ES2256970T3 - Lentes de proyeccion con amplio campo de vision para sistemas compactos de lente de proyeccion que emplean paneles de pixeles. - Google Patents

Lentes de proyeccion con amplio campo de vision para sistemas compactos de lente de proyeccion que emplean paneles de pixeles.

Info

Publication number
ES2256970T3
ES2256970T3 ES98957761T ES98957761T ES2256970T3 ES 2256970 T3 ES2256970 T3 ES 2256970T3 ES 98957761 T ES98957761 T ES 98957761T ES 98957761 T ES98957761 T ES 98957761T ES 2256970 T3 ES2256970 T3 ES 2256970T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
lens
projection lens
projection
image
subunit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES98957761T
Other languages
English (en)
Inventor
Jacob Moskovich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2256970T3 publication Critical patent/ES2256970T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/62—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only

Abstract

Una lente de proyección para formar una imagen de un objeto, teniendo dicha lente de proyección una distancia focal f0 y comprendiendo, en orden desde su lado de la imagen: (A) una primera unidad de lente (U1) con una distancia focal f1 y que comprende: (i) un elemento de lente (E1) que tiene una distancia focal fE1; e (ii) al menos una superficie asférica para corrección de la distorsión; y (B) una segunda unidad de lente (U2) que tiene una distancia focal f2 y que comprende, en orden desde su lado de la imagen, en: (i) una primera subunidad de lente (U2S1) que tiene una distancia focal f2S1; e (ii) una segunda subunidad de lente (U2S2) separada de la primera subunidad de lente por un espacio (tS1S2) y que tiene una distancia focal f2S2, comprendiendo dicha segunda subunidad de lente: (a) al menos una superficie asférica para la corrección de la aberración esférica, y (b) medios para proporcionar corrección de color axial para el sistema de lente; en la que: f1/f0 > 0, 75; fE1 < 0; F2 >0; f2/f0 < 2, 0; F2S1 > 0; f2S1/f0 < 1, 5; Y F2S2/F0 > 1, 5.

Description

Lentes de proyección con amplio campo de visión para sistemas compactos de lente de proyección que emplean paneles de píxeles.
Campo del invento
Este invento se refiere a lentes de proyección y, en particular, a lentes de proyección que pueden utilizarse, entre otras cosas, para formar una imagen de un objeto compuesta por elementos de imagen (píxeles), por ejemplo, una pantalla de presentación de cristal líquido (LCD).
Antecedentes del invento
Los sistemas de lente de proyección (denominados también en este documento "sistemas de proyección") se utilizan para formar una imagen de un objeto sobre una pantalla de visión. La estructura básica de un sistema de esta clase se muestra en la Figura 6, en la que 10 es una fuente de luz (por ejemplo, una lámpara de tungsteno-halógeno), 12 es la óptica de iluminación que forma una imagen de la fuente de luz (denominada, en lo que sigue, la "salida" del sistema de iluminación), 14 es el objeto que ha de proyectarse (por ejemplo, una matriz de LCD de píxeles encendidos y apagados), y 13 es una lente de proyección, constituida por múltiples elementos de lente, que forma una imagen agrandada del objeto 14 sobre la pantalla de visión 16. El sistema puede incluir, también, una lente de campo, por ejemplo, una lente Fresnel, en la proximidad del panel de píxeles, para situar apropiadamente la pupila de salida del sistema de iluminación.
En los sistemas de proyección frontal, el espectador se encontrará a la izquierda de la pantalla 16 en la Figura 6, mientras que en los sistemas de retroproyección, el espectador estará situado a la derecha de la pantalla. En los sistemas de retroproyección que han de alojarse en un solo mueble, con frecuencia se utiliza un espejo para plegar el trayecto óptico y reducir así el tamaño global del sistema. Las lentes de proyección del presente invento son particularmente adecuadas para uso en sistemas de retroproyección, pero pueden utilizarse, si se desea, en sistemas de proyección frontal.
Los sistemas de lente de proyección en los que el objeto es un panel dividido en píxeles, se usan en una diversidad de aplicaciones, incluyendo sistemas de presentación de datos. Tales sistemas de lente de proyección emplean, de preferencia, una sola lente de proyección que forma una imagen de, por ejemplo, un único panel con píxeles rojos, verdes y azules. En algunos casos, por ejemplo, en grandes sistemas de retroproyección de imágenes, se usan múltiples paneles y múltiples lentes de proyección, produciendo cada combinación de panel/lente de proyección, parte de la imagen global.
Los paneles divididos en píxeles, específicamente los paneles de LCD, tienen distintos tamaños, dependiendo del tipo de sistema de proyección en el que hayan de utilizarse. Los grandes paneles de LCD, por ejemplo, paneles con una diagonal de unos 320 milímetros (unas 12,5 pulgadas), pueden emplearse de manera efectiva para crear imágenes en colores con gran resolución, ya que tales paneles pueden tener un número elevado de píxeles al tiempo que mantienen un tamaño de píxel lo bastante grande para conseguir una fabricación fiable. A este respecto, debe hacerse notar que, para una imagen a todo color creada a partir de un solo panel de LCD, el número de píxeles necesarios es el triple del requerido para una imagen monocromática, por lo que se fabrican píxeles de pequeño tamaño a no ser que se utilicen paneles de LCD de gran tamaño.
En la técnica existe la necesidad de una lente de proyección para uso con un panel de gran tamaño dividido en píxeles que posea, a la vez, por lo menos las siguientes propiedades: (1) un amplio campo de visión, es decir, una distancia focal relativamente pequeña; (2) la posibilidad de funcionar con distintos aumentos conservando, a la vez, un elevado nivel de corrección de la aberración; (3) un tamaño relativamente pequeño, incluyendo un número relativamente pequeño de elementos de lente, una longitud relativamente corta del cañón y un diámetro máximo de la lente relativamente pequeño; (4) un alto nivel de corrección cromática; (5) poca distorsión; y (6) poca sensibilidad a los cambios de temperatura.
Un campo de visión amplio permite que todo el sistema de lente de proyección sea compacto, lo que es sumamente deseable en el caso de instalaciones en las que el espacio sea un problema. En particular, la compacidad minimiza el tamaño y, por consiguiente, el coste del mueble necesario para alojar el sistema de proyección, al igual que la preparación necesaria para embalar y transportar el sistema acabado hasta el usuario.
Una lente de proyección que pueda funcionar eficientemente con varios aumentos es deseable por cuanto permite que el sistema de proyección sea utilizado con pantallas de distintos tamaños sin necesidad de cambiar ninguno de los componentes del sistema. Solamente es necesario cambiar los conjugados objeto e imagen, lo que puede conseguirse fácilmente moviendo la lente con relación al panel de píxeles. Naturalmente, el reto consiste en conseguir un elevado nivel de corrección de la aberración en todo el margen operativo de valores de aumentos.
Desde el punto de vista del coste, el peso y el tamaño, es deseable una lente de proyección relativamente pequeña. Gran número de elementos de lente y elementos de gran diámetro suponen un mayor consumo de materiales, un mayor peso y mayores costes de construcción y de montaje. Los cañones largos aumentan, normalmente, el tamaño global del sistema de proyección lo que, de nuevo, lleva a que se incrementen el peso y los costes. En consecuencia, se desea una lente con un número mínimo de elementos de lente relativamente pequeños, situados relativamente cerca unos de otros.
Es importante un alto nivel de corrección cromática porque las aberraciones cromáticas son fácilmente visibles en la imagen de un panel de píxeles en forma de emborronamiento de un píxel o, en casos extremos, de desaparición completa de un píxel de la imagen. Típicamente, estos problemas son más severos en los bordes del campo. En términos generales, la corrección cromática, medida en el panel de píxeles, debe ser mejor que, aproximadamente, un píxel y, de preferencia, mejor que, aproximadamente, medio píxel a fin de evitar estos problemas.
Han de considerarse todas las aberraciones cromáticas del sistema, siendo típicamente las más problemáticas el color lateral, la variación cromática de coma, y la aberración cromática de astigmatismo. El color lateral, es decir, la variación de la ampliación con los colores, es particularmente problemático ya que se manifiesta como una disminución de contraste, especialmente en los bordes del campo. En casos extremos, puede verse un efecto arco iris en la región del campo completo.
En los sistemas de proyección que emplean tubos de rayos catódicos (CRT), una pequeña cantidad de color lateral (residual) puede compensarse electrónicamente, por ejemplo reduciendo el tamaño de la imagen generada en rojo en la pantalla del CRT con relación a la generada en azul. Sin embargo, en el caso de un panel de píxeles, no puede llevarse a cabo dicha compensación porque la imagen está digitalizada y, por tanto, no resulta posible un ajuste suave del tamaño en todo el campo de visión. En consecuencia, se necesita un mayor nivel de corrección del color lateral por parte de la lente de proyección.
El uso de un panel de píxeles para presentar datos supone la imposición de estrictos requisitos en relación con la corrección de la distorsión. Esto se debe a que, cuando se contemplan datos, se exige una buena calidad de la imagen incluso en los puntos extremos del campo de visión de la lente. Como será evidente, tiene la misma importancia visualizar una imagen de un número o de una letra sin distorsiones tanto en el borde del campo como si está en el centro.
A fin de crear una imagen con brillo suficiente, a través de la lente de proyección debe hacerse pasar una cantidad de luz sustancial. A consecuencia de ello, normalmente se tiene una diferencia significativa entre la temperatura ambiente y la temperatura de funcionamiento de la lente. Además, la lente tiene que poder funcionar en una variedad de condiciones ambientales. Por ejemplo, con frecuencia se montan sistemas de lente de proyección en el techo de una habitación, que puede ser el techo de un edificio donde la temperatura ambiente puede ser sustancialmente superior a los 40ºC. Para enfrentarse a estos efectos, se necesita una lente de proyección cuyas propiedades ópticas sean relativamente insensibles a los cambios de temperatura.
Una forma de enfocar el problema de la sensibilidad a la temperatura consiste en utilizar elementos de lente hechos de vidrio. En comparación con el plástico, los radios de curvatura y el índice de refracción de un elemento de vidrio sufren, en general, menos cambios que los de un elemento de plástico. Sin embargo, los elementos de vidrio son, generalmente, más caros que los de plástico, especialmente si se necesitan superficies asféricas para el control de la aberración. Como se describe en lo que sigue, pueden utilizarse elementos de plástico y, aún así, conseguir una insensibilidad a la temperatura siempre que las potencias y las posiciones de los elementos de plástico se elijan en forma apropiada.
Las lentes de proyección descritas más adelante consiguen satisfacer todas las exigencias antes enumeradas y pueden utilizarse satisfactoriamente para producir sistemas de lente de proyección relativamente baratos, capaces de crear imágenes en colores de gran calidad de un panel de píxeles sobre una pantalla de visión. En particular, como se ilustra mediante los ejemplos que se ofrecen en lo que sigue, las lentes del invento pueden tener, por ejemplo, un campo de visión de hasta \pm45º, pueden funcionar a f/4 y pueden tener una gama de aumentos de 5,5X a 9,6X.
Descripción de la técnica anterior
Las lentes de proyección para uso con paneles de píxeles se describen en diversas patentes, incluyendo la patente norteamericana núm. 4.189.211 de Taylor, la patente norteamericana núm. 5.042.929, de Tanaka y otros, la patente norteamericana núm. 5.179.473, de Yano y otros, la patente norteamericana núm. 5.200.861, de Moskovich, la patente norteamericana núm. 5.218.480 de Moskovich, la patente norteamericana núm. 5.278.698, de Iizuka y otros, la patente norteamericana núm. 5.313.330, de Betensky, y la patente norteamericana núm. 5.331.462, de Yano.
Descripciones de sistemas de LCD pueden encontrarse en la patente norteamericana núm. 4.425.028, de Gagnon y otros, la patente norteamericana núm. 4.461.542, de Gagnon, la patente norteamericana núm. 4.826.311, de Ledebuhr, y la publicación de patente EPO núm. 311.116. El documento US 5.666.228 describe una lente de proyección que tiene un primero y un segundo grupos de lentes y que utiliza una lente de plástico con una superficie asférica.
Sumario del invento
A la vista de lo que antecede, un objeto del presente invento es proporcionar lentes de proyección mejoradas para uso con paneles de píxeles que poseen, simultáneamente, las seis propiedades deseadas anteriormente expuestas. Este objeto se consigue merced a una lente de proyección que tiene una distancia focal f0 y que, en orden desde su lado de la imagen hacia su lado del objeto (es decir, desde su lado conjugado largo hacia su lado conjugado corto), consiste en:
(A)
una primera (U1) unidad de lente que tiene una distancia focal f1 y que comprende:
(i)
un elemento de lente (E1) que tiene una distancia focal f_{E1}; e
(ii)
al menos una superficie asférica para corrección de la distorsión; y
(B)
una segunda (U2) unidad de lente que tiene una distancia focal f2 y que, en orden desde el lado de la imagen, consiste en:
(i)
una primera subunidad (U2_{S1}) de lente que tiene una distancia focal f2_{S1}; e
(ii)
una segunda subunidad (U2_{S2}) de lente separada de la primera subunidad de lente por un espacio (t_{S1S2}) y que tiene una distancia focal f2_{S2}, comprendiendo dicha segunda subunidad de lente: (a) al menos una superficie asférica para la corrección de la aberración esférica, y (b) medios para proporcionar corrección de color axial para el sistema de lente;
en la que:
|f1|/f0 > 0,75;
f_{E1} < 0;
f2 > 0;
f2/f0 < 2,0;
f2_{S1} > 0;
f2_{S1}/f0 < 1,5; y
|f2_{S2}|/f0 > 1,5.
En determinadas realizaciones preferidas, el sistema de lente satisface, también, algunas o todas las relaciones siguientes:
|f_{E1}|/f0 < 1,5; y
t_{S1S2}/f0 > 0,1.
En otras realizaciones preferidas, la segunda subunidad de lente comprende, en orden desde el lado de la imagen, un elemento de lente negativa, un elemento de lente positiva, y un elemento de lente de plástico que tiene, al menos, una superficie asférica. El elemento de lente de plástico con la superficie asférica puede tener una potencia positiva o negativa en el eje. Esta disposición facilita la atermalización y la fabricación del sistema de lente.
En otras realizaciones preferidas, el semi-campo de visión de la lente de proyección es mayor que 35º. De este modo, el sistema de lente de proyección puede tener un tamaño global compacto. Las aperturas libres de la primera y de la segunda unidades de lente contribuyen, también, a la compacidad global del sistema, siendo la apertura libre de la primera unidad de lente, de preferencia, mayor que la apertura libre de la segunda unidad de lente. Preferiblemente, la apertura libre de la primera unidad de lente es inferior a 0,7 veces la diagonal del panel de píxeles. Los Ejemplos 1-3 que se ofrecen más adelante, presentan semi-campos de visión mayores de 35º y primeras unidades de lente cuya apertura libre máxima es menor que 0,7 veces la diagonal del panel de píxeles, para un panel de píxeles con una diagonal de 12,5 pulgadas.
La variación de la ampliación del sistema de lente de proyección se consigue, preferiblemente, haciendo variar: (a) la distancia entre la lente de proyección y el panel de pixeles, y (b) la distancia entre la primera y la segunda unidades de lente. En particular, la primera y la segunda unidades de lente se mueven, ambas, en la misma dirección con relación al panel de píxeles con fines de enfoque, pero a velocidades diferentes, de forma que la distancia entre esas unidades cambia cuando se enfoca el sistema de lente para distintos aumentos.
Las lentes de proyección del invento están diseñadas, de preferencia, para que sean sustancialmente atérmicas. Como se describe con mayor detalle en lo que sigue, esto se consigue combinando la selección de las posiciones y equilibrando las potencias de los elementos de lente de plástico que tienen una potencia óptica sustancial.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1-3 son vistas laterales esquemáticas de lentes de proyección construidas de acuerdo con el invento en combinación con un panel de píxeles (PP) y una lente de Fresnel (FL).
Las Figuras 4 y 5 son gráficas de función de transmisión óptica monocromática (MTF) para el sistema de lente de la Figura 1, para una altura del objeto (panel de píxeles) de 158 milímetros para ambas figuras y una altura de la imagen (pantalla) de -869 milímetros para la Figura 4 y de -1524 milímetros para la Figura 5, es decir, las Figuras 4 y 5 son gráficas de MTF para ampliaciones de pantalla/panel de -0,182 y -0,104, respectivamente. Los paneles de la izquierda de estas gráficas ilustran datos a través del foco y los paneles de la derecha muestran datos en foco en función de la frecuencia. Las líneas de puntos representan datos de FASE, la líneas de trazos representan datos SAG (sagitales) y las líneas continuas representan datos TAN (tangenciales). La distancia focal, f/numérica, y la posición del foco para la Figura 4 son 178,81, 4,00 y 0,094, respectivamente. La distancia focal, f/numérica y la posición del foco para la Figura 5, son 170,48, 4,00 y -0,023, respectivamente.
La Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra un sistema de lente de proyección global en el que puede utilizarse la lente de proyección del presente invento.
Los dibujos antes mencionados, que se incorporan a este documento y constituyen parte de la memoria descriptiva, ilustran las realizaciones preferidas del invento y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios del invento. Ha de entenderse, por supuesto, que tanto los dibujos como la descripción son únicamente explicativos y no pretenden limitar el invento.
Descripción de las realizaciones preferidas
Como se ha expuesto en lo que antecede, los sistemas de lente del presente invento se utilizan para crear imágenes de paneles de píxeles, por ejemplo, paneles de LCD de gran tamaño en un conjunto compacto y, como tal, deben proporcionar un amplio campo de visión al tiempo que mantienen una corrección muy buena de la distorsión. Los sistemas de lente también se han proyectado para ser utilizados con una amplia gama de conjugados y, por tanto, deben corregir las aberraciones de tal manera que éstas no varíen (aumenten) en medida significativa al cambiar el aumento con que funciona la lente.
Para conseguir estos objetivos, se utiliza un sistema de lente del tipo de retrofoco con amplio campo de visión. El sistema de lente consiste en dos unidades de lente - una primera (delantera) unidad (U1) de lente de menor potencia en el lado del conjugado largo del sistema de lente y una segunda (trasera) unidad (U2) de lente de gran potencia positiva en el lado del conjugado corto del sistema. La segunda unidad de lente, a su vez, comprende dos subunidades de lente, una primera (delantera) unidad de lente en el lado del conjugado largo del sistema y una segunda (trasera) unidad de lente en el lado del conjugado corto.
Las características importantes de estas unidades y subunidades, son las siguientes:
(1) La primera unidad contiene una superficie asférica para proporcionar un nivel necesario de corrección de la distorsión. Como se ha expuesto anteriormente, la distorsión del sistema tiene que ser sometida a una fuerte corrección en el caso de los sistemas de lente utilizados con paneles de pixeles. La corrección de la distorsión de los sistemas de lente del presente invento es generalmente mejor que, aproximadamente, un uno por ciento en la imagen y, preferiblemente, mejor que, aproximadamente, un 0,5 por ciento.
(2) La segunda unidad proporciona la mayor parte de la potencia del sistema de lente. De este modo, la longitud global del sistema de lente en conjunto, puede reducirse.
(3) La subunidad trasera de la segunda unidad incluye una superficie asférica que proporciona corrección de la aberración esférica.
(4) Ambas unidades se mueven, para enfocar, en la misma dirección pero con velocidades diferentes, a fin de proporcionar una corrección muy estable del astigmatismo en diversos conjugados generadores de imagen.
(5) Para reducir el coste total del sistema de lente, los elementos asféricos están fabricados de materiales plásticos de calidad óptica.
Con fines de corrección del color, la segunda subunidad de lente incluye medios para la corrección del color axial. Pueden utilizarse diversos medios para corregir el color axial, conocidos en la técnica. Un enfoque preferido comprende incluir un elemento de lente negativa compuesto de un material de alta dispersión y, al menos, un elemento de lente positiva compuesto de un material de baja dispersión en la segunda subunidad de lente. Los materiales de alta y de baja dispersión pueden ser vidrio o plástico.
En términos generales, un material de alta dispersión es un material cuya dispersión es igual a la del vidrio flint y un material de baja dispersión es un material cuya dispersión es como la del vidrio crown. Más particularmente, los materiales de alta dispersión son aquellos con valores de V comprendidos entre 20 y 50 para un índice de refracción en el margen de 1,85 a 1,5, respectivamente, y los materiales de baja dispersión son aquellos con valores de V comprendidos entre 35 y 75 para el mismo margen de índices de refracción.
Para los elementos de lente de plástico, los materiales de alta y de baja dispersión pueden ser, respectivamente, estireno y un compuesto acrílico. Naturalmente, si se desea, pueden utilizarse otros plásticos. Por ejemplo, en lugar de estireno, pueden utilizarse policarbonatos y copolímeros de poliestireno y acrílicos (por ejemplo, NAS), con dispersiones similares al vidrio flint. Véase The Handbook of Plastic Optics, de la U.S. Precision Lens, Inc., de Cincinnati, Ohio, 1983, páginas 17-29.
Como se ha descrito en lo que antecede, las lentes de proyección del invento son atérmicas de manera que el comportamiento óptico del sistema, incluyendo en particular la distancia focal trasera, es decir, la distancia de la última lente al foco del sistema, no cambia sustancialmente cuando se calienta la lente de proyección desde la temperatura ambiente hasta su temperatura de funcionamiento. Más específicamente, el cambio de la distancia focal trasera es, de preferencia, inferior a una magnitud que cambie significativamente la función de transferencia de modulación (MTF) del sistema, por ejemplo, el cambio de la MTF a 3 ciclos por milímetro debe ser inferior a, aproximadamente, el 10 por ciento. Para los ejemplos específicos que se presentan más adelante, este criterio de la MTF corresponde a un cambio de la distancia focal trasera inferior a \pm0,4 milímetros, aproximadamente. La estabilización térmica deseada del foco de la lente se consigue mediante la selección y colocación en la lente de los elementos de lente de plástico.
Usualmente, el empleo de elementos de lente de plástico tiene el inconveniente de que el índice de refracción de los materiales ópticos de plástico cambia significativamente con la temperatura. Otro efecto es el cambio de forma, es decir, la dilatación o la contracción de los materiales ópticos de plástico con la temperatura. Este último efecto es, usualmente, menos significativo que el cambio del índice de refracción.
Si en una lente solamente se utilizan elementos de lente de plástico de baja potencia, es posible conseguir un equilibrio entre los cambios térmicos de la óptica de plástico y los cambios térmicos de los componentes mecánicos de plástico o de aluminio del sistema, por ejemplo, el cañón de la lente, que usualmente es la principal fuente mecánica de cambios de foco de origen térmico. El empleo sin limitaciones de plástico de calidad óptica en un diseño, es decir, la posibilidad de utilizar, al menos, algunos elementos de lente de plástico de potencia relativamente alta, presenta ventajas porque, como los elementos de lente de plástico pueden moldearse fácilmente, pueden emplearse superficies ópticas no esféricas (asféricas) para conseguir las mejores características (comportamiento) de un diseño de lente particular. El uso de elementos de plástico de potencia relativamente alta también lleva a conseguir una lente con un menor coste global.
Si la potencia neta de una óptica de plástico en un diseño es significativa, entonces es necesario realizar la atermalización o el foco de la lente cambiará de manera significativa a medida que cambie la temperatura de la lente, desde la temperatura ambiente hasta su temperatura de funcionamiento. Esto ocurre, en especial, con proyectores que deben transmitir cantidades de luz significativas hacia una pantalla de visión y que, por tanto, alcanzan una temperatura de funcionamiento significativamente superior a la temperatura ambiente.
Para las lentes de proyección del presente invento, la atermalización se consigue teniendo en cuenta la situación y la potencia de los elementos de lente de plástico, así como las alturas de los rayos marginales en esos elementos.
La situación de los elementos de lente de plástico es importante en términos de la magnitud del cambio de temperatura que sufrirá el elemento y, por tanto, la magnitud del cambio que tendrá lugar en el índice de refracción del elemento. En general, los elementos cercanos a la fuente de luz o a la imagen de la fuente de luz, sufrirán mayores cambios de temperatura. En la práctica, la distribución de temperatura en la región en que ha de estar situada la lente de proyección se mide con la fuente de luz y su óptica de iluminación asociada funcionando, y los valores medidos se utilizan en el diseño de la lente de proyección.
La altura de los rayos marginales en un elemento de lente de plástico particular determina, para un cambio térmico dado, si los cambios del índice de refracción del elemento serán significativos en lo que respecta a la estabilidad térmica global de la lente. Los elementos para los que la altura de los rayos marginales sea pequeña tendrán, en general, un menor efecto sobre la estabilidad térmica global del sistema que los elementos para los que la altura de los rayos marginales sea grande.
Basándose en las consideraciones antes mencionadas, la atermalización se consigue equilibrando la magnitud de la potencia negativa y la potencia positiva de los elementos de lente de plástico, ajustándose la contribución de elementos particulares con base en el cambio de temperatura que es de esperar que sufran el elemento y la altura de los rayos marginales en el elemento. En la práctica, este procedimiento de atermalización se incorpora en un programa de diseño de lentes por ordenador en la forma siguiente. En primer lugar, se obtiene una traza de rayo con una primera distribución de temperatura y se calcula una distancia focal trasera. La traza del rayo puede ser una traza de rayo paraxial para el rayo marginal. En segundo lugar, se obtiene la misma traza de rayo con una segunda distribución de temperatura y se calcula, de nuevo, la distancia focal trasera. No es necesario que la primera ni la segunda distribuciones de temperatura sean constantes en toda la lente sino que pueden variar de elemento de lente a elemento de lente y, en el caso típico, lo harán. Las distancias focales traseras calculadas se limitan, entonces, a un valor constante ya que el diseño del sistema se optimiza utilizando el programa de diseño de lentes.
Debe observarse que el enfoque anteriormente expuesto, supone que las monturas mecánicas para la lente de proyección y el panel de píxeles mantienen la distancia entre la superficie de la última lente y el panel en un valor sustancialmente constante a medida que cambia la temperatura del sistema. Si no se garantiza dicha suposición, pueden tomarse otras medidas para conseguir la atermalización, por ejemplo, puede incluirse en el proceso un valor medido para el movimiento relativo de las monturas mecánicas o bien puede suponerse que una distancia alternativa, por ejemplo la distancia entre la superficie de la lente delantera y el panel, es mecánicamente fija.
Las Figuras 1 a 3 ilustran varias lentes de proyección construidas de acuerdo con el invento. Las propiedades ópticas y las prescripciones correspondientes aparecen en las Tablas 1 a 3, respectivamente. Para los vidrios empleados en los sistemas de lente, se utilizan las denominaciones HOYA o SCHOTT. En la práctica del invento pueden utilizarse vidrios equivalentes obtenidos de otros fabricantes. Para los elementos de plástico se utilizan materiales aceptables existentes en la industria.
Los coeficientes de asfericidad establecidos en las tablas son para uso en la siguiente ecuación:
z = \frac{cy^{2}}{1 + [1 - (1 + k)c^{2}y^{2}]^{1/2}} +Dy^{4} + Ey^{6} + Fy^{8} + Gy^{10} + Hy^{12} + Iy^{14}
donde z es la flecha de la superficie a una distancia y del eje óptico del sistema, c es la curvatura de la lente en el eje óptico, y k es una constante cónica, que es igual a cero excepto cuando así lo indiquen las prescripciones de las Tablas 1-3.
Los "Datos de primer orden" contenidos en las Tablas 1-3 se calcularon con la lente de Fresnel como parte del sistema. La designación "a" asociada en las tablas con varias superficies, representa una superficie asférica, es decir, una superficie para la cual al menos uno de entre D, E, F, G, H o I en la ecuación anterior, no es cero; la designación "c" indica una superficie para la cual "k" en la ecuación anterior no es cero; y la designación "f" indica una lente de Fresnel. Todas las dimensiones dadas en las tablas, son en milímetros.
Las tablas se construyen suponiendo que la luz viaja de izquierda a derecha en las figuras. En la práctica real, la pantalla de visión se encontrará a la izquierda y el panel de píxeles se encontrará a la derecha, y la luz viajará de derecha a izquierda. El panel de píxeles se muestra en las Figuras 1-3 con la designación "PP" y la lente de Fresnel asociada con el panel de píxeles se muestra mediante la designación "FL". La lente de Fresnel sirve para adaptar la fuente de luz con la pupila de entrada (pupila de salida en las tablas) de la lente de proyección.
Como se ha expuesto en lo que antecede, las lentes de proyección de las Figuras 1-3 pueden enfocarse en una amplia gama de conjugados haciendo variar la distancia entre la primera y la segunda unidades de lente en conjunto con el desplazamiento de toda la lente con relación al panel de pixeles. Como se muestra en las Tablas 1-3, el movimiento de la primera unidad de lente con relación a la segunda unidad de lente es, en general, pequeño si se le compara con el movimiento global del sistema de lente con relación al panel de píxeles.
La correspondencia entre los números de superficie de las Tablas 1-3 y la terminología U1, E1, U2, U2_{S1}, U2_{S2} y FL descrita anteriormente, se establece en la Tabla 4.
La Tabla 5 resume varias propiedades de los sistemas de lente del invento. Como puede verse a partir de esta tabla, los sistemas de lente de los ejemplos satisfacen las limitaciones señaladas en lo que antecede con respeto a las distancias focales de las diversas unidades, subunidades y elementos de lente, así como la limitación sobre la separación (t_{S1S2}) entre las subunidades de la segunda unidad de lente.
Bajo el encabezamiento "PP22", la Tabla 5 enumera la situación del punto principal trasero de la segunda unidad de lente con relación a la superficie trasera de esa unidad. Una comparación de estos valores con las prescripciones de las Tablas 1-3 muestra que el punto principal trasero de esta unidad está situado muy por delante de la segunda subunidad. Esto distingue a la segunda unidad de lente de las lentes del presente invento de un triplete clásico para el que el punto principal trasero estaría situado en el medio de la unidad.
Las gráficas de las Figuras 4 y 5 muestran la MTF a través del foco a la izquierda y la MTF en el mejor foco axial a la derecha, para el sistema de lente de la Figura 1 trabajando con aumentos de panel de píxeles a pantalla de -0,182 y -0,104, respectivamente. Se muestran datos para cinco puntos de campo, a saber, en el eje y a 35, 70, 85 y 100 por cien de la máxima altura de campo. Las alturas de campo reales en la pantalla de visión se muestran para las gráficas de la derecha. Estas alturas de campo se aplican tanto a las gráficas de la derecha como a las de la izquierda y se dan en milímetros.
Los datos a través del foco se dan a la frecuencia espacial indicada en ciclos por milímetro. Tanto los datos a través de foco como los datos con el mejor foco, indican MTF tangenciales y sagitales (curvas de trazos). La escala de módulo se encuentra a la izquierda de cada bloque y va de cero a uno. La fase de la MTF se muestra en forma de línea de puntos en las gráficas de mejor foco. La escala para la fase se indica a la derecha de cada bloque de mejor foco y es una medida en radianes. Todos los datos de MTF son para una longitud de onda de 546,1 nanometros. El desplazamiento axial del foco indicado encima de las gráficas de mejor foco se ofrece en relación con la posición del cero de las gráficas a través de foco. El plano de mejor foco se encuentra en el pico de la gráfica a través de foco
axial.
Los sistemas de lente de las Figuras 2 y 3 tienen gráficas de MTF similares a los de las Figuras 4 y 5 en los mismos márgenes de aumentos. Estas figuras ilustran que los sistemas de lente del presente invento consiguen elevados niveles de control de la aberración en un amplio margen de aumentos, como es necesario para un sistema de lente de proyección que ha de ser utilizado con un panel de píxeles.
Las lentes de las Figuras 1-3 se diseñaron para utilizarlas con paneles de LCD con una diagonal de unos 320 milímetros (unas 12,5 pulgadas). Los paneles tienen un tamaño de píxel de 200 micras, correspondiente a una resolución horizontal de TV de 1000 líneas. Las imágenes de los paneles creadas por las lentes del invento tienen, típicamente desde unos 900 milímetros (unas 36 pulgadas) a unos 1.500 milímetros (unas 60 pulgadas). Significativamente, las lentes consiguen una corrección cromática extremadamente buena, del orden de un cuarto de píxel (50 micras) o menos. Esta es una característica sumamente importante para la proyección de datos o de video con alta calidad.
Aunque se han descrito e ilustrado realizaciones específicas del invento, ha de comprenderse que, a partir de la exposición que antecede, a las personas con un conocimiento normal de la técnica les resultarán evidentes diversas modificaciones que no se aparten del alcance ni del espíritu del invento.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
Superf. Apertura libre
núm. Tipo Radio Grosor Vidrio Diámetro
1 a 194,8286 8,00000 ACRÍLICO 170,25
2 c 60,4976 109,75660 126,07
3 75,1853 10,00000 LLF1 76,48
4 136,8907 Espacio 1 74,90
5 Tope apertura 0,00000 73,02
6 129,0860 12,00000 SK18 72,82
7 -344,4271 21,99035 71,59
8 -108,0986 5,00000 SF10 61,54
9 205,3792 1,00000 62,92
10 201,2503 10,00000 SK18 64,24
11 \infty 1,96305 69,18
12 a -394,4647 10,00000 ACRILICO 70,32
13 a -100,0000 Espacio 2 74,84
14 \infty 2,00000 ACRILICO 320,00
15 acf -145,1760 Distancia a la imagen 320,00 
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de los Símbolos
a - Asfera polinómica
c - Sección cónica
f - Fresnel 
\vskip1.000000\baselineskip
Cónicas
Superficie
Número Constante
2 -4,1664E-01
15 -1,0000E+00
Asferas polinómicas uniformes
Superf.
Núm. D E F G H I
1 -6,0946E-08 2,5026E-12 -4,2474E-16 5,0369E-20 -4,4208E-24 1,6693E-28
12 6,0712E-08 2,0076E-10 7,2384E-14 -7,5148E-17 5,4549E-20 -1,6468E-23
13 5,5349E-07 3,8742E-10 -1,5666E-14 1,3171E-17 1,3083E-20 -9,0221E-24
15 -3,5550E-09 1,5454E-14 -4,2142E-20 0,0000E+00 0,0000E+00 0,0000E+00 
\vskip1.000000\baselineskip
Espacios variables
Foco Pos. Espacio 1 T(4) Espacio 2 T(13) Desplazamiento Focal Distancia a la imagen
1 25,031 227,354 -1,830 12,573
2 26,294 213,849 -1,514 12,566 
\vskip1.000000\baselineskip
Datos de primer orden
f/número 4,00 4,00
Aumento -0,1818 -0,1037
Altura del objeto -869,00 -1524,0
Distancia al objeto -900,14 -1565,2
Distancia focal efectiva 178,81 170,48
Distancia a la imagen 12,573 12,566
Longitud total 1356,8 2009,7
Distancia al vértice delantero 456,67 444,42
Longitud del cañón 444,10 431,85
Número de superficie de parada 5 5
Distancia al tope 0,00 0,00
Diámetro del tope 73,024 69,240
Distancia a la pupila de entrada 88,419 88,943
Distancia a la pupila de salida -6246,4 -2940,9 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de primer orden de los elementos
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de grupos de primer orden
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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
Propiedades de primer orden de la lente
Posición del Foco
Número Potencia f' 1pp 1'pp
1 0,55926E-02 178,81 262,09 -196,91
2 0,58658E-02 170,48 249,53 -174,08
TABLA 2
Superf. Apertura libre
núm. Tipo Radio Grosor Vidrio Diámetro
1 a 27156,6506 8,00000 ACRÍLICO 156,13
2 c 61,4019 54,48984 113,69
3 a 83,5640 18,00000 ACRILICO 98,61
4 592,1970 Espacio 1 95,06
5 a 106,4909 13,00000 ACRILICO 68,99
6 a -612,1763 18,45447 66,62
7 Tope de apertura 16,00000 58,25
8 a -79,7997 6,00000 ESTIRENO 61,03
9 c 277,3432 0,75000 73,29
10 230,4632 21,00000 SK5 76,92
11 -74,6603 0,50000 81,37
12 a -104,7869 10,00000 ACRILICO 84,05
13 a -175,5202 Espacio 2 91,82
14 \infty 2,00000 ACRILICO 315,00
15 acf -145,1760 Distancia a la imagen 316,34
Descripción de los Símbolos
a - Asfera polinómica
c - Sección cónica
f - Fresnel
Cónicas
Superficie
Número Constante
2 -2,9168E-01
9 -9,7917E+01
15 -1,0000E+00
Asferas polinómicas uniformes
Superf.
Núm. D E F G H I
1 2,3908E-07 -3,4397E-11 2,4621E-15 1,2648E-19 -4,0977E-23 2,2303E-27
3 -3,8129E-07 3,9533E-12 -8,4237E-15 2,2693E-18 3,7384E-22 -3,6138E-26
5 9,8098E-07 2,6109E-10 2,0807E-14 4,2367E-17 1,6288E-20 -2,4869E-23
6 5,9783E-07 1,3543E-12 1,7372E-13 -4,5067E-17 -4,4564E-20 -3,1331E-25
8 -1,3838E-06 1,5573E-11 -5,1429E-13 -6,8140E-17 2,9291E-19 -2,4056E-22
12 2,0475E-07 4,6005E-11 4,2151E-14 -7,1866E-19 -5,4839E-21 1,0257E-24
13 3,5125E-07 7,9683E-11 9,2083E-15 -3,2327E-18 1,6141E-22 8,8822E-26
15 -3,5550E-09 1,5454E-14 -4,2142E-20 0,0000E+00 0,0000E+00 0,0000E+00
Espacios variables
Foco Pos. Espacio 1 T(4) Espacio 2 T(13) Desplazamiento Focal Distancia a la imagen
1 34,327 207,009 -0,823 12,493
2 35,479 193,765 -0,539 12,492 
\vskip1.000000\baselineskip
Datos de primer orden
f/número 4,00 4,00
Aumento -0,1818 -0,1037
Altura del objeto -869,00 -1524,0
Distancia al objeto -900,01 -1553,1
Distancia focal efectiva 175,49 167,37
Distancia a la imagen 12,493 12,492
Longitud total 1322,0 1963,0
Distancia al vértice delantero 422,02 409,93
Longitud del cañón 409,53 397,44
Número de superficie de tope 7 7
Distancia al tope 0,00 0,00
Diámetro del tope 57,578 54,700
Distancia a la pupila de entrada 80,298 80,825
Distancia a la pupila de salida -2056,5 -1434,2 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de primer orden de los elementos
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de grupos de primer orden
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de primer orden de las lentes
Posición del Foco
Número Potencia f' 1pp 1'pp
1 0,56983E-02 175,49 240,68 -194,08
2 0,59746E-02 167,37 228,61 -171,70
TABLA 3
Superf. Apertura libre
núm. Tipo Radio Grosor Vidrio Diámetro
1 a 773,3177 8,00000 ACRÍLICO 131,34
2 a 68,8038 Espacio 1 104,97
3 a 57,5756 20,00000 ACRILICO 85,07
4 a 43000,3193 33,11847 83,24
5 Tope apertura 18,00000 54,39
6 a -51,0808 8,00000 ESTIRENO 55,33
7 20188,0991 0,75000 71,92
8 399,4017 20,00000 SK18 83,61
9 -62,2385 0,50000 84,84
10 -144,3189 10,00000 ACRÍLICO 91,68
11 a -162,3311 Espacio 2 99,98
12 \infty 2,00000 ACRÍLICO 324,96
13 acf -145,1760 Distancia a la imagen 326,20 
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de los Símbolos
a - Asfera polinómica
c - Sección cónica
f - Fresnel 
\vskip1.000000\baselineskip
Cónicas
Superficie
Número Constante
13 -1,0000E+00 
\vskip1.000000\baselineskip
Asferas polinómicas uniformes
Superf.
Núm. D E F G H I
1 2,8065E-08 -9,5802E-12 3,4911E-15 -3,8405E-19 -1,1330E-22 1,8634E-26
2 -1,1685E-07 -1,3373E-10 5,3413E-14 -6,7212E-18 -5,2030E-21 9,4262E-25
3 6,3109E-09 -9,3902E-12 6,7268E-14 -8,4753E-18 -1,4957E-20 5,9849E-24
4 2,9658E-07 8,8683E-11 -2,7028E-14 -1,8565E-17 1,6503E-20 -3,2817E-24
6 -7,5920E-07 3,0930E-10 -1,9499E-12 7,5804E-16 1,3124E-18 -1,2617E-21
11 2,0900E-07 4,8660E-11 2,4565E-14 -1,5910E-17 5,0824E-21 -5,0813E-25
13 -3,5550E-09 1,5454E-14 -4,2142E-20 0,0000E+00 0,0000E+00 0,0000E+00 
\vskip1.000000\baselineskip
Espacios variables
Foco Pos. Espacio 1 T(2) Espacio 2 T(11) Desplazamiento Focal Distancia a la imagen
1 41,972 223,883 -2,707 9,996
2 38,104 217,390 -1,499 9,996
Datos de primer orden
f/numérica 4,02 4,02
Aumento -0,1805 -0,1066
Altura del objeto -900,58 -1524,0
Distancia al objeto -1057,8 -1827,7
Distancia focal efectiva 203,28 201,65
Distancia a la imagen 9,9964 9,9964
Longitud total 1454,0 2213,6
Distancia al vértice delantero 396,22 385,86
Longitud del cañón 386,22 375,86
Número de superficie de tope 5 5
Distancia al tope 0,00 0,00
Diámetro del tope 54,392 53,125
Distancia a la pupila de entrada 72,868 71,621
Distancia a la pupila de salida -9386,3 -5310,9 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de primer orden de los elementos
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de grupos de primer orden
Número de Números de Potencia f' 1pp 1'pp
elemento superficie
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 
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades de primer orden de las lentes
Posición del Foco
Número Potencia f' 1pp 1'pp
1 0,49192E-02 203,28 271,74 -227,27
2 0,49590E-02 201,65 265,60 -211,65 
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 4
Ej. Unidad Elemento negativo Unidad Subunidad Subunidad Lente de
núm. delantera (U1) fuerte (E1) trasera (U2) delantera (U2_{S1}) trasera (U2_{S2}) Fresnel (FL)
1 1 a 4 1 a 2 6 a 13 6 a 7 8 a 13 14 a 15
2 1 a 4 1 a 2 5 a 13 5 a 6 8 a 13 14 a 15
3 1 a 2 1 a 2 3 a 11 3 a 4 6 a 11 12 a 13
TABLA 5
Ej. núm. f0* f1 f_{E1} f2 f2_{S1} f2_{S2} PP22 t_{S1S2} f3
1 168,4 -11399,00 -181,81 257,74 147,88 -347,44 -49,92 21,99 294,01
2 165,1 -1371,10 -125,03 217,35 185,38 -7102,83 -52,65 34,45 294,01
3 187,9 -153,53 -153,53 130,61 116,74 535,47 -87,47 51,12 294,01
\begin{minipage}[t]{157mm}* Los valores de f0 contenidos en esta tabla no incluyen la lente de Fresnel (f3). Los valores correspondientes incluyendo la lente de Fresnel son 178,81, 175,49 y 203,28, para los Ejemplos 1, 2 y 3, respectivamente.\end{minipage}

Claims (16)

1. Una lente de proyección para formar una imagen de un objeto, teniendo dicha lente de proyección una distancia focal f0 y comprendiendo, en orden desde su lado de la imagen:
(A)
una primera unidad de lente (U1) con una distancia focal f1 y que comprende:
(i)
un elemento de lente (E1) que tiene una distancia focal f_{E1}; e
(ii)
al menos una superficie asférica para corrección de la distorsión; y
(B)
una segunda unidad de lente (U2) que tiene una distancia focal f2 y que comprende, en orden desde su lado de la imagen, en:
(i)
una primera subunidad de lente (U2_{S1}) que tiene una distancia focal f2_{S1}; e
(ii)
una segunda subunidad de lente (U2_{S2}) separada de la primera subunidad de lente por un espacio (t_{S1S2}) y que tiene una distancia focal f2_{S2}, comprendiendo dicha segunda subunidad de lente: (a) al menos una superficie asférica para la corrección de la aberración esférica, y (b) medios para proporcionar corrección de color axial para el sistema de lente;
en la que:
|f1|/f0 > 0,75;
f_{E1} < 0;
f2 > 0;
f2/f0 < 2,0;
f2_{S1} > 0;
f2_{S1}/f0 < 1,5; y
|f2_{S2}|/f0 > 1,5.
2. La lente de proyección de la reivindicación 1, en la que dicha segunda subunidad de lente consiste, en orden desde su lado de la imagen, en: (a) un elemento de lente negativa, (b) un elemento de lente positiva, y (c) un elemento de lente de plástico que tiene dicha al menos una superficie asférica, comprendiendo dicho elemento de lente negativa y dicho elemento de lente positiva, los medios para proporcionar corrección del color axial.
3. La lente de proyección de la reivindicación 2, en la que el elemento de lente de plástico de la segunda subunidad de lente tiene potencia positiva en el eje.
4. La lente de proyección de la reivindicación 2, en la que el elemento de lente de plástico de la segunda subunidad de lente tiene potencia negativa en el eje.
5. La lente de proyección de la reivindicación 2, en la que el elemento de lente negativa de la segunda subunidad de lente tiene una dispersión mayor que la del elemento de lente positiva de la segunda subunidad de len-
te.
6. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que:
|f_{E1}|/f0 < 1,5.
7. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que:
t_{S1S2}/f0 > 0,1
en donde t_{S1S2} es la longitud del espacio existente entre la primera y la segunda subunidades de lente.
8. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que la lente tiene un semi-campo de visión en la dirección de la imagen de, al menos, 35º.
9. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que la máxima apertura libre de la primera unidad de lente es mayor que la máxima apertura libre de la segunda unidad de lente.
10. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que la segunda unidad de lente tiene un punto principal trasero que está situado por delante del extremo de la imagen de la segunda subunidad de lente.
11. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que la lente tiene una distorsión menor que un uno por ciento en la imagen.
12. La lente de proyección de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en la que el objeto es un panel de píxeles.
13. La lente de proyección de la reivindicación 12, en la que la lente de proyección tiene una aberración de color lateral menor que un píxel en el objeto.
14. La lente de proyección de la reivindicación 12, en la que la máxima apertura libre de la primera unidad de lente es menor que 0,7 veces la diagonal del panel de píxeles.
15. Un sistema de lente de proyección para formar una imagen de un objeto, cuyo sistema comprende:
(a) un sistema de iluminación que comprende una fuente de luz (10) y óptica (12) de iluminación que forma una imagen de la fuente de luz, siendo dicha imagen de la fuente de luz la salida del sistema de iluminación;
(b) un panel de píxeles que constituye el objeto (14), y
(c) la lente de proyección (13) de las reivindicaciones 1 o 2.
16. El sistema de lente de proyección de la reivindicación 15, en el que el aumento del sistema se cambia haciendo variar: (i) la distancia entre la lente de proyección y el panel de píxeles; e (ii) la distancia entre la primera y la segunda unidades de lente.
ES98957761T 1997-11-13 1998-11-10 Lentes de proyeccion con amplio campo de vision para sistemas compactos de lente de proyeccion que emplean paneles de pixeles. Expired - Lifetime ES2256970T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US6530897P 1997-11-13 1997-11-13
US65308P 1997-11-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2256970T3 true ES2256970T3 (es) 2006-07-16

Family

ID=22061797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES98957761T Expired - Lifetime ES2256970T3 (es) 1997-11-13 1998-11-10 Lentes de proyeccion con amplio campo de vision para sistemas compactos de lente de proyeccion que emplean paneles de pixeles.

Country Status (10)

Country Link
US (2) USRE39911E1 (es)
EP (1) EP1031050B1 (es)
JP (1) JP2001523836A (es)
KR (1) KR100570392B1 (es)
CN (1) CN1169001C (es)
DE (1) DE69833682T2 (es)
ES (1) ES2256970T3 (es)
HK (1) HK1026942A1 (es)
TW (1) TW436638B (es)
WO (1) WO1999026090A1 (es)

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791629B2 (en) * 2000-11-09 2004-09-14 3M Innovative Properties Company Lens systems for projection televisions
JP3921160B2 (ja) * 2002-10-03 2007-05-30 株式会社タムロン 投射レンズ
US6853493B2 (en) * 2003-01-07 2005-02-08 3M Innovative Properties Company Folded, telecentric projection lenses for use with pixelized panels
US6765731B1 (en) * 2003-03-28 2004-07-20 3M Innovative Properties Company Low element count projection lenses for use with pixelized panels
JP2004326079A (ja) * 2003-04-10 2004-11-18 Seiko Epson Corp 投射レンズ及び投写型画像表示装置
US7164518B2 (en) 2003-10-10 2007-01-16 Yuping Yang Fast scanner with rotatable mirror and image processing system
US7633655B2 (en) * 2003-10-10 2009-12-15 Yuping Yang Optical imaging device
JP4699032B2 (ja) * 2004-02-18 2011-06-08 富士フイルム株式会社 画像読取用レンズおよび画像読取装置
JPWO2005111688A1 (ja) * 2004-05-17 2008-03-27 松下電器産業株式会社 投射レンズおよび背面投射型プロジェクション装置
US7259801B2 (en) * 2004-06-02 2007-08-21 3M Innovative Properties Company Large-panel table-top rear projection television
US7002753B2 (en) * 2004-06-02 2006-02-21 3M Innovative Properties Company Color-corrected projection lenses for use with pixelized panels
US7009777B2 (en) * 2004-06-02 2006-03-07 3M Innovative Properties Company Compact projection lenses for use with large format pixelized panels
JP2006003569A (ja) * 2004-06-16 2006-01-05 Fujinon Corp 大口径広角レンズおよびこれを備えたカメラ
WO2006017548A1 (en) * 2004-08-04 2006-02-16 3M Innovative Properties Company Foldable projection lenses
US7230770B2 (en) * 2004-08-04 2007-06-12 3M Innovative Properties Company Projection lenses having color-correcting rear lens units
GB0522968D0 (en) 2005-11-11 2005-12-21 Popovich Milan M Holographic illumination device
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
TWI307813B (en) * 2006-10-23 2009-03-21 Young Optics Inc Zoom lens
CN101221278B (zh) * 2007-01-08 2010-05-19 扬明光学股份有限公司 变焦镜头
US7857463B2 (en) * 2007-03-29 2010-12-28 Texas Instruments Incorporated Optical system for a thin, low-chin, projection television
JP5095443B2 (ja) * 2008-02-28 2012-12-12 富士フイルム株式会社 画像読取レンズ及び画像読取装置
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US11204540B2 (en) 2009-10-09 2021-12-21 Digilens Inc. Diffractive waveguide providing a retinal image
WO2011162840A1 (en) 2010-06-24 2011-12-29 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. Wide field athermalized orthoscopic lens system
TWI403823B (zh) * 2010-07-20 2013-08-01 Asia Optical Co Inc Zoom projection lens
CN103081458A (zh) 2010-08-27 2013-05-01 3M创新有限公司 用于投影显示系统的投影透镜
WO2012027064A2 (en) 2010-08-27 2012-03-01 3M Innovative Properties Company Wide-angle projection lens for projection display systems
KR101217745B1 (ko) * 2010-12-30 2013-01-02 주식회사 세코닉스 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛
JPWO2012105181A1 (ja) * 2011-01-31 2014-07-03 富士フイルム株式会社 投写レンズおよび投写型表示装置
US9274349B2 (en) 2011-04-07 2016-03-01 Digilens Inc. Laser despeckler based on angular diversity
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
US10670876B2 (en) 2011-08-24 2020-06-02 Digilens Inc. Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
EP2995986B1 (en) 2011-08-24 2017-04-12 Rockwell Collins, Inc. Data display
WO2013102759A2 (en) 2012-01-06 2013-07-11 Milan Momcilo Popovich Contact image sensor using switchable bragg gratings
CN205027961U (zh) * 2012-01-20 2016-02-10 富士胶片株式会社 投影用变焦透镜和投影型显示装置
TWI476441B (zh) * 2012-04-24 2015-03-11 Sintai Optical Shenzhen Co Ltd 變焦鏡頭
EP2842003B1 (en) 2012-04-25 2019-02-27 Rockwell Collins, Inc. Holographic wide angle display
WO2013167864A1 (en) 2012-05-11 2013-11-14 Milan Momcilo Popovich Apparatus for eye tracking
CN103713376B (zh) * 2012-09-28 2017-05-24 中强光电股份有限公司 投影镜头与光学引擎
US9933684B2 (en) 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
JP6160112B2 (ja) * 2013-02-19 2017-07-12 株式会社ニコン 光学系及び光学機器
WO2014129156A1 (ja) * 2013-02-19 2014-08-28 株式会社ニコン 光学系、光学機器及び光学系の製造方法
JP6236795B2 (ja) * 2013-02-19 2017-11-29 株式会社ニコン 光学系及び光学機器
US10209517B2 (en) 2013-05-20 2019-02-19 Digilens, Inc. Holographic waveguide eye tracker
US8950674B2 (en) 2013-05-21 2015-02-10 Symbol Technologies, Inc. Apparatus for and method of imaging targets with a hybrid imaging lens assembly
US9727772B2 (en) 2013-07-31 2017-08-08 Digilens, Inc. Method and apparatus for contact image sensing
WO2016020632A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Method for holographic mastering and replication
US10241330B2 (en) 2014-09-19 2019-03-26 Digilens, Inc. Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
WO2016046514A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 LOKOVIC, Kimberly, Sun Holographic waveguide opticaltracker
CN107873086B (zh) 2015-01-12 2020-03-20 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
EP3245551B1 (en) 2015-01-12 2019-09-18 DigiLens Inc. Waveguide light field displays
JP6867947B2 (ja) 2015-01-20 2021-05-12 ディジレンズ インコーポレイテッド ホログラフィック導波路ライダー
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
US10459145B2 (en) 2015-03-16 2019-10-29 Digilens Inc. Waveguide device incorporating a light pipe
US10591756B2 (en) 2015-03-31 2020-03-17 Digilens Inc. Method and apparatus for contact image sensing
CN108474945B (zh) 2015-10-05 2021-10-01 迪吉伦斯公司 波导显示器
US10983340B2 (en) 2016-02-04 2021-04-20 Digilens Inc. Holographic waveguide optical tracker
JP6895451B2 (ja) 2016-03-24 2021-06-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 偏光選択ホログラフィー導波管デバイスを提供するための方法および装置
CN109154717B (zh) 2016-04-11 2022-05-13 迪吉伦斯公司 用于结构光投射的全息波导设备
WO2018102834A2 (en) 2016-12-02 2018-06-07 Digilens, Inc. Waveguide device with uniform output illumination
US10545346B2 (en) 2017-01-05 2020-01-28 Digilens Inc. Wearable heads up displays
WO2019079350A2 (en) 2017-10-16 2019-04-25 Digilens, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR MULTIPLYING THE IMAGE RESOLUTION OF A PIXÉLISÉ DISPLAY
WO2019136476A1 (en) 2018-01-08 2019-07-11 Digilens, Inc. Waveguide architectures and related methods of manufacturing
CN111566571B (zh) 2018-01-08 2022-05-13 迪吉伦斯公司 波导单元格中全息光栅高吞吐量记录的系统和方法
CN112088332A (zh) 2018-03-16 2020-12-15 迪吉伦斯公司 包含双折射控制的全息波导及用于它们的制造的方法
WO2020023779A1 (en) 2018-07-25 2020-01-30 Digilens Inc. Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure
CN109031613B (zh) * 2018-08-14 2020-10-23 瑞声光学解决方案私人有限公司 摄像光学镜头
EP3924759A4 (en) 2019-02-15 2022-12-28 Digilens Inc. METHODS AND APPARATUS FOR MAKING A HOLOGRAPHIC WAVEGUIDE DISPLAY WITH INTEGRATED GRIDINGS
JP2022525165A (ja) 2019-03-12 2022-05-11 ディジレンズ インコーポレイテッド ホログラフィック導波管バックライトおよび関連する製造方法
EP3980825A4 (en) 2019-06-07 2023-05-03 Digilens Inc. WAVEGUIDES INCORPORATING TRANSPARENT AND REFLECTIVE GRATINGS AND METHODS OF MAKING THEREOF
JP2022543571A (ja) 2019-07-29 2022-10-13 ディジレンズ インコーポレイテッド 画素化されたディスプレイの画像解像度および視野を乗算するための方法および装置
EP4022370A4 (en) 2019-08-29 2023-08-30 Digilens Inc. VACUUM BRAGG GRATINGS AND METHODS OF MANUFACTURING
CN111522123B (zh) * 2019-12-18 2021-10-01 精微致远医疗科技(武汉)有限公司 一种微型浸液显微物镜

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189211A (en) * 1978-01-03 1980-02-19 Kollmorgen Corporation Wide angle telecentric projection lens assembly
US4425028A (en) * 1981-12-28 1984-01-10 Hughes Aircraft Company High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization and single projection lens
US4461542A (en) 1981-12-28 1984-07-24 Hughes Aircraft Company High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization
US4801196A (en) * 1984-08-21 1989-01-31 U.S. Precision Lens, Incorporated Wide angle projection lens
JPH0627897B2 (ja) 1985-04-19 1994-04-13 松下電器産業株式会社 投写レンズ
JPS6285212A (ja) 1985-10-09 1987-04-18 Fuji Photo Optical Co Ltd 屈折式投影レンズ
US4826311A (en) 1987-07-24 1989-05-02 Hughes Aircraft Company Prism assembly with three periscopes and projection lenses for a single light valve full-color projector
US4989954A (en) 1987-10-09 1991-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection type liquid cyrstal display device
JP2635404B2 (ja) 1989-03-23 1997-07-30 松下電器産業株式会社 投写型表示装置
US4963007A (en) * 1989-09-05 1990-10-16 U.S. Precision Lens, Inc. Color corrected projection lens
JP2801293B2 (ja) 1989-10-03 1998-09-21 キヤノン株式会社 ズームレンズ
US5278698A (en) * 1990-07-06 1994-01-11 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Magnifying projecting lens
JPH04174812A (ja) 1990-11-08 1992-06-23 Canon Inc レトロフォーカス型レンズ
US5200861A (en) 1991-09-27 1993-04-06 U.S. Precision Lens Incorporated Lens systems
JP3191961B2 (ja) 1991-10-25 2001-07-23 富士写真光機株式会社 ２群構成のズームレンズ
US5218480A (en) * 1991-12-03 1993-06-08 U.S. Precision Lens Incorporated Retrofocus wide angle lens
US5313330A (en) 1992-08-31 1994-05-17 U.S. Precision Lens Incorporated Zoom projection lens systems
JPH06347695A (ja) 1993-06-14 1994-12-22 Nikon Corp 投影レンズ
US5625495A (en) * 1994-12-07 1997-04-29 U.S. Precision Lens Inc. Telecentric lens systems for forming an image of an object composed of pixels
JP3394107B2 (ja) 1995-01-19 2003-04-07 三菱電機株式会社 ズームレンズ及び投写型表示装置
JP3753758B2 (ja) * 1995-05-24 2006-03-08 フジノン株式会社 液晶ビデオプロジェクタ
JP3625923B2 (ja) 1995-09-28 2005-03-02 フジノン株式会社 レトロフォーカス型レンズ
JPH09304694A (ja) * 1995-11-07 1997-11-28 Nikon Corp 投射レンズ系及びそれを備えた投射装置
US5963375A (en) * 1996-01-31 1999-10-05 U.S. Precision Lens Inc. Athermal LCD projection lens
JPH09318876A (ja) * 1996-03-22 1997-12-12 Nikon Corp 投射レンズ系及びそれを備えた投射装置
US5841587A (en) * 1996-04-29 1998-11-24 U.S. Precision Lens Inc. LCD projection lens
WO1997041461A1 (en) * 1996-04-29 1997-11-06 U.S. Precision Lens Incorporated Lcd projection lens
US5870228A (en) * 1996-05-24 1999-02-09 U.S. Precision Lens Inc. Projection lenses having larger back focal length to focal length ratios
US5969874A (en) * 1996-05-30 1999-10-19 U.S. Precision Lens Incorporated Long focal length projection lenses
EP0825474B1 (en) * 1996-08-16 2003-11-26 3M Innovative Properties Company Mini-zoom projection lenses for use with pixelized panels
US5991089A (en) 1997-01-31 1999-11-23 U.S. Precision Lens Inc. Long focal length projection lenses for use with large pixelized panels
US5900987A (en) * 1997-02-13 1999-05-04 U.S. Precision Lens Inc Zoom projection lenses for use with pixelized panels
KR20010021697A (ko) * 1997-07-11 2001-03-15 존 디. 루돌프 고성능 투사 텔레비젼 렌즈 시스템
US6417971B1 (en) 1997-08-05 2002-07-09 U.S. Precision Lens Incorporated Zoom projection lens having a lens correction unit

Also Published As

Publication number Publication date
KR100570392B1 (ko) 2006-04-11
CN1278925A (zh) 2001-01-03
EP1031050A1 (en) 2000-08-30
EP1031050A4 (en) 2004-06-09
HK1026942A1 (en) 2000-12-29
EP1031050B1 (en) 2006-03-01
WO1999026090A1 (en) 1999-05-27
KR20010032002A (ko) 2001-04-16
TW436638B (en) 2001-05-28
CN1169001C (zh) 2004-09-29
DE69833682D1 (de) 2006-04-27
US6324014B1 (en) 2001-11-27
USRE39911E1 (en) 2007-11-06
DE69833682T2 (de) 2006-11-09
JP2001523836A (ja) 2001-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2256970T3 (es) Lentes de proyeccion con amplio campo de vision para sistemas compactos de lente de proyeccion que emplean paneles de pixeles.
KR100465099B1 (ko) 초점길이 비율에 대한 큰 역초점길이를 갖는 투사렌즈
KR100465100B1 (ko) 픽셀화된판넬을사용하는미니-줌투사렌즈
US5900987A (en) Zoom projection lenses for use with pixelized panels
US6417971B1 (en) Zoom projection lens having a lens correction unit
US5969874A (en) Long focal length projection lenses
US6903875B2 (en) HMD device with imaging optics comprising an aspheric surface
ES2199266T3 (es) Sistema de lentes de proyeccion para television.
KR20110005741A (ko) 나이트 비전 안경
CN108267834A (zh) 定焦镜头
TWI797438B (zh) 光學鏡頭
ES2203700T3 (es) Lentes de proyeccion triple de foco fijo para proyectores elevados.
US5092672A (en) Condenser lens system for overhead projector
EP0059193B1 (en) An optical system for projection
US8896926B1 (en) Optical system for head-mounted display
ES2255214T3 (es) Lente para copiado y aparato para copiado de imagenes que utiliza la misma.
JP3245473B2 (ja) 映像表示装置
NL8602974A (nl) Projektielenzenstelsel.
ES2277017T3 (es) Lente de zum.
CN219609328U (zh) 一种广角短焦投影镜头
US11635600B2 (en) Vehicle projection lens and vehicle lamp
KR100531153B1 (ko) 대형픽셀화판넬과함께사용되는투사렌즈
CN111399225A (zh) 基于菲涅尔透镜和光波导原理的增强现实光学装置
KR930007264A (ko) 투영광학 장치