專利名稱：用于透鏡陣列的復(fù)合透鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于透鏡陣列的復(fù)合透鏡裝置，具體地說，本發(fā)明涉及用于透鏡陣列或用于多透視自動(dòng)立體投影系統(tǒng)中排列成陣列的投影器的復(fù)合透鏡裝置。
在已知的多透視自動(dòng)立體投影系統(tǒng)中，來自顯示物體的不同透視圖的多個(gè)投影器的圖像被投影到比如向場透鏡的方向選擇投影屏上。這種屏幕具有重新排列“觀看空間”中投影器的出射光瞳的圖像陣列的特性，使得屏幕的每一個(gè)觀眾看到立體圖像對、因此看到了三維圖象。因此，如果觀眾在水平方向上在相鄰圖象之間跨越，那么，三維圖像就會不連續(xù)地變化或“翻轉(zhuǎn)”。這類顯示器的問題是觀眾看到的圖像被與投影器透鏡頭間的間隙有關(guān)的暗區(qū)分開了。
在Butterworth-Heineman公司1993年的“顯示器”第14卷第1期中發(fā)表的由R Bomer所著題為“采用前后投影并在平板顯示器上的自動(dòng)立體3維成像”論文中，這個(gè)問題通過利用至少兩個(gè)彼此在垂直方向上隔開、在水平方向上偏移的投影器透鏡頭層使投影器透鏡的出射光瞳重疊而得到解決的。這樣，第一層中投影器透鏡頭的出射光瞳軸將位于第二層中兩個(gè)相鄰?fù)队捌魍哥R的出射光瞳軸之間的水平面上。為了消除“觀看空間”中圖像之間的暗區(qū)，可以利用兩面凸?fàn)钇聊皇箒碜圆煌瑢油队捌魍哥R的出射光瞳的圖像在“觀看空間”中重疊。在1996年“歐洲顯示器”中由G.Bader，E.Lueder和J.Fuhmann發(fā)表的題為“自動(dòng)立體實(shí)時(shí)3維顯示系統(tǒng)”的論文中運(yùn)用了一種相似的方法。利用這種多層設(shè)備所得到的顯示裝置過分復(fù)雜，而且，利用兩面凸陣列擴(kuò)展出射光瞳圖像可能影響投影圖像的質(zhì)量。
在攝影光學(xué)儀器工程師學(xué)會(SPIE)卷2219的“駕駛室顯示器”(1994)中由Gordon R.Little，Steven C.Gustafson和VasilikiE.Nikolaou發(fā)表的題為“多透視自動(dòng)立體顯示器”的論文中，“觀看空間”中相鄰圖像間的間隙問題通過利用包括菲涅耳透鏡和兩面凸?fàn)铌嚵械?、用以擴(kuò)展開“觀看空間”中的每一個(gè)圖像從而消除相鄰圖像間的任何間隙的光瞳形成屏幕得到了解決。但這又具有因?yàn)榻档土孙@示器的分辨率而影響投影圖像質(zhì)量的缺點(diǎn)。
本發(fā)明旨在通過提供用于透鏡陣列的復(fù)合透鏡裝置而至少克服上述問題中的一些問題，本發(fā)明在不要求太復(fù)雜的顯示裝置也不降低觀眾所看到的圖像的分辨率的情況下，基本上消除了“觀看空間”中圖像間的暗區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種復(fù)合透鏡裝置，它用于包括至少兩個(gè)透鏡單元的這種透鏡裝置的陣列中，所述至少兩個(gè)透鏡單元包括前透鏡單元，后者的前透鏡表面是復(fù)合透鏡裝置中最大直徑的透鏡表面，其中，所述復(fù)合透鏡裝置的出射光瞳以所述前透鏡表面的邊緣為邊界并且位于所述前透鏡表面邊緣的平面上。在這種復(fù)合透鏡裝置中，出射光瞳位于所述裝置的前面、在所述裝置的最大直徑透鏡表面處，這意味著在這種復(fù)合透鏡裝置陣列中，鄰接的透鏡裝置有鄰接的出射光瞳。因此，在相鄰復(fù)合透鏡裝置的出射光瞳之間將沒有間隙，因此本發(fā)明可以用于在自動(dòng)立體投影系統(tǒng)中排除“觀看空間”中圖像間的暗區(qū)問題。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置在任何要求使用帶鄰接出射光瞳的透鏡陣列的應(yīng)用中都有用。
孔徑光闌可位于復(fù)合透鏡的前透鏡單元內(nèi)。透鏡的孔徑光闌最好位于復(fù)合透鏡裝置的透鏡單元而不是前透鏡單元的前面，這樣可以提高透鏡裝置相對于孔徑光闌的對稱性、有助于減小復(fù)合透鏡中的慧差、失真和橫向著色(transverse colour)。復(fù)合透鏡裝置的孔徑光闌可位于前透鏡單元的后透鏡表面處與復(fù)合透鏡裝置的光軸相交的平面上。
前透鏡單元本身可以是一個(gè)復(fù)合透鏡或者可以包括單透鏡。最好前透鏡單元的后透鏡表面是凹面而前透鏡單元的前透鏡表面是凸面。
在最佳配置中，前透鏡單元是復(fù)合透鏡裝置中最大直徑的透鏡單元。
本發(fā)明的第一方面涉及復(fù)合透鏡裝置的出射光瞳位于其最后(或前)表面而出射光瞳的邊緣是出射光瞳所在平面和所述最后表面的相交環(huán)。出射光瞳的直徑確定了復(fù)合透鏡裝置的最大直徑而出射光瞳的半徑大于或等于在沒有光暈的情況下通過復(fù)合透鏡描繪出的所有的光線高度。因此，幾個(gè)這種復(fù)合透鏡可以這樣排列成陣列，使得它們的出射光瞳鄰接，從而當(dāng)這種復(fù)合透鏡陣列在多投影器自動(dòng)立體顯示器中作為投影器透鏡頭陣列時(shí)將沒有暗區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種投影器，它用于包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的復(fù)合透鏡裝置的這種投影器的陣列。如上所述，這種投影器可以用于自動(dòng)立體投影系統(tǒng)中這種投影器的鄰接陣列以便消除系統(tǒng)的“觀看空間”中圖像之間的間隙。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種自動(dòng)立體投影系統(tǒng)，它包括根據(jù)本發(fā)明第二方面的投影器陣列。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種設(shè)計(jì)用于這種透鏡陣列的復(fù)合透鏡裝置的方法，所述方法包括以下步驟；確定復(fù)合透鏡裝置的前透鏡單元的材料、前透鏡單元的前透鏡表面的直徑、前透鏡單元的前透鏡表面和后透鏡表面的曲率半徑，并且確定以所述前透鏡表面的邊緣為邊界并位于所述前透鏡表面邊緣的平面中的復(fù)合透鏡裝置的出射光瞳的位置，根據(jù)上面所確定的參數(shù)，利用光線描跡裝置，通過描繪通過前透鏡單元的邊緣光線來描繪復(fù)合透鏡裝置的孔徑光闌的位置和大小，
重復(fù)上述步驟，直到通過前透鏡單元的邊緣光線的高度在出射光瞳處為最高，然后固定上面所確定的參數(shù)，確定復(fù)合透鏡裝置的其他剩余透鏡表面的直徑、后者小于前透鏡單元的前透鏡表面的直徑，并確定復(fù)合透鏡裝置的功能性，利用光線描跡裝置以這樣的方式設(shè)計(jì)復(fù)合透鏡裝置的剩余部分，即，剩余透鏡表面不改變所述出射光瞳和通過所述前透鏡單元的邊緣光線高度之間的上面所確定的關(guān)系。
最好只在孔徑光闌的直徑小于出射光瞳的直徑時(shí)才固定所述方法的第一步驟中所確定的參數(shù)。
此方法可用于設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明第一方面的復(fù)合透鏡裝置，因而它具有與本發(fā)明第一方面相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
術(shù)語邊緣光線一般用于描述通過透鏡系統(tǒng)的孔徑光闌或入口或出射光瞳的邊緣的那些光線。邊緣光線是那些從物點(diǎn)通過透鏡系統(tǒng)描繪出的光線中最高的(即移動(dòng)到距光軸最遠(yuǎn)的)光線。在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡中，邊緣光線將通過出射光瞳的邊緣，因?yàn)槌錾涔馔菍?shí)的。
確定前透鏡單元的前透鏡表面直徑的步驟最好包括確定前透鏡單元直徑的步驟。
確定復(fù)合透鏡裝置的功能性的步驟最好包括將復(fù)合透鏡定義為具有規(guī)定的物距和像距的有限共軛透鏡，因?yàn)檫@種復(fù)合透鏡將適用于自動(dòng)立體投影系統(tǒng)的投影器。另一種供選擇的方法是，可以將復(fù)合透鏡裝置定義為有限-無限共軛透鏡單元。
對本發(fā)明來說，將把孔徑光闌定義為出射光瞳的像。
下面將參考附圖以舉例的方式對本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖中

圖1a示意地示出一種多透視自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)，它利用方向選擇投影屏幕和投影器陣列，其中每個(gè)投影器都包括本發(fā)明的復(fù)合透鏡。
圖1b示意地示出一種多透視自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)，它利用場透鏡和陣列投影器，其中每個(gè)投影器都包括本發(fā)明的復(fù)合透鏡。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置的第一實(shí)施例。
圖3示出圖2的復(fù)合透鏡的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線。
圖4示出圖2的復(fù)合透鏡的前透鏡單元的上部分。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置的第二實(shí)施例。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置的第三實(shí)施例。
圖7示出設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置時(shí)涉及的方法步驟。
圖1a和1b示出多透視自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)，其中，三個(gè)投影器(2，4，6)中的每一個(gè)投影一個(gè)從對物體或場景的不同透視所拍攝的像。各個(gè)投影器(2，4，6)各自包括一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的相應(yīng)的復(fù)合透鏡裝置(12，14，16)，后者是按照下面所描述的方法設(shè)計(jì)的，使得各透鏡的出射光瞳與透鏡的前表面重合，并且使得各透鏡的前元件的直徑最大。這意味著復(fù)合透鏡(12，14，16)的出射光瞳可以位于這樣的彼此相鄰的位置、以致它們彼此接觸，從而消除了相鄰?fù)队捌魍哥R(12，14，16)的出射光瞳之間的任何間隙。
圖1a中的方向選擇投影系統(tǒng)(8a)或圖1b中的向場透鏡(8b)將觀看空間中各投影器透鏡出射光瞳的圖像重新排列，以便形成圖像(22，24，26)，并且，如從圖1a和1b中可以看到的，這些圖像中的相鄰圖像也彼此接觸，從而消除了“觀看空間”中相鄰圖像之間的間隙。位于第一觀看位置的觀眾用一個(gè)眼睛從投影器(2)看到圖像(22)而另一只眼睛從投影器(4)看到來自不同透視的顯示同一個(gè)物體或場景的圖像(24)，這樣觀眾就從第一透視看到了三維圖像。如果觀眾將頭如圖1a所示向左移或如圖1b所示向上移到第二觀看位置以便他或她用一個(gè)眼睛從投影器(4)看圖像(24)而用另一只眼睛從投影器(6)看圖像(26)，這樣他或她就可以從第二透視看到了物體或場景的三維圖像。在從第一觀看位置向第二觀看位置移動(dòng)時(shí)，所看到的三維圖像會在第一和第二透視之間翻轉(zhuǎn)，但是觀眾(10)所看到的不同的圖像之間應(yīng)該沒有暗區(qū)，因?yàn)樵谙噜張D像(22)和(24)以及相鄰圖像(24)和(26)之間沒有間隙。
因此，可以看出，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透鏡裝置能夠使投影器(2，4，6)鄰接、以便觀看區(qū)(22，24，26)之間不存在亮度減弱。它提供了一種不損害“觀看空間”中圖像(22，24，26)分辨率的簡化的單層投影器裝置。
為了能夠以陣列的形式設(shè)置復(fù)合透鏡、使得它們的邊緣彼此接觸，必須鄰接的不是透鏡的孔徑光闌，而是透鏡的出射光瞳。出射光瞳一般定義為從透鏡的圖像側(cè)(或在像空間中)看到的孔徑光闌的像。在傳統(tǒng)透鏡設(shè)計(jì)中，出射光瞳是在透鏡內(nèi)部深處形成的虛像，它與孔徑光闌非常接近，使得兩者之間幾乎沒有差別。但是，如果適當(dāng)?shù)剡x擇復(fù)合透鏡中孔徑光闌和出射光瞳之間的透鏡單元，那么，使出射光瞳的邊緣與復(fù)合透鏡的前表面邊緣重合是有可能的。如果這個(gè)復(fù)合透鏡的前表面是該復(fù)合透鏡的最大直徑部分，那么，即使孔徑光闌的位置仍然存在于透鏡內(nèi)部，也可以使相鄰?fù)哥R的出射光瞳鄰接。應(yīng)當(dāng)指出，在該復(fù)合透鏡裝置的情況下，孔徑光闌兩側(cè)都有透鏡單元，因此，孔徑光闌一側(cè)的透鏡單元能夠?qū)?fù)合透鏡中孔徑光闌另一側(cè)的像差進(jìn)行補(bǔ)償。因此，為了在物理上允許相鄰?fù)哥R裝置的出射光瞳鄰接，仍然需要保證出射光瞳后面的所有透鏡的直徑都小于出射光瞳。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的復(fù)合透鏡(30)的第一實(shí)施例。利用透鏡設(shè)計(jì)軟件Code V來設(shè)計(jì)透鏡，所述透鏡設(shè)計(jì)軟件Code V可以從位于美國加利福尼亞州91107帕薩迪納市East Foothill大街3-80(3-80 East Foothill Boulevard，Pasadena，California 91107，USA)的光學(xué)研究協(xié)會得到，他利用了光線描跡算法。
圖2所示的透鏡(30)包括四個(gè)透鏡單元(32，34，36，38)，并且具有25毫米的有效焦距，2.5的光圈數(shù)和20度的視場角?？讖焦怅@位于圖中虛線所示的平面(40)中(即，在主光線(44)與軸(42)的相交點(diǎn)處垂直于透鏡(30)的光軸(42)的平面中)。可以看到，透鏡(30)相對于孔徑光闌不是對稱的，因此，透鏡(30)具有在10度視場角情況下足以得到0.05毫米像差的高階慧差。盡管這個(gè)透鏡(30)大致是消色差的，但對于任何場測量點(diǎn)(見圖3)在30周/毫米情況下其調(diào)制傳遞函數(shù)至少為0.5。
圖2中有包括8個(gè)透鏡表面(a到h)的4個(gè)透鏡單元(32，34，36，38)。透鏡單元(32)為前透鏡單元并且分別在圖1a和1b的裝置中的面向屏幕(8a)或向場透鏡(8b)。前透鏡單元(32)是由F5SCHOTT玻璃制成的，其前表面(a)曲率半徑為10.00毫米、后表面(b)曲率半徑為36.89毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為2.00毫米。與前透鏡單元(32)的后表面(b)鄰接的是第二透鏡單元(34)。第二透鏡單元(34)是由PSK53A SCHOTT玻璃制成的，其前表面(c)曲率半徑為10.14毫米、后表面(d)曲率半徑為-22.06毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為5.10毫米。應(yīng)當(dāng)指出，主光線(44)在前透鏡單元(32)的后表面(b)和第二透鏡單元(34)的前表面(c)之間的界面上與復(fù)合透鏡(30)的光軸(42)交叉，因此，復(fù)合透鏡(30)的孔徑光闌位于與光軸(42)垂直的平面(40)中并且在所述界面處與光軸(42)相交。第三透鏡單元(36)位于第二透鏡單元(34)后表面(d)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔0.10毫米的距離。第三透鏡單元由SF4 SCHOTT玻璃制成，其前表面(e)曲率半徑為-18.36毫米、后表面(f)曲率半徑為5.79毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為0.55毫米。由SF4 SCOTT玻璃制成的后透鏡單元(38)位于第三透鏡單元(36)的后表面(f)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔6.05毫米。后透鏡單元(38)的前表面(g)曲率半徑為14.63毫米、后表面(h)曲率半徑為62.17毫米、而沿著其光軸(42)的方向的厚度為6.00毫米。
復(fù)合透鏡(30)的出射光瞳位于圖2中虛線所示的平面(46)中并且以前透鏡單元(32)的前表面(a)的圓周線為邊界。這一點(diǎn)在圖4中可以看得更加清楚，該圖示出前透鏡單元(32)的上部分，而作為所述出射光瞳虛像的孔徑光闌位于平面(40)中。在沒有前透鏡單元(32)的情況下，來自所有三個(gè)場測量點(diǎn)(44，48，50)的邊緣光線將相交于點(diǎn)(52)，如圖中用虛線形式的光線所示。點(diǎn)(52)確定了圖2的復(fù)合透鏡(30)的孔徑光闌的上邊緣。加上前透鏡單元(32)使邊緣光線在其后表面(b)折射，使得它們在作為復(fù)合透鏡(46)的出射光瞳的上邊緣的點(diǎn)(54)處相交。出射光瞳是在孔徑光闌圖像側(cè)孔徑光闌的圖像，因此位于垂直于光軸(42)的平面(46)內(nèi)并以交叉點(diǎn)(54)為邊界。這樣設(shè)計(jì)前透鏡單元(32)，使得交叉點(diǎn)(54)位于前透鏡單元(32)的前表面(a)的圓周上。這樣設(shè)計(jì)復(fù)合透鏡(30)，使得前透鏡單元(32)的前表面(a)的圓周長度大于該復(fù)合透鏡中使用的所有其他透鏡單元的圓周長度。用這種方法，可以將相鄰復(fù)合透鏡(30)放在一起并且使它們的出射光瞳鄰接。
孔徑光闌是出射光瞳的虛像?？讖焦怅@的高度是從點(diǎn)(52)到光軸(42)的距離而出射光瞳處邊緣光線的高度是從點(diǎn)(54)到光軸(42)的距離?？梢钥闯觯┻^前透鏡單元(32)的所有通路的邊緣光線的高度小于出射光瞳處的邊緣光線高度。
應(yīng)當(dāng)指出，前透鏡單元(32)可以是包括多于一個(gè)透鏡單元的復(fù)合透鏡單元。
如上所述，復(fù)合透鏡(30)是利用Code V軟件包設(shè)計(jì)的。它是根據(jù)由圖7給出設(shè)計(jì)步驟的以下方法所設(shè)計(jì)的1.確定前透鏡(32)的材料，在圖2實(shí)例中所述材料為F5 SCHOTT光學(xué)玻璃(圖7，框80)。
2.確定前透鏡單元(32)的直徑(框82)。
3.確定前透鏡單元(32)的前表面(a)和后表面(b)
的曲率半徑(框84)。
4.確定位于與復(fù)合透鏡的光軸垂直的平面中的出射光瞳的位置，所述平面與前透鏡(32)的前表面(a)的邊緣相交；并且確定以前透鏡(32)的前表面(a)的圓周為邊界的出射光瞳(框86)。
5.利用光線描跡軟件Code V，通過描繪穿過前透鏡單元(32)的邊緣光線(經(jīng)過出射光瞳的邊緣)找到孔徑光闌(40)的直徑和位置(框88)。
6.重復(fù)步驟1到5(框80到90-經(jīng)由92)直到孔徑光闌的直徑小于出射光瞳的直徑并且所描繪的穿過所述前透鏡單元的邊緣光線高度小于出射光瞳處的邊緣光線高度。然后固定上面所確定的參數(shù)(框96-經(jīng)由94)。
7.確定復(fù)合透鏡的剩余的透鏡單元的直徑，使它們小于前透鏡單元(32)的直徑(框98)。
8.確定復(fù)合透鏡的功能，例如，將圖2實(shí)例中復(fù)合透鏡(30)定義為具有特定物距和像距的有限共軛透鏡(框100)，并且，利用軟件Code V(框102)，在不改變出射光瞳和穿過前透鏡單元的邊緣光線的高度之間的關(guān)系的前提下設(shè)計(jì)復(fù)合透鏡的剩余部分。
根據(jù)本發(fā)明以及根據(jù)以上方法設(shè)計(jì)的另外兩個(gè)復(fù)合透鏡的例子見圖5和圖6。
圖5所示復(fù)合透鏡(60)包括四個(gè)透鏡單元(62，64，66，68)，后者包括8個(gè)透鏡表面(a到h)。透鏡單元(62)為前透鏡單元并且在圖1a和1b的裝置中分別面向屏幕(8a)或向場透鏡(8b)。前透鏡單元(62)由SF57 SCHOTT玻璃制成，其前表面(a)的曲率半徑為10.00毫米、后表面(b)的曲率半徑為13.78毫米、而沿著其光軸(42)的厚度為1.45毫米。應(yīng)當(dāng)指出，主光線(44)在前透鏡單元(62)的后表面(b)處與復(fù)合透鏡(60)的光軸(42)交叉，因此，復(fù)合透鏡(60)的孔徑光闌位于垂直于光軸(42)的平面(40)上并且在所述后表面(b)處與光軸(42)相交。第二透鏡單元(64)位于前透鏡單元(62)的后表面(b)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔0.30毫米。第二透鏡單元(64)由SSK2 SCHOTT玻璃制成，其前表面(c)的曲率半徑為10.16毫米、后表面(d)曲率半徑為-30.65毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為3.11毫米。第三透鏡單元(66)位于第二透鏡單元(64)后表面(d)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔0.34毫米。第三透鏡單元(66)由SF59 SCHOTT玻璃制成，其前表面(e)的曲率半徑為-24.66毫米、后表面(f)曲率半徑為7.21毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為4.07毫米。由SF59 SCHOTT玻璃制成的后透鏡單元(68)位于第三透鏡單元(66)的后表面(f)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔1.46毫米。后透鏡單元(68)的前表面(g)的曲率半徑為16.10毫米、其后表面(h)的曲率半徑為-51.68毫米；而沿著其光軸(42)方向的厚度為1.14毫米。
復(fù)合透鏡(60)的出射光瞳位于圖5中虛線所示的平面(46)中并且以前透鏡單元(62)的前表面(a)的圓周線為邊界。
圖6所示的復(fù)合透鏡(70)包括四個(gè)透鏡單元(72，74，76，78)，它們包括8個(gè)透鏡表面(a到h)。透鏡單元(72)為前透鏡單元，并且在圖1a和1b的裝置中分別面向屏幕(8a)或向場透鏡(8b)。前透鏡單元(72)由SF57 SCHOTT玻璃制成，其前表面(a)的曲率半徑為10.00毫米、后表面(b)的曲率半徑為13.78毫米、而沿著其光軸(42)的厚度為1.45毫米。應(yīng)當(dāng)指出，主光線(44)在前透鏡單元(72)的后表面(b)處與復(fù)合透鏡(70)的光軸(42)交叉，因此，復(fù)合透鏡(70)的孔徑光闌位于垂直于光軸(42)的平面上并且在所述后表面(b)處與光軸(42)相交。第二透鏡單元(74)與前透鏡單元(62)的后表面(b)鄰接。第二透鏡單元(74)由SSK2 SCHOTT玻璃制成，其前表面(c)的曲率半徑為9.56毫米、后表面(d)的曲率半徑為-37.45毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為1.72毫米。第三透鏡單元(76)位于第二透鏡單元(74)的后表面(d)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔0.93毫米。第三透鏡單元(73)由SF58 SCHOTT玻璃制成，其前表面(e)的曲率半徑為-22.30毫米、后表面(f)的曲率半徑為7.44毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為4.23毫米。由SF58 SCHOTT玻璃制成的后透鏡單元(78)位于第三透鏡單元(76)的后表面(f)之后，沿著該透鏡單元的光軸(42)的方向相隔0.50毫米。后透鏡單元(78)的前表面(g)的曲率半徑為22.46毫米、其后表面(h)的曲率半徑為-28.64毫米、而沿著其光軸(42)方向的厚度為4.60毫米。
復(fù)合透鏡(70)的出射光瞳位于圖6中虛線所示的平面(46)中并且以前透鏡單元(62)的前表面的圓周線為邊界。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合透鏡裝置，它用于包括至少兩個(gè)透鏡單元的這種透鏡裝置的陣列中，所述至少兩個(gè)透鏡單元包括前透鏡單元，后者的前透鏡表面是所述復(fù)合透鏡裝置中最大直徑的透鏡表面，其中，所述復(fù)合透鏡裝置的出射光瞳以所述前透鏡表面的邊緣為邊界并且位于所述前透鏡表面邊緣的平面內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述透鏡裝置的孔徑光闌位于所述復(fù)合透鏡裝置的所述透鏡單元的前面而不是所述前透鏡單元的前面。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元具有后透鏡表面，并且所述復(fù)合透鏡裝置的所述孔徑光闌位于與所述復(fù)合透鏡裝置的光軸相交在所述后透鏡表面處的平面上。
4.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元是復(fù)合透鏡。
5.如權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元是單透鏡。
6.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元是所述復(fù)合透鏡裝置中所述最大直徑的透鏡單元。
7.如本發(fā)明所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元的后透鏡表面是凹面。
8.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的復(fù)合透鏡裝置，其特征在于所述前透鏡單元的所述前透鏡表面是凸面。
9.一種投影器，它用于這種投影器的陣列中，它包括如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的復(fù)合透鏡裝置。
10.一種自動(dòng)立體投影系統(tǒng)，它包括如權(quán)利要求9所述的投影器的陣列。
11.一種設(shè)計(jì)用于透鏡陣列的復(fù)合透鏡裝置的方法，它包括以下步驟確定復(fù)合透鏡裝置的前透鏡單元的材料、該前透鏡單元的前透鏡表面的直徑、該前透鏡單元的所述前透鏡表面和后透鏡表面的曲率半徑以及確定所述復(fù)合透鏡的以所述前透鏡表面的邊緣為邊界的、位于所述前透鏡表面邊緣的平面內(nèi)的出射光瞳的位置；根據(jù)上述確定的參數(shù)、通過利用光線描跡裝置描繪穿過所述前透鏡單元的邊緣光線的高度來描繪所述復(fù)合透鏡裝置的孔徑光闌的位置和大??；重復(fù)上述步驟直到在所述孔徑光闌處所描繪的穿過所述前透鏡單元的邊緣光線高度達(dá)到最大值，然后固定上面所確定的參數(shù)；確定所述復(fù)合透鏡裝置的剩余的透鏡表面的直徑，使它們小于所述前透鏡單元的所述前透鏡表面的直徑并且確定所述復(fù)合透鏡裝置的功能性；以及利用光線描跡裝置，以這樣的方式設(shè)計(jì)所述復(fù)合透鏡裝置的所述剩余部分，即，所述剩余的透鏡表面不改變所述出射光瞳和穿過所述前透鏡單元的所述邊緣光線的高度之間的以上所確定的關(guān)系。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于僅僅當(dāng)所述孔徑光闌的所述直徑小于所述出射光瞳的所述直徑時(shí)才固定在所述方法的所述第一步驟中確定的所述參數(shù)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于所述確定所述前透鏡單元的所述前透鏡表面的所述直徑的步驟包括確定所述前透鏡單元的所述直徑的步驟。
14.如權(quán)利要求11到13中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述確定所述復(fù)合透鏡裝置的功能性的步驟包括將所述復(fù)合透鏡裝置定義為具有規(guī)定的物距和像距的有限共軛透鏡。
全文摘要
一種復(fù)合透鏡裝置,它用于包括至少兩個(gè)透鏡單元的這種透鏡裝置陣列中,所述至少兩個(gè)透鏡單元包括前透鏡單元,后者具有在該復(fù)合透鏡裝置中為最大直徑透鏡表面的前透鏡表面,其中,復(fù)合透鏡的出射光瞳以所述前透鏡表面邊緣為邊界并且位于所述前透鏡表面邊緣的平面中。這使得陣列中的各復(fù)合透鏡裝置能夠鄰接。本發(fā)明具體涉及用于自動(dòng)立體投影系統(tǒng)的投影器陣列的投影器中的復(fù)合透鏡裝置并且使相鄰?fù)队捌骺梢脏徑印?br> 文檔編號H04N13/00GK1372649SQ00811510
公開日2002年10月2日 申請日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者C·H·陳 申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司