CN1147753C - 与像素化屏面连用的微小可变焦投影镜头及其系统 - Google Patents

与像素化屏面连用的微小可变焦投影镜头及其系统

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Abstract

一种形成物体放大图像的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，物体高度为h。小于放大图像高度为hi，包括：位于投影镜头成像端的第一透镜单元，包括至少一个透镜元件，第一透镜单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，包括至少一个透镜元件，第二透镜单元成像端与第一透镜单元的物体端相隔距离为D12，其中：物体包括由像素构成的面板；投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；投影镜头的焦距范围F至少为0.05，在焦距范围内投影镜头的变焦范围Z的最大值小于0.15；以及包括以上投影镜头的一种形成物体图像的投影透镜系统。

Description

与像素化屏面连用的微小可变焦投影镜头及其系统
技术领域
本发明涉及投影镜头，特别是涉及用于形成由像素(例如LCD)组成的物体图像的投影镜头。
背景技术
投影透镜系统(这里也称为“投影系统”)被用来在显示屏上形成物体图像。根据观看者与物体在显示屏的同侧(前投影)还是在显示屏的两侧(背投影)，可以将这些系统分为前投影和背投影两类。
图6示出了与像素化屏面连用的投影透镜系统的基本结构，其中10为光源(例如卤化钨灯)，12为形成光源图像(以下称为照明系统的“输出”)的照明光学系统，14为被投射的物体(像素化屏面，例如启闭像素的LCD矩阵)，而13为投影镜头，它由多个透镜单元组成，在显示屏16上形成物体14的放大图像，其放大倍数介于3-35倍之间。系统还可以在像素化屏面附近包括物镜(例如Fresnel透镜)以准确地定位照明系统的出射光孔。
对于前投影系统，观看者在图6位于显示屏16的左侧，而对于背投影系统，观看者位于显示屏16的右侧。对于安装在一个壳罩内的背投影系统，常常利用镜子使光路折叠以缩小整个系统的尺寸。
物体为像素化屏面的投影系统应用于各种场合，包括数据显示系统。这种投影透镜系统比较好的采用单块投影镜头，它形成例如包含红、绿、蓝三种像素的单块面板的像。在有些情况下(例如较大像的背投影系统)，应用多块面板和多块投影镜头，而每块面板/投影镜头的组合用来产生整个图像的一部分。
在本领域内需要一种投影镜头，它能与具有如下性质的像素化屏面一起使用：
(1)能够在保持照明系统高效输出和高级象差校正的同时在较宽范围内调节放大倍数(以下称为“焦距范围”)；
(2)能够在保持照明系统高效输出和高级象差校正的同时对在透镜焦距范围中的任一组共轭体提供一个放大倍数范围(以下称为“透镜变焦范围”)；
(3)较为简单的结构，即透镜元件数量较少；
(4)高级颜色校正；
(5)失真小；以及
(6)对温度变化的低灵敏度。
由于可以在较宽范围内有效调节放大倍数的投影镜头(即具有较大焦距范围的透镜)能够使得投影系统用于不同尺寸的显示屏和空间大小不一的大厅而无需改变系统的组成部分，所以对这种透镜是有需求的。需要改变的只有物体和图像共轭，这可以通过相对像素化屏面移动透镜实现。随之而来的挑战就是在放大倍数范围内提供高效的照明系统输出耦合与高级象差校正。
对于任意给定的图像和物体共轭改变放大倍数的能力，即变焦能力将带来同样的益处。在这种情况下，通过改变放大倍数来调整图像从而例如使图像满屏。而且在采用多面板和多投影镜头的背投影系统中，可以利用变焦使整幅图像不同区域之间的放大倍数差异减小至最低程度。
应该指出的是，虽然上述的性质(1)和(2)，即聚焦和变焦都牵涉到放大倍数的改变，但是实现放大倍数变化的途径基本上是不同的。因此在聚焦期间，随着图像和物体共轭的改变，透镜焦距保持不变，而放大倍数的变化是那些共轭变化的结果。另一方面，在变焦期间，焦距发生变化而图像和物体共轭保持不变，并且放大倍数变化是焦距变化的结果。(在下面表1和表2中，所示焦距包括在聚焦和变焦期间保持固定的Fresnel透镜。)因此在聚焦期间透镜焦距看上去是变化的而实际上当聚焦期间对透镜的几个元件来说却保持不变。表中的透镜还包括容纳变焦引起的透镜焦距变化的装置。与变焦有关的再聚焦可包括改变本发明物体和投影镜头第一透镜单元成像端之间的轴向距离D。特别是表中示出了变焦期间某些实现焦距校正的共轭变化。
从成本、重量和体积考虑，对于上述性质(3)，即相对简单的构造也是需要的。较多的透镜元件数量将耗用更多的原材料，重量将会增加并且建造和安装的成本提升。因此需要用最少的透镜元件制造透镜。
正如在本领域内熟知的那样，变焦透镜一般采用多单元的复杂结构以同时提供焦距变化和象差校正。因此在透镜设计中上述性质(2)和(3)是互相矛盾的。
根据本发明，已经发现微小的变焦范围(以显示屏上图像高度(表中的目标高度)描述为15％以下(从变焦范围中心起算±7.5％或者更小))就足以满足大多数LCD投影透镜系统用户的需要。而且进一步发现采用简单的透镜设计就能达到这种微小变焦范围，这种设计采用最多一个附加透镜元件，并且在许多情形下除了能在显示焦距范围内获得同样图像质量的固定焦距透镜以外可以不用附加的透镜元件。借助本发明的这些方面，性质(2)和(3)之间的不相容得到了克服。
由于在像素沾污后特别是图像中的像素完全失效时很容易在像素化屏面上观察到色差，所以性质(4)，即高级颜色校正是重要的性质。这些问题在视场边缘表现得尤其严重。
系统所有的色差都需要校正，包括侧向颜色、慧形色变和最难校正的象散性色差。由于对比度很容易下降，特别是在视场边缘，所以侧向颜色，即彩色图像的放大倍数变化特别麻烦。在极端情况下，整个视场区域会出现彩虹现象。
在采用阴极射线管(CRT)的投影系统中，可以电子学方式对少量(残余)侧向颜色进行补偿，例如使红色CRT面上产生的图像小于蓝色CRT产生的图像。但是对于像素化屏面，由于图像是数字化的并且整个视场大小的平滑调节是不可能的，所以无法实现这种调整。由此需要对投影镜头进行更高级的侧向颜色校正。
采用像素面板来显示数据对失真校正提出了迫切的要求。这是因为当观看数据时即使在视场边缘位置也要求有良好的图像质量。显而易见，对于一幅显示数字和字母的未失真图像来说，视场边缘处的内容与中心处的内容同样重要。而且投影镜头经常与偏置的面板一起使用，本实例的透镜即为此种应用而设计。在这种情况下，显示屏上的失真并不随穿过显示屏中心的水平线对称变化，而是例如从显示屏下部向上部单调增加。这种效应使得即使是少量失真也很容易被观看者发觉。
当投影到显示屏上的是WINDOWS类计算机接口的放大图像时低失真度和高级颜色校正特别重要。这种接口包含了平行线条、边界命令和对话框以及复合色，是失真和颜色基本的测试图案。用户很容易察觉和非难这种接口图像中即使是微小的失真或色差。
为了使图像产生足够的亮度，大量的光线必须穿过投影镜头。因此在室温与透镜工作温度之间一般存在明显的温差。此外，透镜需要能够在各种环境条件下工作。例如投影透镜系统经常被安装在包括建筑物屋顶的天花板上，其环境温度可以达到40℃以上。为了解决这些问题，需要采用对环境温度变化不敏感的透镜。
解决温度敏感性问题的一种途径是采用由玻璃组成的透镜元件。与塑料相比，玻璃元件的曲率半径和折射率相对温度的变化要小于塑料元件。但是玻璃元件通常比塑料元件贵，特别是需要采用非球面进行色差控制。而且玻璃元件较重。如下所述，如果对塑料元件的放大率和位置进行适当的选取，同样也可以采用塑料元件并且获得同样的温度不敏感性能。
下面所述的投影镜头满足了上述各种要求并且可以成功地用于制造成本相对低廉但是同样能够在显示屏上形成像素化屏面高质量彩色图像的透镜系统。
在各种专利中都对在像素化屏面下使用的投影透镜系统作了描述，它们包括Talor的美国专利No.4,189,211、Tanaka等人的美国专利No.5,042,929、Yano等人的美国专利No.5,179,473、Moskovich的美国专利No.5,200,861、No.5,218,480、Iizuka等人的美国专利No.5,278,698、Betensky的美国专利No.5,313,330和Yano的美国专利No.5,331,462。
有关LCD系统的讨论见于Gagnon等人的美国专利No.4,425,028、Gagnon的美国专利No.4,461,542、Ledebuhr的美国专利No.4,826,311和EPO专利公开No.311,116。
发明内容
由前述可见，本发明的目标是提供一种在像素化屏面下使用的改进投影透镜系统，它同时具备上述描述的六个性质。利用焦距范围较大而在该焦距范围内变焦范围较小(微小变焦范围)的投影镜头实现了上述目标。
这里所用的投影镜头的焦距范围F定义为：
                       F＝max|ho/hi|-min|ho/hi|
其中ho为物体高度，hi为放大图像的高度，而max|ho/hi|和min|ho/hi|分别为在保持投影镜头图像质量达到一定水平前提下图像-物体的最大和最小放大倍数(放大率)。
比较好的图像质量水平是失真小于1％，更好的是小于0.5％，在470-630纳米范围内侧向颜色模糊小于半个像素，轴向颜色模糊小于两个像素。(注意这些颜色校正判据可以应用于物体或成像处，当判据用于成像处时采用放大的像素。另外需要注意的是由于轴向颜色作为对称晕圈出现的而不易为用户察觉，所以判据不如侧向颜色模糊迫切。)
这里所用的投影镜头的变焦范围Z定义为：
                  Z＝2*(max|hi|-min|hi|)(max|hi|+min|hi|)
其中max|hi|和min|hi|分别为在焦距范围的|ho/hi|比率附近变焦时成像高度的最大和最小值。
正如在本领域内熟知的那样，可变焦透镜可以“推”至所需变焦范围以外。当然这种“推”将导致透镜性能的下降。但是通常下降得并不快并且不会以同一速率影响所有的性能参数。
因此正如这里的使用情况，投影镜头的变焦范围是这样一种变焦范围，即如果范围增加50％，例如从15％增加至22.5％，则在470-630纳米范围内至少在一些点上增加1％的失真和/或侧向颜色模糊增加半个像素以上和/或在470-630纳米范围内轴向颜色模糊增加两个像素以上和/或透镜元件的运动受到透镜物理结构和支撑结构的限制。
借助上述F和Z参数，本发明的投影镜头包含：
(A)位于投影镜头成像端的第一透镜单元，单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及
(B)位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，该单元成像端与第一单元的物体端相隔距离为D12，第二透镜单元可包括两个透镜元件，一个具有正放大率而另一个具有负放大率；
其中：
(i)投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；
(ii)投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；
(iii)F＞0.05；以及
(iv)聚焦范围内Z的最大值(ZMAX)小于0.15。
在本发明某些实施例中，F＞0.1和/或ZMAX＜0.1。
本发明的投影镜头比较好的采用照明系统输出位置设计成投影镜头的伪孔径停止/入射光孔(参见Betensky的美国专利No.5,313,330，其有关部分作为参考文献包含在这里)。在这种方式下，在照明系统的光输出与投射透镜之间实现了高效的耦合。
根据这些实施例，本发明提供了形成物体图像的投影透镜系统并且包括：
(a)包含光源和形成光源成像的照明光路，所述成像是照明系统的输出；
(b)包含物体的像素化屏面；以及
(c)上述类型的投影镜头，所述投影镜头包括一个入射光孔，其位于大体上对应照明系统输出的位置。
本发明的投影镜头还设计成基本上非热的。如下将要详细论述的，通过采用玻璃和塑料元件(例如本发明的投影镜头较佳地包括至少一个由塑料组成的透镜单元和至少一个由玻璃组成的透镜单元)并平衡包含具有大的光学放大率的各塑料透镜元件放大率可以做到这一点。在这种方式下，温度变化引起的正透镜元件放大率变化由负透镜元件放大率变化补偿，由此在温度变化时保持了投影镜头整体光学性质的稳定。
根据本发明，提供一种形成物体放大图像的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，所述物体的高度为ho，所述放大图像的高度为hi，这里|hi|＞|ho|，其特征在于包括：
(A)位于投影镜头成像端的第一透镜单元，所述第一透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第一透镜单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及
(B)位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，所述第二透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第二透镜单元成像端与第一透镜单元的物体端相隔距离为D12；
其中：
(i)物体包括由像素构成的面板；
(ii)投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；
(iii)投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；
(iv)投影镜头的焦距范围F至少为0.05，这里的F由下式定义：
        F＝max|ho/hi|-min|ho/hi|
其中max|ho/hi|和min|ho/hi|分别为投影镜头的图像-物体的最大和最小放大倍数；以及
(v)在焦距范围内投影镜头的变焦范围Z的最大值ZMAX小于0.15，变焦范围Z由下列方程定义：
        Z＝2*(max|hi|-min|hi|)(max|hi|+min|hi|)
其中max|hi|和min|hi|分别为在焦距范围的|ho/hi|比率附近变焦时成像高度的最大和最小值。
根据本发明，还提供一种形成物体图像的投影透镜系统，所述系统包括：
(a)包含光源和形成光源成像的照明光路，所述光源成像是照明系统的输出；
(b)包含物体的像素化屏面；以及
(c)形成物体放大图像的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，所述物体的高度为ho，所述放大图像的高度为hi，这里|hi|＞|ho|，包括：
(1)位于投影镜头成像端的第一透镜单元，所述第一透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第一透镜单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及
(2)位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，所述第二透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第二透镜单元成像端与第一透镜单元的物体端相隔距离为D12；
其中：
(i)物体包括由像素构成的面板；
(ii)投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；
(iii)投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；
(iv)投影镜头的焦距范围F至少为0.05，这里的F由下式定义：
         F＝max|ho/hi|-min|ho/hi|
其中max|ho/hi|和min|ho/hi|分别为投影镜头的图像-物体的最大和最小放大倍数；以及
(v)在焦距范围内投影镜头的变焦范围Z的最大值ZMAX小于0.15，变焦范围Z由下列方程定义：
         Z＝2*(max|hi|-min|hi|)(max|hi|+min|hi|)
其中max|hi|和min|hi|分别为在焦距范围的|ho/hi|比率附近变焦时成像高度的最大和最小值。
附图说明
图1-5为按照本发明构造的投影镜头侧视图。
图6为表示采用本发明投影镜头的整个投影透镜系统的示意图。
具体实施方式
前述作为说明书一部分的附图阐述了本发明的较佳实施例，并且与文字描述一起阐明了本发明的原理。应该理解的是附图和文字描述只是用来举例用的，并不对本发明构成限定。
如上所述，本发明的关键之处是限制投影镜头的变焦范围从而使透镜具有相对简单的结构。特别是本发明的透镜变焦范围最多为15％(从变焦范围中心起算±7.5％)并且在许多情况下比15％小许多
通过这样限制变焦范围，已经发现通过以下步骤可以设计出本发明的透镜：1)设计能实现所需焦距的无变焦透镜，2)选择在变焦期间移动的透镜单元，以及3)通过移动选择好的透镜单元以实现所需变焦范围来反复优化设计。特别是已经发现透镜的变焦设计最多需要增加一个透镜元件并且在许多情况下无需增加透镜元件就能在保持所需焦距范围的同时获得所需的有限变焦。
如下所述，通过提供带有互相相对移动实现变焦的第一透镜单元和第二透镜单元实现了本发明的有限变焦。如果需要，投影镜头可以包括另外的透镜单元，例如在下面实例4和实例5中跟在第二透镜单元之后的透镜单元。本发明的透镜聚焦通过相对像素化屏面移动整个透镜实现。在一些实施例中，第一透镜单元包括两个子单元，并且子单元的相对运动也被用来聚焦。采用本领域内熟知的普通机构来相对像素化屏面移动透镜并相向移动透镜单元和子单元。
投影镜头包括至少一个非球面，并且比较好的是包括多个非球面用来进行象差校正，象差校正包括球面象差、像散、慧形和失真的校正。如上所述，系统的失真需要进行大的校正并且在焦距范围(和变焦范围)内比较好的是小于或等于1％左右，更好的是小于或等于0.5％左右。
为了进行颜色校正，投影镜头一般包括由强色散材料构成的负透镜元件和至少一个由弱色散材料构成的正透镜元件。强色散材料和弱色散材料可以是玻璃或塑料。
一般而言，强色散材料是一种类似燧石玻璃之类的材料而弱色散材料是一种类似冕牌玻璃之类的材料。具体而言，强色散材料是一种V值在20-50之间而折射率在1.85-1.5之间的材料，弱色散材料是一种V值介于35-70之间而折射率在同样范围内的材料。
对于塑料透镜元件，强色散材料和弱色散材料可以分别是苯乙烯和丙烯酸酯有机玻璃。如需要可采用另种塑料。例如可以采用具有类似燧石色散特性的聚苯乙烯和丙烯酸的聚碳酸酯和共聚物代替苯乙烯。参见The Handbook of PlasticOptics，U.S.Precision Lens，Inc.，Cincinnati，Ohio，1983，page 17-29。
如上所述，本发明的投影镜头是非热性的，从而使得系统的光学特性基本上不会随投影镜头从室温变化至工作温度而变化。具体而言，在系统特征空间频率处的系统调制传输函数的热因变化比较好的是小于25％，这里特征空间频率等于二分之一像素尺寸。通过选择和替换塑料透镜元件中的透镜实现了所需的热稳定。
一般来说，采用塑料透镜元件的缺点是塑料光学材料的折射率随温度明显变化。另一种效应是形状的改变，例如塑料光学材料随温度变化而膨胀或收缩。后者的变化通常不如折射率的变化明显。
如果只用弱色散塑料透镜元件，则可以实现塑料光学系统热变化与系统塑料或铝制机械组件(例如通常是热引起的焦距改变的主要机械因素)热变化的平衡。在设计中不受限制地采用光学塑料(即采用放大率较高的塑料透镜元件)的优点是由于塑料透镜元件可以方便地模制，所以可以采用非球面光学面(非球面)来最大程度地发挥某些透镜的设计潜力(性能)。采用较高放大率的塑料元件还可以从整体上降低成本并减轻重量，特别是在设计大型透镜元件时。
如果设计中的净塑料光学放大率是有重要意义的，则需要非热特性，否则随着透镜从室温变化至工作温度，其焦距范围将明显变化。这对投影器来说尤为重要，因为有相当数量的光线通过透镜到达显示屏并且工作温度明显高于室温。
对于本发明的投影镜头，通过在考虑塑料透镜元件位置和元件边缘光线高度的同时平衡正负塑料光学放大率实现了非热特性。
塑料透镜元件的位置在它经受温度的变化方面有重要意义，由此引起折射率的变化。靠近光源或光源图像的元件将经受更多的温度变化。特别是投影镜头所在区域的温度分布在光源和有关的照明光学工作环境下测量并且将测量值用于投影镜头的设计中。
在某些塑料透镜元件上的边缘光线高度决定了在给定热变化条件下元件的折射率的变化是否相对整个透镜热稳定而言有重要意义。
对于边缘光线高度较小的元件(例如靠近系统焦点的元件)一般对系统热稳定的影响比边缘光线高度较大的元件小。
根据前面的考虑，通过根据元件将经受的温度变化和元件的边缘光线高度调整特定元件的分布从而平衡塑料透镜元件的负和正放大率来实现非热特性。在实践中，这种非热特性程序包含在下面的计算透镜设计程序中。首先在第一温度分布下完成光线跟踪并计算背焦距。对于边缘光线来说光线轨迹可以是傍轴光线轨迹。其次，在第二温度分布下完成同一光线跟踪并在此计算背焦距。对于整个透镜来说第一和第二温度分布不必保持不变，在典型情况下是随着透镜元件的不同而不同的。所计算的背焦距随后限定为常数以在透镜设计程序中用来优化系统设计。
应该注意的是前述方法的前提条件是当温度变化时投影镜头和像素化屏面的机械固件使最后一个透镜的表面与面板之间的距离基本保持不变。如果这种假设不能满足，则为了实现非热特性可以采用其它假定，例如机械固件的相对运动测量值可以包含在过程中，或者可以假设用机械方式固定另外的距离，例如最前面的透镜的表面与面板之间的距离。
图1-5示出了按照本发明构造的各种投影镜头。表1-5分别示出了相应的描述和光学性质。对于采用玻璃的透镜系统用HOYA或者SCHOTT设计。其它厂商生产的相同性质的玻璃也可以用于本发明中。对于塑料元件可用工业上接受的材料。实例5透镜所用的玻璃FCD1与实例4的透镜相比减少了色差。
表中的非球面系数用于下式：
z = cy 2 1 + [ 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 ] 1 / 2 + Dy 4 + Ey 6 + Fy 8 + Gy 10 + Hy 12 + Iy 14
其中z为与系统光轴距离y处的表面垂度，c是光轴处的曲率，而k为光锥常数，除了在表1-5中指明的以外其它都取值为零。
表中所用缩写如下：
EFL          有效焦距
FVD          前顶点距离
f/           f数
ENP          从长共轭观察的入射光孔
BRL          镜头桶长
OBJ HT       物体高度
MAG          放大倍数
STOP         孔径停止的位置和尺寸
IMD          成像距离
OBD          物体距离
OVL          整体长度
表1-2中的参数值是在Fresnel透镜作为系统一部分的情况下计算的。表中与各表面有关的标号”a”代表非球面，对这种表面来说上述方程中的D，E，F，G，H或I中至少一个不为零；标号”c”表示上述方程中k不为零的表面；而标号”f”表示Fresnel透镜。表1中的表面1和表3中的表面7是可选的渐晕表面。表中给出的尺寸都以毫米为单位。
表格假定光线从图中的左方向右方行进。在实际应用中，显示屏位于左方而像素化屏面位于右方，而光线将从左向右行进。特别是表格中物体和成像的标号与说明书和权项中所用的其它部分是相反的。
图中的标号”PP”表示像素化屏面而与像素化屏面相连的Fresnel透镜用标号”FL”表示。实例1和2的系统中采用Fresnel透镜，这是由于采用较大的面板而Fresnel透镜有助于使来自照明光学系统的光线以接近法线的入射角入射。
表6示出了上面讨论的表1-5各种透镜元件和表面与“第一透镜单元”、“第一透镜子单元”、“第二透镜子单元”和“第二透镜单元”之间的对应。具体而言U1是第一透镜单元，U1S1是第一透镜单元的第一透镜子单元，U1S2是第一透镜单元的第二透镜子单元，而U2是第二透镜单元。
表7概括了表1-5中聚焦和变焦的位置。
如上所述，表1-5中的投影镜头采用伪孔径停止/入射光孔技术(参见Betensky的美国专利No.5,313,330)进行设计。根据这种方法，照明系统被用来限定投影镜头的入射光孔，对于所有的焦距和共轭来说，入射光孔的位置相对像素化屏面保持不变。光孔的位置由来自照明系统穿过像素化屏面的基本平行的光线和位于面板投影镜头侧固定位置处的Fresnel透镜决定。
表1-5中用标号“孔径停止”表示的面构成了上面Betensky专利的伪孔径停止。其位置与照明系统的输出位置对应。正如在用“可变空间”表示的子表中所见，对于图1-5的投影透镜系统所有的焦距位置/变焦位置(放大倍数)，从伪孔径停止到像素化屏面之间的距离基本不变(参见“成像距离”一栏)。对于所示的聚焦位置和变焦位置，限定孔径停止相对投影镜头背面位置的可变空间对应于位于透镜前后面限定的空间内的照明系统输出来说是负说。值得注意的是虽然在较佳实施例中采用了伪孔径停止，但是并非必须采用它。透镜可以采用普通的孔径停止设计。
表8汇总了表1-5的各种透镜性质。对于实例1和2，表中的数值是在将Fresnel透镜作为整个系统一部分的情况下计算出来的。如该表所示，实例中的透镜的焦距范围至少为0.05并且在许多情况下为0.1以上，表中给定的焦距范围根据上述较佳的失真、侧向颜色和轴向颜色判据确定。即，对于表中的焦距范围，透镜的失真小于1％(见标以“失真”一栏)和在波长为470-630纳米之间颜色校正小于半个像素而侧向和轴向颜色校正小于两个像素。
如表8所示，透镜的有限变焦范围小于0.15并且在许多情况下不超过0.1，这使得它们具有图中所示相对简单的结构。表中“限制”栏示出了限制变焦范围的判据。例如，对于实例1的透镜，如果变焦范围增加至0.090，失真将超过1％，而对于实例3，如果变焦范围增加至0.177，则在470-630纳米范围内透镜的颜色校正中的侧向颜色校正将小于半个像素和/或轴向颜色校正小于两个像素。
总之，本发明的透镜达到上述所列与像素化屏面连用的投影镜头的性能。
虽然上面对本发明的实施例作了描述，但是应该理解的本领域内的技术人员很容易对其作出各种修改而不偏离本发明的范围和精神。
                                表1
表面编号  类别    半径         厚度          玻璃      净孔径直径
1                 ∞           5.00000                 90.50
2                 83.1719      13.00000      BACED5    91.00
3                 233.9264     13.33000                89.11
4                 -485.5457    6.47000       FD2       85.22
5                 105.3363     25.75000                81.16
6         a       154.1888     10.00000      丙烯酸    83.92
7         a       174.3731     2.00000                 85.20
8                 284.2298     14.70000      BACD5     87.00
9                 -139.0179    空间1                   89.10
10        a       -585.4332    11.69000      丙烯酸    95.00
11                -164.0203    15.47000                95.50
12        a       -131.3993    7.79000                 96.00
13        a       452.6431     空间2                   108.00
14                孔径停止     321.37000               82.70
15                -            2.00000       丙烯酸    304.00
16       acf      -145.1760    成像距离                304.00
符号描述
a-多项式非球面
c-圆锥截面
f-fresnel
圆锥形
表面数    常数
16        -1.0000E+00
偶次多项式非球面
表面编号  D             E            F            G            H            I
6         -7.0450E-07   -1.4118E-11  -4.6437E-14  2.0991E-17   -8.3654E-21  1.8668E-24
7         -5.8899E-07   1.3633E-12   5.5836E-14   -8.2367E-17  3.4781E-20   -4.8293E-24
10        -4.2671E-08   2.3388E-10   -1.2627E-13  6.6272E-17   -2.3640E-20  3.6813E-24
12        -5.3253E-07   -1.0642E-10  3.9159E-14   -9.0601E-18  6.1443E-21   -1.7273E-24
13        -4.8337E-07   1.0322E-10   -3.0287E-14  1.7560E-17   -4.5633E-21  3.8509E-25
16        -2.9975E-09   1.1630E-14   -2.8304E-20  0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
可变空间
        空间1    空间2
Pos.    T(9)     T(13)      焦距偏移  成像距离
1       5.227    -69.256    -1.432    9.957
2       5.227    -92.613    -0.642    9.990
3       5.227    -52.312    -1.787    9.935
4       14.700  -116.470    -1.285    9.997
5       0.777    -80.140    0.265     9.993
                         表1(续)
系统第一阶性质，位置1
OBJ.HT：-1360.0  f/3.93 MAG：-0.1100
STOP：0.00       在表面14后    DIA：82.432
EFL：363.715     FVD：394.498  ENP：37.2564
IMD：9.95692     BRL：384.541
OBD：-3229.58    OVL：3624.07
系统第一阶性质，位置2
OBJ.HT：-3750.0  f/3.93        MAG：-0.0400
STOP：0.00       在表面14后    DIA：82.572
EFL：334.551     FVD：371.174  ENP：10.2225
IMD：9.98978     BRL：361.184
OBD：-8319.72    OVL：8690.90
系统第一阶性质，位置3
OBJ.HT：-935.00    f/4.15        MAG：-0.1600
STOP：0.00         在表面14后    DIA：77.947
EFL：388.269       FVD：411.420  ENP：59.6933
IMD：9.93544       BRL：401.484
OBD：-2322.07      OVL：2733.49
系统第一阶性质，位置4
OBJ.HT：-3901.0    f/3.93         MAG：-0.0384
STOP：0.00         在表面14后     DIA：82.662
EFL：320.597       FVD：356.797   ENP：-9.34592
IMD：9.99721       BRL：346.800
OBD：-8331.49      OVL：8688.29
系统第一阶性质，位置5
OBJ.HT：-3672.0    f/3.93          MAG：-0.0409
STOP：0.00         在表面14后      DIA：82.524
EFL：342.287       FVD：379.200    ENP：21.0808
IMD：9.99287       BRL：369.207
OBD：-8312.39      OVL：8691.59
元件的第一阶性质
元件编号  表面编号    放大率         f
1         2     3     0.53017E-02    188.62
2         4     5     -0.75677E-02   -132.14
3         6     7     0.43140E-03    2318.0
4         8     9     0.62533E-02    159.92
5         10    11    0.21869E-02    457.27
6         12    13    -0.48701E-02   -205.34
7         15    16    0.34012E-02    294.01
元件组的第一阶性质
元件组编号    表面编号    放大率          f
1             1    9      0.46991E-02     212.81
2             10   13     -0.25381E-02    -393.99
3             14   16     0.34012E-02     294.01
                            表2
表面编号  类别  半径        厚度       玻璃       净孔径直径
1         a     134.9605    4500000    丙烯酸     220.00
2         a     348.1941    8.62976               207.00
3               230.1574    13.00000    FD60      200.00
4               136.5336    空间1                 179.00
5               521.2834    23.00000    FC5       142.12
6               -217.2857   空间2                 140.40
7               -401.1839   11.00000    FEL6      93.16
8               -185.1807   27.79300              93.12
9        a      -128.3218   8.00000     丙烯酸    90.00
10              2115.1861   空间3                 96.00
11              孔径停止    321.37000   丙烯酸    81.12
12              ∞          2.00000     丙烯酸    308.00
13       acf    -145.1760   成像距离              308.00
符号描述
a-多项式非球面
c-圆锥截面
f-fresnel
圆锥形
表面数    常数
13        -1.0000E+00
偶次多项式非球面
表面编号  D            E            F            G            H            I
1         -1.5457E-08  3.0560E-12   -3.7466E-16  1.1699E-20   2.0202E-24   -1.0151E-28
2         2.1531E-08   9.8359E-12   -1.9790E-15  2.6450E-19   -1.5527E-23  3.4627E-28
9         4.3896E-08   -6.3309E-11  9.1509E-14   -6.5759E-17  2.3749E-20   -3.3880E-24
13        -2.9975E-09  1.1630E-14   -2.8304E-20  0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
可变空间
      空间1      空间2     空间3
Pos.  T(4)       T(6)      T(10)      焦距偏移    成像距离
1     115.081    56.378    -37.017    -0.495      9.999
2     111.879    56.378    -74.519    -0.228      9.992
3     116.995    56.378    -9.880     -0.404      9.995
4     115.081    46.000    -4.750     1.000       10.009
5     115.081    75.000    -88.000    -2.000      10.093
                   表2(续)
系统第一阶性质，位置1
OBJ.  HT：-1350.0   f/4.00          MAG：-0.1100
STOP：0.00          在表面11后      DIA：80.981
EFL：627.485        FVD：604.234    ENP：386.760
IMD：9.99915        BRL：594.235
OBD：-5200.63       OVL：5804.87
系统第一阶性质，位置2
OBJ.HT：-3710.0    f/4.00          MAG：-0.0400
STOP：0.00         在表面11后      DIA：81.007
EFL：542.999       FVD：563.523    ENP：260.814
IMD：9.99177       BRL：553.531
OBD：-13225.3      OVL：13788.8
系统第一阶性质，位置3
OBJ.HT：-925.00  f/4.30          MAG：-0.1600
STOP：0.00       在表面11后      DIA：75.241
EFL：706.650     FVD：633.281    ENP：500.675
IMD：9.99470     BRL：623.286
OBD：-3769.40    OVL：4402.68
系统第一阶性质，位置4
OBJ.HT：-1291.0    f/4.40          MAG：-0.1157
STOP：0.00         在表面11后      DIA：73.704
EFL：670.653       FVD：626.134    ENP：477.592
IMD：10.0094       BRL：616.124
OBD：-5185.62      OVL：5811.75
系统第一阶性质，位置5
POS 5 System First Order Properties
OBJ.HT：-1471.0    f/4.10          MAG：-0.1010
STOP：0.00         在表面11后      DIA：78.860
EFL：565.174       FVD：571.968    ENP：260.515
IMD：10.0934       BRL：561.874
OBD：-5239.96      OVL：5811.92
元件的第一阶性质
元件编号   表面编号    放大率          f
1          1    2      0.23969E-02     417.21
2          3    4      -0.22704E-02    -440.45
3          5    6      0.31569E-02     316.77
4          7    8      0.15811E-02     632.49
5          9    10     -0.40862E-02    -244.73
6          12   13     0.34012E-02     294.01
元件组的第一阶性质
元件组编号   表面编号    放大率         f
1            1   4       0.52599E-03    1901.2
2            5   6       0.31569E-02    316.77
3            7   10      -0.23626E-02   -423.26
4            11  13      0.34012E-02    294.01
                   表3
表面编号  类别    半径         厚度         玻璃      净孔径直径
1         a       123.4725     23.00000     丙烯酸    155.96
2         a       268.9281     6.37000                150.96
3                 185.7020     11.00000     FD60      145.51
4                 122.5292     空间1                  134.15
5                 999.8936     15.00000     BACD5     133.87
6                 -280.9443    空间2                  133.97
7                 -            15.00000               114.00
8                 -465.4 986   13.00000     BACD14    114.55
9                 -215.1220    41.33000               115.63
10        a       -133.5451    9.00000      丙烯酸    110.38
11        a       1999.9999    空间3                  114.18
12                孔径停止                            112.94
符号描述
    a-多项式非球面
偶次多项式非球面
表面编号  D            E             F            G            H            I
1         -7.2724E-09  2.0437E-12    -4.3841E-16  2.1119E-20   2.7645E-24   4.6551E-31
2         2.5764E-08   4.6251E-12    -1.0544E-15  1.3024E-19   -3.7725E-24  3.5026E-29
10        1.0147E-07   -2.0828E-11   8.7030E-15   -3.5103E-18  8.7106E-22   -8.5534E-26
11        6.4862E-08   -1.5431E-11   1.0319E-15   6.3748E-19   -1.9275E-22  1.7923E-26
可变空间
        空间1      空间2     空间3
Pos.    T(4)       T(6)      T(11)       焦距偏移    成像距离
1       140.587    55.451    -216.496    -0.221      504.021
2       143.373    55.451    -176.092    -0.469      503.946
3       145.620    55.451    -147.183    -0.508      504.023
4       143.373    40.929    -132.000    0.013       503.993
5       143.373    70.036    -215.740    -0.817      504.019
系统第一阶性质，位置1
OBJ.HT：-2550.0    f/4.50          MAG：-0.0400
STOP：0.00         在表面12后      DIA：112.78
EFL：581.441       FVD：617.263    ENP：-5.08552
IMD：504.021       BRL：113.242
OBD：-15244.0      OVL：15861.3
系统第一阶性质，位置2
OBJ.HT：-940.00    f/4.50          MAG：-0.1100
STOP：0.00         在表面12后      DIA：112.82
EFL：582.019       FVD：660.378    ENP：63.0101
IMD：503.946       BRL：156.432
OBD：-5997.26      OVL：6657.64
                   表3(续)
系统第一阶性质，位置3
OBJ.HT：-635.00   f/4.70          MAG：-0.1600
STOP：0.00a       在表面12后      DIA：107.99
EFL：582.486      FVD：691.611    ENP：120.116
IMD：504.023      BRL：  187.588
OBD：-434 5.28    OVL：  5036.89
系统第一阶性质，位置4
OBJ.HT：-872.00  f/4.65          MAG：-0.1169
STOP：0.00       在表面12后      DIA：109.02
EFL：612.010     FVD：689.995    ENP：135.082
IMD：503.993     BRL：186.002
OBD：-5966.40    OVL：6656.40
系统第一阶性质，位置5
OBJ.HT：-982.00   f/4.50          MAG：-0.1040
STOP：0.00        在表面12后      DIA：112.93
EFL：554.718      FVD：635.388    ENP：4.64639
IMD：504.019      BRL：131.369
OBD：-6017.35     OVL：6652.73
元件的第一阶性质
元件编号    表面编号    放大率          f
1           1    2     0.22760E-02     439.36
2           3    4     -0.20800E-02    -480.77
3           5    6     0.268 49E-02    372.46
4           8    9     0.15435E-02     647.86
5           10    11   -0.39498E-02    -253.18
元件组的第一阶性质
元件组编号  表面编号    放大率         f
1           1    4      0.44587E-03    2242.8
2           5    6      0.26849E-02    372.46
3           7    11     -0.21936E-02   -455.87
              表4
表面编号  类别    半径          厚度         玻璃      净孔径直径
1         a       117.8894      12.00000     丙烯酸    175.00
2         ac      49.7129       196.66640              130.00
3                 243.8700      9.00000      FD6       72.55
4                 ∞            空间1                  72.40
5                 -1257.8370    7.00000      NBFD10    71.92
6                 276.8531      空间2                  71.94
7                 224.4526      15.00000     FC5       73.09
8                 -95.9987      7.00000      F8        73.60
9                 -156.4273     空间3                  75.17
10                223.8968      11.00000     FC5       105.38
11                ∞            0.30000                105.97
12                268.1102      9.00000      FD6       107.04
13                147.0862      7.30000                105.95
14                503.3765      16.50000     FC5       106.07
15                -175.6372     7.36000                107.49
16                -105.1167     9.00000      FD6       107.58
17                -149.8025     空间4                  114.55
18                孔径停止                             115.29
符合描述
a-多项式非球面
c-圆锥截面
圆锥形
表面数    常数
2    -6.0000E-01
偶次多项式非球面
表面编号    D            E            F             G             H            I
1           -3.0550E-07  2.9273E-11   -6.7828E-16   -4.5421E-19   5.1109E-23   -1.8247E-27
2           -2.4894E-07  1.5645E-11   -1.2814E-14   9.9261E-18    -2.5832E-21  1.9012E-25
可变空间
        空间1     空间2     空间3    空间4
Pos.    T(4)      T(6)      T(9)     T(17)      焦距偏移   成像距离
1       11.240    17.400    53.580   -269.580    -0.569    503.994
2       11.240    10.270    60.756   -265.987    -0.402    503.994
3       11.240    3.000     67.976   -261.753    -0.100    503.994
4       7.775     10.270    60.756   -257.94 4   -0.442    503.994
5       12.771    10.270    60.756   -269.299    -0.415    503.994
                  表4(续)
系统第一阶性质，位置1
OBJ.HT：-3095.0  f/4.50         MAG：-0.0335
STOP：0.00       在表面18后     DIA：112.89
EFL：142.786     FVD：623.761   ENP：100.479
IMD：503.994     BRL：119.767
OBD：-4205.14    OVL：4828.90
系统第一阶性质，位置2
OBJ.HT：-2935.0   f/4.50        MAG：-0.0350
STOP：0.00        在表面18后    DIA：112.84
EFL：148.995      FVD：627.297  ENP：99.4580
IMD：503.892      BRL：123.405
OBD：-4202.03     OVL：4829.32
系统第一阶性质，位置3
OBJ.HT：-2780.0   f/4.54           MAG：-0.0367
STOP：0.00        在表面18后       DIA：111.79
EFL：155.789      FVD：631.591     ENP：98.5263
IMD：504.002      BRL：127.590
OBD：-4197.42     OVL：4829.01
系统第一阶性质，位置4
OBJ.HT：-1135.0   f/4.60           MAG：-0.0900
STOP：0.00        在表面18后       DIA：110.39
EFL：148.702      FVD：632.101     ENP：99.3860
IMD：504.119      BRL：127.983
OBD：-1597.88     OVL：2229.98
系统第一阶性质，位置5
OBJ.HT：-7300.0    f/4.50          MAG：-0.0140
STOP：0.00         在表面18后      DIA：112.88
EFL：149.125       FVD：625.625    ENP：99.5175
IMD：504.001       BRL：121.623
OBD：-10596.5      OVL：11222.2
元件的第一阶性质
元件编号  表面编号    放大率            f
1         1    2      -0.54099E-02      -184.85
2         3    4      0.33323E-02       300.10
3         5    6      -0.37065E-02      -269.79
4         7    8      0.71627E-02       139.61
5         8    9      -0.23062E-02      -433.61
6         10   11     0.21847E-02       457.73
7         12   13     -0.24108E-02      -414.80
8         14   15     0.37267E-02       268.33
9         16   17     -0.20979E-02      -476.68
Doublets的第一阶性质
元件代号  表面编号    放大率            f
4    5    7    9      0.47870E-02       208.90
表4(续)
组的第一阶性质
组代号  表面代号   放大率          f
1       1   4      0.13556E-02     737.68
2       5   6      -0.37065E-02    -269.79
3       7   9      0.47870E-02     208.90
4       10  17     0.14185E-02     704.99
                           表5
表面编号  类别     半径        厚度         玻璃      净孔径直径
1         a        139.1783    12.00000     丙烯酸    185.00
2         ac       51.2880     224.88409              137.00
3                  246.8481    9.00000       FD6      81.55
4                  ∞          空间1                  81.37
5                  ∞          7.00000       NBFD10   80.68
6                  252.9223    空间2                  80.35
7                  273.0633    17.00000      FC5      80.94
8                  -114.4438   7.00000       F2       81.22
9                  -179.9972   空间3                  82.21
10                 103.7400    22.00000      FC5      103.64
11                 -483.1217   0.30000                102.98
12                 9.00000     NBFD11                 102.09
13                 102.3704    8.60000                98.68
14                 199.2325    26.50000      FCD1     100.28
15                 -95.2652    1.20000                101.61
16                 -90.2695    8.50000       NBFD11   101.55
17                 -207.3439   空间4                  108.97
18                 孔径停止                           115.12
符号描述
a-多项式非球面
c-圆锥截面
圆锥形
    表面数    常数
    2         -6.0000E-01
偶次多项式非球面
表面编号   D            E           F            G            H             I
1          -3.2280E-07  3.3804E-11  -6.7708E-16  -4.3472E-19  4.8435E-23    -1.5927E-27
2          -3.1725E-07  5.6735E-12  -1.3489E-14  1.0145E-17    -2.6514E-21  2.0405E-25
可变空间
     空间1     空间2    空间3      空间4
P0s. T(4)      T(6)      T(9)      T(17)       焦距偏移    成像距离
1    11.518    20.760    48.230    -249.990    -0.573      504.035
2    11.518    11.522    57.514    -245.654    -0.382      504.035
3    11.518    3.000     65.983    -241.090    -0.100      504.035
4    7.775     11.522    57.514    -237.388    -0.392      504.035
5    13.252    11.522    57.514    -249.113    -0.442      504.035
                         表5(续)
系统第一阶性质，位置1
OBJ.HT：-3110.0  f/4.50          MAG：-0.0333
STOP：0.00       在表面18后      DIA：112.95
EFL：142.220     FVD：687.538    ENP：103.574
IMD：504.035     BRL：183.503
OBD：-4205.20    OVL：4892.73
系统第一阶性质，位置2
OBJ.HT：-2935.0     f/4.50          MAG：-0.0350
STOP：0.00          在表面18后      DIA：112.89
EFL：149.045        FVD：691.766    ENP：102.743
IMD：503.882        BRL：187.884
OBD：-4200.19       OVL：4891.95
系统第一阶性质，位置3
OBJ.HT：-2782.0     f/4.54          MAG：-0.0367
STOP：0.00          在表面18后      DIA：111.85
EFL：155.824        FVD：696.383    ENP：102.110
IMD：503.988        BRL：192.395
OBD：-4195.98       OVL：4892.36
系统第一阶性质，位置4
OBJ.HT：-1135.0     f/4.60          MAG：-0.0900
STOP：0.00          在表面18后      DIA：110.42
EFL：148.714        FVD：696.417    ENP：102.808
IMD：504.011        BRL：192.406
OBD：-1594.60       OVL：2291.02
系统第一阶性质，位置5
OBJ.HT：-7300.0     f/4.50          MAG：-0.0140
STOP：0.00          在表面15后      DIA：112.95
EFL：149.198        FVD：690.202    ENP：102.752
IMD：504.042        BRL：186.159
OBD：-10598.6       OVL：11288.8
元件的第一阶性质
元件编号   表面编号    放大率          f
1          1    2      -0.58053E-02    -172.26
2          3    4      0.32921E-02     303.76
3          5    6      -0.33184E-02    -301.35
4          7    8      0.59780E-02     167.28
5          8    9      -0.19045E-02    -525.07
6          10   11     0.56570E-02     176.77
7          12   13     -0.77185E-02    -129.56
8          14   15     0.75026E-02     133.29
9          16   17     -0.47840E-02    -209.03
Doublets的第一阶性质
元件代号   表面代号    放大率           f
4    5     7    9      0.40231E-02      248.57
表5(续)
组的第一阶性质
组代号  表面代号    放大率         f
1       1   4       0.16908E-02    591.44
2       5   6       -0.33184E-02   -301.35
3       7   9       0.40231E-02    248.57
4       10  17      0.13194E-02    757.92
              表6
实例   U1       U1S1    U1S2    U2
1      S2-S9    -        -        S10-S13
2      S1-S6    S1-S4    S5-S6    S7-S10
3      S1-S6    S1-S4    S5-S6    S8-S11
4      S1-S6    S1-S4    S5-S6    S7-S9
5      S1-S6    S1-S4    S5-S6    S7-S9
              表7
实例      焦距位置         变焦位置
1         1，2，3          2，4，5
2         1，2，3          1，4，5
3         1，2，3          2，4，5
4         2，4，5          1，2，3
5         2，4，5          1，2，3
                                 表8
实例    面板尺寸    像素尺寸    焦距范围    变焦范围      限制            失真(d)
1       203×152    0.2         0.12        0.060         Distortion     -0.5＜d＜0.25
2       203×152    0.2         0.12        0.132         Distortion     -0.25＜d＜0.25
3       118×88     0.09        0.12        0.118         Color4        0＜d＜0.1
4       118×88     0.09        0.08        0.108         Distortion     -1＜d＜0.5
5       118×88     0.09        0.08        0.112         Distortion     -1＜d＜0.4
1 定义共轭放大范围绝值对值之差
2 定义为图像质量(包括失真度)令人满意情况的多焦范围
3 限制可用多焦范围的图像质量组件
4 可接纳受的侧向颜色和轴向颜色模糊分别为0.5个像和2个像素的数值

Claims (16)

1.一种形成物体放大图像的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，所述物体的高度为ho，所述放大图像的高度为hi，这里|hi|＞|ho|，其特征在于包括：
(A)位于投影镜头成像端的第一透镜单元，所述第一透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第一透镜单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及
(B)位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，所述第二透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第二透镜单元成像端与第一透镜单元的物体端相隔距离为D12；
其中：
(i)物体包括由像素构成的面板；
(ii)投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；
(iii)投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；
(iv)投影镜头的焦距范围F至少为0.05，这里的F由下式定义：
                F＝max|ho/hi|-min|ho/hi|
其中max|ho/hi|和min|ho/hi|分别为投影镜头的图像-物体的最大和最小放大倍数；以及
(v)在焦距范围内投影镜头的变焦范围Z的最大值ZMAX小于0.15，变焦范围Z由下列方程定义：
                 Z＝2*(max|hi|-min|hi|)(max|hi|+min|hi|)
其中max|hi|和min|hi|分别为在焦距范围的|ho/hi|比率附近变焦时成像高度的最大和最小值。
2.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于：
35*|ho|＞|hi|＞3*|ho|。
3.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头的变焦进一步包括投影镜头的再聚焦，所述再聚焦包括改变轴向距离D。
4.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于第二透镜单元包括两个透镜元件，一个具有正放大率而另一个具有负放大率。
5.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于：
第一透镜单元包括第一透镜子单元和第二透镜子单元，所述子单元的轴向移动用于聚焦。
6.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于：
F＞0.1。
7.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于：
ZMAX＜0.1。
8.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头在焦距范围的失真小于或等于1％。
9.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头在焦距范围和在变焦范围内的失真小于或等于0.5％。
10.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于在470-630纳米范围内在焦距范围内投影镜头的侧向颜色模糊小于半个像素。
11.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头在焦距范围内的轴向颜色模糊在470-630纳米范围内小于两个像素。
12.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头包括至少一个由塑料组成的透镜单元和至少一个由玻璃组成的透镜单元。
13.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于投影镜头包括至少一个非球面。
14.如权利要求1所述的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，其特征在于面板具有一个以周期/毫米为单位的特征空间频率，其等于二分之一个像素的尺寸，以毫米为单位，并且当投影镜头从室温加热至工作温度时在所述特征空间频率处投影镜头的调制传输函数的变化小于25％。
15.一种形成物体图像的投影透镜系统，所述系统包括：
(a)包含光源和形成光源成像的照明光路，所述光源成像是照明系统的输出；
(b)包含物体的像素化屏面；以及
(c)形成物体放大图像的可变聚焦、微小变焦的投影镜头，所述物体的高度为ho，所述放大图像的高度为hi，这里|hi|＞|ho|，包括：
(1)位于投影镜头成像端的第一透镜单元，所述第一透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第一透镜单元的成像端与像素化屏面轴向距离为D；以及
(2)位于第一透镜单元与像素化屏面之间用于变焦的第二透镜单元，所述第二透镜单元包括至少一个透镜元件，所述第二透镜单元成像端与第一透镜单元的物体端相隔距离为D12；
其中：
(i)物体包括由像素构成的面板；
(ii)投影镜头的聚焦包括改变轴向距离D；
(iii)投影镜头的变焦包括改变轴向距离D12；
(iv)投影镜头的焦距范围F至少为0.05，这里的F由下式定义：
                    F＝max|ho/hi|-min|ho/hi|
其中max|ho/hi|和min|ho/hi|分别为投影镜头的图像-物体的最大和最小放大倍数；以及
(v)在焦距范围内投影镜头的变焦范围Z的最大值ZMAX小于0.15，变焦范围Z由下列方程定义：
                 Z＝2*(max|hi|-min|hi|)(max|hi|+min|hi|)
其中max|hi|和min|hi|分别为在焦距范围的|ho/hi|比率附近变焦时成像高度的最大和最小值。
16.如权利要求15所述的投影透镜系统，其特征在于所述投影镜头包含一个入射光孔，其位置由来自照明系统穿过像素化屏面的光线决定。
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