CN100573311C - 用于正投影机或背投影机的偏折投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括用于产生图像束并在之后产生第一图像的成像源(23)和物镜(20)的投影系统(4)，其中，所述第一图像关于成像光束光轴从中心偏移。本发明的系统包括凹面反射镜(21)，其设置在图像束路径上的第一图像之后并根据第一图像在投影平面(22)上产生第二图像。

Description

用于正投影机或背投影机的偏折投影系统

技术领域

本发明涉及图像投影领域。更明确地，本发明涉及在正投影机或背投影机的视频投影机中成像光束的偏折。

背景技术

根据现有技术，投影机具有相对很大的缺点。

为了减少体积，投影机1配有双凸面镜，如图1中以分解方式所示，投影机包括：

-成像源13；

-由成像源13所产生的成像光束照射的物镜10；

-放大图像同时偏折成像光束的凸面非球面反射镜11；

-偏折反射镜(folding mirror)15；和

-背投影屏12。

物镜将成像光束14传送到凸面非球面反射镜11，其自身将反射光束传送到偏折反射镜15，偏折反射镜将光束反射到屏幕12上(为便于查看图1，已经示出的光束14未被反射镜15偏折)。反射镜11可以是这样的，从屏幕12看，光束似乎来自于位于反射镜11后面的光瞳区域A。在公开号为EP1203977的欧洲专利公开文献中更详细地描述了这样的投影机。

图1的背投影机具有以下缺点：在屏幕下面存在相对大的高度H，一般大于30cm。这种高度实际上是必要的，以便容纳物镜10以及在屏幕12上形成校正图像(correct image)而不会使成像光束遇到物镜10。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的这些缺陷。

更具体地说，本发明的目的是减少背投影屏幕下方的高度(也称作“下部(chin)”)或正投影机的投影距离同时仍维持小的下部(在此为投影机最高处与屏幕的最高处之间的距离，如果投影机置于屏幕的上方)。

为此，本发明提供一种包括被设计以产生成像光束并在物镜后面构造第一图像的成像源和物镜的投影系统，第一图像相对于成像光束的光轴是离轴的，所述系统受关注在于其包括置于成像光束光路上第一图像后并根据第一图像在投影平面上构造第二图像的凹面反射镜。

优选地，凹面反射镜为非球面反射镜。

根据一个特定特征，所述系统包括置于物镜和凹面反射镜之间的至少一个的第一平面偏折反射镜。

有利地，物镜包括：

-光阑(diaphragm)；

-第一透镜组；和

-第二透镜组，

-第二透镜组置于成像光束光路中光阑的后面并比光阑更接近第一图像。

根据优选特征，第二透镜组与第一透镜组的出射光瞳之间的距离至少为第一透镜组和成像源之间距离的三倍。

根据有利的特征，第二透镜组包括至少一个弯月型透镜。

根据一个特定特征，第二透镜组置于第一透镜组和第一偏折反射镜之间。

根据另一特征，第二透镜组置于第一偏折反射镜和凹面反射镜之间。

有利地，在没有平面偏折反射镜的系统表示中，成像光束的光轴垂直于投影平面，在成像光束射到凹面反射镜时是垂直的。

优选地，系统包括处于在投影平面内的背投影屏幕。

有利地，系统进一步包括置于凹面反射镜和背投影屏幕之间成像光束光路内的第二平面偏折反射镜。

根据另一有利特征，系统包括适于在投影平面上进行正面投影的装置。

有利地，物镜包括三个透镜的前透镜组，置于中间的透镜具有与外部透镜相反的光焦强(power)。进而前透镜组例如包括在发散透镜侧面的两个会聚透镜或在会聚透镜侧面的两个发散透镜。

优选地，系统包括吸收杂光线的黑色区域和置于凹面反射镜之后的成像光束光路内的透明区域的掩模。

根据特定特征，所述透明区域是完整的或对应于掩模的切断部分。

根据优选特征，透明区域位于包括物镜和凹面反射镜的系统的出射光瞳附近。

附图说明

通过阅读参照附图给出的以下说明，能更清楚地理解本发明，并使得其它特征和优点变得清楚，其中：

图1示出了已知的背投影机；

图2、3a和3b为根据本发明一个实施例的背投影机的高度示意性简化图；

图4为根据本发明的可选实施例的背投影机的高度示意性简化图；

图5示出了图2至图4中背投影机所形成的各种图像；

图6示出了图2至图4中背投影机的光学特性；

图7至图9示出了根据本发明可选实施例的背投影机；

图10示出了根据本发明的一个具体实施例的正投影机；

图11和22示出了图2中的投影机中所使用的物镜；

图12和13为根据本发明的可选实施例的使用掩模的背投影机的高度示意性简化图；

图14示出了根据本发明的可选实施例的使用掩模的正投影机的高度示意性简化图；

图15至21示出了图12至14中根据本发明的几个可选实施例的投影机中所使用的掩模。

具体实施方式

因此，本发明的总体原理基于背投影机中凹面偏折反射镜的使用，从而能够减少屏幕下面的高度。

图2以分解的形式示出了具有凹面非球面反射镜的背投影机，其包括：

成像源23(一般为照明光束所照射的成像仪)；

被成像源23产生的成像光束所照射的物镜20；

放大图像同时偏折光束的凹面非球面反射镜21；

偏折反射镜25；和

背投影屏幕22。

成像仪例如是Texas Instruments^TM的DMD(数字微镜装置)，透射LCD(液晶显示器)或LCOS(硅上液晶)装置。

物镜20将成像光束24传送到凹面非球面反射镜21，其本身将反射光束传送到偏折反射镜25，偏折反射镜将光束反射到放置有屏幕22的投影平面(为更易查看图2，光束24已经示出未被反射镜25偏折)。投影机的光学部分具有光轴26，所产生光束24相对于该光轴26是离轴的(由此成像仪也是离轴的)。反射镜21是这样的，从屏幕22看，所述光束看上去来自于光瞳区域，对应于位于反射镜21和屏幕22之间成像光束24光路上的光瞳P_F。

凹面非球面反射镜21为轴对称(旋转)形，由以下非球面表面等式给出反射镜的反射表面：

$Z\left(r\right)=(r^2/R)/(1+\sqrt{1-(1+c){(r/R)}^2})+a_{1}r+a_2{r}^2+a_3{r}^3+a_4{r}^4+a_5{r}^5+a_6{r}^6+...$

其中：

r表示给定点到光轴的距离，反射镜21的轴置于物镜的光轴上；

Z表示这个点距垂直于光轴的平面的距离；

系数c是二次曲线的系数；

参数R对应于表面的曲率半径；和

参数a₁，a₂，...a_i分别为1、2和i阶的非球面系数。

图11更详细地示出了物镜20。

物镜包括后组透镜201至203和前组透镜204至206。

成像光束光路中物镜20的最后透镜206优选为非球面弯月透镜，透镜的形状与凹面反射镜21的参数相匹配。因此，透镜的形状优选由以上所示的非球面表面等式给出。

作为示例，在一个特殊实施例中，凹面反射镜21的半径R为60，参数c和a₁至a₈分别是以下数值：-1.59311mm；0；0；-8.94×10^-6；0；1.64×10^-9；-9.74×10^-13；-7.84×10^-14和2.31×10^-16。弯月透镜206(成像仪侧)的第一表面的半径R是44.94711mm，并且参数c和a₁至a₈分别是以下值：0；0；0；-3.1×10^-4；2.88×10^-5；1.96×10^-6；7.14×10^-8；4.15×10^-10和-4.30×10^-10。弯月透镜206(成像仪侧)的第二表面的半径R为29.49554mm，且参数c和a₁至a₈分别为以下值：0；0；0；-2.7×10^-4；9.97×10^-6；6.34×10^-7；-1.41×10^-7；8.98×10^-9和-1.78×10^-10。

其优点是，根据本发明，前透镜组包括三个透镜，位于外部位置的两个透镜关于位于中间的透镜分别具有相反的光焦强。进而，前透镜组用于产生中间图像的曲率以使得投影的图像是平面的，同时包括多个弱透镜(weaklens)。这使得本发明更易制造并降低其成本。

因此，图11中所示的前透镜组包括围绕正光焦强透镜205(会聚透镜)的两个负光焦强透镜204和106(发散透镜)。

根据本发明的可选实施例，物镜的前透镜组包括围绕负透镜的两个正(会聚)透镜。图22中示出了包括上述前组透镜并能替换物镜20的物镜130。

物镜130包括后组透镜131至138和前组透镜139至141，这些透镜组置于物镜出射光瞳P_E的任一侧。

作为例示，物镜130的特征总结在以下的表格中(光线、厚度和尺寸以毫米表示，而透镜132至141的材料对应

公司所提供的产品参照)：

透镜	曲率半径(mm)	厚度(mm)	材料	直径(mm)
					131	36.43399-104.8294	16.2450.500	丙烯酸脂	4848
132133134	206.176-48.86833.95-83.67	9.5385.38914.9330.500		46464646
					135136	无限-22.648无限	12.6582.6260.500		363636
137138	47.785-27.09无限	9.3812.4935.974		282828
					P<sub>E</sub>	无限	41.998		16.58
139	33.768120.842	6.84914.926		3838
					140	-77.8146.246	16.18824.299		4141
141	-86.258-41.781	9.816-		6060

图2的背投影机具有屏幕下方的高度h相对较小的优点，相对于具有大约1.50m对角线的屏幕，该高度一般为10和20cm之间。这种高度事实上足以容纳物镜20和反射镜21，同时仍在屏幕22上形成校正图像而不会使成像光束24与物镜20相遇。优选地，高度h等于屏幕高度的五分之一。更明确地，高度h小于或等于屏幕5等分的高度。

图3a和3b分别示出了图2中示意性所示的背投影机3的侧视图和顶视图。

为了减少背投影机3的深度，偏折反射镜30放置在物镜20和凹面反射镜21之间。虚线和实线分别表示光束24未偏折和偏折的成分。反射镜30是垂直的(也就是说平行于屏幕22)，光束24的光轴在反射镜21之前是水平的。背投影机3的成像仪23的长边是水平的(相对于长边为水平的垂直投影屏幕22)。

物镜20沿着上述侧边放置并优选关于平行于屏幕22的轴在沿着侧边放置的水平面内偏折，进而能够减少背投影机3的深度。反射镜30与屏幕22法线所成的角度α依赖于物镜20的光轴与屏幕22所成的角度。当物镜22平行于屏幕时，角度α等于45°。物镜20和反射镜30之间的距离使得光束24不会与物镜20相遇。

通常，非偏折投影系统的各个元件的所有光轴都垂直于投影平面，所述投影平面假定为垂直的。因此，这些光轴是水平的(对于以在非偏折形式示出的系统，排除由于凹面偏折反射镜引起的偏折)。

在投影机3中，物镜20的卷轴保持水平，屏幕22是垂直的。投影机3具有相对小的“下部”，也就是说具有相对小的h值。

可是，在允许更容易容纳照明部分的可选实施例中(光学照明芯，灯壳，安装在成像仪23上的电子卡的倾斜)，物镜的卷轴是倾斜的。这是因为投影系统的一个元件的轴在被偏折反射镜偏折之后可变成非水平的。例如，如果大的反射镜倾斜，所有随后的元件也倾斜两倍夹角，尤其是凹面反射镜。

因此，图4示出了根据本发明可选实施例的背投影机4，其具有两个偏折反射镜40和42。背投影机4包括类似于背投影机3组件的元件，其具有相同的附图标记(特别是成像源23、物镜20、凹面反射镜21、偏折反射镜25和屏幕22)。

在物镜20和反射镜21之间设置两个偏折反射镜40和42。背投影机4的物镜20的轴在偏折时不是水平的。来自物镜20的成像光束首先照射反射镜42，该反射镜相对于光轴以45°倾斜并垂直于屏幕4。光束进而沿平行于屏幕4的方向反射，光束的光轴处于垂直于屏幕4的平面内。接着，被反射镜42反射的光束照射反射镜40，该反射镜相对于光轴以45°倾斜且其法线垂直于屏幕4。进而，光束沿垂直于屏幕4的方向反射以便照射凹面反射镜21。

在本发明的可选实施例中，背投影机4的物镜20的轴在偏折时不是水平的，背投影机4包括一个或多个置于物镜和凹面反射镜21之间的偏折反射镜以便沿接近垂直于，优选为垂直于屏幕21的方向发送光束。

根据本发明的另一可选实施例，照射置于成像光束光路上第一图像之后的凹面反射镜的成像光束的轴不是水平的。随后计算凹面反射镜的形状，以便在对应投影屏幕的投影平面内构造第二图像。

背投影机4的成像仪23的长边是垂直的(相对于具有水平长边的垂直投影屏幕22)。

背投影机4消除了物镜20的透镜的尺寸限制，以使其不会与反射镜21的返回光束41相交。在背投影机4的构造中，也能够使用更大的透镜，因为物镜低于光束41(存在较容易的区域分离)。

优选地，背投影机4屏幕下面的高度h′(大约)等于屏幕高度的五分之一。更明确地，高度h′小于或等于屏幕5等分的高度。高度也依赖于物镜20或凹面反射镜的放大率，以及照明系统(灯的反射器的尺寸)。因此，对于具有50″屏幕和DMD HD3的投影机，高度h′例如小于20cm，一般等于12cm。

图5示出了背投影机3或4所形成的各种图像(所示成像光束未偏折)。

光线242表示成像光束24的中心光线并且光线240和241为两个边界光线。

物镜20的出射光瞳P_E形成图像I_E，该图像位于光束24光路上的反射镜21的前面。物镜20放大形成在成像仪23上的目标图像以便以放大系数M形成图像I_E。与物镜20相关的放大系数M优选处于1和10之间，更优选地处于5和9之间。

反射镜21在成像光束的光线穿过相对小的区域处，使出射光瞳P_E和光瞳P_F相关联。计算反射镜21的形状以便产生对应图像I_E的图像I_M，该图像投射在屏幕22所处的投影平面上。凹面反射镜21放大图像I_E以便以放大系数M′形成图像I_M。与凹面反射镜21相关的放大系数M′优选大于与物镜20相关的放大系数M。

置于所述成像光束光路上第一图像之后的凹面反射镜21的使用具有以下优点，对应于光线241的成像光束的较低部分相对高(相对于图1中对应的光线)，并由此允许光学元件接近屏幕(在背投影机的情况下)，使其更容易地被收纳，而不会扰乱凹面反射镜和平面之间光束的行进。

根据可选实施例，与凹面反射镜21相关的放大系数M′大于10。

凹面反射镜21优选至于光轴下方。优选地，凹面反射镜21前面的系统的光轴是水平的并接近平面22的底部。

图6示出了背投影机3的光学特性。更明确地，成像系统23产生第一图像，作为例示，该第一图像包括标示的两点A和B。从这两点A和B发出的是两个光束62和61，其在通过包括至少一个透镜200的物镜20和出射光瞳P_E201之后分别形成属于物镜20产生的图像I_E的两个点A′和B′。

光束62和61分别在反射镜21上的非离散区域A″和B″中反射并汇聚在对应光瞳P_F的区域上，光瞳P_E的图像通过反射镜21。

应当注意到，光瞳P_F相对地接近反射镜21并且光瞳P_E更远离反射镜21。一般，出射光瞳区域P_F与凹面反射镜21的顶点之间的距离在25mm和60mm之间。优选地，出射光瞳201与凹面反射镜21之间的距离必须尽可能的大。

图7示意性地以非偏折形式示出了根据本发明可选实施例的部分背投影机80。

背投影机80包括与投影机3和4相似的元件(尤其是元件22、23、25和30)。这些元件具有相同的附图标记，故不再进行描述。

背投影机80包括光阑D的物镜，具有至少一个透镜74的第一透镜组和具有至少一个透镜70的第二透镜组。第二透镜组置于成像光束光路上的光阑D之后并比光阑D更接近图像I_E。优选地，第二透镜组70和第一透镜组74的出射光瞳P_E′之间的距离d₁至少为第一透镜组74和成像源23之间距离d₂的三倍。

出射光瞳P_E′对应于第一透镜组74形成的光阑D的图像。第二透镜组70能够将投影机80的物镜的出射光瞳P_E基本定位在无限远。因此，第二透镜组70调整成像光束的光线(例如，对应点A和B的光线72和71)并能够减少代替反射镜21的凹面反射镜73的尺寸，此外其形状更加相似。

第二透镜组70还施用根据上述其他实施例的反射镜21所假定的光学修正。具体地说，能够减少像散和一定的光学畸变。还增加了光束的孔径(2.8孔径)。反射镜73具有进而使其能够实质放大图像I_E并在投影平面获得平面图像的曲率。

凹面非球面反射镜73具有其反射面由以下等式给出的形状：

$Z\left(r\right)=(r^2/R)/(1+\sqrt{1-(1+c){(r/R)}^2})+a_{1}r+a_2{r}^2+a_3{r}^3{+a}_4{r}^4+a_5{r}^5+a_6{r}^6+...$

其中：

r表示给定点到光轴的距离，反射镜74的光轴置于物镜的光轴上；

Z表示该点到垂直于光轴的平面的距离；

系数c为二次曲线；

参数R对应表面的曲率半径；和

参数a_i分别为i级的非球面系数。

第二透镜组70包括一个或多个透镜并具有例如一个或多个弯月透镜(更容易生产具有几个弯月透镜的透镜组)。优选地，第二透镜组70具有与凹面反射镜73的参数相匹配的光学特性。透镜组的元件优选具有遵循上述非球面表面等式的形状。

作为例示，在一个特殊实施例中，凹面反射镜73的半径R等于-56.202mm，参数c和a₁至a₈分别为以下数值：-3.32197；0；0；-1.06×10^-5；0；-2.20×10^-9；6.68×10^-11；-1.06×10^-12；和5.91×10^-15。

再次作为例示，透镜组70被认为包括弯月透镜。假定透镜组70的弯月透镜的第一表面(成像仪侧)半径R为无限大，参数c和a₁至a₈分别为以下数值：0；0；-0.00811；7.60×10^-5；-6.43×10^-6；1.57×10^-7；-1.53×10^-9；0和0。假定透镜组70的弯月透镜的第二表面(成像仪侧)半径R为无限大，参数c和a₁至a₈分别为以下数值：0；0；-0.01058；-1.77×10^-5；-2.88×10^-6；8.41×10^-8；-9.96×10^-10；0和0。

第一透镜组74包括置于成像光束光路上光阑之前的一个或多个透镜的后透镜组。根据可选实施例，还包括由置于成像光束光路上光阑之后的一个或多个透镜构成的前透镜组。

此外，图像I_E形成在反射镜73之前，并且反射镜73在成像光束的光线于相对小的区域内相交的位置处使出射光瞳P_E和光瞳P_F相关联。计算反射镜73的形状和第二透镜组70的设置以在投影屏幕22所处的投影平面内产生对应于图像I_E的图像I_M。

图8示意性地示出了背投影机80的顶视图。

在投影机80中，第二透镜组70位于偏折反射镜30和第一透镜组74之间。因此，成像仪23通过第一透镜组74将图像传输到第二透镜组70。第二透镜组70将成像光束81校正成成像光束82，其被偏折反射镜30反射到凹面反射镜73上。

成像光束81的光轴是水平的并且平行于投射在投影屏幕上的图像的底部(如背投影机3实施例中所示)。在可选实施例中，成像光束81的光轴是倾斜的，类似于来自背投影机4的物镜的成像光束的光轴，反射镜30被所述背投影机4的反射镜40所替换，如图4所示。

图9示意性地示出了对应可选实施例的背投影机80的背投影机90的顶视图。

背投影机90包括类似于背投影机80的组件，反射镜73、第一透镜组74和第二透镜组70分别由凹面反射镜92、由至少一个透镜95构成的第一透镜组和由至少一个透镜91构成的第二透镜组所替换。这些相似的组件具有相同的附图标记，并不再予以说明。

由此，背投影机90的物镜包括光阑D、第一透镜组95和第二透镜组91。所述第二透镜组91置于成像光束光路上的光阑后并比光阑D更接近图像I_E。优选地，第二透镜组91与第一透镜组95的出射光瞳P_E’之间的光学距离(对应距离d′₁和d″₁的和)至少是第一透镜组74和图像源23之间距离d₂的三倍。

凹面反射镜92和由至少一个透镜91构成的第二透镜组分别提供与反射镜73和第一透镜组74相同的功能。反射镜92的形状和第二透镜组91的光学特性几乎与这两个组件相匹配。

在投影机90中，第二透镜组91置于偏折反射镜30和凹面反射镜92之间。因此，成像仪23通过第一透镜组95传输成像光束93，成像光束93被偏折反射镜30反射在第二透镜组91上。第二透镜组91将成像光束93校正成传输到凹面反射镜73的成像光束92。

成像光束93的光轴是水平的并平行于投射在投影平面上的图像的底部(如背投影机3实施例中所示)。在可选实施例中，成像光束93的光轴在被平面偏折反射镜或凹面偏折反射镜之一反射之前倾向于投影平面。

根据背投影机90的可选实施例，平面偏折反射镜30由类似于背投影机4的反射镜40和42的两个反射镜所替换，这两个反射镜置于第一透镜组95和第二透镜组91之间以便减少背投影机的尺寸。上述实施例与类似于反射镜73的凹面反射镜93相容，并且第二透镜组91类似于透镜组70由单一的弯月透镜构成，以上已经通过示例说明了这些组件的准确特征。

图10示出了根据本发明可选实施例的正面视频投影机100。

投影机100包括投影机3的除了投影屏幕22和偏折反射镜25以外的光学元件。

更明确地，投影机100包括类似于投影机3的元件20，23，30和21的元件，其具有相同的附图标记并不再进行描述。投影机100的凹面反射镜21将成像光束102传输到处于垂直于未偏折系统光轴的投影面的屏幕101，凹面反射镜21根据位于物镜20和反射镜21之间的第一图像在投影面中构成第二图像。应当注意，投影面可以非常接近于投影机100-凹面反射镜21的光学中心与投影面的分离距离优选小于1m，更优选小于50cm。

此外，下部h(投影机100的最低点与投影到屏幕101上的图像的分离距离(假定从底部向上投影图像)相对小-它优选小于投影图像高度的五分之一。

此外，如上所述的根据本发明多个实施例的背投影机可以适合于正投影机，本领域技术人员用正面投影屏幕替代背投影屏幕并且有可能省略在成像光束的光路中位于凹面反射镜之后的一个或多个偏折反射镜。

根据本发明的另一方面，掩模定位在小的光瞳区域附近，该区域放置在成像光束光路中的物镜和屏幕之间。当系统的出射光瞳是实像时可以使用这种掩模。掩模使得下述事实成为可能：具体地说是限制，甚至消除杂光线和/或防止灰尘沉积在物镜，接近于物镜的凹面反射镜和光学元件上。如上所示，具体地说，当投影机使用将图像构造在投影面上的凹面反射镜时，获得这种光瞳P_F。

图12和13分别以侧视图和平面图示出了背投影机120。背投影机120包括背投影机3的所有元件，其具有相同的附图标记并不再进行描述，和掩模103。

有利地，掩模103是包括透明区域104的玻璃或塑料片，投影光束24可以通过该区域。将掩模103的厚度选择得尽可能的小，优选小于2mm，甚至更优选等于1mm或更小。

如图19所示，光束24的光线113至115通过透明区域104，同时被掩模103折射。在透明区域104之外，掩模103是黑色的并且吸收杂光线。黑色边缘区域相应于掩模的被大量着色或在掩模的一侧或两侧上经过处理的区域。优选地，已经利用本领域技术人员已知的技术使透明区域经过抗反射处理。掩模103优选延伸远至投影机外壳的边缘，从而使物镜、凹面反射镜和相应的成像仪远离灰尘和/或消除(或减少)来自这些元件或来自外部的杂光线。所示的掩模103的透明区域边缘包括垂直于掩模表面的壁。根据掩模103的有利可选实施例，掩模的透明区域边缘包括倾斜壁以便会聚在成像光束的光路上。

根据可选实施例，掩模的透明区域向区域成像光束的轴倾斜，以便减小其入射角以及因此减少成像光束在透明区域上的任何反射。

从而，图21示出了为掩模103变形的掩模121。掩模121包括围绕透明区域127的黑色上表面125和黑色下表面126。表面125和126沿垂直于掩模121的方向偏移，以便最多刚好包括相切或接近于(优选在2mm或更小的距离处)表面125和126的边界光线113和115。从而，根据所示实施例，表面125和126不偏移，掩模121的透明区域边缘具有倾斜壁以便会聚在成像光束的光路上。根据掩模的可选实施例，透明区域的壁垂直于掩模的表面。根据另一可选实施例，掩模的仅一个表面是黑色的。该表面优选在成像光束的入射表面侧。

根据掩模103和116的可选实施例，透明区域由玻璃或塑料制成，以及黑色区域由任何其他材料制成。

图20示出了具有切断透明区域117的黑色掩模116(掩模103的变形)。光束24的光线113至115通过透明区域117而没有偏转或被吸收。

掩模103，121和116的透明区域优选调节到光束24的尺寸并且位于接近于光瞳区域(或包括物镜和凹面反射镜的系统的光瞳P_F)处，该光瞳区域位于物镜和投影面之间(一般在离相应于包括物镜和凹面反射镜的系统的出射光瞳的光瞳区域P_F 5mm或更小的距离处)。

为了使制造掩模更容易，透明区域具有简单的几何形状。从而，图15示出了当掩模被放置在光轴26上时围绕光瞳区域P_F 105的印记的透明区域104。光瞳区域P_F 105(或光束24)的印记关于轴26对称并且沿该轴稍微伸长。从而，作为例示，透明区域是椭圆的，中心在轴106上，其长轴(放置在轴106上)和短轴分别具有约50mm和30mm的长度。

根据掩模的变形，如图16所示，透明区域107包括更精细的光瞳区域105的印记。从而，区域107的一端(例如具有10mm的宽度)比另一端更窄(例如具有20mm的宽度)。

图17示出了在光瞳区域P_F附近位于轴26上方5mm处的透明掩模区域110。光束24的印记109大于图14和15所示的印记，并且具有箭头形状。透明区域110也最多刚好按照印记109的形状。

图18示出了在光瞳区域P_F附近位于轴26下方2mm处的透明掩模区域112。光束24的印记113大于图14和15所示的印记，并且在一端具有喇叭形状。透明区域112也最多刚好按照印记113的形状。

图14以侧视图示出了正投影机106。投影机106包括投影机100的所有元件和掩模105，其中，所述投影机106包括的投影机100的所有元件具有相同的附图标记，不再进行描述。掩模105具有让照明光束通过该掩模的透明区域和吸收杂光线并且延伸远至封闭投影机106的光学元件的外壳的黑色区域，该透明区域根据多个实施例，分别类似于区域104，107，110和112，该黑色区域类似于掩模103的黑色区域。

图12至21所示的掩模优选是平面的。根据其他实施例，黑色区域以及在适当时，整个透明区域在形状上发生改变，以便它们封闭包括物镜的所有或一些光学元件，以及黑色区域不与照明光束相交以便不减小投影光束的亮度。

当透明区域是完整的区域时，部分光束可以通过透明部分反射。根据可选实施例，例如通过大约垂直于掩模并且置于有用的投影光束光路外部的杂光线的光路中透明区域之后的壁，从而得到的杂光线可以消除。

根据投影机的可选实施例，成像仪相对于上述情况偏心，由此允许得到更高的投影图像。以该方式，在定位掩模方面存在更大的自由度和/或在掩模的形状方面存在更大的自由度。

当然，本发明不限于上述实施例。

具体地说，本发明应用于任何类型的投影机，无论是正投影机还是背投影机。

本领域技术人员也能够确定物镜和凹面偏折反射镜，其根据定位在凹面反射镜之前的第一图像在投影面中构成第二图像，特别是以便根据特定的标准修改像散和光学畸变校正，以及使它们在投影系统的多个光学元件之间分布。

此外，本领域技术人员能够根据所需投影系统具体的空间限制改变成像光束的偏折。

Claims (17)

1.一种包括被设计成用以产生成像光束并在物镜后面构造第一图像(I_E)的成像源(23)和物镜(20)的投影系统(3，4，100，80，90)，所述第一图像相对于所述物镜的光轴是离轴的，其特征在于：所述投影系统包括置于所述成像光束光路上的所述第一图像之后并根据第一图像在投影平面(22，101)上构造第二图像的非球面凹面反射镜(21，73，92)，所述非球面凹面反射镜具有置于物镜光轴上的光轴，包括物镜和非球面凹面反射镜的所述系统的出射光瞳(P_F)位于非球面凹面反射镜和投影平面之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统至少包括置于所述物镜和所述非球面凹面反射镜之间的第一平面偏折反射镜(30，40，42)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述物镜包括：

-光阑(D)；

-第一透镜组(74，95)；和

-第二透镜组(70，91)，

第二透镜组位于所述成像光束光路中所述光阑之后，并比所述光阑更接近所述第一图像。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述物镜包括：

-光阑(D)；

-第一透镜组(74，95)；和

-第二透镜组(70，91)，

第二透镜组位于所述成像光束光路中所述光阑之后，并比所述光阑更接近所述第一图像。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述第二透镜组与所述第一透镜组的出射光瞳(P_E′)之间的距离(d₁)至少为所述第一透镜组和所述成像源之间距离(d₂)的三倍。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述第二透镜组包括至少一个弯月型透镜。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述第二透镜组(70)置于所述第一透镜组和所述第一偏折反射镜之间。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述第二透镜组(91)位于所述第一偏折反射镜和所述非球面凹面反射镜之间。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在没有平面偏折反射镜的系统中，当成像光束垂直射到非球面凹面反射镜时，所述成像光束的光轴垂直于投影平面。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述系统包括在投影平面内的背投影屏幕(22)。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述系统还至少包括位于所述非球面凹面反射镜和所述背投影屏幕之间的成像光束光路上的第二平面偏折反射镜(25)。

12.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统包括适于在投影平面上进行正面投影的装置。

13.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述物镜包括一前组，其包括三个透镜的，其中，置于中间的透镜具有与外面透镜相反的光焦强。

14.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统包括一掩膜，其包括吸收杂光线的黑色区域和位于非球面凹面反射镜之后的成像光束光路上的透明区域。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：所述的透明区域是完整区域。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：所述掩膜包括形成所述透明区域的切断。

17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述透明区域位于包括物镜和非球面凹面反射镜的系统的出射光瞳(P_F)附近。

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