CN1735829A - 用于像素化面板的折叠远心投影透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于像素化面板(PP)的投影透镜。该投影透镜具有通过折叠透镜光轴的反射表面(RS)和第二单元(U2)分离的负第一单元(U1)。该透镜在短共轭侧远心，在长共轭的方向上有大视场，并且具有低象差水平，尤其包括低水平的横向色。

Description

用于像素化面板的折叠远心投影透镜
发明领域
本发明涉及投影透镜，更具体地说，涉及在形成由像素构成的目标图像，诸如DMD，反射LCD，透射LCD等中使用的折叠远心投影透镜。
定义
如在本说明书及权利要求书中所用，下列术语有如下意义：
(1)远心
远心透镜是在无穷远处有至少一个光瞳的透镜。就主要光线而论，在无穷远处有一个光瞳的意思是，主要光线(a)如果入瞳在无穷远处则在目标空间中，或(b)如果出瞳在无穷远处则在图像空间中和光轴平行。
在实际应用中，远心光瞳不需要实际处于无穷远，因为一个在离其光学表面充分大距离处具有进口或出瞳的透镜将实质上作为远心系统而工作。对于这样的透镜的主要光线将基本平行于光轴，因此该透镜总体上在功能方面等效于光瞳的理论(Gaussian)位置在无穷远的透镜。
因此，如本文所用的那样，术语“远心”和“远心透镜”意欲包括在离其元件长距离处具有光瞳的透镜，而术语“远心光瞳”被用于叙述在离透镜元件长距离处这样的光瞳。对于本发明的投影透镜，远心光瞳距离将总体上处于至少约20倍的透镜焦距之处。
(2)有效背焦距
投影透镜/像素化面板组合的有效背焦距(BFL)是像素化面板的前表面和投影透镜的最向后的透镜元件的背表面之间的距离，该投影透镜在(1)像素化面板的图像位于无穷远和(2)和通常用于投影透镜和像素化面板之间的构成棱镜，光束分束器等的玻璃光学元件相反，投影透镜位于空气中也即投影透镜的最向后的透镜元件和像素化面板之间的空间充满空气时才具有光焦度。
发明背景
A.投影系统
投影系统用于在观察屏上形成目标的图像。这样的系统可以是前投影或后投影的类型，取决于观察者和目标在屏的同一侧(前投影)还是在屏的相反侧(后投影)。
这样的系统的基础结构在图4中显示，图中10为光源(例如金属卤素灯或高压水银灯)，12表示形成光源(照明系统的“输出”)图像的照明光学元件，14是将被投影的目标(即对于本发明的透镜，为点亮像素和关闭像素的矩阵)，13是由多透镜元件构成，在观察屏16上形成目标14的放大图像的投影透镜。
对于前投影系统，图4中观察者将处于屏16的左侧，而对于后投影系统，观察者将处于屏的右侧。对于被包容在单机箱内的后投影系统，在投影透镜和屏之间经常用一个或多个反射镜以折叠光路因此而减小系统的总体尺寸。
在其中目标是像素化面板(技术上也被认知为“数字光阀”或“微显示器”)的投影系统在各种应用中被采用。这样的系统最好采用形成单面板的图像的单投影透镜，该单面板用以产生(顺序或同时)最后图像的红绿蓝成分，或者在某些情况下为三面板的图像，一个用于红光，一个用于绿光，一个用于蓝光。对于某些应用，例如大图像后投影系统，采用多面板和多投影透镜，每个面板/投影透镜组合产生全部图像的一部分。不考虑应用的细节，投影透镜通常需要具有长有效背焦距，以适应通常用于像素化面板的棱镜，光束分束器和其他元件。
采用像素化面板的投影系统的特别重要的应用在于可以被用作大屏幕投影电视机(PTV)和/或计算机监视器的后投影系统的领域。用于制造微显示器的技术的改进已经导致采用这样的显示器的投影系统普及性的提高。为了有效地和已经建立的阴极射线管(CRT)技术竞争，基于微显示器的投影系统需要尺寸比具有同样屏幕尺寸的CRT系统更小，重量比该CRT系统更轻。
B.光学性能
为了显示具有高信息容量的图像(例如显示数据)微显示器必须具有大像素数量。因为该器件本身小，各个像素更小，通常像素的尺寸范围从DMD显示器的17μ到反射LCD的约8μ甚至更小。这意味着用于这些系统中的投影透镜必须具有非常高水平的象差纠正能力。特别重要的是对于色差和畸变的纠正。
高水平的色差纠正之所以重要，是因为在像素化面板的图像中作为像素斑点或在极端的情况下像素从图像完全失落的色差能容易看到。横向色(lateralcolor)即因为色彩引起的放大率的变化特别麻烦，因为其本身表现为对比度下降，尤其在场区域的边缘。在极端的情况下，可以看到全场区域中的彩虹效应。
在采用CRT的投影系统中，小数量的(残余)横向色可以通过例如相对于在蓝CRT面上产生的图像尺寸减小在红CRT面上产生的图像尺寸而用电子方法进行补偿。但是应用像素化面板，这样的适应性就不能进行，因为图像是数字化的，因此不可能在全视场上进行光滑的尺寸调节。因此需要从投影透镜进行高水平的横向色纠正，包括次横向色纠正。
像素化面板的使用以显示数据导致对于畸变纠正的严格要求。这是因为当观察数据时甚至在透镜视场的极端点上也要求良好的图像质量。如将要阐明的那样，所显示数字或字母的非畸变图像在视场的边缘和在中心一样重要。
另外，投影透镜经常用于偏置面板。尤其是，在DMD的场合，一个偏置通常被要求提供适当的照明几何图形以及允许暗场光不通过透镜的入瞳。该暗场光相应于DMD像素的关闭位置。
当面板是偏置的时，观察屏上的畸变不绕通过屏幕中心的水平线对称变化，但可以例如从屏幕的底到顶单调增加这个效应使甚至是小数量的畸变也容易被观察者看到。
当WINDOWS型的计算机界面的放大图像被投影到观察屏时，低畸变和高水平的色彩纠正尤其重要。这样的带有其平行线，邻接指令和对话框以及复杂色彩的界面实质上是畸变和色彩的试验图形。在这样的界面的图像中，使用者很容易发觉甚至是非常低水平的畸变或色差并表示反感。
除了高水平的色彩和畸变纠正外，用于像素化面板的投影透镜需要具有低水平的重影产生，尤其是当像素化面板是反射型的，例如DMD或反射LCD时更是如此。
如技术上已知，重影可以由从投影透镜的一个透镜表面向目标反射回的图像光产生。取决于透镜表面的形状及其相对于目标的位置，这样的反射光可以从目标再反射，使其再进入投影透镜并和所需要的图像一起投影到屏幕上。这样的重影光至少在一定程度上总是减小了对比度。在极端情况下，在屏幕上实际可以看到第二图像。
因为DMD和反射LCD的工作取决于其高效率地反射光的能力，采用这种类型面板的投影系统特别容易受到重影问题的影响。重影也能由从一个透镜表面往回反射，然后在向前的方向由第二透镜表面再反射的光产生。当用反射型像素化面板时，由从两个透镜表面的反射产生的重影引起的麻烦通常比由透镜表面/像素化面板组合产生的重影小。
C.远心
上述像素化面板以及尤其是DMD通常要求来自照明系统的光束在显示器上具有接近垂直的入射角。
对于投影透镜而言，这就转换为透镜具有远心入瞳的要求，即投影透镜必须在其目标(像素化面板)位于其上的短成像共轭的方向上远心。这使透镜绕光阑不对称，使横向色的纠正更困难。
D.机箱尺寸
对于后反射系统，具有对较小的机箱尺寸(较叫的足印)的不断提高的要求。
对于投影透镜而言，这就转换为透镜具有在图像(屏幕)方向的宽视场的要求。从例如82°到例如88°的视场增加能对制造投影电视机具有实质性的意义。这是因为投影透镜视场这样的增加能使电视机的制造者将机箱的尺寸减小1英寸或更多。较小的机箱转而使投影电视机在PTV的高竞争性消费者市场上更合乎要求。
对于大视场的要求使纠正透镜的横向色甚至更困难。当和对于本身就使纠正横向色更困难的长有效背焦距的要求结合时尤其如此。还有，如上所述，对于远心的要求是使横向色的纠正成为挑战的第三个因素。
除了增加视场外，机箱尺寸也能通过使用折叠投影透镜减小，该折叠投影透镜具有内部反射表面(例如反射镜或棱镜)，使透镜具有和投影透镜的其他元件容易形成整体的所有形式并且更紧凑。对于透镜设计而言，这样的反射表面的使用意味着构成投影透镜的两个透镜单元必须分开对于接纳该反射表面充分长的距离。这种类型的结构使纠正系统的象差更困难，尤其是，如果为有利于减少投影透镜的成本，重量和复杂度而仅包括小数目的透镜元件就更是如此。
得到长背焦距，透镜长共轭方向上的宽视场以及折叠的结构，同时还保持高水平的象差纠正和低水平的重影产生，特别是一场挑战，因为这些不同的要求往往是互相矛盾的。当将透镜中使用的透镜元件的数目减至最小时，这样做的要求甚至更高。如下文将讨论和说明，本发明提供了满足这些矛盾的要求的投影透镜。
发明概述
鉴于上文的叙述，在技术上存在对于用于像素化面板的投影透镜的要求，该透镜具有一些并且最好是全部下列性能：
(1)高水平的横向色的纠正，包括次横向色的纠正；
(2)低畸变；
(3)在图像方向上的大视场；
(4)远心入瞳；
(5)长有效背焦距；
(6)折叠结构；
(7)低水平重影产生；和
(8)低元件数。
在技术上为了满足这些要求，本发明提供了具有一些并且最好是全部上述八个特征的投影透镜。
尤其是，本发明提供了用于在屏幕上形成像素化面板的放大图像的投影透镜，所述投影透镜具有光轴，长共轭侧(图像或屏幕侧)，短共轭侧(目标或像素化面板侧)和有效焦距f0，以从长共轭侧到短共轭侧的次序，所述透镜包括下列部分：
(A)具有负光焦度并包括多个透镜元件的第一透镜单元(U1)，其中
(i)一个透镜元件LM是向长共轭侧凸出并包括至少一个非球面表面的全面新月形的负透镜元件；和
(ii)另一个透镜元件(例如透镜元件L3)具有构成第一透镜单元的短共轭端的光学表面S1；
(B)用于折叠投影透镜光轴的反射表面(RS)(例如在光轴上产生例如60-70度范围中的例如约64度的折叠的反射镜或棱镜)；和
(C)具有正光焦度并包括多个透镜元件的第二透镜单元(U2)，其中
(i)一个透镜元件LA是包括至少一个非球面表面的正透镜元件；和
(ii)另一个透镜元件(例如透镜元件L4)具有构成第二透镜单元的长共轭端的光学表面S2；
其中
(a)第一和第二透镜单元是投影透镜仅有的透镜单元；
(b)投影透镜具有长共轭方向上的大于82度最好大于等于85度的视场(例如88度的视场)；
(c)投影透镜在短共轭侧远心；
(d)投影透镜具有满足关系式
BFL/f0＞2.0的有效背焦距BFL；
(e)投影透镜在S1和S2之间具有满足关系式
S1-2/f0＞3.5的机械间隔S1-2，式中该机械间隔对于非折叠光轴在S1和S2之间的中心到中心距离和边缘到边缘距离中是最小的；和
(f)投影透镜在其短共轭焦平面中具有横向色LC，满足下列关系式：
LCred-blue＜0.0012*f0(最好＜0.001*f0)
LCred-green＜0.0012*f0(最好＜0.001*f0)
LCblue-green＜0.0012*f0(最好＜0.001*f0)
式中(i)red-blue和red-green关系在短共轭焦平面中的全场上满足，(ii)blue-green关系在短共轭焦平面中至少95％的全场上满足，(iii)红，绿，蓝波长分别为0.62微米，0.55微米和0.46微米。
最好BFL/f0之比大于2.5。同样，最好S1-2/f0之比大于4.0，大于4.5更好。
还有，除了在第一透镜单元的短共轭端和第二透镜单元的长共轭端之间设置大间隔之外，本发明的投影透镜还最好在第一透镜单元(即S1表面)和投影透镜的光圈之间设置大间隔。尤其是，光学表面S1的中心和光圈的中心之间的间隔S1-AS最好满足关系式
S1-AS/f0＞3.5
应该注意，投影透镜可以具有物理光圈或可以将照明系统的输出用作虚拟的光圈。在任何一种情况下，该光圈都最好在反射表面的短共轭一侧。或者，次重要的是，光圈可以位于反射表面处，例如，光圈可以施加或涂覆到反射表面上。注意，为了投影透镜高效率的工作，光圈应该完全清除反射表面，或完全在反射表面上，即反射表面应该不和光圈相交并因此而切掉光圈的一部分。
虽然在本发明的实践中可以使用在反射表面的长共轭侧上的光圈，光圈的这样的位置通常不是最好，因为第二透镜单元然后就必须具有长焦距以产生对于全部透镜的远心入瞳。
在畸变方面，本发明的投影透镜最好具有一个百分比畸变D，该百分比畸变
(i)在全场上具有小于1.0的数量(即在场的所有点上畸变的数量都小于1.0％)；和
(ii)在半场到全场的范围上具有最大值Dmax和最小值Dmin，其满足关系式
|Dmax-Dmin|＜0.4
这些对于高水平畸变纠正的要求的第二部分涉及已知的“明显畸变”现象。当看屏幕上的图像时，使用者对沿图像的顶或底的曲率特别敏感。如果在例如屏幕顶的中部到屏幕顶的边缘之间的畸变发生变化，曲率就将上升。对于通常16:9的格式，屏幕顶的中部对应于半视场，屏幕顶的边缘对应于全视场。通过在该范围上将百分比畸变的变化保持在0.4以下，就避免了明显畸变的问题。
最好本发明的投影透镜以少于八个透镜元件得到本发明的上述特征。最好的是，透镜元件中的两个元件具有双合透镜的形式，使透镜的装配只要求对少于七个透镜元件的定位。
本发明的其他特征的优点在下文的详尽叙述中阐明，其中的一部分通过该叙述对于技术上熟练的人员将是显而易见的，或者通过如本文的叙述实践本发明而得到认识。
应该理解，上文的总体叙述和下文的详尽叙述都仅是对本发明的示例性的说明，其目的是提供对本发明的性质和特征的理解的总体概括和框架。
附图简述
图1，2和3A是根据本发明构造的非折叠构型的代表性投影透镜的示意性侧视图。
图3B是图3A的投影透镜在其折叠构型下的示意性侧视图。使用中，图1和2的投影透镜同样折叠。
图4是显示可以使用本发明的投影透镜的全部投影透镜系统的示意图。对于图1，2和3A，为了便于说明，该图不显示其折叠构型下的投影透镜。同样，图4也不显示投影透镜的远心的细节。
被结合进本说明书并构成其一部分的上述附图描绘了本发明的优选实施例。对于文字叙述，这些附图仅是示例性的，不应被认为是对本发明的限制。
较佳实施例的详细描述
本发明的投影透镜是焦点后移或倒转摄远型的透镜并由两个透镜单元构成，即在长共轭侧的负单元(U1)和短共轭侧的正单元(U2)，该两个单元由物理的或虚拟的光圈分离。
该产生像素化面板的图像的全部透镜形式的使用具有各种优点。因此，远心可以通过将透镜的光圈定位在第二正单元的前焦点平面而得到。由下文提出的实例说明的其他优点为得到长有效背焦距的能力和在透镜的长共轭方向提供宽视场的能力。如上所述，以上的所有特征对于后投影系统特别有用，在该系统中，透镜必须具有宽视场以达到最小可能的全部封装尺寸，以及该系统中要求在透镜和像素化面板之间容纳光束分束棱镜和/或光束引导棱镜。这些棱镜可以包括TIR棱镜，极化光束分束器和/或色彩分束棱镜。
本发明的透镜通过在第一透镜单元使用一个或多个非球面表面而得到高水平的畸变纠正。具体地说，LM透镜元件具有一个，最好是两个非球面表面。LM透镜元件厚度的变化最好达到最小以减小模制时间因此而减小该元件的成本。具体地说，LM最好具有tc的中心厚度和te的边缘厚度，并满足关系式
te/tc≤3.0
式中te在LM的短共轭表面的清楚光圈处(即表1-3中的表面2)确定。
一些残余畸变以及透镜入瞳的球差象差通过在第二透镜单元中使用一个或多个非球面表面而纠正。入瞳的球面象差应该最小化以达到透镜的目标平面上任何任意点的远心。最好，第一和第二透镜单元的非球面表面形成在塑料的透镜元件上。
必须纠正的最重要的象差是透镜的横向色。本发明的透镜最好如题为“Telecentric Lens System for Forming an Image of an Object Composed ofPixels”的美国专利5625495所述用不规则的散射玻璃(也被认知为“不规则的部分散射玻璃)，和/或使用题为“Projection Lenses Having Reduced Lateral Colorfor Use with Pixelized Panel”的美国专利6195209的技术达到这样的纠正。
如下文阐明的实例所述，丙烯酸的不规则部分散射在某些情况下对于提供包括次级横向色纠正的横向色纠正可以是充分的，不再需要不规则散射玻璃。具体地说，这可以是这样的情况，即如果LM透镜元件由丙烯酸构成并具有充分的强正光焦度。
表3的规定数据说明了这样的投影透镜，该透镜中横向色纠正通过使用由丙烯酸构成的充分强的LM元件而达到。但是，该规定数据的LM透镜元件的te/tc比大于3(具体地说为3.8)，由于需要长模制周期时间而使该元件的模制更贵。另一方面，表1和2的投影透镜的LM透镜元件具有小于3的te/tc比(具体地说对于表1为2.8，表2为2.9)，因此在模制时可以更经济。这些透镜元件具有比表3的LM透镜元件欠负的光焦度。因此，表1的规定数据在第二透镜单元中使用两个由不规则散射玻璃构成的透镜元件(即由OHARA S-FPL51玻璃构成的元件L4和LBC)，而表2的规定数据使用一个这样的元件(即再次由S-FPL51玻璃构成的元件LBC)。当然，除了S-FPL51以外，在本发明的实践中还可以使用其他不规则散射玻璃。
如上所述，反射像素化面板的使用可以加剧重影形成的问题，因为这样的面板本来就是设计来反射光。根据本发明，以及发现，在透镜设计过程中，通过保证通过投影透镜从投影透镜的短共轭焦平面跟踪的轴边缘光线在大于1.5度的入射角θi下和投影透镜的每个透镜表面相交，这个问题可以容易地进行处理。
例如，这种类型的强制因素可以在设计过程的开始就结合进透镜设计计算机程序中。或者，当透镜设计正在开发时，由问题的表面的形状可以被改变而使其符合该标准。因为轴边缘光线的高度往往在透镜的长共轭端小，该光线对于LM透镜元件和可以在LM的长共轭侧的任何透镜表面的入射角不需要大于1.5度，对于这些表面θi可以小于，等于或大于1.5度。通常，LM透镜元件构成投影透镜的长共轭端，因此只有LM透镜元件排除在θi＞1.5度的标准之外。
表3的规定数据说明了本发明的这个方面。对于该实例的透镜元件L2到L4的最小的θi为1.54度，而对于LM透镜元件为0.82度。该投影透镜经建立和试验被发现具有非常优良的重影性能。
对于背投影电视机，已知到屏幕的距离，因此正常情况下不需要投影透镜聚焦上的全部改变。但是，为了考虑制造公差，在将投影透镜装配成背投影电视机的过程中按常规进行小量的聚焦调节。为了便于这个过程，本发明的投影透镜设置了两个聚焦调节的机构。
具体地说，第二透镜单元最好包括两个透镜次单元(U2S1和U2S2)，第一透镜次单元在第二透镜单元的长共轭侧，第二透镜次单元在短共轭侧。通过该结构，可以通过移动整个第二透镜单元或仅移动第二透镜次单元进行聚焦。
不希望以任何方式限制这一点，本发明将通过下文的实例更全面地进行叙述。
实例
图1-3和表1-3说明了根据本发明构成的代表性的投影透镜。
对于在该透镜系统中采用的各种玻璃应用OHARA规定。在本发明的实践中可以使用由其他制造商制造的等效的玻璃(例如HOYA或SCHOTT)。为了塑料的元件使用在工业上合格的材料。
表中阐明的非球面系数被用于下面的等式：
z = cy 2 1 + [ 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 ] 1 / 2 + D y 4 + E y 6 + F y 8 + Gy 10 + Hy 12 + I y 14
式中z是离系统的光轴距离y处的表面凹陷，c是透镜在光轴上的曲率，k是圆锥常数，除了在表1-3的规定数据指出的地方外，该常数为零。
和表中的各个表面相关的标志“a”表示一个非球面表面，即上述等式中D，E，F，G，H或I中的至少一个为非零的表面。标志“c”表示一个表面，即上述等式中k为非零的表面。图中表中位于U2的短共轭侧的各个平面结构表示用于像素化面板或为像素化面板的一部分的元件(例如棱镜PR)。它们不构成投影透镜的一部分。规定数据表中的表面7和8为晕映表面，这些表面被包括在设计过程中以考虑反射表面对光轴的折叠。表1-3和表4中给出的所有量纲都是毫米。
规定数据表在光在图中从左到右通过的假设下构成。在实际工作中，观察屏将在左边而像素化面板将在右边，光将从右到左通过。更具体地说，规定数据表中对目标/图像和进口/出瞳的参照和本说明书的其余部分中所用的参照相颠倒。图1-3中由标志“PP”显示像素化面板，由标志“AS”显示光圈。
构成表1-3的投影透镜的透镜单元的焦距在表4中阐明，表中f1是U1的焦距，f2是U2的焦距。表中还阐明了这些实例的BFL，S1-2，S1-AS和te的值。
表5阐明了实例的横向色和畸变性能，表中横向色性能以毫米给出，畸变性能以百分比给出。每个实例长共轭方向上的全视场为88度。如表1-3中所示，每一个这些实例都具有作为远心的入瞳(表1-3中的出瞳)。
这样，实例1-3的投影透镜具有上述理想的结构和性能，这些结构和性能使投影透镜尤其适用于紧凑的采用像素化面板的投影电视机和监视器的制造。
虽然叙述和说明了本发明的特定的实施例，应该理解的是，各种不背离本发明的范围和精神的修改，通过上文的揭示对于业内熟练的普通人士而言是显而易见的。
                                                      表1
表面号码 类型     半径     厚度   玻璃       清楚光圈直径
    1234567891011121314151617181920     aacac     68.690321.5816-55.988225.060698.3054-98.3054∞∞光圈164.5208-20.7868-36.239651.0935-51.093583.9827600.0000∞∞∞∞     5.0000022.544712.7000025.325495.8000019.000000.0000020.0000013.345715.000001.4000017.374736.000000.200004.000004.4400026.000003.000003.000000.43968  ACRYLICS-NSL36S-TIH23S-FPL51S-TIH53S-FPL51ACRYLICS-BSL7S-FSL5     66.9550.2840.8733.3532.7532.3922.7422.7414.5018.4319.0620.0227.9728.1427.6327.0726.0323.0023.0023.00
记号的说明
a-多项式非球面
c-锥体截面
锥体
表面号码        常数
2               -9.0000E-01
15              -1.2000E+01
平均多项式非球面
  表面号码     D     E     F     G     H     I
    1215  3.0000E-071.3625E-06-1.4990E-06 7.4044E-10-1.9071E-09-1.4775E-08  4.9826E-132.7739E-122.6451E-11 -9.7337E-16-4.3233E-151.8371E-13 5.4334E-19-1.9743E-17-1.5357E-15  4.1323E-236.2349E-212.9485E-18
表1(继续)
第一级数据
f/数放大倍数目标高度目标距离有效焦距图像距离阻挡表面号     2.40-0.0154-670.30-650.18010.50010.4396859   全部长度向前顶点距离筒长入瞳距离出瞳距离阻挡直径到阻挡的距离     834.750184.570184.13133.1599-2209.3714.4500.00
第一级元件性能
元件号   表面号     光度     f′
    1234567   1     23     45     610    1111    1213    1415    16   -0.15141E-01-0.30366E-010.15897E-010.26767E-0 1-0.16807E-010.19130E-010.50695E-02   -66.048-32.93262.90337.360-59.49852.273197.26
第一级元件对性能
元件号   表面号     光度     f′
4    5   10    12     0.96527E-02     103.60
                                                     表2
表面号码 类型 半径 厚度 玻璃       清楚光圈直径
    1234567891011121314151617181920     aacac     65.000020.0000-48.159226.6019112.4195-69.6643∞∞光圈400.0000-17.8399-35.661465.2242-38.785261.9356248.0375∞∞∞∞     5.0000023.579962.3000019.968747.0000019.000000.0000020.0000013.500006.400001.4000011.216006.200000.200004.000004.4400026.000003.000003.000000.96264  ACRYLICS-BSL7S-LAM66S-NSL36S-NPH1S-FPL51ACRYLICS-BSL7S-FSL5     66.2348.7739.4733.5134.5434.1921.1121.1113.6017.1818.6920.0827.0627.4526.9926.4525.5623.0023.0023.00
记号的说明
a-多项式非球面
c-锥体截面
锥体
表面号码          常数
2                 -8.0000E-01
15                -1.2000E+01
平均多项式非球面
  表面号码     D     E     F     G     H     I
    1215 8.3311E-081.0891E-062.7425E-06 4.8873E-11-3.0558E-09-3.2614E-08 -2.4183E-14-1.6537E-121.0675E-10 1.5006E-16-1.3816E-143.0153E-13 1.2480E-196.1693E-18-4.7534E-15 -2.1695E-23-1.7316E-201.1523E-17
                          表2(继续)
第一级数据
f/数放大倍数目标高度目标距离有效焦距图像距离阻挡表面号     2.40-0.0154-670.30-653.44110.54060.9626409   全部长度向前顶点距离筒长入瞳距离出瞳距离阻挡直径到阻挡的距离     834.609177.167176.20532.6682-592.80113.5580.00
第一级数据
  元件号   表面号     光度     f′
    1234567   1     23     45     610    1111    1213    1415    16   -0.16464E-01-0.30560E-010.18427E-010.30275E-01-0.22063E-010.20087E-010.60242E-02   -60.737-32.72254.26733.031-45.32549.782166.00
第一级元件对性能
元件号 表面号     光度     f′
4    5   10    12   0.77986E-02     128.23
                                                   表3
表面号码    类型   半径     厚度   玻璃     清楚光圈直径
    1234567891011121314151617181920     aacac     115.755118.2247-39.990031.496070.9800-70.9800∞∞光圈151.3950-16.3630-44.320088.8000-32.060080.0000-173.2000∞∞∞∞     5.0000030.793872.3000010.066297.0000019.000000.0000020.0000013.510835.600001.400006.944506.192000.200003.800007.2743726.000003.000003.000000.44000   ACRYLICS-FSL5S-LAH60S-FSL5S-TIH3S-FSL5ACRYLICS-BSL7S-FSL5   68.9046.2235.5432.9534.8934.6320.9920.9913.3017.5218.5420.2225.6226.3226.3026.1225.2223.0023.0023.00
记号的说明
a-多项式非球面
c-锥体截面
锥体
表面号码       常数
2              -1.7000E+00
15             -1.2000E+01
平均多项式非球面
  表面号码     D     E     F     G     H     I
    1215 1.6355E-062.1311E-05-1.3745E-06 -6.7123E-10-1.1435E-08-2.6516E-08 -2.1297E-132.3241E-111.2304E-10 4.0158E-16-2.6878E-142.2021E-13   -2.2958E-19-3.3900E-17-5.5468E-15   7.8973E-232.7502E-201.5689E-17
                         表3(继续)
第一级数据
f/数放大倍数目标高度目标距离有效焦距图像距离阻挡表面号     2.40-0.0154-670.30-653.44110.54060.9626409 全部长度向前顶点距离筒长入瞳距离出瞳距离阻挡直径到阻挡的距离     834.609177.167176.20532.6682-592.80113.5580.00
第一级数据
元件号 表面号     光度     f′
    1234567  1    23    45    610   1111   1213   1415   16   -0.22441E-01-0.28056E-010.23117E-010.32761E-01-0.28149E-010.20416E-010.89783E-02   -44.561-35.64443.25830.524-35.52548.981111.38
第一级元件对性能
元件号 表面号     光度     f′
4  5  10  12  0.45117E-02   221.65
                              表4
实例     f0     f1     f2  BFL   S1-2   S1-AS   te
  123   10.5010.5410.51 -99.01-118.69-97.28  34.3732.1431.20  27.027.529.8  52.3452.5052.51   39.0039.0039.00   14.114.718.8
                                       表5
实例 LCred-blue 1 LCred-green 1  LCblue-green 1  LCblue-green 2 Dmax 3 Dmin 3   |Dmax-Dmin|3
    1     0.007     0.007     0.013     0.010 +0.06 -0.06     0.12
    2     0.010     0.008     0.015     0.010 +0.15 -0.09     0.24
    3     0.008     0.007     0.013     0.009 +0.07 -0.08     0.15
1短共轭焦平面中的全场之上
2短共轭焦平面中的95％全场之上
3半场到全场的范围之上；每一个实例1-3中贯穿全场畸变的数量小于0.2％。

Claims (20)

1.一种用于在屏幕上形成像素化面板的放大图像的投影透镜，所述投影透镜具有光轴，长共轭侧，短共轭侧和有效焦距f0，以从长共轭侧到短共轭侧的次序，所述透镜包括下列部分：
(A)具有负光焦度并包括多个透镜元件的第一透镜单元，其中
(i)一个透镜元件LM是向长共轭侧凸出并包括至少一个非球面表面的全面新月形的负透镜元件；和
(ii)另一个透镜元件具有构成第一透镜单元的短共轭端的光学表面S1；
(B)用于折叠投影透镜光轴的反射表面；和
(C)具有正光焦度并包括多个透镜元件的第二透镜单元，其中
(i)一个透镜元件LA是包括至少一个非球面表面的正透镜元件；和
(ii)另一个透镜元件具有构成第二透镜单元的长共轭端的光学表面S2；
其中
(a)第一和第二透镜单元是投影透镜仅有的透镜单元；
(b)投影透镜具有长共轭方向上的大于82度的视场；
(c)投影透镜在短共轭侧远心；
(d)投影透镜具有有效背焦距BFL，满足关系式
BFL/f0＞2.0；
(e)投影透镜在S1和S2之间具有机械间隔S1-2，满足关系式
S1-2/f0＞3.5
式中该机械间隔是对于非折叠光轴来说S1和S2之间的中心到中心距离和边缘到边缘距离中较小的那一个；和
(f)投影透镜在其短共轭焦平面中具有横向色LC，满足下列关系式：
LCred-blue＜0.0012*f0
LCred-green＜0.0012*f0
LCblue-green＜0.0012*f0
式中(i)red-blue和red-green关系在短共轭焦平面中的全场上满足，(ii)blue-green关系在短共轭焦平面中至少95％的全场上满足，(iii)红，绿，蓝波长分别为0.62微米，0.55微米和0.46微米。
2.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中投影透镜具有一个百分比畸变D，该百分比畸变
(i)在全场上具有小于1.0的数量(即在场的所有点上畸变的数量都小于1.0％)；和
(ii)在半场到全场的范围上具有最大值Dmax和最小值Dmin，其满足关系式
|Dmax-Dmin|＜0.4
3.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中投影透镜在反射表面和第二透镜单元之间包括一个光圈。
4.如权利要求3所述的投影透镜，其特征在于，其中S1的中心和光圈的中心之间的间隔S1-AS满足关系式
S1-AS/f0＞3.5
5.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中LM具有中心厚度tc和边缘厚度te，并满足关系式
te/tc≤3.0
式中te在LM的短共轭表面的清楚光圈处确定。
6.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中
(i)第二透镜单元由第一和第二透镜次单元构成，第二透镜次单元在第二透镜单元的短共轭侧；和
(ii)投影透镜可以通过移动整个第二透镜单元或仅移动第二透镜次单元进行聚焦。
7.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中第二透镜单元包括至少一个由不规则散射玻璃构成的透镜元件。
8.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中通过投影透镜从投影透镜的短共轭焦平面跟踪的轴边缘光线在大于1.5度的入射角下和投影透镜的除了(i)LM的透镜表面和(ii)在LM的长共轭侧的入射角可以大于，小于或等于1.5度的任何透镜表面之外的每个透镜表面相交。
9.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中投影透镜中透镜元件的全部数目小于8。
10.如权利要求9所述的投影透镜，其特征在于，其中透镜元件中的两个元件采取双胶透镜的形式。
11.如权利要求1所述的投影透镜，其特征在于，其中以从长共轭侧到短共轭侧的顺序，第一和第二透镜单元一起包括下列7个透镜元件：
(1)LM；
(2)双凹负透镜元件；
(3)包括S1的第一双凸正透镜元件；
(4)包括S2的第二双凸正透镜元件；
(5)负透镜元件；
(6)双凸正透镜元件；和
(7)LA；
其中第二双凸正透镜元件和负透镜元件形成彩色纠正双合透镜。
12.一种投影透镜系统包括：
(a)像素化面板；和
(b)权利要求1的投影透镜。
13.如权利要求12所述的投影透镜系统，进一步包括一个照明系统，该照明系统包括一个光源和形成光源的图像的照明光学元件。
14.如权利要求13所述的投影透镜系统，其特征在于，其中照明光学元件的输出形成投影透镜的虚拟光圈。
15.一种用于在屏幕上形成像素化面板的放大图像的投影透镜，所述投影透镜具有光轴，长共轭侧，短共轭侧和有效焦距f0，以从长共轭侧到短共轭侧的次序，所述透镜包括下列部分：
(A)具有负光焦度并以从长共轭侧到短共轭侧的次序由下列元件构成的第一透镜单元：
(1)向长共轭侧凸出并包括至少一个非球面表面的全面新月形的负透镜元件LM；
(2)双凹负透镜元件；和
(3)具有构成第一透镜单元的短共轭端的光学表面S1的双凸正透镜元件；
(B)用于折叠投影透镜光轴的反射表面；和
(C)具有正光焦度并以从长共轭侧到短共轭侧的次序由下列元件构成的第二透镜单元：
(1)由(i)具有构成第二透镜单元的长共轭端的光学表面S2的双凸正透镜元件和(ii)负透镜元件构成的彩色纠正双合透镜；
(2)双凸正透镜元件LBC；和
(3)包括至少一个非球面表面的正透镜元件LA；
其中
(a)第一和第二透镜单元是投影透镜仅有的透镜单元；
(b)投影透镜具有长共轭方向上的大于82度的视场；
(c)投影透镜在短共轭侧远心；
(d)投影透镜具有有效背焦距BFL，满足关系式
BFL/f0＞2.0；
和
(e)投影透镜在S1的中心和S2的中心之间具有间隔S1-2，满足关系式
S1-2/f0＞3.5。
16.如权利要求15所述的投影透镜，其特征在于，其中投影透镜在反射表面和第二透镜单元之间包括一个光圈，S1的中心和光圈的中心之间的间隔S1-AS满足关系式
S1-AS/f0＞3.5
17.如权利要求15所述的投影透镜，其特征在于，其中LM具有中心厚度tc和边缘厚度te，满足关系式
te/tc≤3.0
式中te在LM的短共轭表面的清楚光圈处确定。
18.如权利要求15所述的投影透镜，其特征在于，其中投影透镜可以通过移动整个第二透镜单元或仅移动LBC和LA的组合进行聚焦。
19.如权利要求15所述的投影透镜，其特征在于，其中第二透镜单元包括至少一个由不规则散射玻璃构成的透镜元件。
20.一种投影透镜系统包括：
(a)像素化面板；和
(b)权利要求15的投影透镜。
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