CN1278925A - 采用像素化面板的小型投影透镜系统的宽视场投影透镜 - Google Patents

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Abstract

一种与LCD面板一起使用的投影透镜。透镜包括:第一透镜单元(U1),它包括具有校正失真的非球面的强的负透镜单元(E1);第二透镜单元(U2),它包括与较弱放大率的第二透镜子单元(U2S2)相距一定间隔的强的正放大率第一透镜子单元(U2S1)。第二透镜子单元可以包括负的透镜单元、正的透镜单元、具有非球面的塑料透镜单元。投影透镜的视场至少为35度从而缩小了整个投影透镜系统的尺寸。

Description

采用像素化面板的小型投影透镜系统的宽视场投影透镜
发明领域
本发明涉及投影透镜，特别涉及可以用于用像素(例如LCD)构成物体图像的投影透镜。
背景技术
投影透镜系统(又成为“投影系统”)用来在观察屏幕上形成物体图像。这种系统的基本结构示于图6，其中10为光源(例如钨卤素灯)，12为照明光学系统，它构成光源的图像(以下成为照明系统的“输出”)，14为投影物体(例如具有开和关像素的LCD矩阵)，而13为投影透镜，它由多个透镜单元组成，在观察屏16上形成对象14放大的图像。系统也可以在像素面板附近包括视场透镜，例如Fresenel透镜，从而适当地定位照明系统的出射光瞳。
对于前投影系统，观察者位于图6屏幕16的左边，而对于后投影系统，观察者位于屏幕的右边。对于安装在一个箱子内的后投影系统，经常用镜子折叠光路并且减少系统的总体尺寸。本发明的投影透镜特别示于后投影系统，但是如果需要也可以用于前投影系统。
物体为像素化面板的投影透镜系统有各种应用，包括数据显示系统。这种投影透镜系统比较好的是采用单一的投影透镜来形成红、绿和蓝像素面板的图像。在有些情况下，例如大型图像后投影系统，采用的是多个面板和多个投影透镜，每个面板／投影透镜组合产生整个图像的一部分。
像素化面板，具体而言是LCD面板根据所采用投影系统的类型而有各种尺寸。由于像素较多而且有足够大的像素尺寸保证制造质量足以可靠，所以大型LCD面板(例如对角线12．5英寸(约320毫米)的面板)能够有效地产生高分辨率的彩色图像。值得注意的是，对于单个LCDM面板的全彩色图像，象素数目是单色图像所需像素数的3倍，因此除非采用大型LCD面板，否则像素尺寸较小。
在现有技术中需要用于大型像素化面板并且同时至少具备下列性质的投影透镜：(1)宽视场，即较小的焦距；(2)能够在各种放大倍数下工作并保证较高的象差校正；(3)较小的尺寸，包括较少数量的透镜单元、较短的镜头筒和较小的最大透镜直径；(4)较高的颜色校正；(5)低变形；以及(6)对温度变化敏感度较小。
观察的宽视场使得整个投影透镜系统能够小型化，对于空间宝贵的场所这是非常需要的。特别是小型化使尺寸和容纳投影系统以及安装、运输所需成本最小。
由于可以使投影系统与尺寸不同的屏幕一起使用而无需改变系统的单元，所以需要在各种放大倍数下有效工作的投影透镜。仅仅需要改变的是物体和图像的共轭，通过相对像素化面板移动透镜很容易完成这种改变。当然在整个放大倍数工作范围内提供较高的象差校正是一个难题。
从成本、重量和尺寸的角度考虑，需要较小的投影透镜。大量的透镜单元和大直径的透镜会消耗更多的原材料，重量更重，并且制造和安装更昂贵。较长的长筒一般增加了投影系统的总体尺寸，导致成本和重量增加。因此需要使较小透镜单元的数量最小，并且相互靠近。
由于在像素化面板图像中很容易发现色差(像素沾污，在极端情况下图像的像素完全脱落)，所以较好的色差校正很重要。这些问题在视场边沿一般是最严重的。在通常情况下，像素化面板上测量的色差应该好于一个像素，并且比较好地是半个像素以避免这些问题。
系统的所有色差都需要解决，包括横向色差、彗形色差和最难解决的象散色差。由于随对比度下降，横向色差，即颜色随放大倍数而变化，由于当对比度减小时就显示出来，所以特别麻烦，特别是在视场边沿。在极端情况下，可以看到整个视场区域内的彩虹效应。
在采用阴极射线管(CRT)的投影系统中，例如通过相对蓝色CRT减少红色CRT表面的图像尺寸补偿较小的(残余)横向色差量。然而对于像素化面板，由于图像是数字化的并且在整个视场平滑调整尺寸是不可能的，所以无法作这种补偿。因此投影透镜需要更高的横向色差校正。
利用像素化面板显示数据对失真的校正有严格的要求。这是因为观看数据时即使在透镜视场极端位置上也要求较好的图像质量。显而易见，显示的数字和字母在视场边沿显示与中心显示一样重要。
为了产生足够量度的图像，大量的光线必须通过投影透镜。因此室温与透镜工作温度之间存在可观的温差。此外，透镜需要能够工作在各种环境条件下。例如投影透镜通常安装在天花板上，包括建筑物的屋顶，那儿的环境温度在40℃以上。为了这些问题，需要光学性质对温度变化不灵敏的投影透镜。
解决温度灵敏性的一种方法是采用玻璃构成的透镜单元。与塑料的相比，玻璃单元的曲率半径和折射率的变化通常小于塑料单元。单色玻璃单元通常比塑料单元贵，特别是为色差控制而采用非球面时。如下所述，通过选择合适的塑料粉末和位置，可以采用塑料单元并且达到所需的温度灵敏度。
下述投影透镜满足了上述要求并且可以成功用于制造低成本的在显示屏幕上形成高质量彩色图像的投影透镜系统。具体而言，如下面实例所示，本发明的透镜例如具有最大的视场±45°，可以工作在f／4，并且放大倍数为5．5X～9．6X。
在下列美国专利中描述了与像素化面板一起使用的投影透镜，包括Taylor的美国专利No．4，189，211、Tanaka等人的的美国专利No．5，042，861、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N0．5，278，698、Betensky的美国专利No．5，313，330和Yano的美国专利No．5，331，462。
有关LCD系统的讨论可以参见Gagnon等人的美国专利No．4，425，028、No．4，461，542、Ledebuhr的美国专利No．4，826，311和EPO专利出版No．311，116。
发明内容
针对上述论述，本发明的目标是提供一种与像素化面板一起使用的改进的投影透镜，同时它具有上述6种性质。为此，投影透镜的焦距为f0并且按照从图像侧到物体侧的顺序(即从长共轭侧至短共轭侧)包括：
(A)焦距为f1的第一透镜单元(U1)，包括：
(ⅰ)焦距为fE1的透镜单元(E1)；以及
(ⅱ)至少一个用于失真校正的非球面；以及
(B)焦距为f2的第二透镜单元(U2)，按照从图像侧的顺序包括：
(ⅰ)焦距为f2S1的第一透镜子单元(U2S1)；以及
(ⅱ)与第一透镜子单元相隔空间间距(tS1S2)并且焦距为f2S2的第二透镜子单元(U2S2)，所述第二透镜子单元包含：(a)至少一个用于校正球面象差的非球面；以及(b)向透镜系统提供轴向色差校正的装置；
其中：
|f1|／f0＞0．75；
fE1＜0；
f2＞0；
f2／f0＜2．0；
f2S1＞0；
f2S1／f0＜1．5；以及
|f2S2|／f0＞1．5。
在某些较佳实施例中，透镜系统还满足部分或全部下列关系：
|fE1|／f0＜1．5；以及
tS1S2／f0＞0．1。
在其他较佳实施例中，第二透镜子单元从图像侧依次包括：负透镜单元；正透镜单元；以及包含至少一个非球面的塑料透镜单元。带非球面的塑料透镜单元具有正或负的轴上放大率。这种布局便于透镜系统的冷却变态性和制造。
在进一步的较佳实施例中，投影透镜的半视场大于35°。这样，投影透镜系统的总体尺寸缩小。第一和第二透镜单元的净孔径对系统的整体小型化也有贡献，其中第一透镜单元的净孔径比较好的是大于第二透镜单元的净孔径。比较好的是，第一透镜单元的净孔径小于像素化面板对角线的0．7倍。下面的实例1－3具有大于35°的半视场并且第一透镜单元的最大净孔径小于对角线为12．5英寸的像素化面板的对角线的0．7倍。
通过改变下列参数比较好地实现了投影透镜系统的放大倍数变化：(a)投影透镜与像素化面板之间的距离；以及(b)第一与第二透镜单元之间的距离。特别是，第一和第二透镜单元为聚焦而相对像素化面板沿同一方向移动，但是移动率不同，从而使单元之间的距离随透镜系统对不同放大倍数的聚焦而变化。
本发明的投影透镜比较好的是设计为基本上是冷却变态的。如下所述，为此将位置的选择和具有光学放大率的塑料透镜单元的放大率平衡结合起来。
附图的简要说明
图1－3为按照本发明构造的与像素化面板(PP)和Fresenal透镜(FL)结合的投影透镜侧视图。
图4和5为图1透镜系统的单色光学转移函数(MTF)曲线，物体(像素化面板)高度为158毫米，图4的图像高度为－869毫米而图5为－1524毫米，即图4和图5是屏幕一面板放大倍数为－0．182和－0．104时的MTF曲线。这些曲线的左边表明焦距数据而右边表示焦距对频率的数据。点划线表示相位数据，折线表示SAG数据，而实线表示TAN数据。图4的焦距、f／数和焦距位置为178．81、4．00和0．094。图5的焦距、f／数和焦距位置为170．48、4．00和－0．023。
图6为可以利用本发明投影透镜的整个投影透镜系统示意图。
上述附图包含在说明书内，描述了本发明的较佳实施例，并且与描述一起阐述了本发明的原理。但是应该理解的是，附图以及描述仅仅具有示意性质，对本发明无限定作用。
实施发明的较佳方式
如上所述，本发明的投影透镜系统被用于图像像素化面板，例如大尺寸的LCD，在这种小型化设备中，必须在保持非常好的失真校正同时提供宽视场。透镜系统还用于大共轭范围，因此必须对象差进行校正，使得象差不会随透镜放大倍数变化(增大)而发生明显变化。
为此，采用负焦距型宽视场的透镜系统。透镜系统由两个透镜单元组成－在透镜系统长共轭侧为放大率较弱的第一(前)透镜单元(U1)，而在系统短共轭侧为放大率较强的第二(后)透镜单元(U2)。第二透镜单元由两个透镜子单元组成，在系统长共轭侧为第一(前)透镜单元，而在系统短共轭侧为第二(后)透镜单元。
这些单元和子单元的重要性质如下：
(1)第一单元包含非球面以提供必要的失真校正。如上所述，对于采用像素化面板的透镜系统，系统的失真需要很好地校正。在图像处本发明透镜系统的失真校正通常好于1％，比较好是好于0．5％。
(2)第二单元提供了透镜系统的大部分放大率。这样，透镜系统的总体长度可以减小。
(3)第二单元的后子单元包括提供球面象差校正的非球面。
(4)沿同一方向为聚焦而移动，但是移动率不同的单元在各种图像共轭下提供了稳定的象散色差校正。
(5)为了降低透镜系统的整体成本，用光学塑料材料制造非球面单元。
为了颜色校正，第二透镜子单元包括轴向颜色校正装置。可以采用现有技术中已知的各种轴向颜色校正装置。比较好的方法为在第二透镜子单元中包括由高色散材料构成的负透镜单元和至少一个由低色散材料构成的正透镜单元。高和低色散材料可以是玻璃或塑料。
高色散材料通常是具有如燧石玻璃那样色散的材料而低色散材料是具有如无铅玻璃那样色散的材料。具体而言，高色散材料是折射率为1．85－1．5之间的V值介于20－50的材料，低色散材料是同样折射率范围内的V值介于35－75的材料。
对于塑料透镜单元，高和低色散材料可以是苯乙烯和聚丙烯。如果需要也可以采用其他塑料。例如可以用具有燧石类色散的聚苯乙烯聚酯和聚合物(例如NAS)代替苯乙烯。参见塑料光学手册，美国精密透镜股份有限公司，Cincinnati，Ohio，1983，pages17－29。
如上所述，本发明的投影透镜是冷却变态的，因此系统的光学性质(特别是系统的后焦距)基本上不随投影透镜从室温加热至工作温度而变化。具体而言，后焦距的变化比较好的是小于明显改变系统调制转移函数(MTF)的量，例如每毫米3个周期上MTF的变化小于10％。对于下述具体实例，其MTF判据对应小于±0．4毫米后焦距的变化。通过选择和放置塑料透镜单元的透镜实现了所需的透镜焦距热稳定。
通常情况下，使用塑料透镜单元的缺点是塑料光学材料的折射率随温度明显变化。另一种效应是形状变化，即塑料光学材料随温度变化而膨胀或收缩。后一效应通常没有折射率的变化明显。
如果在透镜中仅仅采用低放大率塑料透镜，则可以在塑料光学热变化与系统的塑料或铝机械单元的热变化之间实现平衡，例如透镜镜筒通常是热引起的焦距变化的主要机械原因。在设计中不限制使用光学塑料(即可以至少使用某些较高放大率的塑料透镜单元)的优点是由于塑料透镜单元很容易模塑，所以可以最大程度地实现非球面设计。使用较高放大率的塑料单元使得系统的整体成本降低。
如果设计中的净塑料光学放大率是可观的，则需要冷却变态否则透镜焦距将随室温变化至工作温度而发生明显变化。在必须发射大量光线以观察屏幕并且由此造成工作温度明显大于室温的投影仪中特别突出。
对于本发明的投影透镜，通过考虑塑料透镜单元的位置和放大率以及这些单元的边缘图像高度实现了冷却变态。
就温度变化量而言，塑料透镜单元的位置是重要的，因此将改变单元的折射率。通常情况下，接近光源的单元或光源图像的温度变化更大。实际上，投影透镜所在区域的温度分布与光源和照明光学系统工作有关并且测量的值被用于投影透镜的设计中。
特定塑料透镜单元的边缘光线高度在给定温度变化下确定了单元折射率变化就透镜整体热稳定性而言是否明显。边缘光线较小的单元通常对系统热稳定性的影响较边缘光线较大的单元要小。
根据上述考虑，通过根据单元预计经受的温度变化和单元的边缘光线高度来平衡塑料透镜单元的正负放大率实现了冷却变态。实际上，这种冷却变态程序包含在下列计算机化的透镜设计程序中。首先在第一种温度分布下完成光线扫迹并计算后焦距。光线扫迹可以是边缘光线的等轴扫迹。其次，在第二种温度分布下完成光线扫迹并计算后焦距。在整个透镜上第一或第二种温度分布无需是恒定的，在典型情况下，它随透镜单元而变化。计算的后焦距随后被限制为常数以在利用透镜设计程序优化系统时使用。
值得注意的是，上述方法假定投影透镜的机械量和像素化面板保证在系统温度变化下最后的透镜表面与面板之间的距离基本上为常数。如果这种假定不成立，则可以作其他假设以完成冷却变态，例如可以在处理中包含机械量的相对变动测量值或者改变距离，例如可以认为前透镜表面与面板之间的距离的机械固定的。
图1－3示出了按照本发明构造的各种投影透镜。表1－3示出了相应的描述和光学性质。HOYA或SVHOTT表示透镜系统所用的玻璃。在实施本发明时可以采用其他制造商制造的等同玻璃。工业用材料被用于塑料单元。
表中的非球面系数用于下列方程： z = cy 2 1 + [ 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 ] ν 2 + Dy 4 + Ey 6 + Fy 8 + Gy 10 + Hy 12 + Iy 14
这里z为从系统光轴开始距离y上的表面垂度，c为光轴上透镜的曲率，而k为锥度常数，它除了在表1－3中指明的以外为零。
表1－3中的“第一阶数据”在作为系统部分的Fresenel透镜下计算。与表中各种表面有关的标号“a”表示非球面，即上述方程中不为零的D、E、F、G、H或I中的至少一个表面；标号“c”表示上述方程中“k”不为零的表面；以及标号“f”表示Fresnel透镜。表中所有给出的单位都是毫米。
表格假定光线从图中左边射向右边。实际上，观察屏幕在左边而像素化面板在右边，并且光线从右边射向左边。像素化面板在图1－3中用标号“PP”表示而与像素化面板相关的Fresnel透镜用标号“FL”表示。Fresnel透镜用来使光源与投影透镜的入射光瞳(表中的出射光瞳)匹配。
如上所述，通过改变共同相对像素化面板移动的第一与第二透镜单元之间的距离可以使图1－3的投影透镜在较大共轭范围内聚焦。如表1－3所示，与透镜系统相对像素化面板的整体移动相比，第一透镜单元相对第二透镜单元的移动通常较小。
表1－3的表面编号与上述U1、E1、U2、U2S1、U2S2和FL的对应关系示于表4。
表5概括了本发明透镜系统的各种性质。如表所示，实例的透镜系统满足各种透镜单元、透镜子单元和单元的焦距限制以及第二透镜单元的子单元之间间距(tS1S2)的限制。
在首部“PP22”下，表5列出了第二透镜单元相对该单元后表面的后主点的位置。这些值与表1－3的比较表明，该单元的后主点位于第二子单元较前方。这将本发明透镜的第二透镜单元与后主点位于单元中间的普通三合透镜区分开来。
图4和5的曲线示出了图1透镜系统左边的过焦距MTF和右边的轴焦距MTF，图1的透镜系统的屏幕一像素化面板的放大倍数分别为－0．182和－0．104。数据示于5个区域点，即轴上以及最大视场高度的35％、70％、85％和100％。屏幕上精确的视场高度是示于右边的曲线。这些视场高度用于右边和左边的曲线并且以毫米为单位。
过焦距数据用空间频率表示，以周期／毫米为单位。过焦距和最佳焦距数据表示了正切和矢状(虚线)MTF。模度位于每个块的左边并且从0到1。MTF的相位在最佳焦距曲线中用点划线表示。相位标度示于每个最佳焦距块的右边并且以半径度量。所有的MTF数据都在546．1纳米波长下。轴焦距如上所述偏移而最佳焦距相对过焦距曲线的零位移动。最佳焦距平面位于轴过焦距曲线的峰值上。
图2和3的透镜系统在放大倍数范围内具有与图4和5相似的MTF曲线。这些图表明本发明的透镜系统在较宽的放大倍数范围内具有较好的象差控制。
图3的透镜设计用于对角线为12．5英寸(320毫米左右)的LCD面板。面板的像素尺寸为200微米，对应1000条线TV的水平分辨率。本发明透镜产生的面板图像从36英寸(900毫米)至60英寸(1500毫米)。透镜将色差控制在1／4像素(50微米)以下。对于高质量数据或视频投影这是非常重要的。
虽然描述和阐述了本发明的具体实施例，但是应该理解的是，本领域内技术人员可以在不偏离本发明范围的前提下对此作各种修改。
表1表面编号    类型    半径           厚度       玻璃      净孔径直径
1      a     194．8286      8．00000    丙烯酸       170．25
2      c     60．4976       109．75660               126．07
3            75．1853       10．00000    LLF1        75．48
4            136．8907      间隔1                    74．90
5            孔径停止       0．00000                 73．02
6            129．0860      12．00000    SK18        72．82
7            －344．4371    21．99035                71．59
8            －108．0986    5．00000     SF10        61．52
9            205．3792      1．00000                 62．92
10           201．2503      10．0000     SK18        64．24
11              ∞          1．96305                 69．18
12    a      －394．4647    10．00000    丙烯酸      70．32
13    a      －100．0000    间隔2                    74．84
14              ∞          2．00000     丙烯酸      320．00
15           －145．1760    象距                     320．00
符号说明
a－多项式非球面
c－锥度
f－freshel
锥度
表面编号    常数
 2         －4．1664E－01
15         －1．0000E+00
偶多项式非球面表面         D               E                F               G              H                I编号1    －6．0946E－08    2．5026E－12    －4．2474E－16    5．0369E－20   －4．4208E－24   1．6693E－2812    6．0712E－08      2．0076E－10    7．2384E－14      －75148E－17   5．4549E－20     －1．6568E－2313    5．5349E－07      3．8742E－10    －1．5666E－14    1．3171E－17   1．3083E－20     －9．0221E－2415    －3．5550E－09    1．5454E－14    －4．2142E－20    0．0000E+00    0．0000E+00      0．0000E+00
变量间隔焦距    间隔1      间隔2      焦距偏移     图像距离位置    T(4)       (13)1       25．031    227．354    －1．830    12．5732       26．294    213．849    －1．514    12．566                     表1(续)第一阶数f／数               4．00        4．00放大倍数        －0．1818    －0．1037物体高度        －869．00    －1524．0物体距离        －900．14    －1565．2有效焦距          178．81      170．48图像距离          12．573      12．566总体长度          1356．8      2009．7正向顶点距离      456．67      444．42筒长              444．10      431．85停止表面数              5            5停止距离            0．00        0．00停止直径          73．024      69．240入射光瞳距离      88．419      88．943出射光瞳距离    －6246．4    —2940．9
单元第一阶性质
单元    表面
编号   编号    放大率             f′              1pp            1′pp
  1    1  2  －0．55002E－02  －181．81          7．9311         2．4627
  2    3  4    0．34935E－02    286．24        －7．4284       －13．525
  3    6  7    0．67621E－02    147．88          2．0131       －5．3714
  4    8  9  －0．10438E－01  －95．802          0．9875       －1．8762
  5    10 11   0．31865E－02    313．82  －0．38351E－08       —6．0928
  6    12 13   0．37160E－02    269．11          8．8774         2．2505
  7    14 15   0．34012E－02    294．01          1．3389 －0．97909E－07
组的第一阶性质
组      表面
编号   编号      放大率           f′        1pp            1′pp
  1    1  4  －0．87724E－04    －11399． －3969．1       —6275．0
  2    5  13   0．38798E－02     257．74    2．1688       －49．915
  3    14 15   0．34012E－02     294．01    1．3389 －0．97909E－07
透镜的第一阶性质
焦距位置编出  放大率            f′       1pp         1′pp
  1          0．55926E－02    178．81    262．09    －196．91
  2          0．58658E－02    170．48    249．53    －174．08
                         表2表面编号  类型    半径        厚度       玻璃    净孔径直径
1    a   27156．6506   8．00000    丙烯酸    156．13
2    c     61．4019   54．48984              113．69
3    a     83．5640   18．00000    丙烯酸    98．61
4          592．1970    间隔1                95．06
5    a     106．4909  13．00000    丙烯酸    68．99
6    a   －612．1763  18．45447              66．62
7          孔径停止   16．00000              58．25
8    a   －79．7997   6．00000     苯乙烯    61．03
9    c     277．3432  0．75000               73．29
10         230．4632  21．0000     SK5       76．92
11       －74．6603   0．50000               81．37
12    a  －104．7869  10．00000    丙烯酸    84．05
13    a  －175．5202   间隔2                 91．82
14            ∞      2．00000     丙烯酸    315．00
15   acf －145．1760   象距                  316．34
符号说明
a－多项式非球面
c－锥度
f－freshel
锥度
表面编号     常数
  2      －2．9168E－01
  9      －9．7917E+01
  15     －1．0000E+00
  偶多项式非球面表面编号      D            E               F               G               H               I1     2．3908E－07  －3．4397E－11    2．4621E－15    1．2648E－19  －4．0977E－23    2．2303E－273   －3．8129E－07    3．9533E－12  －8．4237E－15    2．2693E－18    3．7384E－22  －3．6138E－265     9．8098E－07    2．6109E－10    2．0807E－14    4．2367E－17    1．6288E－20  －2．4869E－236     5．9783E－07    1．3543E－12    1．7372E－13  －4．5067E－17  －4．4564E－20  －3．1331E－258   －1．3838E－06    1．5573E－11  －5．1429E－13  －6．8140E－17    2．9291E－19  －2．4056E－2212     2．0475E－07    4．6005E－11    4．2151E－14  －7．1866E－19  －5．4839E－21    1．0257E－2413     3．5125E－07    7．9683E－11    9．2083E－15  －3．2327E－18    1．6141E－22    8．8822E－2615   －3．5550E－09    1．5454E－14  －4．2142E－20    0．0000E+00     0．0000E+00     0．0000E+00
变量间隔
焦距    间隔1     间隔        焦距        图像
位置    T(4)      T(13)       偏移        距离
  1    34．327    207．009    －0．823    12．493
  2    35．479    193．765    －0．539    12．492
                        表3表面编号   类型   半径        厚度       玻璃     净孔径直径1      a    773．3177    8．00000   丙烯酸   131．342      a    68．8038     间隔1               104．973      a    57．5756     20．00000  丙烯酸   85．074      a    43000．3193  33．11847           83．245           孔径停止     18．00000           54．396      a    －51．0808   8．00000   苯乙烯   55．337           20188．0991  0．75000            71．928           399．4017    20．00000   SK18    83．619           －62．2385   0．50000            84．8410          －144．3189  10．0000    丙烯酸  54．3911          －162．3311  间隔2               99．9812              ∞       2．00000    丙烯酸  324．9613    acf   －145．1760  象距                326．20
符号说明
a－多项式非球面
c－锥度
f－freshel
锥度
表面编号  常数
13       －1．0000E+00
偶多项式非球面表面编号         D              E                F              G                 H               I1    2．8065E－08  －9．5802E－12    3．4911E－15  －3．8405E－19  －1．1330E－22    1．8634E－262  －1．1685E－07  －1．3373E－10    5．3413E－14  －6．7212E－18  －5．2030E－21    9．4262E－253    6．3109E－09  －9．3902E－12    6．7268E－14  －8．4753E－18  －1．4957E－20    5．9849E－244    2．9658E－07    8．8683E－11  －2．7028E－14  －1．8565E－17    1．6503E－20  －3．2817E－246  －7．5920E－07    3．0930E－10  －1．9499E－12    7．5804E－16    1．3124E－18  －1．2617E－2111    2．0900E－07    4．8660E－11    2．4565E－14  －1．5910E－17    5．0824E－21  －5．0813E－2513  －3．5550E－09    1．5454E－14  －4．2142E－20    0．0000E+00     0．0000E+00     0．0000E+00变量间隔焦距  间隔1      间隔         焦距       图像位置  T(4)       T(13)        偏移       距离1    41．972    223．883    －2．707    9．9962    38．104    217．390    －1．499    9．996
                  表2(续)第一阶数f／数           4．00        4．00放大倍数    －0．1818    －0．1037物体高度    －869．00    －1524．0物体距离    －900．14    －1553．1有效焦距      175．49      167．37图像距离      12．493      12．492总体长度      1322．0      1963．0正向顶点距离  422．02      409．93筒长          409．53      397．44停止表面数          7            7停止距离        0．00        0．00停止直径      57．578      54．700入射光瞳距离  80．298      80．825出射光瞳距离  －2056．5  —1434．2单元第－阶性质单元   表面编号   编号      放大率           f′        1pp         1′pp
1    1  2  －0．79984E－02   －125．03    5．3736   0．12150E－01
2    3  4    0．51188E－02     195．36  －1．9588       －13．882
3    5  6    0．53945E－02    185．38    1．2986       －7．4652
4    8  9  －0．96608E－02   －103．51   0．83532       －2．9031
5    10 11   0．10219E－01     97．852    10．229       －3．3136
6    12 13 －0．18049E－02   －554．04  －10．413       －17．442
7    14 15   0．34012E－02     294．01    1．3389 －0．97909E—07
组的第一阶性质
组     表面
编号   编号    放大率           f′        1pp             1′pp
  1    1  4  －0．72934E－03  －1371．1  －363．23       －589．84
  2    5  13   0．46009E－02    217．35    27．600       －52．653
  3    14 15   0．34012E－02    294．01    1．3389 －0．97909E－07透镜的第一阶性质焦距位置编出  放大率          f′        1pp       1′pp
1        0．56983E－02    175．49    240．68  －194．08
2        0．59746E－02    167．37    228．61  －171．70
                  表3(续)第一阶数f／数             4．02        4．02放大倍数      －0．1805    －0．1066物体高度      －900．58    —1524．0物体距离      －1057．8    －1827．7有效焦距        203．28      201．65图像距离        9．9964      9．9964总体长度        1454．0      2213．6正向顶点距离    396．22      385．86筒长            386．22      375．86停止表面数            5            5停止距离          0．00        0．00停止直径        54．392      53．125入射光瞳距离    72．868      71．621出射光瞳距离  －9386．3    —5310．9
单元第一阶性质
单元   表面
编号   编号    放大率           f′              1pp              1′pp
1      1  2  －0．65135E－02  －153．53          5．9007          0．52500
2      3  4    0．85660E－02    116．74  －0．17948E－01         －13．405
3      6  7  －0．11678E－01  －85．628    0．12657E－01         －5．0024
4      8  9    0．11708E－01    85．414          10．724         －1．6712
5      10 11 －0．30997E－03  －3226．1        －65．694         －73．893
6      12 13   0．34012E－02    294．01          1．3389   －0．97909E－07
组的第一阶性质
组    表面
编号  编号     放大率           f′        1pp             1′pp
1     1  2   －0．65135E－02  —153．53    5．9007         0．52500
2     3  11    0．76563E－02    130．61    42．328        －87．465
3     12 13    0．34012E－02    294．01    1．3389  －0．97909E－07透镜的第一阶性质焦距位置编出  放大率          f′        1pp          1′pp
1        0．49192E—02    203．28    271．74    －227．27
2        0．49590E－02    201．65    265．60    －211．65
表4
实施例编号 前单位(U1) 强员单元(E1) 后单元(U2) 前文单元(U2S1) 后文单元(U2S2) Fresne(透镜)(FL)
  123     1～41～41～2     1～21～21～2   6～135～133～11     6～135～63～4   8～138～136～11   14～1514～1512～13
表5
Ex.No.  f0*     f1   fE1   f2  f2S1   f2S2  PP22  tS1S2   f3
    123  168.4165.1187.9 -11399.00-1371.10-153.53 -181.81-125.03-153.53  257.74217.35130.61 147.88185.38116.74  -347.44-7102.83535.47 -49.92-52.85-87.47  21.9934.4551.12  294.01294.01294.01
表中f0值不包括Fresnel透镜(f3)。包括fresnel透镜的对应值在实例1、2和3中分别为178．81，157．49和203．28。

Claims (16)

1．一种形成物体图像的投影透镜，其特征在于所述投影透镜的焦距为f0并且按照从图像侧的顺序包括：
(A)焦距为f1的第一透镜单元，包括：
(ⅰ)焦距为fE1的透镜单元；以及
(ⅱ)至少一个用于失真校正的非球面；以及
(B)焦距为f2的第二透镜单元，按照从图像侧的顺序包括：
(ⅰ)焦距为f2S1的第一透镜子单元；以及
(ⅱ)与第一透镜子单元相隔空间间距并且焦距为f2S2的第二透镜子单元，所述第二透镜子单元包含：(a)至少一个用于校正球面象差的非球面；以及(b)向透镜系统提供轴向色彩校正的装置；
其中：
|f1|／f0＞0．75；
fE1＜0；
f2＞0；
f2／f0＜2．0；
f2S1＞0；
f2S1／f0＜1．5；以及
|f2S2|／f0＞1．5。
2．一种形成物体图像的投影透镜，其特征在于所述投影透镜的焦距为f0并且按照从图像侧的顺序包括：
(A)焦距为f1的第一透镜单元，包括：
(ⅰ)焦距为fE1的透镜单元；以及
(ⅱ)至少一个用于失真校正的非球面；以及
(B)焦距为f2的第二透镜单元，按照从图像侧的顺序包括：
(ⅰ)焦距为f2S1的第一透镜子单元；以及
(ⅱ)与第一透镜子单元相隔空间间距并且焦距为f2S2的第二透镜子单元，所述第二透镜子单元按照从图像侧的顺序包含：(a)负透镜单元；(b)正透镜单元；以及(c)具有至少一个非球面的塑料透镜单元；
其中：
|f1|／f0＞0．75；
fE1＜0；
f2＞0；
f2／f0＜2．0；
f2S1＞0；
f2s1／f0＜1．5；以及
|f2s2|／f0＞1．5。
3．如权利要求2所述的投影透镜，其特征在于第二透镜子单元的塑料透镜单元具有正的轴上放大率。
4．如权利要求2所述的投影透镜，其特征在于第二透镜子单元的塑料透镜单元具有负的轴上放大率。
5．如权利要求2所述的投影透镜，其特征在于第二透镜子单元的负透镜单元的色散大于第二透镜子单元的正透镜单元的色散。
6．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于：
|fE1|／f0＜1．5。
7．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于：
tS1S2／f0＞0．1，
这里，tS1S2是第一和第2透镜子单元间的空间长度。
8．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于透镜沿图像方向具有至少35°的半视场。
9．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于第一透镜单元的最大净孔径大于第二透镜单元的最大净孔径。
10．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于第二透镜单元的后主点位于第二透镜子单元图像端的前面。
11．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于透镜的失真小于图像处的1％。
12．如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于物体是像素化面板。
13．如权利要求12所述的投影透镜，其特征在于投影透镜的横向色差小于物体的一个像素。
14．如权利要求12所述的投影透镜，其特征在于第一透镜单元的最大净孔径小于像素化面板对角线的0．7倍。
15．一种用于形成物体图像的投影透镜系统，其特征在于包括：
(a)包括光源和形成光源图像的照明光学的照明系统，所述光源的图像是照明系统的输出；
(b)包含物体的像素化面板；以及
(c)权利要求1或2所述的投影透镜。
16．如权利要求15所述的投影透镜系统，其特征在于通过改变下列参数改变系统的放大倍数：(ⅰ)投影透镜与像素化面板之间的距离；以及(ⅱ)第一与第二透镜单元之间的距离。
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