專利名稱：使用消色差菲涅耳透鏡的越頂投影儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及光學透鏡和投影系統(tǒng)，尤其涉及一種可以在外形低的越頂投影儀(overhead projector)中使用的消色差菲涅耳透鏡。
2.背景技術本領域公知透射式越頂投影儀(OHP)，它們一般由一具有透明臺面的底座、一位于底座內的光源、一裝在臺面上方的投影頭，和一位于臺面附近的聚光透鏡系統(tǒng)組成，聚光透鏡系統(tǒng)用于聚光并將光引向投影頭。如美國專利4,436,393號所描述的，聚光透鏡系統(tǒng)常常采用一菲涅耳透鏡或兩元件菲涅耳透鏡組合的形式。
為了便于攜帶并在使用時減少對被投影圖象的阻礙，已經多次嘗試降低OHP底座的高度。為獲得這種外形低的底座，一些儀器在存放或運輸期間被折疊起來，實際使用時再展開。例如在美國專利4,969,733號和德國專利申請3,519,506號中描述了這類儀器。但，這些可折疊的OHP有若干缺點，例如需要添加部件，這會使儀器復雜并增加成本；時間長了，活動部件也可能對光學元件的對準產生不利影響。最后，在操作時，這些儀器與常規(guī)的OHP相比，底座高度并未降低。
還做了其他努力來構造無需折疊底座和光學元件的底座高度較低的OHP。例如，美國專利4,741,613號采用一種三元件折射菲涅耳透鏡系統(tǒng)，允許點光源非常接近臺面。但該發(fā)明有幾個方面可以改進。首先，使用三個菲涅耳透鏡必然增加成本。其次，該系統(tǒng)不能充分地補償臺面周邊附近減弱的照明。最后，常規(guī)菲涅耳透鏡的色散(色度)會使投影圖象著色，尤其在圍繞其周邊之處。大多數OHP把光源放在底座內，以減少該影響，但一當投影頭移離其最佳位置，影響就很明顯。例如，如果必須降低投影頭來放大圖象或將其焦聚在投影屏上，則投影透鏡在臺面周邊俘獲的紅光就更少，從而在投影圖象的邊緣帶有藍色。類似地，向上移動投影頭(移離臺面)會使邊緣帶有紅色。可以通過重新放置底座內燈的位置(稱之為色彩調整)來克服該影響(在′613專利的三元件系統(tǒng)中說明較多)，但它要求使用者進一步操作OHP并仍要求主觀的判斷投影圖象的色度。色彩調整也增加OHP的成本，因為它需要一個用來重新放置燈的裝置。
美國專利4,118,761號和4,952,053號中揭示的OHP使用折疊光路，以提供更小型的底座。在′761專利中，光源也是“離軸的”，意思是光源的表觀位置不與臺面的中心重合，即表觀位置偏離臺面中心的法線。該儀器需要一個復雜的光學系統(tǒng)，包括一提供準直光線的拋物面反光鏡、兩個平面開槽反光鏡和聚光透鏡裝置；在離光源最遠處可能出現略暗的邊緣。在′053專利中，使用兩個光源來補償變暗的邊緣。制造扭曲和彎曲反光的開槽棱鏡也比制造平的聚光鏡困難得多。最后，折疊光路會給諸如歐洲(A4)型等大尺寸臺面帶來問題，因為要獲得低外形必須使光路折疊得極密，這會使光源本身干擾被折疊的光路。
本發(fā)明的OHP通過使用一種新的折反射菲涅耳透鏡克服了上述局限中的幾個。雖然在OHP中使用任何折反射透鏡其本身是新穎的，但折反射透鏡在其他技術領域中是已知的?！罢鄯瓷洹币辉~是指一種反射和折射兩者都用時使光波改變方向或彎曲的透鏡。例如，參見美國專利2,300,804號、4,859,043號和5,097,395號。如這些專利所述的，折反射透鏡對光的準直很有用，類似于菲涅耳透鏡。在美國專利5,150,966號中，用一折反射透鏡以舍棄光的方式來調節(jié)光強分布。又參見美國專利4,755,921號，該專利描述了一種單元件的折反射透鏡，它在大入射角的地方效率有所提高，從而提供了一種適用于小型光學儀器的“強光(fast)”透鏡(光圈數低)。
色差也是折反射菲涅耳透鏡的一個問題。色散是由透鏡材料的光學性質引起的，即其折射率隨通過透鏡的光波長而變化。但有幾種減少該影響的技術。例如，已通過諸如提供不連續(xù)的軸對稱表面或使用非球面等方法，試圖盡可能地減少單元件透鏡中的色差。如美國專利5,161,057號所述，可以在透鏡上放置衍射光柵，包括放在菲涅耳透鏡上。又參見美國專利4,337,759號，該專利描述了一個彎曲的底座，色散量受控制的折反射菲涅耳透鏡用作一聚太陽能器。許多種以往的技術只能對經選擇的波長減小色散，而不能對整個(可見)光譜減小色散。為獲得有色彩校正的特定的焦距，大多數技術(包括′759號專利)還需采用具有特定折射率的材料。
根據上述敘述，希望創(chuàng)新設計一種能在低外形的OHP中使用的菲涅耳透鏡。該透鏡將具有無色差的優(yōu)點并可由任何多種透光材料構成，諸材料的折射率范圍大，并且透鏡能有效地將光聚焦在OHP的投影透鏡上。聚光系統(tǒng)最好避免使用微精度的衍射光柵，并且一般盡可能地減少光學元件(諸如開槽反光鏡)的數目，包括聚光透鏡中的元件數目，但仍然與折疊光路相容。這類消色差透鏡的提供大大降低或減少了對色彩調整的需求。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種越頂投影儀，該投影儀一般包括一具有臺面的底座、一安裝在底座上臺面附近的投影頭、一位于臺面下方的光源和一包括一折反射菲涅耳透鏡元件和一常規(guī)折射菲涅耳透鏡的聚光透鏡系統(tǒng)。折反射透鏡和折射(折光)透鏡都呈現色散，但折反射透鏡的表面結構設計能產生負的色散，可以抵銷折光透鏡的正色散。因此，組合成的雙合透鏡在整個可見光范圍都消色差，幾乎不需要進行色彩調整，并且色彩校正不依賴于所用的材料，只要兩個透鏡由折射率大致相同的材料構成。雙合透鏡尤其在一種低外形的越頂投影儀中有用，該投影儀中燈位于雙合透鏡的正下方，即無需折疊光路。
附圖概述后附的權利要求給出了本發(fā)明的新特征和范圍。但是，參考附圖將最透徹地理解發(fā)明本身，其中
圖1是本發(fā)明一越頂投影儀實施例的側視圖；圖2是本發(fā)明越頂投影儀中使用的一(雙合透鏡)消色差透鏡系統(tǒng)實施例的詳圖；圖3是圖2透鏡系統(tǒng)中折反射和折光透鏡元件的槽角的曲線圖；圖4是本發(fā)明越頂投影儀中使用的另一(雙合透鏡)消色差透鏡系統(tǒng)實施例的詳圖；圖5是圖4透鏡系統(tǒng)中折反射和折光透鏡元件的槽角的曲線圖；圖6是本發(fā)明越頂投影儀中使用(單一)消色差透鏡系統(tǒng)又一實施例的詳圖；圖7是圖6透鏡系統(tǒng)中折反射和折光透鏡元件的槽角的曲線圖；圖8是本發(fā)明越頂投影儀中使用(單一)消色差透鏡系統(tǒng)一實施例的詳圖；圖9是圖8透鏡系統(tǒng)中折反射和折光透鏡元件的槽角的曲線圖。
本發(fā)明的最佳實施例現參看附圖，尤其參照圖1，該圖示出了本發(fā)明越頂投影儀(0HP)10的一個實施例。OHP10一般包括一具有臺面14的底座12和一通過臂18固定在底座12上的常規(guī)投影頭。底座可由任何一種耐用材料制成，特別是諸如聚碳酸酯和丙烯腈_丁二烯_苯乙烯(ABS)等聚酯材料。底座12中裝有許多標準部件(未示出)，包括一燈或光源15、一用來冷卻光源的風扇或循環(huán)系統(tǒng)、一控制光源和電動機的電源控制、一用于控制電源的手動開關、一用于連接至外部電源的電線。投影頭16包括一折疊式反射鏡20和一多元件投影透鏡22，最好是變焦型透鏡，可控制焦距和屏幕大小。配備有能將臂18可脫卸地固定在一存放/運輸的位置上的裝置(未示出)。其他的常規(guī)特征可以根據主觀愿望選擇配備。
本發(fā)明的新穎性在于，在臺面14和光源15之間安裝了一個消色差聚光透鏡系統(tǒng)24。雖然在許多應用中可以使用透鏡系統(tǒng)24，但這里用作會聚透鏡，以把放在臺面14上的圖象向投影透鏡22會聚。可將透鏡系統(tǒng)24與位于臺面14上的書寫板26的下表面相連或與之形成一體。書寫板26最好包括一化學增強的(防破)玻璃片。在較佳實施例中，透鏡系統(tǒng)24由兩個元件組成，一個為折反射菲涅耳透鏡28，另一個為折光(折射)菲涅耳透鏡30。
進一步參照圖2，每個透鏡28和30都有多條棱柱或脊32，在它們各自的下表面處形成許多凹槽。本領域的熟練技術人員將意識到，只要燈15發(fā)出的光在入射至透鏡系統(tǒng)24之前被準直，脊32就可以是直的(平行的)；但更希望形成圓形的(弧形的)脊，而不需要預先準直。通過分隔各元件并適當選擇凹槽寬度比可以盡可能減弱透鏡28和30中脊重疊引起的干涉圖案(參見美國專利4,900,129號)。最好使每個透鏡凹槽的徑向中心位于臺面14的邊界內，位于臺面的幾何中心則更好。兩透鏡28和30凹槽的中心(或有效中心)重合。在該結構中，燈15位于透鏡系統(tǒng)24的軸上，即，沿兩透鏡28和30的公共徑向中心處的法線。由于燈15放在透鏡系統(tǒng)24的正下方，所以可以通過透鏡系統(tǒng)看見它；在透鏡30上表面上使用可選的漫射豎管(凸緣)可以防止這一現象。
聚光透鏡34和后反光鏡36會聚來自燈15的光，并使之射入透鏡系統(tǒng)24。聚光透鏡34最好用諸如膨脹系數小的硼硅玻璃等耐熱材料制成，以承受燈15產生的高溫；由于本發(fā)明的一個目的是提供一種聚光透鏡34和燈15非常接近的(例如，9厘米)外形低的OHP，這一點是特別需要的。另外，光源15可以是光強較大的燈，它能輻射相當大的熱量。透鏡28和30可以是玻璃的，但最好用某種可以模壓的高透明度的耐用材料制成，尤其可用諸如有機玻璃等熱塑樹脂，以便做出脊32。制作透鏡28和30的材料應該具有足夠大的折射率，以保證內部全反射(TIR)，即至少大約為1.4。
兩透鏡28和30都呈現出色差，而本發(fā)明的優(yōu)點在于，將這兩個元件中的一個設計成負色散，它可抵銷另一元件的正色散。因此，組合成的雙合透鏡沒有軸向色差。這與待批的美國專利申請07/988,851號形成對照，在該申請中也描述了一折反射/折光雙合透鏡，但該系統(tǒng)的兩個元件有偏移(即凹槽的有效中心不重合)，并且不依賴于它們的色彩性能。
適當地選擇兩透鏡28和30中脊32的槽角可以相互抵銷色散。在圖2的實施例中，折反射透鏡28是會聚的并具有負色散，而折光透鏡30也是會聚的但具有正色散。在這樣的系統(tǒng)中，必須滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ2)和Φ2＜Φ3，其中F1是折反射透鏡28的折射槽角，Φ1是射入光線角，Φ2是內角，而Φ3是出射光線角。存在一組滿足這兩個條件的解，它們依賴于所選的Φ2值。圖3以曲線圖示出了根據上述說明的一種合格的雙合透鏡設計，標號F1、F2和F3表示三個槽角，其中F1如上所述，F2是折反射透鏡28的反射(TIR)槽角，而F3折光透鏡30的折射槽角。例如，如果假設圖2代表在A4大小的臺面角落附近提供一邊界光線，并且透鏡系統(tǒng)24的光學參數包括物距，約為89毫米，和象距，約為350毫米，那么可獲得下列代表值F1＝25.2°，F2＝71.9°，F3＝12.2°，Φ1＝63°，Φ2＝20°，Φ3＝26.5°。
現參看圖4，透鏡系統(tǒng)24的另一個實施例包括一會聚的且具有正色散的折反射透鏡28′和一發(fā)散的且具有負色散的折光透鏡30′。在該系統(tǒng)中，必須滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ2)和Φ2＞Φ3。圖5圖示了根據該實施例設計的合格的雙合透鏡。
透鏡28的折反射表面和透鏡30的折光表面還可以合并成如圖6所示的單個透鏡元件38。透鏡38一般是平面形的，并且具有一會聚的折反射表面40和一同樣也是會聚的折光表面42。選擇折光表面42凹槽的取向，可以抵銷折反射表面40的色散。在此單一系統(tǒng)中，必須滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ3)和Φ2＜asin(sin(Φ3/n))，其中n是形成透鏡38基片的材料的折射率。同樣地，也存在一組滿足這兩個條件的解，它們依賴于Φ2的值(Φ2影響透鏡的透射效率)。圖7以曲線圖示了根據該實施例設計的合格的單一透鏡。圖8示出了又一個單一透鏡38′，其中折光透鏡42是發(fā)散的。在該單一系統(tǒng)中，必須滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ3)和
Φ2＞asin(sin(Φ3/n))。
在上述每一個實施例中，色散的抵銷校正了顏色，不必再對OHP10進行顏色調整。對于那些較靠近光軸的光線，折反射透鏡28的效果要差得多(這是設計消除軸向色差的結果)。這是由于有一小部分光線被透鏡28的下表面折射，然后對透鏡28的脊32的壁上作內反射。由于折反射透鏡28的透射程度隨入射角的增大而提高，所以從臺面14中心至其邊緣的正常屏幕照明的減弱甚至將比具有同樣焦距和孔徑的純折射透鏡系統(tǒng)還要利害。然而，在實踐中，可允許發(fā)生某些色散，作為提高光透射的一種折衷。
雖然根據特殊應用可相當大地改變OHP10的具體尺寸和光學參數，但以下列近似值舉例。對于一具有A4規(guī)格的OHP(臺面約為285毫米×285毫米)，變焦透鏡(焦距變化范圍為280毫米至315毫米)位于臺面14上方36厘米處。焦距為372毫米的折光菲涅耳透鏡30和焦距為89毫米的折反射透鏡28位于玻璃書寫板26的正下方。每個透鏡都模壓在一厚度為2毫米的聚丙烯塑料片(折射率為1.492)中，并且凹槽頻率在每毫米2至16個凹槽之間。選擇上部元件和下部元件凹槽頻率的比值，盡可能減弱兩凹槽結構間的莫阿圖樣(Moire pattern)干涉。典型的凹槽頻率的比為4.74∶1。將兩個透鏡固定在一起并且沿它們的周邊密封，透鏡28的上(平的)表面和透鏡30脊32之間留有0至1毫米的空隙。燈15(EVD型的400瓦、36伏的白織燈)位于透鏡28之下89毫米處。焦距在250毫米和500毫米之間的平凸聚光透鏡34位于燈15上方11毫米處，具有二向色冷反射鏡涂層的球面后反出鏡36的頂點位于燈15的下方25毫米處。該例OHP底座的有效高度約為13厘米，成為一個很易攜帶的儀器，尤其當把投影頭向下折疊時。
盡管參照幾個特殊的實施例已經說明了本發(fā)明，但該說明不能在局限的意義上來理解。參照本發(fā)明的說明，對已揭示的實施例的各種修改以及本發(fā)明的其他實施例對于本領域的熟練技術人員將是顯而易見的。因此，可以料想不脫離后附權利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍，進行這些修改。
權利要求
1.一種消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，包括一折反射透鏡，它具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個棱柱形脊和凹槽，所述折反射透鏡具有色散，會引起色差；和一折光透鏡，它具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個棱柱形脊和凹槽并且位于所述折反射透鏡之所述平的上表面的附近，所述折光透鏡所具有的色散一般與所述折反射透鏡的相反，從而可以基本消除所述色差。
2.如權利要求1所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述折反射透鏡是會聚的，并具有負的色散；以及所述折光透鏡是會聚的，并具有正的色散。
3.如權利要求1所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述折反射透鏡是會聚的，并具有正的色散；以及所述折光透鏡是發(fā)散的，并具有負的色散。
4.如權利要求1所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述折反射透鏡和所述折光透鏡具有大致相等的折射率。
5.如權利要求1所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述折反射透鏡的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心；所述折光透鏡的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心；并且所述折反射和折光透鏡如此取向，使所述折光透鏡的有效中心覆蓋在所述折反射透鏡的所述有效中心上。
6.一種利用權利要求1所述透鏡系統(tǒng)的越頂投影儀，其特征在于，所述越頂投影儀包括一底座，具有一臺面；一投影頭，安裝在所述底座上，靠近所述臺面；一光源，位于所述底座中；用于把光從所述光源射向所述臺面的裝置；以及用于把光從所述臺面會聚至所述投影頭的透鏡裝置，所述聚光的透鏡裝置包括權利要求1的透鏡系統(tǒng)。
7.如權利要求2所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ2)和Φ2＜Φ3，其中F1是所述折反射透鏡的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射透鏡所述下表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射透鏡的所述平的上表面和所述折光透鏡的所述下表面之間的內角，而Φ3是所述光線由所述折光透鏡的所述平的上表面出射的出射角。
8.如權利要求3所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ2)和Φ2＞Φ3，其中F1是所述折反射透鏡的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射透鏡所述下表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射透鏡的所述平的上表面和所述折光透鏡的所述下表面之間的內角，而Φ3是所述光線由所述折光透鏡的所述平的上表面出射的出射角。
9.如權利要求4所述的消色差透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述折反射透鏡和所述折光透鏡由一種聚合的熱塑材料構成，折射率至少約為1.4。
10.一種消色差的單一透鏡，其特征在于，包括一個一般為平面型的基片，具有第一和第二表面；所述第一表面具有多個棱柱形脊和凹槽，形成一折反射表面，所述折反射表面的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心，并且所述折反射表面具有色散；所述第二表面具有多個棱柱形脊和凹槽，形成一折光表面，所述折光表面的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心，并且所述折光表面的所述脊和凹槽這樣取向，以基本上消除所述折反射表面的所述色散；并且所述折光透鏡的所述有效中心與所述折反射透鏡的所述有效中心重合。
11.如權利要求10所述的消色差的單一透鏡，其特征在于，所述折反射表面是會聚的；所述折光表面是會聚的；并且滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ3)和Φ2＜asin(sin(Φ3/n))其中F1是所述折反射表面的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射表面和所述折光表面之間的內角，Φ3是所述光線由所述折光表面出射的出射角，而n是基片的折射率。
12.如權利要求10所述的消色差的單一透鏡，其特征在于，所述折反射表面是會聚的；所述折光表面是發(fā)散的；并且滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ3)和Φ2＞asin(sin(Φ3/n))其中F1是所述折反射表面的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射表面和所述折光表面之間的內角，Φ3是所述光線由所述折光表面出射的出射角，而n是基片的折射率。
13.一種利用權利要求10所述消色差單一透鏡的越頂投影儀，其特征在于，所述越頂投影儀包括一底座，具有一臺面；一投影頭，安裝在所述底座上，靠近所述臺面；一光源，位于所述底座中；用于把光從所述光源射向所述臺面的裝置；以及用于把光從所述臺面會聚至所述投影頭的透鏡裝置，所述聚光的透鏡裝置包括權利要求10的消色差單一透鏡。
14.一種越頂投影儀，其特征在于，包括一底座，具有一臺面；一投影頭，安裝在所述底座上，靠近所述臺面；一光源，位于所述底座中；用于把光從所述光源射向所述臺面的裝置；以及一聚光透鏡系統(tǒng)，它位于所述臺面，所述聚光透鏡系統(tǒng)包括一折反射菲涅耳透鏡，它具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個棱柱形脊和凹槽，所述折反射透鏡具有色散，會引起色差，和一折光菲涅耳透鏡，它具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個棱柱形脊和凹槽并且位于所述折反射透鏡之所述平的上表面的附近，所述折光透鏡所具有的色散一般與所述折反射透鏡的相反，從而可以基本上消除所述色差。
15.如權利要求14所述的越頂投影儀，其特征在于，所述折反射透鏡是會聚的，并具有負的色散；所述折光透鏡是會聚的，并具有正的色散；并且滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ2)和Φ2＜Φ3，其中F1是所述折反射透鏡的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射透鏡所述下表面的入射角，Φ2是光線在所述折反射透鏡的所述平的上表面和所述折光透鏡的所述下表面之間的內角，而Φ3是光線由所述折光透鏡的所述平的上表面出射的出射角。
16.如權利要求14所述的越頂投影儀，其特征在于，所述折反射透鏡是會聚的，并具有正的色散；所述折光透鏡是發(fā)散的，并具有負的色散；并且滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ2)和Φ2＞Φ3，其中F1是所述折反射透鏡的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射透鏡所述下表面的入射角，Φ2是光線在所述折反射透鏡的所述平的上表面和所述折光透鏡的所述下表面之間的內角，而Φ3是光線由所述折光透鏡的所述平的上表面出射的出射角。
17.如權利要求14所述的越頂投影儀，其特征在于，所述折反射透鏡的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心；所述折光透鏡的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心；并且所述折反射和折光透鏡這樣取向，使所述折光透鏡的有效中心覆蓋在所述折反射透鏡的所述有效中心上。
18.一種越頂投影儀，其特征在于，包括一底座，具有一臺面；一投影頭，安裝在所述底座上，靠近所述臺面；一光源，位于所述底座中；用于把光從所述光源射向所述臺面的裝置；以及一消色差單一透鏡，位于所述臺面，所述單一透鏡包括一個一般為平面型的基片，具有第一和第二表面；所述第一表面具有多個棱柱形脊和凹槽，形成一折反射表面，所述折反射表面的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心，并且所述折反射表面具有色散，所述第二表面具有多個棱柱形脊和凹槽，形成一折光表面，所述折光表面的所述脊和凹槽一般為圓形，確定了一個有效中心，并且所述折光表面的所述脊和凹槽這樣取向，以基本上消除所述折反射表面的所述色散，并且所述折光透鏡的所述有效中心與所述折反射透鏡的所述有效中心重合。
19.如權利要求18所述的越頂投影儀，其特征在于，所述折反射表面是會聚的；所述折光表面是會聚的；并且滿足下列條件F1＜(Φ1-Φ3)和Φ2＜asin(sin(Φ3/n))其中F1是所述折反射表面的折射槽角，Φ1是光線入射所述折反射至表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射表面和所述折光表面之間的內角，Φ3是所述光線由所述折光表面出射的出射角，而n是基片的折射率。
20.如權利要求18所述的越頂投影儀，其特征在于，所述折反射表面是會聚的；所述折光表面是發(fā)散的；并且滿足下列條件F1＞(Φ1-Φ3)和Φ2＞asin(sin(Φ3/n))其中F1是所述折反射表面的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射表面的入射角，Φ2是所述光線在所述折反射表面和所述折光表面之間的內角，Φ3是所述光線由所述折光表面出射的出射角，而n是基片的折射率。
21.一種越頂投影儀，其特征在于，包括一底座，具有一臺面；一投影頭，安裝在所述底座上，靠近所述臺面；一光源，位于所述底座中；一聚光透鏡，位于所述光源的附近，在所述光源和所述臺面之間；一后反光鏡，位于所述光源附近，在所述聚光透鏡的對面；和一聚光透鏡系統(tǒng)，位于所述臺面處，所述聚光透鏡系統(tǒng)包括一會聚的折反射菲涅耳透鏡，它具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個一般為圓形的棱柱形脊和凹槽，確定義了一個有效中心，所述折反射透鏡具有負的色散，和一會聚的折光菲涅耳透鏡，它一般平行于所述折反射透鏡，具有一平的上表面和一下表面，所述下表面具有多個棱柱形脊和凹槽，確定了一個有效中心，并且位于所述折反射透鏡之所述平的上表面的附近，從而所述折光透鏡的所述有效中心覆蓋在所述折反射透鏡的所述有效中心上，所述折光透鏡具有正的色散，所述折反射和折光透鏡由一種聚合的熱塑物質構成，折射率至少約為1.4，并且符合條件F1＜(Φ1-Φ2)和Φ2＜Φ3，其中F1是所述折反射透鏡的折射槽角，Φ1是光線入射至所述折反射透鏡所述下表面的入射角，Φ2是光線在所述折反射透鏡的所述平的上表面和所述折光透鏡的所述下表面之間的內角，而Φ3是光線由所述折光透鏡的所述平的上表面出射的出射角。
全文摘要
一種外形低的透射式越頂投影儀(OHP)，它使用一種新的聚光透鏡系統(tǒng)，具有一反射菲涅耳透鏡和一折光菲涅耳透鏡。每個透鏡都有色差，但選擇某一透鏡的色散，以抵銷另一透鏡的色散。兩透鏡色散的相互抵銷事實上消除了透鏡系統(tǒng)軸向色差。該透鏡系統(tǒng)提供了一種強光會聚系統(tǒng)，可使以大的入射角入射至透鏡的光準直、發(fā)散和聚集。該特性尤其適用于外形低的OHP，因為它的光源非常接近臺面的正下方。
文檔編號G02B3/08GK1126521SQ94192596
公開日1996年7月10日 申請日期1994年5月26日 優(yōu)先權日1993年6月29日
發(fā)明者丹尼斯·F·范德維夫 申請人:美國3M公司