專利名稱：視頻圖像像點(diǎn)成像方法及有關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用一個(gè)其強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的光束形成視頻圖像像點(diǎn)的方法，其中首先偏轉(zhuǎn)該光束，然后通過一個(gè)透鏡或透鏡系統(tǒng)使光束向圖像屏幕投射。另外，本發(fā)明還涉及一種裝置，它具體地用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，并專門地用于在圖象屏幕上形成視頻圖象的像點(diǎn)，該裝置包括一個(gè)偏置裝置和位于偏置裝置和圖象屏幕之間的透鏡或透鏡系統(tǒng)，其中該偏置裝置用于將光束偏置到圖象屏幕上以便按行和幀進(jìn)行光柵掃描，該光束的強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的。
在傳統(tǒng)使用顯像管的視頻技術(shù)中，圖像尺寸由于很高的成本而極受限制。但是人們可以使用從文獻(xiàn)中公開的其它技術(shù)來(lái)產(chǎn)生非常大的彩色視頻圖像。例如，根據(jù)Funkschaw(無(wú)線電觀察) 1970，No4，69頁(yè)的一篇文章中或根據(jù)EP-OS0084434說明書中舉例說明的設(shè)備，在這些設(shè)備中，由激光產(chǎn)生3個(gè)不同顏色的光束，其強(qiáng)度由光調(diào)制器調(diào)制，并通過一個(gè)鏡系統(tǒng)向一個(gè)總光束會(huì)聚?？偣馐ㄟ^一個(gè)鏡系統(tǒng)被機(jī)械地掃描并向一個(gè)屏幕投射。
在專業(yè)使用范圍內(nèi)，今天也已經(jīng)使用大圖像投影儀，但是這種投影儀基于其他的成像原理。然而不管哪種技術(shù)原理，大圖像投影儀都受到涉及圖像尺寸的同樣的要求即由于大圖像投影儀很高的價(jià)格，很少固定安裝，而是在特殊場(chǎng)合下向出租公司租借。因此這種大圖像投影儀必需靈活地適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。在實(shí)踐中，這種設(shè)備應(yīng)該既能在小型電影院、也能在足球場(chǎng)的看臺(tái)使用。因此對(duì)可變圖像尺寸有強(qiáng)烈的需求。
但是對(duì)于所述使用激光光束形成視頻圖像的成像來(lái)說，迄今為止還沒有滿意的解決辦法。雖然例如用機(jī)械方式來(lái)改變或更換偏轉(zhuǎn)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)圖像尺寸的放大或縮小，但是這種方法復(fù)雜而昂貴。首先，這將使得給不同用戶出租大投影設(shè)備的可能性成為不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)椴荒苤竿麤]有多少技術(shù)能力的操作人員能夠根據(jù)使用地點(diǎn)每一次的使用情況而經(jīng)常重新調(diào)整鏡子。
為了在以激光技術(shù)工作的視頻設(shè)備中放大視頻圖像，在DE-OS4324849中建議使用一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)，用它來(lái)擴(kuò)展像場(chǎng)。例如可以使用這一透鏡系統(tǒng)得到平面結(jié)構(gòu)視頻系統(tǒng)。但是在這一參考文獻(xiàn)中說明的透鏡系統(tǒng)的放大系數(shù)是固定的，因?yàn)樗紫仁菫楂@得以最小色差和失真的放大而設(shè)計(jì)的。由于該透鏡系統(tǒng)是為減少圖像誤差而優(yōu)化，所以幾乎不能保證諸如通過改變部分系統(tǒng)的成像特性而維持這種優(yōu)化。因此應(yīng)該尋找另外的解決方案。
為改變出射光束相對(duì)于入射光束的角度，還知道有一種f(θ)透鏡，在這種透鏡中根據(jù)一個(gè)預(yù)先規(guī)定的函數(shù)f改變角度。例如，在這種技術(shù)中使用一種透鏡，該透鏡使用正切函數(shù)改變角度以便在一個(gè)平面內(nèi)為進(jìn)行均勻的光柵掃描而變換均勻的角度偏轉(zhuǎn)。
但是使用這類光學(xué)設(shè)備不能放大。首先，在DE-OS4324849中給出的分析表明，這種f(θ)透鏡不能在一個(gè)可接受的容差范圍內(nèi)無(wú)失真、同時(shí)無(wú)色差地構(gòu)造，這表明不可能在與f(θ)透鏡有關(guān)的視頻技術(shù)中找到動(dòng)態(tài)改變圖像尺寸的建議。
從現(xiàn)有技術(shù)已知變焦鏡頭已用于攝影機(jī)或電影放映機(jī)。但是這種變焦鏡頭只適合于把一個(gè)平面圖像在一個(gè)圖像屏幕上成像，像在一面銀幕上放大幻燈片時(shí)那樣。然而在視頻系統(tǒng)或者激光打印機(jī)中，需要把由偏轉(zhuǎn)裝置的鏡的偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的角度變換為在一個(gè)平面圖像屏幕上的偏轉(zhuǎn)。也就是說在用一個(gè)已知的變焦鏡頭投射以前必須先用一個(gè)f(θ)透鏡把這一圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粓D像。就像在DE-OS4324849中說明的那樣，這一點(diǎn)不可能無(wú)失真又同時(shí)無(wú)色差地實(shí)現(xiàn)。
總之，由此可以肯定，迄今為止尚沒有任何滿意的動(dòng)態(tài)改變圖像尺寸的激光視頻系統(tǒng)的解決方案。可是動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像尺寸對(duì)于在不同空間條件下的各種專業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合靈活地使用視頻設(shè)備是特別需要的。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種使用偏轉(zhuǎn)光束產(chǎn)生視頻圖像成像的方法和設(shè)備，它能夠以簡(jiǎn)單的可操作的方式改變圖像的尺寸。
根據(jù)上述方法，通過為透鏡、透鏡系統(tǒng)或者透鏡系統(tǒng)的部分系統(tǒng)提供可變的焦距、并在改變焦距時(shí)保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定而使本任務(wù)得以解決。
因此，本發(fā)明的方法使用現(xiàn)有技術(shù)已知的具有可變焦距的透鏡系統(tǒng)或透鏡，例如變焦系統(tǒng)或變焦透鏡。但是，使用了新的方式操作這些透鏡系統(tǒng)或透鏡，其中焦點(diǎn)位置在改變焦距時(shí)也保持不變。由此，可以做到為在屏幕上成像而以合適的方式放大或者縮小由偏轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的角度變化。
本方法的作用從下述近似觀察中變得更加清楚。由于在上述視頻投射中距離很大，該透鏡系統(tǒng)在第一次近似時(shí)按照透鏡方程式可以視為薄透鏡。也就是說可以近似使用透鏡公式1/f＝1/g＋1/b式中，f表示焦距，g表示物距，b表示像距。在像距b很大時(shí)，項(xiàng)1/b在第一近似中可以忽略，從而g近似等于f。因此f變化時(shí)g也變化。于是圖像尺寸根據(jù)第二射線定理依賴于f，而其中關(guān)于清晰度和失真的成像特性保持不變。此外，g近似等于f的關(guān)系說明在f變化時(shí)焦點(diǎn)始終處于同一位置。
雖然從上述近似概述可以理解成像原理，但是必須注意這僅僅是一個(gè)粗略的近似。因此不可能期望圖像質(zhì)量保持不變。但是模型計(jì)算表明，根據(jù)這一原理可以用簡(jiǎn)單的方式制造改變圖像尺寸的光學(xué)裝置，這種光學(xué)裝置可以提供優(yōu)良的圖像質(zhì)量。關(guān)于這一點(diǎn)，下面根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案進(jìn)一步說明。
從上述近似法分析中也可以看出，為改變圖像尺寸的透鏡或者透鏡系統(tǒng)的空間需求越小，這種近似越能更好地適應(yīng)實(shí)際條件，因?yàn)檫@一近似依賴于透鏡系統(tǒng)的尺寸是否可以忽略。因此根據(jù)本發(fā)明制造的一個(gè)透鏡系統(tǒng)特別小巧，它在出租大投影設(shè)備時(shí)帶來(lái)突出的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于包裝來(lái)說，因?yàn)槌鲎庠O(shè)備必須經(jīng)常在不同的地點(diǎn)安裝。
從上述近似法分析中可以明顯看出，如果在固定不變的焦點(diǎn)處的圖像信息被特別良好地分辨時(shí)，這種設(shè)備使在圖像屏幕上顯示的圖像具有更高的質(zhì)量。因此在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，位置固定的物側(cè)焦點(diǎn)被保持在實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的空間延伸范圍內(nèi)，或者在一個(gè)部分透鏡系統(tǒng)的場(chǎng)合，被保持在使光束聚焦的透鏡系統(tǒng)的光學(xué)路徑的平面上。
但是在上述改進(jìn)方案中不要求焦點(diǎn)位置位于偏轉(zhuǎn)點(diǎn)，因?yàn)槿缭谝曨l圖像那樣，在兩個(gè)方向上的獨(dú)立光柵掃描的情況下不存在這樣的點(diǎn)，相反地，是在一個(gè)不僅由行掃描而且由幀掃描決定的空間擴(kuò)展的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。
在這一局部空間區(qū)域內(nèi)由于在偏轉(zhuǎn)時(shí)決定的角度可以很好地分辨那里的圖像內(nèi)容，使得該區(qū)域特別適合保持具有可變焦距的透鏡、部分透鏡系統(tǒng)或者透鏡系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)。在對(duì)按照一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案的另一替代方案中，其中光束在一個(gè)平面中很好地聚焦時(shí)，通過聚焦光束而給出的平面的限定(definition)而產(chǎn)生良好質(zhì)量的圖像。然后在圖像屏幕上以另一尺寸重現(xiàn)該圖像。在兩種情況下都可以得到良好質(zhì)量的圖像。
當(dāng)深入觀察由本方法的特征而實(shí)現(xiàn)的極簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)可以明顯地看出這些特征的意義。
這一可能最簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)是物側(cè)焦點(diǎn)位于偏轉(zhuǎn)點(diǎn)的變焦鏡頭裝置。從這一點(diǎn)發(fā)出的每一條光束被變化為由變焦鏡頭發(fā)出的平行于變焦鏡頭軸線的光束，其中到光軸的距離由角度確定。由于幾何原因，該距離也與焦距有關(guān)。這意味著在焦距不變時(shí)，掃描光束中包含的信息在被作為圖象而重現(xiàn)時(shí)，該圖象尺寸恒定且與圖象到屏幕的距離無(wú)關(guān)。但是當(dāng)改變焦距而焦點(diǎn)保持在偏轉(zhuǎn)裝置的規(guī)定位置時(shí)，幾何光學(xué)關(guān)系引起圖像尺寸的改變。
然后可以使用現(xiàn)有技術(shù)中另外的物鏡或透鏡系統(tǒng)把這樣產(chǎn)生的圖像以固定放大系數(shù)進(jìn)一步放大。
但是也存在其他使用復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)來(lái)調(diào)整放大系數(shù)的可能性。例如，可以用一個(gè)單透鏡或者一個(gè)透鏡系統(tǒng)從平行于光軸的光束產(chǎn)生固定圖像，然后使用例如在幻燈片投影儀中使用的變焦鏡頭那樣的常規(guī)設(shè)備將其放大。但是在這種常規(guī)的變焦鏡頭中不能滿足后接的光學(xué)設(shè)備的焦點(diǎn)應(yīng)該位于這一中間成像平面內(nèi)的要求，從而引入一種不同的結(jié)構(gòu)，不過根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這一結(jié)構(gòu)可以校正整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)到較高的無(wú)失真和低色差狀態(tài)。
本發(fā)明不僅可以在更寬的限制范圍、例如在為使視頻設(shè)備適應(yīng)不同的空間條件下調(diào)節(jié)放大，而且也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)以高重放質(zhì)量顯示圖像。
在實(shí)現(xiàn)本方法時(shí)可以使用一個(gè)具有可變焦距的透鏡系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)保證在改變焦距時(shí)保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。不過這種邊界條件使制造相應(yīng)的視頻系統(tǒng)變得更為困難。
關(guān)于這一點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案，通過使透鏡、透鏡系統(tǒng)或者部分透鏡系統(tǒng)在改變焦距時(shí)改變位置，從而保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。這樣，具有可變焦距的透鏡系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上限制較少并因此可以更好地不依賴于其位置而優(yōu)化。位置的跟蹤不會(huì)產(chǎn)生多大的開銷。從而以簡(jiǎn)單的方式提高圖像質(zhì)量。
本發(fā)明另外還涉及為實(shí)現(xiàn)上述方法的一種裝置，從上述裝置看出，其特征在于，透鏡、透鏡系統(tǒng)或者透鏡系統(tǒng)的部分透鏡系統(tǒng)的焦距可調(diào)，并配備有一種裝置，它在調(diào)節(jié)焦距時(shí)保持透鏡或者部分透鏡系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。
有關(guān)透鏡和透鏡系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)在前面介紹方法時(shí)說明了。但是在該裝置中還另外裝備了保持焦點(diǎn)位于確定位置的一個(gè)特別的設(shè)備。使用這一設(shè)備，不必再執(zhí)行兩個(gè)步驟，即第一步調(diào)節(jié)焦距，第二步接著把焦點(diǎn)調(diào)整到確定點(diǎn)。其結(jié)果使所述裝置特別容易適應(yīng)希望的條件。對(duì)于專業(yè)使用的視頻設(shè)備的場(chǎng)合，該視頻系統(tǒng)原則上可以只用手動(dòng)改變焦距來(lái)適應(yīng)空間條件，因?yàn)樵谶m當(dāng)設(shè)置下焦點(diǎn)按規(guī)定固定實(shí)際上是由裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，上述設(shè)備把物側(cè)焦點(diǎn)保持在偏轉(zhuǎn)裝置的一個(gè)區(qū)域內(nèi)或者在一個(gè)光束可聚焦的透鏡系統(tǒng)的光路的平面內(nèi)。
本發(fā)明的裝置的這一改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)在前面關(guān)于敘述本發(fā)明的方法的改進(jìn)方案時(shí)已經(jīng)說明。
為實(shí)現(xiàn)這一方法或者這一裝置可以設(shè)置一個(gè)帶有各種透鏡或者透鏡系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)。在把透鏡安排在轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí)也可同時(shí)考慮到保持在本方法或者本裝置中規(guī)定的焦點(diǎn)位置。在這種情況下也利用轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)構(gòu)造在本裝置中使用的設(shè)備。
但是這種設(shè)計(jì)的解決方案只允許有限量的放大，以致雖然可以適應(yīng)一定的空間條件，但是視頻圖像不能始終完全充滿屏幕。雖然可以把轉(zhuǎn)臺(tái)上的透鏡系統(tǒng)任意精細(xì)分級(jí)，但是由于為實(shí)現(xiàn)高成像質(zhì)量需要的單個(gè)透鏡系統(tǒng)的制造費(fèi)用很高，所以很快受到成本的限制。
為在保持高成像質(zhì)量的同時(shí)降低成本，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案可為透鏡、透鏡系統(tǒng)或者透鏡系統(tǒng)的部分透鏡系統(tǒng)具有可連續(xù)調(diào)節(jié)的焦距提供保證。以此，總可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整圖像尺寸。另外這種結(jié)構(gòu)也是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)榫拖裨诂F(xiàn)有技術(shù)中的變焦鏡頭一樣，使用同一透鏡來(lái)進(jìn)行各種放大。例如可以通過把透鏡系統(tǒng)的部分透鏡系統(tǒng)像在常規(guī)的變焦鏡頭中那樣彼此移位而改變透鏡系統(tǒng)的焦距。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案，透鏡系統(tǒng)是一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)。遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)允許這樣地成像，其中在輸入側(cè)以一個(gè)確定的入射角射入的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诹硪粋?cè)以另一個(gè)出射角射出的光束，以及其中兩個(gè)角度的正切函數(shù)為一個(gè)固定的、由單個(gè)級(jí)的焦距給出的比值。由此可以設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)無(wú)失真而且色差為最小。
因此，一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦系統(tǒng)非常適宜用于高質(zhì)量圖像。例如可以使用兩個(gè)分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)，其中第一分系統(tǒng)的像側(cè)焦點(diǎn)位于第二分系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)處。然后按照上述正切函數(shù)的比值變換經(jīng)過第一分系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)形成的光束。
但是，如開始所述，在開始所述視頻系統(tǒng)的兩維偏轉(zhuǎn)中并不給出光束偏轉(zhuǎn)點(diǎn)，與此相反，必須考慮取由兩個(gè)正交的偏轉(zhuǎn)確定的空間擴(kuò)展的區(qū)域作為偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。這種從理想條件的偏離必須在校正光學(xué)系統(tǒng)時(shí)加以考慮，從而使得第一分系統(tǒng)的像側(cè)焦點(diǎn)與常規(guī)的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)不同，并不是精確位于和第二分透鏡系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)同一位置。因此該透鏡系統(tǒng)不再是所定義的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)，而只是利用其成像原理。因此這里把這樣的成像系統(tǒng)稱為“大體上的”遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，該透鏡系統(tǒng)是一個(gè)多級(jí)系統(tǒng)，而且其第一級(jí)配置在距偏轉(zhuǎn)裝置一個(gè)恒定的距離處，其中至少其它另外一級(jí)具有可變焦距并配置成相對(duì)于第一級(jí)可以移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的這一改進(jìn)方案，第一級(jí)在與偏轉(zhuǎn)裝置相隔固定距離之處配置，即保持位置固定。本發(fā)明必需具有的可變焦距的透鏡或者相應(yīng)的部分透鏡系統(tǒng)在另一個(gè)后續(xù)的級(jí)中實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椴恍枰紤]由于偏轉(zhuǎn)裝置的位置而產(chǎn)生的可能的空間限制，從而存在一個(gè)可放大或者縮小圖像的較大區(qū)域。根據(jù)幾何光學(xué)，一個(gè)視頻系統(tǒng)在圖像平面的方向上比在偏轉(zhuǎn)裝置的方向上已經(jīng)有較大的空間可以使用。
在本發(fā)明的另外一個(gè)改進(jìn)方案中這樣設(shè)計(jì)透鏡系統(tǒng)，使得視頻圖像可以在具有可變焦距的透鏡或者部分透鏡系統(tǒng)之前在一個(gè)中間圖像平面成像，并且可變焦距透鏡或者部分透鏡系統(tǒng)利用該裝置可以這樣移動(dòng)，使得其物側(cè)焦點(diǎn)基本上處于靠近或者處于中間圖像平面的透鏡系統(tǒng)的光軸上。
由于這些特征，由第一透鏡在光柵掃描時(shí)產(chǎn)生的各種角度確定了像點(diǎn)在中間圖像平面上的位置。因此，可以使用現(xiàn)有技術(shù)的變焦鏡頭，諸如利用在銀幕上放映幻燈片的變焦鏡頭成像那樣。然后可以使用已知結(jié)構(gòu)用于開發(fā)，這樣特別能降低成本。這在專業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域特別具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@些領(lǐng)域開發(fā)成本由于生產(chǎn)批量小而構(gòu)成最終成本中的相當(dāng)大的部分。
另外，如光學(xué)模型計(jì)算表明的那樣，一個(gè)這樣的透鏡系統(tǒng)在物側(cè)焦點(diǎn)位于中間圖像平面附近或者之內(nèi)時(shí)不僅可以做到實(shí)際上無(wú)失真，而且也無(wú)色差。進(jìn)一步的改進(jìn)還首先提高了彩色視頻圖像的質(zhì)量。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案，在中間圖像平面和具有可變焦距的部分透鏡系統(tǒng)之間配置一個(gè)場(chǎng)透鏡或者場(chǎng)透鏡組。
由于這一場(chǎng)透鏡，就像在下面還要參考一個(gè)實(shí)施例說明的那樣，不僅從中間圖像平面來(lái)的光線的開啟角相對(duì)于光軸變小并且出射光瞳也向其后配置的部分透鏡系統(tǒng)移位。
在場(chǎng)透鏡后面配置的可變焦距部分透鏡系統(tǒng)或者變焦鏡頭在光軸方向上一般不能設(shè)計(jì)成任意短，以致在沒有場(chǎng)透鏡時(shí)可能的放大或縮小系數(shù)會(huì)受限制。與此相反，場(chǎng)透鏡或場(chǎng)透鏡組實(shí)際上允許以簡(jiǎn)單的方式適應(yīng)在圖像屏幕上偏轉(zhuǎn)光束的區(qū)域。
通過把光瞳移到后面安裝的部分透鏡系統(tǒng)中，就能夠以簡(jiǎn)單的方式和很少的開銷來(lái)校正失真。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，將多級(jí)遠(yuǎn)焦系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)中的最后一級(jí)設(shè)計(jì)為可變焦距的透鏡或者透鏡系統(tǒng)。
如上所述，對(duì)于要使得視頻圖像可以實(shí)現(xiàn)的放大或者縮小來(lái)說，除其它事項(xiàng)之外，重要的是有多少位置可用于改變可變焦距。雖然如上所述，已經(jīng)通過配置可變焦距透鏡系統(tǒng)的第二級(jí)或更高級(jí)而獲得足夠的空間，但是必須增加機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各分級(jí)的數(shù)目。例如當(dāng)考慮至少3級(jí)的系統(tǒng)中的第二級(jí)時(shí)，立刻會(huì)看出，在按照本發(fā)明調(diào)節(jié)第二級(jí)的焦距時(shí)也必須移動(dòng)第三級(jí)。
按照進(jìn)一步的改進(jìn)方案，不再需要這種“必須”，因?yàn)榇藭r(shí)只有最后一級(jí)設(shè)計(jì)用于改變焦距。其優(yōu)點(diǎn)是因此節(jié)省了機(jī)械調(diào)節(jié)設(shè)備。一般，這些機(jī)械調(diào)節(jié)設(shè)備包含特殊的切削加工的螺紋，因此這一改進(jìn)方案還能夠降低透鏡系統(tǒng)的成本，而不必忍受對(duì)光束在圖像屏幕上掃描區(qū)域可用范圍改變的限制。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，可變焦距的部分透鏡系統(tǒng)或者透鏡系統(tǒng)具有兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)的系統(tǒng)級(jí)，用它可以調(diào)節(jié)焦距，還裝備一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械，它這樣地來(lái)設(shè)計(jì)，使得在改變焦距時(shí)物側(cè)焦點(diǎn)保持位置固定。
通過給透鏡系統(tǒng)只裝備兩個(gè)彼此可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)級(jí)，相對(duì)于其它透鏡系統(tǒng)，它的特征在于其簡(jiǎn)單性。因?yàn)樵撏哥R系統(tǒng)的物側(cè)焦點(diǎn)保持位置固定，所以其運(yùn)動(dòng)機(jī)械的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單。這也同樣意味著本發(fā)明的裝置中透鏡系統(tǒng)十分簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的改進(jìn)還允許該裝置由于其特別設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械而使操作特別簡(jiǎn)單，只需對(duì)焦距進(jìn)行一次調(diào)整，這就是說，可變焦距透鏡系統(tǒng)的位置不必進(jìn)行另外的再調(diào)整。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，一個(gè)系統(tǒng)級(jí)相對(duì)于另一系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)動(dòng)是借助于機(jī)械凸輪控制實(shí)現(xiàn)的。這樣在物側(cè)焦點(diǎn)固定時(shí)焦距調(diào)節(jié)特別簡(jiǎn)單。原則上說，單個(gè)系統(tǒng)級(jí)也可以用一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)為與上述條件一致的專門的位置調(diào)節(jié)器調(diào)整。但是機(jī)械凸輪控制特別對(duì)在專業(yè)應(yīng)用的視頻領(lǐng)域中小批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，其制造成本特別適宜。凸輪控制在使用專門的切削螺紋實(shí)現(xiàn)時(shí)特別具有優(yōu)點(diǎn)。
在另一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)造中，透鏡系統(tǒng)校正色差和失真。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明不必在透鏡系統(tǒng)中使用f(θ)透鏡，因此可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行上述校正。通過優(yōu)化部分透鏡系統(tǒng)使整個(gè)透鏡系統(tǒng)的色差最小，圖像質(zhì)量明顯改善。
下面根據(jù)附圖以實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中

圖1表示按照本發(fā)明的具有一個(gè)可變焦距透鏡系統(tǒng)的視頻系統(tǒng)的原理圖；圖2表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的改變圖像尺寸的一個(gè)透鏡系統(tǒng)的原理圖；圖3表示按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的改變圖像尺寸的一個(gè)透鏡系統(tǒng)的原理圖；圖4表示根據(jù)圖3示出的原理的透鏡系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中透鏡系統(tǒng)位于不同的位置a、b、c，以便說明焦距的調(diào)整。
在圖1的視頻系統(tǒng)中，為控制色調(diào)和亮度使用3個(gè)光源10、20、30，它們產(chǎn)生基本平行的光束12、22、32。為此，激光特別合適。不過也可以想到使用其它的光源，例如LED，此時(shí)利用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)把光束變成平行光。這里的光學(xué)系統(tǒng)可以例如是一個(gè)透鏡，其中每一個(gè)LED裝備在其焦點(diǎn)處。另外可以裝備用于限制光束的遮光板。為控制光源10、20、30的光強(qiáng)度，改變LED的電壓。為此盡可能使用點(diǎn)狀的LED特別具有優(yōu)點(diǎn)。
在圖1的例子里，光源10、20、30是惰性氣體激光器。由于它的強(qiáng)度不能為用于視頻圖像而足夠快地改變，因此用固定的光功率激勵(lì)光源10、20、30，而光強(qiáng)度的改變通過附加的調(diào)制器14、24、34進(jìn)行，對(duì)這些調(diào)制器來(lái)說，現(xiàn)有技術(shù)中所知的DKDP晶體最為適合。
單個(gè)光束12、22、32進(jìn)一步通過二向色性鏡16、26、36向一個(gè)總光束40會(huì)聚，總光束40集合視頻系統(tǒng)中的所有光束并以單一的光束通路穿過視頻設(shè)備。
為產(chǎn)生圖像，使用一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置，通過這一偏轉(zhuǎn)裝置可以順序建立視頻圖像的單個(gè)像點(diǎn)?，F(xiàn)在本可以把總光束40只通過偏轉(zhuǎn)裝置向圖像屏幕54偏轉(zhuǎn)。但為了使整個(gè)視頻系統(tǒng)特別緊湊以及充分利用可用空間，也可以把投射系統(tǒng)的各個(gè)單元安排在以光學(xué)方式不能直線地相互連接的地方，然后必須從這些地方使光束40偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)在圖1的例子中使用鏡42實(shí)現(xiàn)，它把光束向偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)。
圖1的實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)裝置由一個(gè)多角鏡44和一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡46組成。多角鏡44連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，從而使得光束40通過一系列多角平面按行偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)鏡46圍繞軸48來(lái)回偏轉(zhuǎn)而用于以幀方式掃描。使用現(xiàn)有技術(shù)已知的電子方法實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和同步。
按幀和行掃描的光束40將通過透鏡系統(tǒng)50進(jìn)行引導(dǎo)，其工作方式下面另外說明。透鏡系統(tǒng)50不固定地改變偏轉(zhuǎn)角從而改變圖像尺寸。
在離開透鏡系統(tǒng)50以后，光束40首先向一個(gè)菲涅爾透鏡52、然后向圖像屏幕54投射，光束在圖像屏幕54上形成由觀眾從箭頭所指方向可以看到的作為視頻圖像的像點(diǎn)。但是在引言中提到的滿足對(duì)圖像尺寸各種需要的大投影設(shè)備中一般不要菲涅爾透鏡，因?yàn)榛旧现恍杩紤]圖像屏幕54和光束掃描裝置之間要有大的距離，而菲涅爾透鏡的唯一功能在于，當(dāng)透鏡系統(tǒng)距圖像屏幕距離短時(shí)也能把光束40以相對(duì)于圖像屏幕大的角度在對(duì)觀眾確定的方向上偏轉(zhuǎn)。
下面的附圖基本上涉及透鏡系統(tǒng)50。其中，透鏡系統(tǒng)50的光軸在下面始終用標(biāo)號(hào)61表示。
在圖2所示實(shí)施例中，在光軸61上標(biāo)出一個(gè)濃黑點(diǎn)62。它表示后接的光學(xué)裝置的入射光瞳。如結(jié)合圖1所述，視頻系統(tǒng)中的偏轉(zhuǎn)裝置使用光柵連續(xù)改變光束40對(duì)光軸的角度。這里，不同偏轉(zhuǎn)的光束40基本上可以視為由一點(diǎn)射出。該點(diǎn)由以隨時(shí)間變化的角度反射入射光束的鏡子的位置決定。
但是這種稍微簡(jiǎn)化了的看法只是對(duì)實(shí)際情況的一個(gè)粗略的近似。通過分開的鏡子46和44偏轉(zhuǎn)時(shí)，這一位置也在掃描一個(gè)圖像期間局部移位。于是這一唯一的偏轉(zhuǎn)位置，象在下面簡(jiǎn)化考慮并用點(diǎn)62表示的那樣，在實(shí)際中必須用一個(gè)空間限定的偏轉(zhuǎn)區(qū)域代替。相應(yīng)地在下面的例子中確定尺寸時(shí)有一點(diǎn)小的變化。但是專業(yè)人員根據(jù)其專業(yè)知識(shí)可以把從原理性說明中得出的認(rèn)識(shí)推廣到空間偏轉(zhuǎn)區(qū)域而不僅僅歸結(jié)為唯一的一個(gè)點(diǎn)62的透鏡系統(tǒng)。此外，圖4將給出一個(gè)用于這些應(yīng)用的全部尺寸的實(shí)施例，它將進(jìn)一步使專業(yè)人員能把下面說明的本發(fā)明特征用于實(shí)際中。
圖2另外還表示一個(gè)透鏡63，從點(diǎn)62發(fā)出的光束64以一個(gè)角度通過這一透鏡偏轉(zhuǎn)。透鏡63的物側(cè)焦點(diǎn)和點(diǎn)62位于同一位置。因此光束64離開透鏡63后平行于光軸61。
因?yàn)榘l(fā)出的光束64離開光學(xué)系統(tǒng)時(shí)平行于光軸61，因此在這一例子中的圖像尺寸與距圖像屏幕的距離無(wú)關(guān)。
圖像尺寸基本上依賴于透鏡的焦距。這一點(diǎn)可從圖2明顯看出，其中用虛線表示一個(gè)短焦距透鏡63′。透鏡63′這樣配置，使其物側(cè)焦點(diǎn)也位于62處。
與透鏡63相比，由于透鏡63′很接近焦點(diǎn)62，因此用虛線表示的光束64′更加靠近光軸61。因而也就是說，它的圖像較小。這里，光束64和64′具有同樣的平行于光軸的特性。
可以借助于一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)通過把不同透鏡63、63′設(shè)置入光束64的光路中而改變圖像尺寸。但是對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)上透鏡的位置設(shè)置，為保持同樣的成像條件必須保證物側(cè)焦點(diǎn)始終位于同一位置，以便出射光束的方向不依賴于放大調(diào)整而改變。
作為代替在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝多個(gè)透鏡，也可以使用一個(gè)變焦裝置，亦即一個(gè)透鏡系統(tǒng)，它可以模擬可連續(xù)調(diào)整焦距的透鏡63。但是在調(diào)整焦距時(shí)必須注意，物側(cè)焦點(diǎn)應(yīng)保持在點(diǎn)62的位置不變，以便在進(jìn)行尺寸調(diào)整時(shí)不影響成像條件。因?yàn)檫@樣的變焦光學(xué)裝置在沿光軸的方向上也有一個(gè)很大的空間延伸，所以這一尺寸也限定了在圖2中明顯看出的、基本依賴于透鏡63到點(diǎn)62的距離而達(dá)到的放大作用。通過在點(diǎn)62和變焦透鏡63之間再插入一個(gè)場(chǎng)透鏡或者場(chǎng)透鏡組，可以改變這一區(qū)域。場(chǎng)透鏡或者場(chǎng)透鏡組縮短或延長(zhǎng)從點(diǎn)62到透鏡63的光路的距離。這樣的變焦光學(xué)裝置和場(chǎng)透鏡將結(jié)合圖4的實(shí)施例進(jìn)一步說明。
圖2例子中的圖像尺寸基本上由透鏡63的尺寸限定。但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說，這一點(diǎn)不能認(rèn)為是絕對(duì)的限制條件，因?yàn)榭梢允褂昧硗獾耐哥R系統(tǒng)在圖像到達(dá)圖像屏幕54顯示前，以固定放大系數(shù)繼續(xù)放大例如由在圖2中的光學(xué)裝置產(chǎn)生的圖像。
在圖3的實(shí)施例中表示了另一個(gè)裝置，在該裝置中可得到的圖像尺寸也依賴于距圖像屏幕54的距離。這里，透鏡65首先在中間圖像平面66上形成光束64。透鏡65的物側(cè)焦點(diǎn)再次位于點(diǎn)62，以便使穿過點(diǎn)62發(fā)出的光束清晰成像，而透鏡65的像側(cè)焦面建議選擇為中間圖像平面66，以便在中間圖像平面上出現(xiàn)清晰的圖像。
但是涉及到在上述從兩個(gè)點(diǎn)向兩個(gè)空間方向的偏轉(zhuǎn)的問題，不能以同樣的方式在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)方向上給出清晰的圖像。在這種情況下為了在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)方向上使圖像的清晰度相同，可以使透鏡65的物側(cè)焦點(diǎn)位于空間偏轉(zhuǎn)區(qū)。
對(duì)于視頻系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)證明，點(diǎn)68到透鏡65的像側(cè)焦點(diǎn)的距離在光軸上可以比透鏡65的焦距小10％。對(duì)于代替單透鏡65和63而使用透鏡系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合也產(chǎn)生類似條件。
圖3中的一個(gè)另外的濃黑點(diǎn)68作為光軸61和中間圖像平面66的交點(diǎn)而出現(xiàn)。在該實(shí)施例中后面安裝的透鏡63、63′的物側(cè)焦點(diǎn)被固定在這一點(diǎn)，它意味著，透鏡63或者63′的位置選擇依賴于其焦距。
圖3中再次畫出兩條從不同焦距透鏡63和63′發(fā)出的光束64和64′?？梢钥闯?，出射光束64和64′的角度根據(jù)是選擇透鏡63還是透鏡63′為第二透鏡而不同。亦即在圖像屏幕上產(chǎn)生的圖像尺寸是變化的。與圖2不同，從按照?qǐng)D3的透鏡系統(tǒng)發(fā)出的光束不平行，而是有一個(gè)由透鏡系統(tǒng)成像特性確定的角度。
根據(jù)對(duì)透鏡65和63或者63′的焦點(diǎn)位置說明的條件，圖3的例子表示一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦光學(xué)系統(tǒng)。但在這里它不是一個(gè)精確的、常規(guī)的遠(yuǎn)焦光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)槿缟纤?，中間圖像平面不必精確與透鏡65的像側(cè)焦面一致，而是其位置基本上由空間偏轉(zhuǎn)區(qū)域的空間延伸而連帶確定。
產(chǎn)生的圖像尺寸由投射系統(tǒng)相對(duì)圖像屏幕的距離決定。根據(jù)對(duì)透鏡63或者63′的物側(cè)焦點(diǎn)的選擇，穿過點(diǎn)62的平行光束基本上保持平行。由此可以知道，在圖像屏幕的所有距離上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)清晰的圖像。因此不再需要重新調(diào)整清晰度的特殊裝置。
比較圖2和圖3看出，圖3的實(shí)施例中的圖像在縮短透鏡63的焦距時(shí)放大，而在圖2的實(shí)施例中的圖像則縮小。因此根據(jù)圖2的光學(xué)裝置中關(guān)于空間條件的限制而會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。在按照?qǐng)D2的實(shí)施例中，可得到的最小圖像尺寸由機(jī)械邊界條件決定，而在圖3的實(shí)施例中圖像尺寸基本上由圖像屏幕和透鏡系統(tǒng)之間的距離決定。因此按照?qǐng)D3的實(shí)施例可在這一應(yīng)用領(lǐng)域中獲得大的圖像調(diào)節(jié)范圍。
模型計(jì)算表明，按照?qǐng)D3的大體上的遠(yuǎn)焦系統(tǒng)相對(duì)于無(wú)失真和最小色差來(lái)說可以比按照?qǐng)D2的實(shí)施例能更好地校正。此外，根據(jù)幾何光學(xué)的設(shè)計(jì)考慮，可以看出，光束64或者64′能更好地聚焦以及在大圖像場(chǎng)合能提高清晰度。
還是在圖3的例子中，透鏡63對(duì)透鏡63′的焦距和位置的調(diào)整再次可通過轉(zhuǎn)臺(tái)上的透鏡或者一個(gè)變焦鏡頭進(jìn)行。下面在圖4表示的實(shí)施例中說明在這樣的變焦鏡頭中使用的用于放大的、以適應(yīng)可獲得放大的區(qū)域的場(chǎng)透鏡。
在圖4的分圖a、b、c中表示3種不同的透鏡調(diào)節(jié)方案，圖中可明顯看出焦距的改變、以及從而使圖像尺寸的改變。所示透鏡系統(tǒng)50是在圖1的例子中使用過的。該實(shí)施例設(shè)計(jì)用于在
到
的范圍內(nèi)改變圖像尺寸，這在大的投影應(yīng)用領(lǐng)域一般來(lái)說已經(jīng)足夠。
比較圖4和圖3中的中間圖像平面66的位置可以看出，在這一例子中的透鏡65的功能通過透鏡系統(tǒng)50的系統(tǒng)級(jí)70來(lái)模擬。另外從兩個(gè)原理示意光束40、40′的變化中(其中，后者沿光軸延伸)可明顯看出，它們通過系統(tǒng)級(jí)70在中間圖像平面上聚焦。
然后在中間圖像平面66之后裝有一個(gè)由兩個(gè)場(chǎng)透鏡72和74組成的場(chǎng)透鏡組76。插入這一場(chǎng)透鏡組的目的是為了使中間圖像平面66相對(duì)于系統(tǒng)級(jí)70處于在光學(xué)意義上的遠(yuǎn)距離處，以使圖像尺寸的調(diào)節(jié)適應(yīng)一個(gè)希望的區(qū)域。另外，場(chǎng)透鏡組72和74的使用允許一個(gè)特別緊湊的結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)不僅是能操縱透鏡系統(tǒng)50，而且也能使該透鏡系統(tǒng)更好地適應(yīng)開始時(shí)提到的根據(jù)透鏡公式的近似。
相對(duì)于光束40和40′的光路的后面安設(shè)的級(jí)表示一個(gè)可變焦距部分透鏡系統(tǒng)78。在該實(shí)施例中部分透鏡系統(tǒng)78僅由兩個(gè)彼此可調(diào)的透鏡組、一個(gè)聚束柵80和一個(gè)補(bǔ)償器82組成。比較3個(gè)分圖a、b、c可以看出，在放大系數(shù)改變時(shí)，不僅補(bǔ)償器82相對(duì)聚束柵80的相對(duì)位置改變，而且整個(gè)部分透鏡系統(tǒng)78相對(duì)于場(chǎng)透鏡組76移位。
圖4的實(shí)施例中的透鏡系統(tǒng)50的半徑、折射指數(shù)N、平面之間的距離、和從一個(gè)中間折射率和平均色散導(dǎo)出的阿貝數(shù)ν分別在附錄的表I中列出。其中，表中的平面號(hào)指的是圖4中的標(biāo)號(hào)91到116當(dāng)給出折射指數(shù)為1.0同時(shí)缺少阿貝數(shù)ν的參數(shù)時(shí)，指的是一段空氣隙。
使用給出的數(shù)值可得到第一級(jí)的焦距為48.89mm。由聚束柵80和補(bǔ)償器82組成的場(chǎng)透鏡組76的總焦距隨聚束柵80和補(bǔ)償器82的位置而變化。表II中給出對(duì)于不同位置1到5的一些值。位置1、3和5相應(yīng)于圖4中表示的分圖a、b和c。
按照?qǐng)D4的實(shí)施例是一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)。這意味著，第一級(jí)70和由場(chǎng)透鏡組76、聚束柵80和補(bǔ)償器82組成的透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位于靠近中間圖像平面66的地方。在這樣的透鏡系統(tǒng)中產(chǎn)生的放大量由焦距的比例給出。由場(chǎng)透鏡組76、聚束柵80和補(bǔ)償器82組成的透鏡系統(tǒng)的焦距對(duì)于不同的位置在同樣位于附錄中的表II中給出。
通過旋轉(zhuǎn)相應(yīng)于光學(xué)需求而特別切削加工的螺紋可以改變補(bǔ)償器82和聚束柵80的位置。其中，對(duì)于本實(shí)施例中用于調(diào)節(jié)聚束柵的螺紋hν這樣來(lái)選擇，即，它根據(jù)下述關(guān)系式而依賴于聚束柵的旋轉(zhuǎn)角度。
hν＝ 0.32692；(＝0-260°)。
補(bǔ)償器的移位hk在旋轉(zhuǎn)時(shí)按照關(guān)系式來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)hk=hν2r1+[1-(1-k)(hν2r)2]1/2+C2(hν85)4+C3(hν85)6+C4(hν85)8+C5(hν85)10]]>該方程中具有以下述常數(shù)r＝26,44781，k＝2,68835，c2＝20,5846，c3＝-30,6030，c4＝22,0388和c5＝-6,2021根據(jù)為hν和hk切削出的螺紋，利用一個(gè)合適的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器例如以滑環(huán)導(dǎo)向裝置的形式通過單次旋轉(zhuǎn)來(lái)設(shè)定圖像尺寸。所有涉及尺寸選擇的參數(shù)的單位均為毫米。
圖4中示出的實(shí)施例使用在圖1所示的視頻系統(tǒng)中。它表明，在對(duì)于專業(yè)使用的大投影視頻圖像的可用領(lǐng)域中，各種的變化方案是可能的。在使用透鏡系統(tǒng)50時(shí)也會(huì)看出，用按照?qǐng)D1的視頻設(shè)備產(chǎn)生的視頻圖像可以實(shí)現(xiàn)無(wú)失真和無(wú)色差的顯示，而與圖像尺寸無(wú)關(guān)。
附錄表I曲率半徑在以下平D N ν平面標(biāo)號(hào)(mm) 面之間 (mm)9110191-92 4 1,7343 28,292 3592-93 101,6225 63,293-9493-94 0,5 1,094 4494-95 6 1,6225 63,29516295-96 0,5 1,096 2496-97 101,6225 63,297 5597-98 3 1,5343 48,598 1498-99 221,099 ∞99-100 421,0100 44100-1015 1,5421 59,4101-88101-102151,0102 62102-1032 1,5848 40,6103 24103-104可變 1,0104 54104-105101,5187 64,0105-20105-1062 1,7923 47,2106-55106-1078 1,0107 87107-1082 1,5848 40,6108 16108-109101,5544 63,2109-40109-110可變 1,0110 -200110-1118 1,7617 27,4111-28111-1122 1,5187 64,0112 18112-113151,0113-17113-1143 1,7923 47,2114-37114-1150,5 1,0115137115-1165 1,6539 55,6116-80
表II平面103，104 平面109，110 平面100-116位置之間的D(mm)之間的D(mm)焦距(mm)196,7 5,9 84,9265,4 10,2 63,5343,0 15,6 48,2424,8 23,4 35,8512,2 33,0 27,權(quán)利要求
1.一種利用一個(gè)其強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的光束(40、40′；64、64′)形成視頻圖像點(diǎn)的方法，其中首先偏轉(zhuǎn)該光束，然后通過一個(gè)透鏡(63、63′)或一個(gè)透鏡系統(tǒng)(50)使光束向圖像屏幕(54)投射，其特征在于，為透鏡(63、63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者透鏡系統(tǒng)(50)的部分透鏡系統(tǒng)(78)提供可變焦距，并在改變?cè)摻咕鄷r(shí)保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使被保持位置固定的物側(cè)焦點(diǎn)位于一個(gè)空間延伸的偏轉(zhuǎn)區(qū)(44、46)內(nèi)，或者，在部分透鏡系統(tǒng)的場(chǎng)合下，使其位于光束(40、40′；64、64′)可聚焦的透鏡系統(tǒng)(50)的光路中的一個(gè)平面(66)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于，通過透鏡(63、63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者部分透鏡系統(tǒng)(78)在改變焦距時(shí)改變其位置的方法，保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。
4.一種裝置，它具體地用于實(shí)現(xiàn)至少根據(jù)權(quán)利要求1至3的方法之一，并專門地用于在圖象屏幕(54)上形成視頻圖象的像點(diǎn)，該裝置包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置和位于偏轉(zhuǎn)裝置和該屏幕(54)之間的透鏡(63，63′)或透鏡系統(tǒng)(50)，其中該偏轉(zhuǎn)裝置用于將光束(40，40′；64，64′)偏轉(zhuǎn)到圖象屏幕(54)上以便按行和幀進(jìn)行光柵掃描，該光束(40，40′；64，64′)的強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的，其特征在于，透鏡(63、63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者透鏡系統(tǒng)(50)的部分透鏡系統(tǒng)(78)的焦距可調(diào)節(jié)，并且提供了一個(gè)裝置，該裝置在調(diào)節(jié)焦距時(shí)保持透鏡(63、63′)或者部分透鏡系統(tǒng)(78)的物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，該裝置保持物側(cè)焦點(diǎn)位于偏轉(zhuǎn)裝置(44、46)的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)或者在光束(40、40′；64、64′)可聚焦的透鏡系統(tǒng)(50)的光路中的一個(gè)平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5的裝置，其特征在于，透鏡(63、63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者透鏡系統(tǒng)(50)的部分透鏡系統(tǒng)(78)具有連續(xù)可調(diào)的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中至少一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于，透鏡系統(tǒng)(50)是一個(gè)大體上的遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中至少一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于，透鏡系統(tǒng)(50)是多級(jí)系統(tǒng)，其第一級(jí)(70)在距偏轉(zhuǎn)裝置的固定距離處設(shè)置，其中至少其它各級(jí)之一具有可變焦距并且配置為可以相對(duì)于第一級(jí)(70)移位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，透鏡系統(tǒng)(50)這樣設(shè)計(jì)，使得視頻圖像可以在透鏡(63、63′)之前或者在具有可變焦距的部分透鏡系統(tǒng)(78)之前在一個(gè)中間圖像屏幕上成像，以及透鏡(63、63′)或具有可變焦距的部分透鏡系統(tǒng)(78)借助該偏轉(zhuǎn)裝置可以這樣地進(jìn)行移位，使得其物側(cè)焦點(diǎn)基本上位于透鏡系統(tǒng)(50)的光軸(61)上接近中間圖像平面(66)或者位于其內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，在中間圖像平面和具有可變焦距部分透鏡系統(tǒng)(78)之間配置一個(gè)場(chǎng)透鏡(72、74)或者場(chǎng)透鏡組(76)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中至少一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于，多級(jí)遠(yuǎn)焦透鏡系統(tǒng)(50)中的最后一級(jí)(78)構(gòu)造成透鏡(63、63′)或者具有變焦距的部分透鏡系統(tǒng)(78)。
12.根據(jù)權(quán)利要求4到11中至少一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于，變焦距部分透鏡系統(tǒng)(78)或者透鏡系統(tǒng)(50)具有兩個(gè)彼此可相對(duì)移位的系統(tǒng)級(jí)(80、82)，通過這兩個(gè)系統(tǒng)級(jí)可調(diào)節(jié)焦距；并提供有一個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它這樣設(shè)計(jì)，使得在改變焦距時(shí)物側(cè)焦點(diǎn)位置保持固定不變。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，為了相對(duì)于另一個(gè)系統(tǒng)級(jí)(82)移動(dòng)一個(gè)系統(tǒng)級(jí)(80)，提供一個(gè)機(jī)械的凸輪控制機(jī)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求4到13中至少一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于，透鏡系統(tǒng)(50)可用于色差和失真校正。
全文摘要
一種利用一個(gè)其強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的光束(40、40′；64、64′)形成視頻圖像像點(diǎn)的方法，首先偏轉(zhuǎn)該光束，然后使光束通過透鏡(63、63′)或透鏡系統(tǒng)(50)向圖像屏幕(54)投射，為透鏡(63、63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者透鏡系統(tǒng)(50)的部分透鏡系統(tǒng)(78)提供可變焦距，并在改變?cè)摻咕鄷r(shí)保持物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。一種在圖象屏幕(54)上形成視頻圖象像點(diǎn)的裝置，具有一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置，用于將光束(40，40′；64，64′)偏轉(zhuǎn)到圖象屏幕上以便按幀和行進(jìn)行光柵掃描，該光束(40，40′；64，64′)的強(qiáng)度是根據(jù)像點(diǎn)亮度來(lái)進(jìn)行控制的，還具有設(shè)在偏轉(zhuǎn)裝置和圖象屏幕(54)之間的透鏡(63，63′)或透鏡系統(tǒng)(50)；該透鏡(63，63′)、透鏡系統(tǒng)(50)或者透鏡系統(tǒng)(50)的部分透鏡系統(tǒng)(78)的焦距可調(diào)節(jié)，并且提供一個(gè)裝置，該裝置在調(diào)節(jié)焦距時(shí)保持透鏡(63、63′)或者部分透鏡系統(tǒng)(78)的物側(cè)焦點(diǎn)位置固定。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1157081SQ96190665
公開日1997年8月13日 申請(qǐng)日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月22日
發(fā)明者R·勒德爾, C·德特爾 申請(qǐng)人:卡爾蔡斯耶拿有限公司, Ldt激光展示技術(shù)公司