專利名稱：長焦距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，尤其涉及形成由像素構(gòu)成的物體諸如LCD或DMD的圖像用的投影透鏡。
使用投影透鏡系統(tǒng)(這里也叫做“投影系統(tǒng)”)，以在觀看屏上形成物體的圖像。這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中10是光源(例如，鹵鎢燈)，12是形成光源的像(這里叫做照明系統(tǒng)的“輸出”)的照明光學(xué)裝置，14是被投影的物體(例如接通和斷開像素的矩陣)，以及13是的透鏡元件構(gòu)成的投影透鏡，它在觀看屏16上形成物體14的放大圖像。該系統(tǒng)也包括位于像素化板附近的物鏡，例如Fresnel透鏡，以將照明系統(tǒng)的出射光瞳引向投影透鏡的入射光瞳。
圖4繪出了LCD板的情況，其中照明系統(tǒng)的輸出射到板的背面并通過板的那些透明的像素。另一方面，DMD由反射而進(jìn)行工作繼而照明系統(tǒng)的輸出由棱鏡或類似的裝置引到板的前面。
在其中物體是像素化板的投影透鏡系統(tǒng)可用于各種應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。此投影透鏡系統(tǒng)最好應(yīng)用單個投影透鏡，該透鏡形成例如具有紅、綠和藍(lán)像素的單個板的圖像，或形成三個單獨(dú)的板的圖像，一個板用于一種顏色。在某些情況下，使用兩個板，一個板用于兩種顏色，例如，紅和綠，另一個板用于一種顏色，例如，藍(lán)。旋轉(zhuǎn)濾光鏡輪或類似的裝置與用于兩種顏色的板相關(guān)，對該板也可與旋轉(zhuǎn)濾光鏡同步地饋送用于兩種顏色的信息。
需要用于像素化板的投影透鏡，所述投影透鏡至少同時具有以下特性(1)長的焦距；(2)長的后焦距；(3)能在各種放大率下工作，而保持與照明系統(tǒng)輸出的有效耦合以及高水平的像差校正；(4)相當(dāng)小的尺寸，包括數(shù)目少的透鏡元件，相當(dāng)短的鏡筒長度，以及相當(dāng)小的最大透鏡直徑；(5)高水平的顏色校正；(6)低畸變；以及(7)對溫度變化的低敏感度。
用于劇院、會議廳和類似場所的投影系統(tǒng)需要長的焦距。在這種環(huán)境中，投影系統(tǒng)一般位于廳的后面，從而從透鏡到觀看屏的投射距離很長。對于給定的板尺寸和屏幕尺寸，即，給定的放大率，焦距越長，則投射距離越長。相應(yīng)地，對于給定的放大率范圍，透鏡的焦距必須隨投射距離的增加而增加。
需要長的后焦距，即，從最后一個透鏡表面到像素化板的距離，尤其是在使用多個板以容納光學(xué)元件例如濾光鏡、分束器、棱鏡和類似元件的情況，這些元件用于組合來自透鏡系統(tǒng)向觀看屏投影的不同顏色光路的光。此外，長的后焦距使照明系統(tǒng)的輸出對于相當(dāng)大輸出距離將位于投影透鏡附近。想要相當(dāng)大的輸出距離，因為它們可對像素化板處的光提供相當(dāng)窄的入射角，這對于LCD板的情況尤為重要。
想要一種可在各種放大率下有效地工作的投影透鏡，因為它使得投影系統(tǒng)可使用不同尺寸的屏幕和用于不同大小的廳，而不必改變系統(tǒng)的任何一個元件。只需要改變物和像的共軛，這很容易通過相對于像素化板移動透鏡來實現(xiàn)。當(dāng)然，問題的困難之處在于對照明系統(tǒng)的輸出提供有效的耦合，并在放大率的操作范圍內(nèi)提供高水平的像差校正。
從成本、重量和尺寸的觀點(diǎn)來看，需要一種相當(dāng)小的投影透鏡。透鏡元件數(shù)目多且元件直徑大要消耗更多的原材料，重量更重，生產(chǎn)和安裝更費(fèi)錢。長的鏡筒長度通常增加了投影系統(tǒng)的總尺寸，這也將導(dǎo)致成本和重量的增加。相應(yīng)地，想要一種透鏡，它具有最少數(shù)目的相當(dāng)小的透鏡元件，且透鏡元件相互的距離相當(dāng)近。
高水平的顏色校正是重要的，因為很容易看出像素化板圖像中的色差，有如一個模糊的像素，或在極端情況下，一個像素從圖像中完全消失。這些問題一般在視場的邊緣處最嚴(yán)重。一般來說，在像素化板處測得的顏色校正應(yīng)優(yōu)于大約一個像素，最好是優(yōu)于大約半個像素，以避免這些問題。
需要解決系統(tǒng)的所有色差，而橫向顏色、彗形像差的色彩變化，以及像散色差一般最具有挑戰(zhàn)性。橫向顏色(即，放大率隨顏色的變化)尤其麻煩，因為它本身表現(xiàn)為對比度的降低，尤其是在視場的邊緣處。在極端情況下，可在整個視場區(qū)域中的看見彩虹效應(yīng)。
在使用陰極射線管(CRT)的投影系統(tǒng)中，例如可通過相對于藍(lán)色CRT上產(chǎn)生的圖像尺寸減小紅色CRT上產(chǎn)生的圖像尺寸，用電子學(xué)的方法補(bǔ)償少量(剩余)的橫向顏色。然而，對于像素化板不能進(jìn)行這樣的調(diào)節(jié)，因為圖像被數(shù)字化，從而不可能在整個視場內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)節(jié)尺寸。因此投影透鏡需要更高水平的橫向顏色校正。
應(yīng)注意，隨著投影透鏡焦距的增加，對色差進(jìn)行校正就更難了。于是，上述第一和第五標(biāo)準(zhǔn)(即，長焦距和高水平的顏色校正)在達(dá)到適宜的透鏡設(shè)計時是相互矛盾的。
使用像素化板來顯示數(shù)據(jù)迫切需要對畸變的校正。這是因為在觀看數(shù)據(jù)時即使在透鏡視場之極端點(diǎn)處也需要良好的圖像質(zhì)量。將看出，顯示數(shù)字或字母的不畸變的圖像在視場邊緣處與在視場中央處同樣重要。此外，投影透鏡常用于偏置板，例如

圖1-3的透鏡就是為這種使用而設(shè)計的。在此情況下，觀看屏處的畸變并不相對于通過該屏中心的水平線對稱改變，而是例如從屏的底部到頂部單調(diào)增加。這個效應(yīng)使得即使少量的畸變也容易被觀看者看到。
為了產(chǎn)生亮度足夠的圖像，必須有大量的光通過投影透鏡。結(jié)果，在室溫和透鏡工作溫度之間通常存在明顯的溫差。此外，需要透鏡可在各種環(huán)境條件下工作。例如，投影透鏡系統(tǒng)常常安裝在房間的天花板上，包括周圍溫度顯著超過40℃的建筑物的屋頂。為了解決這些效應(yīng)，需要其光學(xué)特性對溫度變化相當(dāng)不敏感的投影透鏡。
解決溫度敏感問題的一個方法是使用玻璃構(gòu)成的透鏡元件。與塑料相比，玻璃元件的曲率半徑和折射率的變化一般低于塑料元件的這些變化。然而，玻璃元件一般比塑料元件貴，在像差控制需要非球面表面時更貴。如下所述，可使用塑料元件，只要適當(dāng)?shù)剡x擇塑料元件的光焦度和位置，它仍可實現(xiàn)對溫度的不敏感性。
下述投影透鏡實現(xiàn)了以上的所有需要，并可成功地用于生產(chǎn)相當(dāng)?shù)统杀镜耐队巴哥R系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在觀看屏上形成像素化板的高質(zhì)量彩色圖像。
在以下的各個專利中描述了使用像素化板的投影透鏡，包括Taylor的美國專利No.4,189,211，Tanaka等人的美國專利No.5,042,929，Yano等人的美國專利No.5,179,473，Moskovich的美國專利No.5,200,861，Moskovich的美國專利No.5,218,480，Iizuka等人的美國專利No.5,278,698，Betensky的美國專利No.5,313,330，以及Yano的美國專利No.5,331,462?？稍贕agnon等人的美國專利No.4,425,028，Gagnon的美國專利No.4,461,542，Ledebuhr的美國專利No.4,826,311，以及歐洲專利局專利公報No.311,116中找到對LCD系統(tǒng)的討論。
依據(jù)上述觀點(diǎn)，本發(fā)明的一個目的是提供使用像素化板的改進(jìn)的投影透鏡，它同時具有以上討論的七個所需的性質(zhì)的每一個性質(zhì)。利用從其像側(cè)到其物側(cè)(即，從長共軛側(cè)到其短共軛側(cè))依次包括以下單元的投影透鏡實現(xiàn)此目的(A)第一透鏡單元，其光焦度很弱且包括高色散材料構(gòu)成的負(fù)透鏡元件和低色散材料構(gòu)成的正透鏡元件，所述第一透鏡單元具有至少一個非球面表面；(B)第二透鏡單元，具有正光焦度；以及(C)第三透鏡單元，它與第二透鏡單元隔得很開，所述第三透鏡單元具有負(fù)光焦度和總的彎月形形狀。
在本發(fā)明的某些較佳實施例中，第三透鏡單元的總彎月形形狀包括一較短的半徑表面和一較長的半徑表面，較短的半徑表面面對投影透鏡的長共軛(像側(cè))。
在其它較佳實施例中，透鏡系統(tǒng)至少滿足下述某些數(shù)值限制，最好滿足下述所有的數(shù)值限制0.3＞D23/f0＞0.1 (1)|f1|/f0＞1.3 (2)
BFL/f0＞0.3 (3)這里(i)f0是第一、第二和第三透鏡單元組合的有效焦距；(ii)f1是第一透鏡單元的有效焦距；(iii)BFL是第一、第二和第三透鏡單元組合的后焦距，物體位于投影透鏡長共軛側(cè)的無限遠(yuǎn)處；以及(iv)D23是從第二透鏡單元的最后表面到第三透鏡單元單元的最前表面測得的第二和第三單元之間的距離。
在還有一些較佳實施例中，|f1|/f0大于大約2.5，BFL/f0大于大約0.4。
限制(1)-(2)相應(yīng)于投影透鏡的物理結(jié)構(gòu)。當(dāng)滿足這些限制時，可實現(xiàn)限制(3)，且仍可實現(xiàn)高水平的顏色校正和低水平的畸變。
在某些實施例中，把照明系統(tǒng)輸出的位置用作投影透鏡的偽孔徑闌/入射光瞳來設(shè)計本發(fā)明的投影透鏡(見Betensky，美國專利No.5,313,330，通過引用，把其相關(guān)部分包括于此)。于是，可在照明系統(tǒng)的光輸出和投影透鏡之間實現(xiàn)有效的耦合。以此方法設(shè)計圖1的投影透鏡。
依據(jù)這些實施例，本發(fā)明提供了形成物體圖像的投影透鏡系統(tǒng)，它包括(a)照明系統(tǒng)，包括光源和形成光源像的照明光學(xué)裝置，所述像是照明系統(tǒng)的輸出；(b)包括物體的像素化板；以及(c)上述類型的投影透鏡，所述投影透鏡具有入射光瞳，該入射光瞳的位置基本上相應(yīng)于照明系統(tǒng)輸出的位置。
結(jié)合本發(fā)明的其它方面，通過改變像素化板與第一、第二和第三透鏡單元之間的距離，而(a)保持第二和第三透鏡單元之間的距離不變，以及(b)改變第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離，來改變投影透鏡系統(tǒng)的光焦度。
也把本發(fā)明的投影透鏡設(shè)計成基本上是無熱的。如下所述，這可通過使用具有類似的正和負(fù)光焦度的塑料透鏡元件來實現(xiàn)。于是，通過負(fù)透鏡元件光焦度的變化來補(bǔ)償溫度變化引起的正透鏡元件光焦度的變化，這樣對投影透鏡提供了隨溫度變化基本上不變的總的光學(xué)性質(zhì)。
圖1-3是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的投影透鏡的側(cè)視示意圖。
圖4是示出可使用本發(fā)明投影透鏡的全部投影透鏡系統(tǒng)的示意圖。
引入并構(gòu)成說明書一部分的上述附圖示出本發(fā)明的較佳實施例，并結(jié)合描述用于說明本發(fā)明的原理。當(dāng)然，應(yīng)理解附圖和描述都只是示例，而不是對本發(fā)明的限制。
本發(fā)明的投影透鏡在攝遠(yuǎn)鏡頭(單元2和3)的長共軛一側(cè)上具有校正器單元(單元1)的一般形式。攝遠(yuǎn)鏡頭一般具有小于大約10°的半個視場。利用校正器單元，本發(fā)明的投影透鏡具有寬得多的視場，例如大于大約20°的半視場。
第一透鏡單元(校正器單元)具有弱的光焦度以及至少一個非球面表面，并包括高色散材料構(gòu)成的負(fù)透鏡元件和低色散材料構(gòu)成的正透鏡元件。第一透鏡單元最好滿足以上限制條件(2)。雖然在必要時可使用玻璃材料，但負(fù)和正透鏡元件最好由塑料材料構(gòu)成。然而，為了實現(xiàn)熱穩(wěn)定，如果把透鏡元件之一從塑料改為玻璃，則兩個透鏡元件的材料都應(yīng)改變。
一般來說，高色散材料是具有類似于火石玻璃的色散的材料，低色散材料是具有類似于冕牌玻璃的色散的材料。尤其是，高色散材料是對于1.85到1.5范圍內(nèi)的折射率其V值范圍分別從20到50的那些材料，低色散材料是對于相同范圍內(nèi)的折射率其V值范圍分別從35到75的那些材料。
對于塑料透鏡元件，選中的低和高色散材料分別是丙烯酸和苯乙烯。當(dāng)然，必要時可使用其它塑料。例如，替代苯乙烯，可使用具有類似于火石玻璃色散的聚碳酸酯以及聚苯乙烯和丙烯酸的共聚物(例如，NAS)。見《The Hand book ofPlastic Optics》U.S.Precison Lens，Inc.，Cincinnati，Ohio，1983，pp.17～29。
第一透鏡單元，尤其是該單元的非球面表面有利于校正系統(tǒng)畸變，對于使用像素化板的透鏡系統(tǒng)需要很好地校正上述畸變。在像處畸變校正一般優(yōu)于大約一個百分點(diǎn)，最好優(yōu)于大約0.5個百分點(diǎn)。非球面表面也有利于校正球差、像散和彗形像差。通過第一單元的高色散負(fù)元件并結(jié)合低色散正元件可實現(xiàn)顏色校正。第一透鏡單元在透鏡系統(tǒng)的聚焦中也起重要的作用。尤其是，第一透鏡單元以不同于第二和第三透鏡單元的速度相對于像素化板移動，以改變系統(tǒng)的放大率而保持高的圖像質(zhì)量。于是第一透鏡單元可看作是前部、非球面、聚焦的顏色校正器。
第二和第三透鏡單元具有攝遠(yuǎn)鏡頭的形式。因此，第二透鏡單元具有正光焦度，第三透鏡單元具有負(fù)光焦度，這兩個單元隔得很開。這兩個單元之間的間隔最好滿足以上限制條件(1)。照明系統(tǒng)的輸出一般位于第二和第三透鏡單元之間，因此這些單元最好只包括可承受該輸出附近所產(chǎn)生的熱量的玻璃元件。
第二和第三透鏡單元的光焦度的值一般相同，每個透鏡單元的光焦度值顯著大于第一透鏡單元的光焦度的值。
如上所述，把本發(fā)明的投影透鏡做成無熱化的，從而系統(tǒng)的光學(xué)性能(尤其包括系統(tǒng)的后焦距)基本上不隨投影透鏡從室溫加熱到其工作溫度而變化。說得具體些，后焦距的變化最好小于明顯改變系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的量，例如，在5周/毫米處MTF中的變化應(yīng)小于大約10％。對于以下提出的特殊例子，此MTF標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)于小于大約0.8毫米的后焦距的變化。通過選擇和放置塑料透鏡元件的透鏡來實現(xiàn)透鏡焦點(diǎn)所需的熱穩(wěn)定性。
一般，使用塑料透鏡元件的缺點(diǎn)是塑料光學(xué)材料的折射率明顯地隨溫度而變化。另一個效應(yīng)是形狀隨溫度而改變(即，膨脹或收縮)。通常，后一個效應(yīng)沒有折射率的變化那么明顯。
如果在透鏡中只使用低光焦度的塑料透鏡元件，則可在塑料鏡片的熱變化和系統(tǒng)的塑料或鋁制部件(例如，通常是由熱引起的焦點(diǎn)變化的主要機(jī)械來源的透鏡鏡筒)的熱變化之間實現(xiàn)平衡。在設(shè)計中不加限制地使用光學(xué)塑料，(即，使用光焦度相當(dāng)高的塑料透鏡元件的能力)的優(yōu)點(diǎn)在于塑料透鏡元件很容易模制，所以可使用非球面光學(xué)表面(非球面)來增大特殊透鏡設(shè)計的能力(性能)。使用光焦度相當(dāng)高的塑料元件也使透鏡一般具有較低的總成本。
如果在設(shè)計中的凈的塑料光焦度是顯著的，則需要進(jìn)行無熱化，否則透鏡的焦點(diǎn)將隨透鏡溫度從室溫到其工作溫度的變化而明顯改變。對于必須把大量的光傳輸?shù)接^看屏，因此該投影機(jī)所具有的操作溫度明顯高于室溫的投影機(jī)來說尤其如此。
對于本發(fā)明的投影透鏡，通過平衡正和負(fù)塑料光焦度，并考慮塑料透鏡元件的位置和這些元件處邊緣光線高度，可實現(xiàn)無熱化。
就元件將經(jīng)受的溫度變化量因而將在元件折射率中產(chǎn)生的變化量而言，塑料透鏡元件的位置很重要。一般，靠近光源或光源像的元件將經(jīng)受較大的溫度變化。在實踐中，用光源及其相關(guān)的照明光學(xué)裝置的工作來測量投影透鏡所在區(qū)域中的溫度分布，并把這些測量值用于投影透鏡的設(shè)計中。
對給定的熱變化，特殊塑料透鏡元件處的邊緣光線高度確定元件折射率的變化相對于透鏡的總體熱穩(wěn)定性是否明顯。與邊緣光線高度大的元件相比，邊緣光束高度小的元件(例如，靠近系統(tǒng)焦點(diǎn)的元件)一般將對系統(tǒng)的總體熱穩(wěn)定性產(chǎn)生較小的影響。
根據(jù)上述考慮，通過使塑料透鏡元件中負(fù)和正光焦度的值相平衡，并根據(jù)元件將經(jīng)受的溫度變化以及元件處的邊緣光線高度調(diào)節(jié)特殊元件的貢獻(xiàn)，來實現(xiàn)此無熱化。在實踐中，可在計算機(jī)透鏡設(shè)計程序中包括此無熱化過程，如下所述。首先，在第一溫度分布處完成光線軌跡，并計算后焦距。此光線軌跡可以是對于邊緣光線的旁軸光線軌跡。其次，在第二溫度分布處完成相同的光線軌跡，并再次計算后焦距。對于整個透鏡第一和第二溫度分布都不必恒定，但在一般情況下它們可隨透鏡元件的不同而不同。然后當(dāng)使用透鏡設(shè)計程序來優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計時把計算得到的后焦距限定于恒定值。
應(yīng)注意上述方法假設(shè)隨系統(tǒng)溫度的變化，對投影透鏡和像素化板的機(jī)械安裝保持最后一個透鏡表面和板之間的距離基本上不變。如果不能保證這樣的假設(shè)，則可制定用于進(jìn)行無熱化的其它規(guī)定，例如?？稍谔幚砘蛄硪粋€距離中包括機(jī)械安裝的相對移動，還可假設(shè)前透鏡表面和板之間的距離是機(jī)械上固定的。
圖1到3示出依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的各種投影透鏡。相應(yīng)的說明和光學(xué)特性分別呈現(xiàn)在表1到3中。HOYA或SCHOTT標(biāo)記用于透鏡系統(tǒng)中使用的玻璃。在本發(fā)明的實驗中可使用其它制造商生產(chǎn)的同等的玻璃。對于塑料元件采用在工業(yè)可接受的材料。
在表中提出的非球面系數(shù)用于以下公式z=cy21+[1-(1+k)c2y2]1/2+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12+Iy14]]>這里z是從系統(tǒng)光軸算起的距離y處的表面垂弛度，c是光軸處透鏡的曲率，k是圓錐常數(shù)，對于表1-3的說明，它為0。
表中使用的縮寫如下EFL有效聚焦FVD前頂點(diǎn)距離f/ f數(shù)ENP從長共軛看到的入射光瞳EXP從長共軛看到的出射光瞳BRL鏡筒長度OBJ HT 物體高度MAG放大率STOP 孔徑闌位置IMD像距OBD物距OVL總長度。
與表中各個表面相關(guān)的標(biāo)記“a”代表非球面表面，即，在以上公式中D、E、F、G、H或I中至少有一個不為零的表面。以毫米為單位給出表中所有的尺寸。根據(jù)圖中光從左到右行進(jìn)的假設(shè)構(gòu)成這些表。實際上，觀看屏將在左側(cè)，而像素化板將在右側(cè)，光將從右側(cè)行進(jìn)到左側(cè)。在圖中由標(biāo)記“ PP”示出像素化板。當(dāng)包括板從透鏡系統(tǒng)光軸的偏置時，要為其設(shè)計透鏡的板(具體說，LCD板)具有大約330毫米的有效對角線。
在表1中，第一透鏡單元(U1)包括表面1-4，第二透鏡單元(U2)包括表面5-6，第三透鏡單元(U3)包括表面7-8。在表2-3中，第一透鏡單元(U1)包括表面1-4，第二透鏡單元(U2)包括表面5-6，第三透鏡單元(U3)包括表面8-11。
如上所述，使用Betensky的美國專利No.5,313,330中的偽孔徑闌/入射光瞳技術(shù)設(shè)計圖1的投影透鏡。表1中的表面9構(gòu)成偽孔徑闌。其位置相應(yīng)于照明系統(tǒng)輸出的位置。
從標(biāo)有“變量空間”的子表可看出，從偽孔徑闌到像素化板的距離，即，對于圖1投影透鏡系統(tǒng)的所有焦點(diǎn)位置(放大率)，“像距”基本上是不變的。相反，對不同的放大率，空間8有變化。對于示出的焦點(diǎn)位置，該空間相應(yīng)于位于由透鏡的前后透鏡表面限定的空間內(nèi)的照明輸出為負(fù)。
如上所述，可通過改變像素化板與第一、第二和第三透鏡單元之間的距離，而(a)保持第二和第三透鏡單元之間的距離不變，以及(b)改變第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離，使圖1-3的投影透鏡聚焦。如表1-3所示，與透鏡系統(tǒng)相對于像素化板的整體移動相比，第一透鏡單元相對于第二透鏡單元的移動量很小。
表4和5總結(jié)了本發(fā)明透鏡系統(tǒng)的各種性質(zhì)。對沿系統(tǒng)長共軛的無限遠(yuǎn)處的物體計算BFL值。如表5所示，圖1-3的透鏡系統(tǒng)可滿足限制條件(1)到(3)中的每一條。
雖然已描述和示出了本發(fā)明的實施例，但應(yīng)理解，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將從以上揭示的內(nèi)容明白。
表1透鏡數(shù)據(jù)表面編號 類型半徑 厚度 玻璃凈孔徑直徑1 a 145.6603 20.00000丙烯酸140.692 a 771.1563 8.16629 37.813-343.2301 10.00000苯乙烯137.614 a 529.6310 Space 1 130.015243.9732 20.00000BK7 106.726-243.9732 97.41089 105.537-105.3823 5.50000 SK5 92.028-366.2086 Space 2 97.359 孔徑闌像距 67.03符號說明a-多項式非球面偶次冪多項式非球面表1(續(xù))表面編號 D EF G H I1-5.1941E-08 1.1394E-12 -9.4992E-16 -5.6960E-20 1.1729E-24 -5.2932E-282-1.1391E-07 1.3300E-11 -3.3639E-15 4.4420E-19 -3.2536E-23 1.2845E-274 5.6668E-08 -5.2761E-12 3.7040E-16 -5.8822E-20 -7.7815E-24 2.6646E-28變量空間焦點(diǎn)位置空間1T(4) 空間2T(8)焦點(diǎn)偏移像距1 84.377-69.197 -0.986340.0052 87.132-33.674 -1.516340.0053 85.161-58.998 -1.086340.005系統(tǒng)第一級特征，位置1OBJ.HT-5615.0 f/5.28MAG-0.0300STOP0.00 after surface 9 DIA64.878EFL514.956FVD516.262ENP159.421IMD340.005BRL176.257OBD-17820.4 OVL18336.6系統(tǒng)第一級特征，位置2OBJ.HT-1685.3f/5.28 MAG-0.10000STOP0.00 after surface 9DIA64.931EFL515.132 FVD554.541 ENP262.591IMD340.005 BRL214.536OBD-5803.75 OVL6358.29
表1(續(xù))系統(tǒng)第一級特征，位置3OBJ.HT-3370.0 f/5.28 MAG-0.0500STOP0.00 after surface 9 DIA64.884EFL514.006 FVD527.245 ENP186.716IMD340.005 BRL187.240OBD-10954.5OVL11481.7元件的第一級特性元件編號 表面編號光焦度 f′ 1pp 1′pp1 1 2 0.27787E-02359.88-3.0853-16.3342 3 4 -0.28689E-02 -348.56 2.4549-3.78823 5 6 0.41927E-02238.51 6.6780-6.67804 7 8-0.39658E-02 -252.15-1.4074-4.8907透鏡的第一級特性焦點(diǎn)位置編號 光焦度 f′ 1pp 1′pp1 0.19419E-02514.96-140.20-189.412 0.19412E-02515.13-137.29-255.123 0.19417E-02515.01-139.37-199.67
表2透鏡數(shù)據(jù)表面編號 類型 半徑 厚度 玻璃凈孔徑直徑1 a 126.8687 33.00000 丙烯酸162.432 a 548.1152 20.29232 152.433 -369.9293 13.20000 苯乙烯146.424 a 233.1603 Space 1 134.875 184.6235 27.50000BK7 127.016 -279.5319 63.63133 123.127 孔徑闌 45.11486 76.098 -78.9788 5.50000 SK18 89.109 -396.7956 0.55000 101.26104927.7431 11.00000 F2 105.9311-210.3431像距 108.23符號說明a-多項式非球面偶次冪多項式非球面表面編號 D EF G HI1-3.0991E-08 2.0041E-12 -1.9651E-16 -4.5534E-20 -2.6881E-24 1.0855E-272-1.3196E-07 1.6297E-11 -3.5632E-16 4.6548E-19 -2.9665E-23 2.1789E-274-4.6012E-08 -6.3344E-12 1.4385E-15 -8.8970E-20 -3.9446E-23 4.4942E-28變量空間焦點(diǎn)位置空間1T(4)焦點(diǎn)偏移像距1 23.039 -2.570 317.2802 18.696 -1.589 272.413
表2(續(xù))系統(tǒng)第一級特征，位置1OBJ.HT-887.00f/5.75 MAG-0.1900STOP0.00 after surface 7DIA72.135EFL513.555 FVD560.108 ENP252.606IMD317.280 BRL242.828 EXP-53.4854OBD-3406.72 OVL3966.83系統(tǒng)第一級特征，位置2OBJ.HT-1685.3f/5.75 MAG-0.1000STOP0.00 after surface 7DIA63.368EFL515.056 FVD510.897 ENP247.242IMD272.413 BRL238.484 EXP-53.4853OBD-5864.56 OVL6375.45元件的第一級特性元件編號 表面編號光焦度f′ 1pp1′pp1 1 2 0.30686E-02 325.88-6.4855 -28.0202 3 4 -0.41939E-02 -238.44 5.0354 -3.17373 5 6 0.45709E-02 218.78 7.3512 -11.1304 8 9 -0.64596E-02 -154.81-0.83842 -4.21235 10 11 0.30911E-02 323.51 6.5011 -0.27750透鏡的第一級特性焦點(diǎn)位置編號光焦度 f′ 1pp1′pp1 0.19472E-02513.55-190.24-291.282 0.19415E-02515.06-198.94-292.56
表 3透鏡數(shù)據(jù)表面編號 類型半徑 厚度 玻璃凈孔徑直徑1 a 90.420824.54543丙烯酸97.732 a175.829215.09344 86.723 -359.85479.81817 苯乙烯82.174 a159.2121Space 1 78.605 137.6614 20.45452 BK7 79.746 -123.20037.44364 78.677孔徑闌45.18737 72.298 -60.7926 4.09091 SK18 82.199 -172.5408 0.40909 93.8410-119.8987 8.18181 F2 91.5311 -84.5813 像距 94.33符號說明a-多項式非球面偶次冪多項式非球面表面編號 D E F G H I1-1.1374E-07 -1.5369E-11 -4.0794E-15 -8.8952E-19 -1.4217E-22-5.0944E-262-4.3679E-09 7.7379E-11 -2.1796E-14 8.2862E-18 -8.2641E-22-2.2717E-264-8.2574E-08 -4.9966E-11 -3.7277E-16 -3.8757E-18 -1.2593E-21 4.3922E-26變量空間焦點(diǎn)位置空間1T(4)焦點(diǎn)偏移 像距1 18.713 -3.364 300.2662 17.672 -2.219 267.480
表3(續(xù))系統(tǒng)第一級特征，位置1OBJ.HT-887.00f/5.75 MAG-0.1900STOP0.00 after surface 7DIA70.863EFL383.676 FVD454.204 ENP97.7951IMD300.266 BRL153.937 EXP-50.6355OBD-2444.74 OVL2898.94系統(tǒng)第一級特征，位置2OBJ.HT-1685.3f/5.75 MAG-0.1000STOP0.00 after surface 7DIA63.949EFL385.052 FVD420.376 ENP96.5881IMD267.480 BRL152.896 EXP-50.6355OBD-4280.01 OVL4700.38元件的第一級特性元件編號 表面編號光焦度f′1pp 1′pp1 1 2 0.29046E-02344.28-15.887-30.8932 3 4-0.54282E-02 -184.22 4.2377-1.87493 5 6 0.77648E-02128.79 7.3030-6.53594 8 9-0.67343E-02 -148.49-1.3756-3.90435 10 110.23669E-02422.50 15.705-11.079透鏡的第一級特性焦點(diǎn)位置編號光焦度 f′ 1pp1′pp1 0.26064E-02383.68-41.714-152.942 0.25971E-02385.05-44.441-153.86
表4
表權(quán)利要求
1.一種用于形成物體像的投影透鏡，其特征在于按從其像端到其物端的次序，所述透鏡依次包括(A)第一透鏡單元，其光焦度很弱且包括高色散材料構(gòu)成的負(fù)透鏡元件和低色散材料構(gòu)成的正透鏡元件，所述第一透鏡單元具有至少一個非球面表面；(B)第二透鏡單元，具有正的光焦度；以及(C)第三透鏡單元，它與第二透鏡單元隔得很開，所述第三透鏡單元具有負(fù)光焦度和整體的彎月形形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于第三透鏡單元的整體彎月形形狀包括較短半徑的表面和較長半徑的表面，較短半徑的表面面對投影透鏡的像端。
3.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于0.3＞D23/f0＞0.1這里(i)f0是第一、第二和第三透鏡單元組合的有效焦距；以及(ii)D23是第二和第三透鏡單元之間的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于|f1|/f0＞1.3，或|f1|/f0＞2.5，這里(i)f0是第一、第二和第三透鏡單元組合的有效焦距；以及(ii)f1是第一透鏡單元的有效焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其特征在于BFL/f0＞0.3，或BFL/f0＞4，這里(i)f0是第一、第二和第三透鏡單元組合的有效焦距；以及(ii)BFL是第一、第二和第三透鏡單元組合的后焦距，物體位于投影透鏡長共軛側(cè)的無限遠(yuǎn)處。
6.如權(quán)利要求1-5所述的投影透鏡，其特征在于第一透鏡單元包括至少兩個非球面表面，和/或第一透鏡單元只包括塑料透鏡元件以及第二和第三透鏡元件只包括玻璃透鏡元件。
7.如以上權(quán)利要求任一項所述的投影透鏡，其特征在于具有以下的一個、幾個或所有的特征(a)透鏡的BFL基本上不隨透鏡從室溫加熱到其工作溫度而變化；(b)透鏡具有的畸變在圖像處小于大約一個百分點(diǎn)；(c)透鏡沿像的方向具有大于大約20°的半視場；(d)物體是像素化板；(e)透鏡具有的橫向色差在物體處小于大約一個像素。
8.如以上任一權(quán)利要求所述用于形成物體圖像的系統(tǒng)中的投影透鏡，其特征在于所述系統(tǒng)包括(a)照明系統(tǒng)，包括光源和形成光源像的照明光學(xué)裝置，所述光源像是照明系統(tǒng)的輸出；(b)包括物體的像素化板。
9.如權(quán)利要求8所述的投影透鏡，其特征在于所述投影透鏡具有入射光瞳，其位置基本上相應(yīng)于照明系統(tǒng)輸出的位置。
10.如權(quán)利要求8或9所述的投影透鏡，其特征在于通過改變像素化板與第一、第二和第三透鏡單元之間的距離，而(a)保持第二和第三透鏡單元之間的距離不變，以及(b)改變第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離，來改變投影透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)。
全文摘要
提供了用于LCD或DMD板的投影透鏡。該透鏡具有第一透鏡單元，其光焦度很低且包括高色散材料構(gòu)成的負(fù)透鏡元件和低色散材料構(gòu)成的正透鏡元件，所述第一透鏡單元具有至少一個非球面表面；第二透鏡單元，具有正光焦度；以及第三透鏡單元，它與第二透鏡單元隔得很開，所述第三透鏡單元具有負(fù)光焦度和整體的彎月形狀。投影透鏡滿足以下關(guān)系0.3>D
文檔編號G02B9/12GK1167924SQ9710551
公開日1997年12月17日 申請日期1997年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月30日
發(fā)明者雅各布·莫斯科維奇 申請人:美國精密鏡片股份有限公司