CN102967923B - 广角投影物镜及其应用 - Google Patents

Abstract

一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件；第一镜头组，该第一镜头组是一个凸非球面反射面；第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；第三镜头组，该第三镜头组是零折光能力模组或光能力很弱的模组，广角物镜的孔径光阑放在这里边或者附近位置；第四镜头组，该第四镜头组是一个正折光能力模组；所述的由第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面的条件（1）-（4）：条件(1)：10<|F₁/F|<30；条件(2)：4.0<|F₂/F|<8.0；条件(3)：20<|F₃/F|<40;条件(4)：5.0<|F₄/F|<7.0。本发明可使投影物镜的焦距大幅度减少，有利于减小其应用产品如投影仪、数字视频设备的等应用产品的体积。

Description

广角投影物镜及其应用

技术领域

本发明涉及一种光学零件，尤其是一种能够实现更短的投影距离的广角投影物镜及其应用，具体地说是一种广角投影物镜及其应用。

背景技术

目前，数字投影机已经被广泛的应用于显示视频或电子图像。无论是应用于教育，家庭娱乐，广告还是视频会议，数字投影机要求一个合适的显示画面尺寸。投射比是决定投影设备是否合适的一个关键因素。通常情况下，投射比被定义为投影距离除以画面大小（例如画面宽度）。普通投影机的标准投射比为2.0。然而，当显示设备的投影大小增加，投射距离也会随着增加。因此，为了大尺寸的显示设备，需要更小的投射比。

在US Patent No 7738190和CN 101685199B中，相关的文章提供了一个短投射比物镜，物镜满足条件15<|F_reflective/F|<25和1.5<|F_refractive/F|<2.0，在这里，F是广角物镜的焦距，F_reflective是凸反射镜的焦距，F_refractive是折射群组的焦距。此外，在US Patent NO7738190和CN 101685199B中物镜满足3.5＜/F₄/F/＜6。

发明内容

本发明的目的是针对现有的投影物镜焦距大，导致整个投影系统体积无法缩小的问题，设计一种焦距短的广角投影物镜。

本发明的技术实施例之一是：

一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件；

a)第一镜头组，该第一镜头组是一个凸非球面反射面；

b)第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；

c)第三镜头组，该第三镜头组是零折光能力模组或光能力很弱的模组，广角物镜的孔径光阑放在这里边或者附近位置；

d)第四镜头组，该第四镜头组是一个正折光能力模组；

所述的由第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面的条件（1）-（4）：

10<|F₁/F|<30    条件(1);

4.0<|F₂/F|<8.0  条件(2);

20<|F₃/F|<40    条件(3);

5.0<|F₄/F|<7.0  条件(4)；

式中：F是整个广角物镜的焦距

F₁是第一镜头组的焦距

F₂是第二镜头组的焦距

F₃是第三镜头组的焦距

F₄是第四镜头组的焦距。

所述的第一镜头组包含一个旋转对称凸非球面转折反射镜。

所述的第二镜头组包含一个或两个透镜元件；如果是两个透镜元件，则第一个透镜的第一个表面曲率半径与第二个透镜的第二个表面曲率半径相等或相近似，并且第一个透镜元件表面与第二个透镜元件表面相接触。

所述的透镜模组进一步满足下面的条件（5）：|成像圆的直径/F|>4.5，成像圆的直径等于像高的两倍大小。

所述的广角投影物镜有小于或等于约F/2.8曝光效率（F数）和4.5mm有效焦距。

所述的在第二镜头组中包含一个或者两个弯月形透镜元件。

在第三镜头组中包含至少两个胶合透镜元件（cement lens elements）。

在第四镜头组中包含至少4片正透镜元件和至少2片负透镜元件。

在第四镜头组中至少有4片正透镜元件，第4镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于70。

第四镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于80。

本发明的技术实施例之二是：

本发明的广角投影物镜被整合在一个前投影显示系统中或被整合在一个背投影显示系统中。

本发明的技术实施例之三是：

一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件：

（a）第一镜头组,该第一镜头组是一个凸非球面反射面。

（b）第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；

（c）第三镜头组，该第三镜头组是是零折光能力模组，广角物镜的孔径光阑放在第三镜头组中或其附近位置处；

（d）第四镜头组，第四镜头组是一个正折光能力模组；

所述的由第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面的条件（1）-（4）

-20<(F₁/F)<-10        (1);

5.5<(F₂/F)<7.5        (2);

-35<(F₃/F)<-25        (3);

-6.5<(F₄/F)<-5.5      (4)；

其中，F是广角投影物镜的焦距；F1是第一镜头组的焦距；F2是第二镜头组的焦距；F3是第三镜头组的焦距；F4是第四镜头组的焦距。

本发明的广角投影物镜，进一步满足下面的条件（5）：

|成像圆的直径/F|>4.5        (5)

所述的成像圆的直径等于像高的两倍大小。

本发明的技术实施例之四是：

一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件：

（a）第一镜头组,该第一镜头组是一个凸非球面反射面。

（b）第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；

（c)第三镜头组，该第三镜头组是是零折光能力模组，广角物镜的孔径光阑放在第三镜头组中或其附近位置处；

（d）第四镜头组，第四镜头组是一个正折光能力模组；

所述的由第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面的条件（1）-（4）：

10<|F₁/F|<20          (1);

5.5<|F₂/F|<7.5        (2);

25<F₃/F|<35           (3);

5.5<|F₄/F|<6.5        (4),

其中，F是广角投影物镜的焦距；F1是第一镜头组的焦距；F2是第二镜头组的焦距；F3是第三镜头组的焦距；F4是第四镜头组的焦距。

本发明的广角投影物镜进一步满足下面的条件（5）：任意主光线与光轴之间的角度小于5度。

第一镜头组包含一个单个的旋转对称凸非球面转折反射镜。

第二镜头组包含一个弯月形透镜元件。

第三镜头组包含至少两个胶合透镜元件。

在第四镜头组中至少4片正透镜元件，第4镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于70。

第4镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于80。

本发明的技术实施例之五是：

一种广角投影物镜，其特征是它被应用在一个前投影显示系统中。

本发明的技术实施例之六是：

一种广角投影物镜，其特征是从出口端算起包含下面两个群组：

（a）第一个透镜群组，它含一个凸非球面反射表面；

（b）第二个透镜群组，它是一个折射光学群组；

所述的第一个透镜群组和第二个透镜群组满足下面的条件（1）和（2）

10<|F_reflective/F|<20          (1);

2.0<|F_refractive/F|<2.7        (2)

式中，F是广角投影物镜的焦距，F_reflective是凸反射镜的焦距，F_refractive是折射透镜群组的焦距。

所述的第一透镜群组包含一个旋转对称凸非球面反射镜或者一个自由的非球面转折反射镜。

本发明广角投影物镜，其特征是其画面的偏移量至少为110%。

本发明的技术实施例之七是：

一种广角透镜群组，其特征是它被应用在一个前投影显示系统中或者被应用在一个背投影显示系统中，还能被应用在LCD或者DLP系统中。

本发明的有益效果：

本发明可使投影物镜的焦距大幅度减少，有利于减小其应用产品如投影仪、数字视频设备的等应用产品的体积。

附图说明

图1是本发明广角投影物镜的组成结构示意图。

图2是应用本发明物镜的光机的结构示意图。

图3是图2所示光机的投影光路图。

图3A是本发明的投影光路的前视图。

图3B是本发明的第一透镜元件的具体结构示意图。

图3C是投影光路的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示。

在第一个实施例中，从出口端开始，一个广角投影物镜被提供，包含下面4个顺序组件

(a).第一镜头群组是一个凸非球面反射面。

(b).第二镜头组是负折光能力模组，至少包含一个非球面。

(c).第三镜头组实质上是零折光能力模组或光能力很弱的模组，广角物镜的孔径光阑放在这里边或者附近位置。

(d).第四镜头组就是一个正折光能力模组

在这里满足下面的条件（1）-（4）、

-20<(F₁/F)<-10        条件(1);

5.5<(F₂/F)<7.5        条件(2);

-35<(F₃/F)<-25        条件(3);

-6.5<(F₄/F)<-5.5      条件(4),

其中，F是广角投影物镜的焦距；F1是第一镜头组的焦距；F2是第二镜头组的焦距；F3是第三镜头组的焦距；F4是第四镜头组的焦距。

在第一个实施例中，下面的条件（5）还应被满足：

|成像圆的直径/F|>4.5

在这里，成像圆的直径等于像高的两倍。

在第一个实施例中，广角投影物镜有一个小于或者等于F2.8的镜头曝光效率和4.5mm的有效焦距。

在第一个实施例中，第四镜头组包含至少4片正透镜元件，第四镜头组中所有正透镜元件的平均阿贝数大于70。

在第一个实施例中，在第四镜头组中所有正透镜平均阿贝数大于80。

在第二个实施例中，提供的广角投影物镜，从出口端开始，按照顺序包含下面组件。

(a).第一镜头组是一个凸非球面反射面。

(b).第二镜头组是负折光能力模组，至少包含一个非球面。

(C).第三镜头组实质上是零折光能力模组或光能力很弱的模组，广角物镜的孔径光阑放在这里边或者附近位置。

(d).第四镜头组就是一个正折光能力模组。

在这里满足下面的条件（1）-（4）

-20<(F₁/F)<-10        条件(1);

5.5<(F₂/F)<7.5        条件(2);

-35<(F₃/F)<-25        条件(3);

-6.5<(F₄/F)<-5.5      条件(4),

其中，

F是广角投影物镜的焦距；

F1是第一镜头组的焦距；

F2是第二镜头组的焦距；

F3是第三镜头组的焦距；

F4是第四镜头组的焦距。

在第二个实施例中，下面的条件（5）被满足：

|成像圆的直径/F|>4.5

在这里，成像圆的直径等于像高的两倍。

在第三个实施例中，提供的广角投影物镜，从出口端开始，按照顺序包含下面组件。

(a).第一镜头组是一个凸非球面反射面。

(b)第二镜头组是负折光能力模组，至少包含一个非球面。

(C).第三镜头组实质上是零折光能力模组，广角物镜的孔径光阑放在这里边或者附近位置。

(d).第四镜头组就是一个正折光能力模组。

在这里满足下面的条件（1）-（4）

10<|F₁/F|<20        条件(1);

5.5<|F₂/F|<7.5      条件(2);

25<|F₃/F|<35        条件(3);

5.5<|F₄/F|<6.5      条件(4),

其中，

F是广角投影物镜的焦距；

F1是第一镜头组的焦距；

F2是第二镜头组的焦距；

F3是第三镜头组的焦距；

F4是第四镜头组的焦距在第三个实施例中，进一步满足下面的条件5

任意主光线与光轴之间的角度小于5度条件（5）

在第三个实施例中，第四镜头组包含至少4片正透镜元件，第四镜头组中所有正透镜元件的平均阿贝数大于70。

在第三个实施例中，在第四镜头组中所有正透镜平均阿贝数大于80。

在第四个实施例中，显示设备的光机系统被提供，包含一个光源，一个接力光学系统，一个广角投影物镜。光源提供一个光束。广角投影物镜包含第一镜头组和负折射能力的第二镜头组。第一镜头组有一个凸非球面转折反射镜被放置在广角投影物镜的出口端。第二镜头组至少有一个非球面，来自光源的光束通过接力光学系统和广角投影物镜产生一个输出的图像，其半视场角至少要达到65°，而输出的图像几乎没有剩余畸变像差。

在第四个实施例中，输出的投影画面大小至少是50inch（对角线量测），要求基本上没有梯形畸变。

在第四实施例中，成像器的格式可以是4X3，8X5，16x9,16x10格式中的一个。

在第四实施例中，第二镜头组中，第一个透镜元件是一个负折光能力的透镜元件，该透镜元件至少有一个非球面。第二镜头组的焦距与广角投影物镜的焦距比值（F₂/F)有下面的关系：

5.5<F₂/F<7.5

在第四实施例中，广角投影物镜包含一个临近第二镜头组的第三镜头组，第三镜头组有折光能力，其焦距与广角投影物镜的焦距比率(F₃/F)有下面关系：

-35<F₃/F<-25.

在第四实施例中，广角投影物镜包含一个临近第三镜头组有正折射能力的第四镜头组，其焦距与广角投影物镜的焦距比值有下面的关系：

-6.5<F₄/F<-5,5

在第四实施例中，光机进一步包含下面项目：

a)第三镜头组基本上无折射能力，广角投影物镜的孔径光阑位于第三镜头组附近或者里面。

b）一个正折光能力的第四镜头组。

在这里，下面条件（1）-（4）被满足：

15<|F₁/F|<25        条件(1);

5.0<|F₂/F|<7.0      条件(2);

25<|F₃/F|<35        条件(3);

5.5<|F₄/F|<6.5      条件(4),

其中，

F是广角投影物镜的焦距；

F1是第一镜头组的焦距；

F2是第二镜头组的焦距；

F3是第三镜头组的焦距；

F4是第四镜头组的焦距

在第五实施例中，广角投影物镜包含一个凸非球面反射镜和一个正折光能力的透镜群组，下面的条件（1）和（2）被满足

10<|F_reflective/F|<20        条件(1);

2.0<|F_refractive/F|<2.7      条件(2),

其中：

F是广角投影物镜的焦距

F_reflective是凸反射镜的焦距

F_refractive是折射透镜群组的焦距

在第五实施例中，广角投影物镜被应用在一个前投影显示系统中。

广角投影物镜也可被包含在一个背投影显示系统中。

在第五实施例中，广角投影物镜第一群组包含一个旋转对称凸非球面反射镜或者一个自由的非曲面反射镜。

广角投影物镜的成像对象可能是LCD，DLP或者LCOS。

本发明的广角投影物镜，像面有一个超过110%偏移量，更好的可以超过125%。

下面结合附图的描述是本发明的一种完整的方式。做这个描述的目的是为了演示发明的主要原理而不应该被作为限制条件。发明的范围应由发明权利书来决定。

图1显示了广角投影物镜发明的具体体现，包含4各部分（被描述从出口端）：第一镜头组G1，第二镜头组G2，第三镜头组G3和第四镜头组G4。单词出口端意味着投影物镜的出光口端，也就是一个大的非球面转折反射镜（第一透镜头组G1）。第一镜头组G1包含由一个反射镜元件L1构成，它是一个非球面反射镜。更适宜的说，G1是一个凸非球面反射镜。在G1中，F₁/F的比值应该在-30<F₁/F<-10的范围，其中F₁是第一镜头组的焦距，F是广角投影物镜的焦距。第二镜头组G2包含第一个负折光能力透镜元件L2，它至少有一个非球面。更确切地说，第二镜头模组G2是负折光能力。F₂/F应该在4.0<F₂/F<8.0的范围，其中F₂是第二镜头组的焦距。第三镜组G3包含2片或者3片透镜元件，它们被用胶固定或者胶合在一起。第三镜头组G3实质有很小的折光能力。确切的讲，G3是稍微正的折光能力。F₃/F的比值应该在-40<F₃/F<-20的范围，其中，F₃是第三镜头组的焦距。在这个典型的实施例中，广角投影物镜1的孔径光阑在G3附件或者内部。第四透镜群组包含9个透镜元件。确切的说，第四镜头组G4是正的折光能力。F₄/F的比值可能是5.0<|F₄/F|<7.0，其中F₄是第四镜头组的焦距。

确切的说，G1是一个凸非球面反射镜。尤其是一个高阶非球面反射镜，它相对于光轴是旋转对称的。转折反射面的非球面轮廓减少广角投影物镜模组1的畸变失真。例如，最靠近出口端的第一个透镜元件L1在所有的四个镜头组中有最大的直径。大的直径有利于控制畸变失真。例如半角超过60度，更大的是超过70度，和最合适的在出口端大约68度，而几乎没有畸变失真。

在一个实施例中，第一镜头组中L1有一个超过240mm而低于320mm的直径。在一个改进版的实施例中，第一镜头组中的L1有一个280mm的直径。这样，第一透镜群组能提供120°到140°的视场角。

因此L1只是一个有非球面反射面的反射镜，它被用于减少畸变失真效果和提供大的视场角。非球面的形状由下面公式定义：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_2{r}^2+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_8{r}^8+{\mathrm{\&alpha;}}_{10}{r}^{10}+{\mathrm{\&alpha;}}_{12}{r}^{12}$

方程1

其中，Z代表光线与光学表面交点的沿Z轴的坐标（距离）

C是在光轴上的透镜的曲率，单位

r是径向坐标，单位mm

K是圆锥系数

α₂是二次项系数，α₄是4次项系数，α₆是6次项系数，α₈是8次项系数，α₁₀是10次项系数，α₁₂是12次项系数。

就像显示在图FIG3，在前投影应用中，L1的使用区域是在一个离轴位置，因此，L1的形状类似一个长方形（大约125X165mm）或者梯形（高125.2mm，上边长120mm和底边宽165mm）.该元件可以CNC车成，也可以依靠光学成型来形成，其材料可以是金属如铜或者铝，它可以是聚合物，例如PMMA或者亚克力，E480，E480R等。

在一个改进的实施例中，第一个成型元件包含一个接近均匀厚度的曲面。

第二镜头组G2是一个负折光能力的透镜群组。在这个实施例中，第二镜头组的元件L2是该物镜所有折射镜片元件中透镜直径最大的一个。在该实施例中，在第二镜头哦组中的透镜元件有大于40mm小于60mm的直径，更适宜的大约50mm。

就像显示在图1中,G2至少有一个非球面。这儿的非球面也用于减少畸变，并且提供一个大的视场角。在一方面，L2的材料应该是一个光学树脂，如1.53折射率和大约56阿贝常数的E48R或者1.49折射率和57.2阿贝常数的PMMA。非球面的形状能被以上方程1定义。在该实施例中，G2是单个单元（例如，一个E48R元件），它有一个非球面或者两个非球面。

在一个改进的实施例中，G2至少包含一个或者两个弯月形透镜。如果有两个弯月形透镜，这两个透镜被胶合，第一个弯月形被制造由玻璃，第二个弯月形被制造由塑料。

就像显示在图1中，G3实质上是一个小的折光能力。G3包含几个透镜元件。广角投影物镜的孔径光阑可能在G3内部或者靠近G3.

在该实施例中，G3中所有透镜表面都是球面。G3可以控制系统的球差与彗差，G3可以是一个双胶合透镜或三胶合透镜

第四镜头组G4是正的折光能力群组，所有的透镜表面都是球面的。G4提供一个色差校正（例如，主光线初级色差与二级光谱补偿）。

依实例的方式，就像被显示在FIG1的实施例，表一下面列出了表面数，按照从出口端顺序（表面1是第一透镜元件的反射镜的表面，每个面光轴附近的曲率（c）（单位：1/mm）,表面之间的轴上空间距离（D），（单位：mm），和玻璃型号被显示。表面0是物面或者是投影屏幕。在这个实施例中，广角投影物镜有-4.5mm有效焦距，68度半视场角和F/2.4.第一镜头组G1有65.1mm的有效焦距，第二镜头组G2有-29.5mm的有效焦距，第三镜头组G3有137.5mm的有效焦距和第四镜头组有27.1mm的有效焦距。在这个示例实施例中，投影物镜总共有约180mm长度。

此外，投影物镜可以被定义成两个群组。一个是反射群组（G_reflective)，它是一个凸非球面转折反射镜，另一个是折射透镜群组（G_refractive)。G_reflective有65.1mm的有效焦距和G_refractive有11.1mm的有效焦距。

对于图1中的实施例，在第一个透镜群组中的第一个反射表面（表面序号上标注*）是非球面，被控制靠以上方程。下面是系数值：

c=-0.007679415,k=-11.161295,α₂=0,α₄=2.881603×10^-8,α₆=-1.214234×10^-12,α₈=2.450044x10^-17,α₁₀=-1.536963×10^-22,α₁₂=-4.576905×10^-27,α₁₄＝2.550520×10^-31,and α₁₆=-5.816094×10^-36

对于图1中的实施例，在第二透镜群中的L2的两个表面（表1中在表面序号上标注*）是非球面，由上面的方程1控制，每个面的系数值如下:

c=0.100180102,k=-0.909593,α₂=0,α₄=-9.040675×10^-5,α₆=4.203368×10^-8,α₈=6.954652x10^-11,α₁₀=-9.509552×10^-12,and α₁₂=-7.121419×10^-17,α₁₄＝1.626678×10^-19,and α₁₆=-7.898690×10^-23

c=0.193092129,k=-1.222498,α₂=0,α₄=1.553402×10^-4,α₆=-6.019288×10^-7,α₈=4.576535x10^-10,α₁₀＝3.200987×10^-12,α₁₂=2.454005×10^-15,α₁₄＝2.968634×10^-17,and α₁₆=-1.410610×10^-19

对于图1中的实施例，广角投影物镜模组1有206.4mm的总长。在特定应用中，例如前投影系统和背投影系统，这个技术是被肯定，有短的追迹长度是一个优势，因为它产生一个紧凑的投影镜头，最小化整个光机系统的空间需求。

表一

表面序号.	曲率(mm-1)	直径(mm)	玻璃型号
				0	0	-560.00
1*	0.00768	0.00	Mirror
				2	0	69.465
3*	0.10018	4.20	E48R
				4*	0.19309	39.998
5	0.00027	1.396	N-LAF34
				6	0.07354	5.00	N-F2
7	-0.02832	1.50
				8	0.00000	11.75
9	-0.02450	1.70	N-LAF34
				10	0.01689	6.90	N-PK52
11	-0.04043	0.17
				12	0.01469	6.98	N-PK52
13	-0.02393	3.58
				14	-0.00516	4.19	N-PK52
15	-0.02302	0.18
				16	0.00678	1.70	N-LASF40
17	0.04101	8.979	N-PK52
				18	-0.00929	0.20
19	0.01607	3.985	N--PK52
				20	-0.00073	0.20
21	0.02645	8.01	N-PK52
				22	-0.02020	1.80	N-LASF40
23	0.00209	3.00
				24	0	18.50	N-BK7
25	0	0.84
				26	0	1.05	N-FK5
27	0	1.11

对于图1中的实施例，表2和表3列出了透镜数据与表面数据总结

表2

表3

以上表格提供的数据只是一个例子，并不想要去限制本发明的范围

图2出示了一个光机的图解陈述，它有一个或者多个下面的组件：一个光源12或者12’，一个积分光学元件14，一个接力光学元件15，一个成像器16和一个投影光学17.然而两个不同的光源例如电弧灯（带反射杯）12和LED光源12’都是被广泛应用。，一般只有一个被应用在投影设备中。当光源位置位于数字12地方，积分光学元件14可能是积分管或者积分透镜组。相对讲，当光源位于12’位置，积分光学元件可能要被移动。接力光学元件15包含会聚透镜元件，平面转折反射镜及棱镜。在FIG.2的实施例中，当棱镜是一个全内反射棱镜时，它的成像器是一个反射式成像器，例如DLP和LCOS。当棱镜是一个X-cube，成像器将是一个穿透式成像器例如液晶装置（LCD）。图2描述了一个用做投影显示系统的光机。光机中的每个元件都在下面详细讨论。

光源12,12’可能包含一个灯单元，一个滤光片（例如滤除红外与紫外滤光片）和一个颜色分离器。在示例中，灯单元包含一个反射杯和灯。通常可利用的灯泡包括（i）飞利浦UHP型灯单元，它应用椭圆形的反射杯，它来自荷兰飞利浦半导体和（ii）欧司朗P-VIP250灯单元，它来自德国欧司朗。其他合适的灯单元组合也能被应用在当前的发明中。例如，金属卤化物灯或者卤钨灯或者发光二极管（LED）能被应用。应用在当前实施例中的滤波片，色轮和积分光学元件的类型是不挑剔的。在示例中，颜色分离方法是一个旋转的RGB有序色盘置于成像器的光源中。一个普遍应用的色轮是UNAXIS RGBW、色轮，来自UNAXIS Balzers,LTD,Balzers,Liechtenstein。一个液晶RGB颜色有序开关也能被应用在目前的发明实施例中。一个可演示的普通可用的积分器是一个空心管积分器，它也是来自于UNAXIS Balzers LTD.

积分光学元件14在投影系统中被应用于调整光的能量分布，达到一个好的光均匀性。然而，一些光源例如LED在能量分布上可能有一个合理的好的均匀性，因此积分光学元件可能被移除。

对于一些组装。接力光学元件15也能被应用去成像积分管的末端或者LEDs到成像器上。在图2实施例中，一个非球面会聚面被应用，以便提升画面的锐利度。

成像器16包含一个成像器和一般的电子器件。能被应用在当前发明上的可用的反射式成像器是WXGA DMD，它有16.3mm的对角线尺寸，可从TI获得。可选择的是。一个穿透或反射式LCD也能被用作成像器。在示范的光机实施例中，成像器的表面基本上平行于投影屏幕。

以上所描述的光机能被应用在多种投影应用。在一个示范的前投影系统应用中，图3A和3C出示了前投影显示系统的等轴测图与侧视图。在示范的实施例中，显示系统包含了一个光机，它与上面所描述的光机是相似的，也包含了一个广角投影物镜，它与上面所描述的投影光学元件17相似。图3B出示了转折反射镜的尺寸和外部轮廓。就像显示在图3A和3C中那样，前投影显示设备能被作为完成作为壁挂式投影系统。其他实施例也包括商业广告和教育显示设备，它能给一个或多个观察者展现一个大画面（例如，对角线60inch）。

接收投影画面的屏幕（例如，显示在图.3A中）在尺寸与形状上改变是随着投影画面尺寸与形状改变而改变。关于屏幕结构，例如，屏幕可能包含一个多层材料，例如，就像菲涅尔元件。屏幕被设计去控制光的水平方向的分布而适应在屏幕前面的观察者的水平视角。屏幕的可选择实施例可能包含多层薄膜技术，两倍亮度提升薄膜技术或者VIKUITI技术，这些都是可以从3M公司得到。

就像以上所提到的，光机的构成与以上所提到的FIG2所对应的光机有相似的架构，它也包含一个广角投影物镜，相似于以上所提到的投影光学16。另外，光机可能包含一个照明系统和一个成像系统，它们相似于上面所提到的，在结构上，他也能配置不同的底座与箱体。

例如，光机可能有一个V型布局，一个Z型布局，一个T型布局，或者一个L型布局，那种布局依靠成像器的类型或者应用的照明系统。就像广角类型的光机能提供大视场的图像，例如超过55度的半视场，更好的超过65度，和最好的大约70度，比一般的前投影设备，投影距离能被减少。例如，投影距离是23inch，当我们应用0.65inch成像器，画面对角大小可能达到77inch。就像以上给出的描述，基于屏幕大小和画面格式的因素，投影距离可以改变。

在实施例中，光机可能包含一个成像器或者利用的成像装置，例如，DLP,LCD或者Lcos技术。在一个示例实施例中，光机能提供一个16X10格式的图像。在另一个实施例中，光机能被装置一个合适的成像器，而产生不同的屏幕格式，例如16X9格式。在进一步示例实施例中，照明系统能被构建，例如灯单元（例如电弧灯或者其他类型的灯），类似以上描述的方式。可以选择的，光机的照明系统也能用作固态系统，例如镭射或者LED系统。可选择的光机能被执行伴随校正电路（例如，普通的弯曲校正芯片），它能在较短投射距离产生足够的画面品质。

另外，这样的光机设计，当畸变被减少时，梯形校正几乎没有必要。例如，畸变量可能小于或者等于2%，好一点的小于1%，更好的小于0.5%（例如，畸变量（d）定义d=(H-h)/h*100,其中，h是近轴像高和H是实际像高。

伴随着这个示例光机，当一个不复杂的TIR被应用时，一个低成本，短投射距离，前投影显示设备设计能被获得。通过短距离和非常离轴方式，更大尺寸（例如，大于50inch）画面能被获得，而保持投影箱体相对较薄。另外，在这儿描述的光机几乎无畸变，因而几乎不需要梯形校正。

在另一个可选择的实施例中，一个前投影设备能被设计成壁挂式或倒挂式，在这里底部部分实现覆盖光机和其他电路板，而不需要一个调整脚去支撑设备。

目前的设计能被应用在各种不同的光学组件是值得肯定的。当目前的发明已经被描述作为示例实施例的参考时，发明可能体现在不同的规格形式而不脱离发明的范围。相对应的，它应该被理解成这样，以上所描述的实施例及示范都只是示例，而不应该被认为是本发明的限制范围。根据目前发明的范围，其他变化和修改也可以被做。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件：

(a)第一镜头组,该第一镜头组是一个凸非球面反射面；

(b)第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；

(c)第三镜头组，该第三镜头组是弱折光能力模组，广角物镜的孔径光阑放在第三镜头组中或其附近位置处；

(d)第四镜头组，第四镜头组是一个正折光能力模组；

所述的第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面条件(1)-(4)

-20<(F₁/F)<-10      (1)；

5.5<(F₂/F)<7.5      (2)；

-35<(F₃/F)<-25      (3)；

-6.5<(F₄/F)<-5.5    (4)；

其中，F是广角投影物镜的焦距；F1是第一镜头组的焦距；F2是第二镜头组的焦距；F3是第三镜头组的焦距；F4是第四镜头组的焦距。

2.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征是它进一步满足下面的条件(5)：

成像圆的直径/F>4.5  条件(5)

所述的成像圆的直径等于像高的两倍大小。

3.一种广角投影物镜，其特征是从出口端开始按照顺序包含下面组件：

(a)第一镜头组,该第一镜头组是一个凸非球面反射面；

(b)第二镜头组，该第二镜头组是负折光能力模组，它至少包含一个非球面；

(c)第三镜头组，该第三镜头组是弱折光能力模组，广角物镜的孔径光阑放在第三镜头组中或其附近位置处；

(d)第四镜头组，第四镜头组是一个正折光能力模组；

所述的第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组组成的透镜模组满足下面的条件(1)-(4)：

10<|F₁/F|<20      (1)；

5.5<|F₂/F|<7.5    (2)；

25<|F₃/F|<35      (3)；

5.5<|F₄/F|<6.5    (4),

其中，F是广角投影物镜的焦距；F1是第一镜头组的焦距；F2是第二镜头组的焦距；F3是第三镜头组的焦距；F4是第四镜头组的焦距。

4.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征是它进一步满足下面的条件：任意主光线与光轴之间的角度小于5度。

5.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征是第二镜头组包含一个弯月形透镜元件。

6.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征是第三镜头组包含至少两个胶合透镜元件。

7.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征是在第四镜头组包含至少4片正透镜元件，第4镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于70。

8.如权利要求7所述的广角投影物镜，其特征是第4镜头组中所有正透镜的平均阿贝数大于80。

9.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征是它被应用在一个前投影显示系统中。