成像器)，其投射比描述于下表10中表10<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>此外，光學(xué)引擎被設(shè)計(jì)為使得需要少量或不需要梯形畸變校正，同時(shí)降低了畸變。例如，投影圖像的畸變值可以小于或等于2%，優(yōu)選地小于或等于1.0%，并且更優(yōu)選地小于或等于0.5%(例如，其中畸變(d)可以由d=(H-h)/h*100確定，其中h為近軸像高并且H為實(shí)際像高)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，光學(xué)引擎可提供具有4x3格式的圖像。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，光學(xué)引擎可與合適的成像器一起實(shí)施，以提供不同的屏幕格式，例如16x9格式。作為另外一種選擇，光學(xué)引擎可與校正電路(如傳統(tǒng)的圖像扭曲芯片(Warpchip))—起實(shí)施，可以在甚至更短的投射距離生成足夠的圖像質(zhì)量。上述便攜式投影儀系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為可以在短距離和超偏軸的位置提供大尺寸的圖像。此外，本文所述的光學(xué)引擎基本上無畸變，并且只需要少量或不需要梯形畸變校正。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將意識(shí)到，本發(fā)明可以同多種不同的光學(xué)部件一起使用。雖然本發(fā)明已結(jié)合示例性優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明可以通過其他具體形式體現(xiàn)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述或圖示的實(shí)施例僅是示例性的，并且不應(yīng)理解為限制了本發(fā)明的范圍。根據(jù)本發(fā)明的范圍，可以有其他變體和修改形式。權(quán)利要求1.一種游戲投影系統(tǒng)，包括外殼；光學(xué)引擎，其設(shè)置在所述外殼中；以及視頻游戲系統(tǒng)，其設(shè)置在所述外殼中，其中所述光學(xué)引擎投射由所述視頻游戲系統(tǒng)生成的圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游戲投影系統(tǒng)，還包括和所述視頻游戲系統(tǒng)連接的游戲卡/盤/盒插槽。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述光學(xué)引擎包括照明系統(tǒng)；成像系統(tǒng)；以及廣角投影透鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游戲投影系統(tǒng)，還包括和所述外殼連接的可調(diào)式柄部。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述視頻游戲系統(tǒng)生成圖像，所述圖像通過所述光學(xué)引擎被投射到觀看表面上，當(dāng)所述游戲投影系統(tǒng)距所述觀看表面約0.5米或更近時(shí)，所述投影圖像的尺寸為至少約40英寸(對(duì)角線)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述外殼包括至少一個(gè)輸入接口，用于將所述視頻游戲系統(tǒng)和至少一個(gè)游戲用戶界面裝置連接。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡包括下列部件，從圖像側(cè)依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，所述第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；并且其中滿足下列條件(1)至(4):IF/FI》4.5條件(1)2.5《|F2/F|《6.0條件(2)3.8《|F3/F|《5.0條件(3)0.8《BFL/F《1.4條件(4)其中F為所述廣角投影透鏡的焦距；F,為所述第一透鏡組的焦距；F2為所述第二透鏡組的焦距；F3為所述第三透鏡組的焦距；以及BFL為后焦距。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡包括以下部件，從圖像側(cè)依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，所述第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；并且其中滿足下列條件(1)至(4):1.3《IF,/FI《2.0條件(1)1F2/F1》4.0條件(2)3.8《iF3/Fl《5.0條件(3)0.8《BFL/F《1.4條件(4)其中F為所述廣角投影透鏡的焦距；為所述第一透鏡組的焦距；F2為所述第二透鏡組的焦距-，F(xiàn)3為所述第三透鏡組的焦距；以及BFL為后焦距。9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡的有效焦距與像高之比為約0.5至約1.0。10.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的游戲投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡的后焦距小于約1.4倍有效焦距以及其感光度小于或等于約F/3.1,并且其中所述投影透鏡以至少約50°的半視場角生成圖像，所述圖像基本上沒有畸變。11.一種數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，包括外殼；光學(xué)引擎，其設(shè)置在所述外殼中；以及擴(kuò)展接口，其被構(gòu)造為接納數(shù)字圖像播放器，其中所述光學(xué)引擎投射由所述數(shù)字圖像播放器生成的圖像。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述數(shù)字圖像播放器包括MPEG圖像播放器。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述數(shù)字圖像播放器生成圖像，所述圖像通過所述光學(xué)引擎被投射到觀看表面上，當(dāng)所述數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)距所述觀看表面約0.5米或更近時(shí)，所述投影圖像的尺寸為至少約40英寸(對(duì)角線)。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述光學(xué)引擎包括照明系統(tǒng)；成像系統(tǒng)；以及廣角投影透鏡。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，還包括和所述外殼連接的可調(diào)式柄部。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡包括下列部件，從圖像側(cè)依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，所述第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；并且其中滿足下列條件(1)至(4):IF"FI》4.5條件(1)2.5《|F2/F|《6.0條件(2)3.8《|F3/F|《5.0條件(3)0.8《BFL/F《1.4條件(4)其中F為所述廣角投影透鏡的焦距；F,為所述第一透鏡組的焦距；F2為所述第二透鏡組的焦距；F3為所述第三透鏡組的焦距；以及BFL為后焦距。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡包括以下部件，從圖像側(cè)依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，所述第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；并且其中滿足下列條件(1)至(4):1.3《IF,/Fi《2.0條件(1)|F2/F|》4.0條件(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中F為所述廣角投影透鏡的焦距；為所述第一透鏡組的焦距；F2為所述第二透鏡組的焦距；F3為所述第三透鏡組的焦距；以及BFL為后焦距。18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡的有效焦距與像高之比為約0.5至約1.0。19.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的數(shù)字圖像播放器投影系統(tǒng)，其中所述廣角投影透鏡的的后焦距小于約1.4倍有效焦距以及其感光度小于或等于約F/3.1,并且其中所述投影透鏡以至少約50°的半視場角生成圖像，所述圖像基本上沒有畸變。全文摘要一種便攜式投影裝置，所述裝置可以用作個(gè)人游戲系統(tǒng)，并且還可以被構(gòu)造為完全集成的便攜式視頻游戲系統(tǒng)，所述視頻游戲系統(tǒng)允許游戲者在幾乎任何位置插上電源玩游戲，并且僅使用墻壁或其他觀看表面顯示投影圖像。在一個(gè)方面，所述便攜式投影裝置包括外殼、柄部和光學(xué)引擎。所述光學(xué)引擎包括照明源、成像系統(tǒng)和廣角投影透鏡，所述廣角投影透鏡包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，所述第一透鏡組具有至少一個(gè)非球形表面；第二透鏡組；以及具有正屈光力的第三透鏡組。廣角投影透鏡滿足下列的條件(1)至(4)|F₁/F|≥4.5(條件(1))；2.5≤|F₂/F|≤6.0(條件(2))；3.8≤|F₃/F|≤5.0(條件(3))；以及0.8≤BFL/F≤1.4(條件(4))。文檔編號(hào)G03B21/10GK101384955SQ200780005464公開日2009年3月11日申請(qǐng)日期2007年1月30日優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日發(fā)明者盧開昌,小埃內(nèi)斯托·M·羅德里格斯,帕特里夏·M·休斯申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司