專利名稱：與象素化屏一起使用的混合投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影鏡頭，說(shuō)得詳細(xì)些，本發(fā)明涉及尤其能用于形成由象素構(gòu)成的物體(例如，LCD)的象的投影鏡頭。說(shuō)得更詳細(xì)些，本發(fā)明涉及混合投影鏡頭(即，使用玻璃和塑料鏡頭元件的鏡頭)以及使投影鏡頭的制造成本減至最小的對(duì)這些鏡頭元件元件的安排。
背景技術(shù)：
使用投影鏡頭系統(tǒng)(這里也把它稱作“投影系統(tǒng)”)以在觀看屏幕上形成物體的象。這些系統(tǒng)可以是前投影(front projection)或背投影(rear projection)型的，取決于觀看者和物體在屏幕的相同側(cè)(前投影)還是在屏幕的相對(duì)側(cè)(背投影)。
與象素化屏一起使用的投影鏡頭系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示于圖3，在該圖中，10是光源(例如，鎢-鹵素?zé)?，12表示形成光源的象(下面稱為照明系統(tǒng)的“輸出”)的光學(xué)裝置，14是要被投影的物體(象素化屏)(例如，接通和斷開(kāi)象素的LCD矩陣)，而13是投影鏡頭，它由多個(gè)鏡頭元件構(gòu)成，它在觀看屏幕16上形成物體14的放大的象。系統(tǒng)也可以包括在象素化屏附近的向場(chǎng)透鏡(field lens)，例如，F(xiàn)resnel透鏡，以合適地放置照明系統(tǒng)的出射光瞳。
對(duì)于前投影系統(tǒng)，觀看者將在圖3中的屏幕16的左側(cè)，而對(duì)于背投影系統(tǒng)，觀看者將在屏幕的右側(cè)。對(duì)于要裝在單個(gè)外殼內(nèi)的背投影系統(tǒng)而言，時(shí)常使用反光鏡以彎折光路并由此減小系統(tǒng)總尺寸。
在其中的物體是象素化屏的投影鏡頭系統(tǒng)可在許多應(yīng)用(包括數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng))中使用。這些投影鏡頭最好使用單個(gè)投影鏡頭，它對(duì)例如具有紅、綠和藍(lán)色象素的單個(gè)屏成象。在某些情形(例如，大幅圖象背投影系統(tǒng))中，使用多個(gè)屏和多個(gè)投影鏡頭，其中，每個(gè)屏/投影鏡頭組合產(chǎn)生總圖象的一部分。
在本領(lǐng)域技術(shù)中，需要與象素化屏一起使用的投影鏡頭，它們同時(shí)至少具有下面的性質(zhì)(1)高水平的顏色校正；
(2)低畸變；以及(3)便于制造和組裝鏡頭的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于某些應(yīng)用，希望具有上述性質(zhì)的投影鏡頭也具有下述性質(zhì)(4)在寬的放大(共軛)范圍內(nèi)工作(聚焦)的能力，同時(shí)保持至照明系統(tǒng)輸出端的有效能的耦合和高水平的象差校正(下面稱之為“鏡頭的聚焦范圍”)。
由于色差在象素化屏中作為象素模糊而很容易看到，或者在極端情形下，從圖象中完全丟失象素，因此高水平的顏色校正很重要。在視場(chǎng)的邊緣這些問(wèn)題一般最為嚴(yán)重。
系統(tǒng)的所有的色差必需加以處理，其中典型地以橫色象差(lateral color)、彗差的顏色改變和象散的色差最為復(fù)雜。橫色象差(即，放大率隨顏色的改變)是特別麻煩的，因?yàn)樗鼘⑵浔旧肀憩F(xiàn)為對(duì)比度降低，尤其是在視場(chǎng)的邊緣。在極端情形中，能夠在整個(gè)視場(chǎng)的區(qū)域看到彩虹效應(yīng)。
在使用陰極射線管(CRT)的投影系統(tǒng)中，可以例如通過(guò)相對(duì)于在藍(lán)色CRT上產(chǎn)生的圖象減小在紅色CRT的屏上產(chǎn)生的圖象的尺寸，用電子學(xué)的辦法補(bǔ)償少量的(剩余)橫色象差。然而，對(duì)于象素化屏，不能完成這種調(diào)節(jié)，因?yàn)閳D象是數(shù)字化的，因此不可能跨過(guò)整個(gè)視場(chǎng)平滑地調(diào)節(jié)尺寸。因此需要對(duì)投影鏡頭作更高級(jí)的橫色象差校正。
使用象素化屏來(lái)顯示數(shù)據(jù)導(dǎo)致要求嚴(yán)格校正畸變。由于當(dāng)觀看數(shù)據(jù)時(shí)即使在鏡頭視場(chǎng)的極端點(diǎn)處也需要良好的圖象品質(zhì)，因此要這樣做。如將要明白的，一個(gè)被顯示的數(shù)字或字母的不畸變圖象在視場(chǎng)邊緣處與在中心處同樣重要。此外，投影鏡頭時(shí)常與偏置的屏一起使用，要設(shè)計(jì)用于這種情形的鏡頭例子。在這種情形中，在觀看屏幕處的畸變關(guān)于穿過(guò)屏幕中心的水平線不是對(duì)稱地變化，而是例如從屏幕的底部至頂部單調(diào)地增加。這種效應(yīng)使得即使少量的畸變也容易被觀看者看出。
當(dāng)把WINDOWS類型的計(jì)算機(jī)界面的放大圖象投影在觀看屏幕上時(shí)，小的畸變和高水平的顏色校正特別重要。這些界面連同它們的平行線、加邊的命令和對(duì)話框以及復(fù)雜的顯色實(shí)質(zhì)上是用于畸變和顏色的測(cè)試圖案。用戶在這些界面的圖象中甚至連很小的畸變或色差也能覺(jué)察出來(lái)并且對(duì)此感到討厭。
上面的性質(zhì)(3)，即，從后勤和成本的觀點(diǎn)來(lái)看，希望有一種有助于制造和組裝的結(jié)構(gòu)。
在本領(lǐng)域中，公知使用玻璃和塑料鏡頭元件的投影鏡頭。然而，以前未曾把玻璃和塑料元件分開(kāi)為單獨(dú)的單元。結(jié)果，未曾可能通過(guò)分開(kāi)組裝一個(gè)全塑料的單元和一個(gè)或多個(gè)全玻璃的單元，然后把那些單元加以組合，以形成一個(gè)完工的投影鏡頭來(lái)組裝投影鏡頭。這種“不能”增加了投影鏡頭的成本，因?yàn)樯a(chǎn)塑料鏡頭元件所需的制造過(guò)程和設(shè)備不同于對(duì)于玻璃鏡頭元件所需的那些制造過(guò)程和設(shè)備。
在本領(lǐng)域中也公知使用非球面的投影鏡頭。然而，在本領(lǐng)域中以前未曾揭示這樣的投影鏡頭，在該投影鏡頭中，非球面只使用在一個(gè)鏡頭單元中，而投影鏡頭的其余部分沒(méi)有非球面。說(shuō)得詳細(xì)些，現(xiàn)有的投影鏡頭曾在投影鏡頭的象端和物端都采用非球面，而不是僅在象端采用非球面。按照本發(fā)明，已經(jīng)確定，即使只在鏡頭的象端使用非球面，也能獲得高水平的象差校正。
這一發(fā)現(xiàn)連同把鏡頭分為全玻璃的單元和全塑料的單元進(jìn)一步促進(jìn)投影鏡頭的低成本生產(chǎn)，因?yàn)樗试S采用一個(gè)全塑料的包含非球面的象側(cè)鏡頭單元，而投影鏡頭的其余部分由不包含非球面的玻璃鏡頭元件構(gòu)成。如本領(lǐng)域中公知的，由于塑料容易模制，因此在塑料鏡頭元件上形成非球面要比在玻璃鏡頭元件上形成非球面容易。
很希望有可選的性質(zhì)(4)(即，在很寬的放大率(很大的焦距)的范圍內(nèi)有效地工作)；因?yàn)樗试S投影鏡頭可以使用于不同尺寸的屏幕以及不同大小的大廳，而無(wú)需改變系統(tǒng)的任何元件。只需改變物和象共軛，而這通過(guò)相對(duì)于象素化屏移動(dòng)鏡頭是很容易做到的。當(dāng)然，要解決的問(wèn)題是提供至照明系統(tǒng)輸出的有效耦合，以及在整個(gè)放大率的工作范圍內(nèi)的高水平的象差校正。
下述投影鏡頭達(dá)到了所有上述要求，因而能夠成功地用于生產(chǎn)成本較低的投影鏡頭系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠在觀看屏幕上形成象素化屏的高品質(zhì)的彩色圖像?，F(xiàn)有技術(shù)的描述在各個(gè)專利中描述了與象素化屏一起使用的投影鏡頭，其中包括Taylor的第4,189,211號(hào)美國(guó)專利；Tanaka等人的第5,042,929號(hào)美國(guó)專利；Yano等人的第5,179,473號(hào)美國(guó)專利；Moskovich的第5,200,861號(hào)美國(guó)專利；Moshovich的第5,218,480號(hào)美國(guó)專利；Moskovich的第5,625,495號(hào)美國(guó)專利；Iizuka等人的第5,278,698號(hào)美國(guó)專利；Betenshy的第5,313,330號(hào)美國(guó)專利；以及Yano的第5,331,462號(hào)美國(guó)專利。
LCD系統(tǒng)的討論能夠在Gagnon等人的第4,425,028號(hào)美國(guó)專利；Gagnon的第4,461,542號(hào)美國(guó)專利；Ledebuhr的第4,826,311號(hào)美國(guó)專利；和第311,116號(hào)EPO專利公報(bào)中找到。
發(fā)明概述由于上述原因，因此，本發(fā)明的目的是提供與象素化屏一起使用的投影鏡頭，它能同時(shí)具有上述的性質(zhì)(1)至(3)，并且最好還具有性質(zhì)(4)。通過(guò)這樣一種投影鏡頭可以達(dá)到上述目的，按照從象端至物端的次序，這種鏡頭由下述單元組成(a)第一鏡頭單元，它由塑料做成；(b)第二鏡頭單元，它與第一鏡頭單元以空氣隔開(kāi)，并且由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成；(c)第三鏡頭單元，它與第二鏡頭單元以空氣隔開(kāi)，并且由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成；其中，第二和第三鏡頭單元具有球面。
在它們的較佳實(shí)施例中，本發(fā)明的投影鏡頭具有下述特征中的一些特征，最好是具有下述全部特征(1)第一鏡頭單元至少包括一個(gè)非球面；(2)第一鏡頭單元由單個(gè)鏡頭元件構(gòu)成；和/或(3)第一鏡頭單元的最大凈孔徑比第二和第三鏡頭單元的最大凈孔徑都要大。
最好把照明系統(tǒng)的輸出的位置作為投影鏡頭的偽小孔光闌/入射光瞳(參見(jiàn)Betensky的第5,313,330號(hào)美國(guó)專利，該文獻(xiàn)的有關(guān)部分通過(guò)參照引用于此)來(lái)設(shè)計(jì)本發(fā)明的投影鏡頭。用這種方法，可以得到照明系統(tǒng)和投影鏡頭之間的有效耦合。
按照這些實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種投影鏡頭系統(tǒng)，它形成物體的象并且包括(a)照明系統(tǒng)，它包括光源和照明光學(xué)元件，照明光學(xué)元件形成光源的象，所述象是照明系統(tǒng)的輸出；
(b)象素化屏，它構(gòu)成物體；以及(c)上述類型的投影鏡頭，所述投影鏡頭具有入射光瞳，其位置大體上與照明系統(tǒng)的輸出的位置相對(duì)應(yīng)。
由于其性能，本發(fā)明的投影鏡頭的較佳的圖象品質(zhì)的水平包括小于1％的畸變(更好的小于0.5％)；在從470納米到630納米的范圍內(nèi)，橫向色模糊小于半個(gè)象素，而在從470納米至630納米的范圍內(nèi)，軸向色模糊小于兩個(gè)象素。這些對(duì)于顏色校正的性能水平能夠用于物或象，當(dāng)把此標(biāo)準(zhǔn)用于象時(shí)，使用經(jīng)放大的象素。對(duì)于軸向模糊的性能水平不如橫向色模糊的性能水平那樣嚴(yán)格，這時(shí)因?yàn)檩S向色模糊呈現(xiàn)其本身為對(duì)稱暈圈(halo)，它一般不象橫色象差那樣容易被使用者檢測(cè)出來(lái)。
附圖概述

圖1-2是按照本發(fā)明構(gòu)造的投影鏡頭的側(cè)視示意圖。
圖3是示出總的投影鏡頭系統(tǒng)的示意圖，在該系統(tǒng)中，使用了本發(fā)明的投影鏡頭。
上述附圖(它們被包括在說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成其一部分)描繪了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，它與描述一起，用于解釋本發(fā)明的原理。當(dāng)然，應(yīng)該明白，附圖和描述兩者都只是說(shuō)明性的而不限制本發(fā)明。
較佳實(shí)施例的描述本發(fā)明的投影鏡頭具有塑料第一鏡頭單元、玻璃第二鏡頭單元和玻璃第三鏡頭單元的一般形式，塑料第一鏡頭單元即包括一個(gè)或多個(gè)塑料鏡頭元件的第一鏡頭單元，玻璃第二鏡頭單元即包括一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件的第二鏡頭單元，玻璃第三鏡頭單元即包括一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件的第三鏡頭單元，其中，第二和第三鏡頭單元的鏡頭元件只具有球面。
第一鏡頭單元至少包括一個(gè)非球面，并且最好包括多個(gè)用于象差校正的非球面，象差校正包括對(duì)球差、象散、彗差和畸變的校正。
如上所述，對(duì)于與象素化屏一起使用的鏡頭系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，畸變校正特別重要。對(duì)于本發(fā)明的鏡頭系統(tǒng)，畸變校正以優(yōu)于約1％為佳，而優(yōu)于0.5％更好。對(duì)于具有這一特征的鏡頭系統(tǒng)，應(yīng)在整個(gè)鏡頭聚焦范圍內(nèi)保持這種畸變校正的水平。按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只在其第一鏡頭單元中具有非球面的投影鏡頭能夠獲得這些高水平的畸變校正。
為了顏色校正的目的，投影鏡頭一般將包括一個(gè)負(fù)鏡頭元件和至少一個(gè)正鏡頭元件，負(fù)鏡頭元件由高色散材料做成，而正鏡頭元件由低色散材料做成。高色散和低色散材料可以是玻璃或塑料。
一般地說(shuō)，高色散材料是一種具有如燧石玻璃的色散那樣的材料，而低色散材料是一種具有如冕牌玻璃的色散那樣的材料。說(shuō)得更詳細(xì)些，高色散材料是折射率范圍為1.85至1.5，V值范圍為20至50的材料，而低色散材料是折射率范圍相同而V值范圍為35至75的材料。
對(duì)于塑料鏡頭，高色散和低色散材料可以分別是苯乙烯和丙烯酸。當(dāng)然，如有需要，亦可使用其他塑料。例如，替代苯乙烯，可以使用聚碳酸酯和具有類似燧石玻璃的色散的聚苯乙烯和丙烯酸的共聚物(例如，NAS)。參見(jiàn)《塑料光學(xué)元件手冊(cè)》，俄亥俄州，辛辛那提，U.S.Precision Lens，Inc.，1983年，第17-29頁(yè)。
可以用這種方法完成本發(fā)明的投影鏡頭的聚焦。較佳的方法是使整個(gè)鏡頭相對(duì)于象素屏移動(dòng)，再改變鏡頭之間的至少一個(gè)內(nèi)部間距。除了聚焦之外，投影鏡頭亦能具有變焦能力，如下面的例子所示。在聚焦和/或變焦期間，可以使用本領(lǐng)域中公知的傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)來(lái)移動(dòng)鏡頭及其元件。
圖1和2描繪了按照本發(fā)明構(gòu)造的投影鏡頭。相應(yīng)的說(shuō)明和光學(xué)性質(zhì)分別在表1和2中給出。在鏡頭系統(tǒng)中使用HOYA或SCHOTT牌號(hào)的玻璃。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以使用由其他制造商制造的等效的玻璃。對(duì)于塑料元件使用工業(yè)可接受的材料。在例2中的鏡頭使用FCD1玻璃，使用該材料使得做成的鏡頭比例1的鏡頭的色差小些。
在表1和2中列出的非球面系數(shù)用于下述式子z=cy21+[1-(1+k)c2y2]1/2+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12+Iy14]]>這里z是在距離y處從系統(tǒng)的光軸算起的表面弛垂度(sag)，c是光軸處的鏡頭的曲率，而k是圓錐常數(shù)，除非在表1和2的說(shuō)明中指出，k為零。
在表中使用的縮略語(yǔ)如下EFL 等效焦距FVD 前頂距離f/f數(shù)ENP 從長(zhǎng)共軛點(diǎn)看的入射光瞳BRL 鏡筒長(zhǎng)度OBJ HT物高M(jìn)AG 放大率STOP 小孔光闌的位置和尺寸IMD 象距OBD 物距OVL 總長(zhǎng)與表中各個(gè)表面相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記“a”代表非球面，即，它是這樣一個(gè)表面，對(duì)它而言，上述式子中的D、E、F、G、H或I中的至少一個(gè)不為零；而標(biāo)記“c”指出這樣一個(gè)表面，對(duì)它而言，上述式子中的k不為零。在表中給出的所有尺寸都以毫米為單位。
在構(gòu)造這些表時(shí)，假設(shè)在圖中光線是從向右行進(jìn)的。在實(shí)踐中，觀看屏幕將在左側(cè)，而象素屏將在右側(cè)，而光線將從右向左行進(jìn)。說(shuō)得詳細(xì)些，交換在表中至物和象的參考點(diǎn)(reference)與在說(shuō)明書(shū)的其余部分和權(quán)利要求書(shū)中所用的參考點(diǎn)。在圖中用標(biāo)記“PP”示出象素化屏。
在表3中說(shuō)明了表1和2的鏡頭的各個(gè)元件和表面與上述“第一鏡頭單元”、“第二鏡頭單元”和“第三鏡頭單元”術(shù)語(yǔ)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。說(shuō)得詳細(xì)些，在此表中，U1第一鏡頭單元，U2是第二鏡頭單元，而U3是第三鏡頭單元。
如上面所討論的，設(shè)計(jì)圖1和2的投影鏡頭時(shí)用了Betensky的第5,313,330號(hào)美國(guó)專利的偽小孔光闌/入射光瞳技術(shù)。按照該方法，使用照明系統(tǒng)以確定投影鏡頭的入射光瞳，對(duì)于所有的鏡頭焦距和共軛，把入射光瞳置于相對(duì)于象素化屏的恒定位置處。用大體上平行的光線(大體上遠(yuǎn)心的光線)確定此光瞳的位置，該光線從照明系統(tǒng)穿過(guò)象素化屏。
在表1和2中的標(biāo)有“小孔光闌”的表面構(gòu)成了上述Betensky專利的偽小孔光闌。其位置相應(yīng)于照明系統(tǒng)的輸出的位置。如可從標(biāo)有“可變間距”的子表中看到的那樣，從偽小孔光闌至象素化屏的距離對(duì)于圖1和2的投影鏡頭系統(tǒng)的所有放大率而言大體上恒定(見(jiàn)標(biāo)有“象距”的一列)。相應(yīng)于位于間距內(nèi)的照明輸出(間距由鏡頭的前、后鏡頭表面確定)，對(duì)于所示的放大率，確定相對(duì)于投影鏡頭背面的小孔光闌的位置的可變間距對(duì)于表1和2而言是負(fù)的。應(yīng)該注意，雖然偽小孔光闌方法較佳，但在本發(fā)明的鏡頭設(shè)計(jì)中不一定要使用它。相反，可以使用傳統(tǒng)的小孔光闌設(shè)計(jì)鏡頭。
如上面所討論的，例1和2的投影鏡頭具有聚焦和變焦能力。包括了變焦能力就允許把象細(xì)調(diào)至例如完全填滿觀看屏幕。
雖然聚焦和變焦都包括放大率改變，但放大率改變卻是用基本上不同的方式得到的。于是，在聚焦時(shí)，當(dāng)象和物共軛改變時(shí)，鏡頭的焦距保持大致恒定，而放大率的改變是由于這些共軛的比例改變之故。另一方面，在變焦時(shí)，焦距改變而象和物共軛保持恒定，而放大率改變是焦距改變的結(jié)果。
表1和2中的位置1至5表示此差異，其中位置2、4和5表示鏡頭聚焦，而位置1、2和3表示變焦。應(yīng)該注意，這些例子中的鏡頭包括了這樣的裝置，它能適應(yīng)由變焦造成的鏡頭聚焦的改變。說(shuō)得詳細(xì)些，表1和2示出了在變焦時(shí)的共軛點(diǎn)的某些改變，它們得到這些聚焦校正。
表1和2的鏡頭每個(gè)都具有0.08的調(diào)焦范圍(focus range)(F)，其中調(diào)焦范圍由下式給出F＝max｜hO/hI｜-min｜hO/hI｜，其中，hO是物高，hI是經(jīng)放大的象高，而max｜hO/hI｜和min｜hO/hI｜分別是象/物放大率(縮小率)(它們是在保持所需的圖象品質(zhì)時(shí)能由投影鏡頭得到的)的最大值和最小值。說(shuō)得詳細(xì)些，這些表中的鏡頭在此調(diào)焦范圍內(nèi)保持上面說(shuō)明的較佳的圖象品質(zhì)。
對(duì)于表1，鏡頭還具有0.108的變焦范圍(Z)，而對(duì)于表2，此范圍為0.112，這里，變焦范圍由下式給出Z＝2*(max｜hI｜-min｜hI｜)/(max｜hI｜+min｜hI｜)，這里max｜hI｜和min｜hI｜分別是象高的最大值和最小值，它們是在調(diào)焦范圍中對(duì)｜hO/hI｜比值變焦的結(jié)果。
如在本領(lǐng)域中公知的，能夠把任何可變焦的鏡頭“推”出其希望的變焦范圍。當(dāng)然，這種“推”導(dǎo)致鏡頭性能變壞。然而，性能變壞一般不很急劇，并且一般不以同樣的程度影響所有的性能參數(shù)。因此，如這里使用的，變焦范圍Z是那個(gè)變焦范圍，對(duì)于它，如果范圍增大50％，則在這增加的范圍內(nèi)的至少某些點(diǎn)處，圖象品質(zhì)將下跌至所需的范圍之外和/或鏡頭元件的移動(dòng)將被鏡頭的物理結(jié)構(gòu)及其支承結(jié)構(gòu)所限制。在表1和2的鏡頭的情形下，限制的象差是畸變，即，如果將變焦范圍增加至0.162(對(duì)于表1)或至0.168(對(duì)于表2)，則畸變將超過(guò)1％。
總之，本發(fā)明的鏡頭能達(dá)到對(duì)于與象素化屏一起使用的投影鏡頭在上面列出的所有的所需性質(zhì)。
雖然已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的特殊的實(shí)施例，但應(yīng)知道，對(duì)于具有本領(lǐng)域一般技術(shù)的人而言，從上面的揭示得出不偏離本發(fā)明的范圍和精神的各種改變將是很顯然的。
表1編號(hào) 類型 半徑厚度玻璃 直徑1 a 117.889412.00000丙烯酸 175.002 ac49.7129 196.66640130.003 243.87009.00000 FD6 72.554 ∞ 間距172.405 -1257.8370 7.00000 NBFD10 71.926 276.8531間距271.947 224.452615.00000FC5 73.098 -95.99877.00000 F8 73.609 -156.4273 間距375.1710 223.896811.00000FC5 105.3811 ∞ 0.30000 105.9712 268.11029.00000 FD6 107.0413 147.08627.30000 105.9514 503.376516.50000FC5 106.0715 -175.6372 7.36000 107.4916 -105.1167 9.00000 FD6 107.5817 -149.8025 間距4114.5518 小孔光闌象距 115.29標(biāo)記a-多項(xiàng)式非球面c-圓錐截面圓錐表面編號(hào) 常數(shù)2 -6.0000E-01偶多項(xiàng)式非球面編號(hào) D E F G H I1 -3.0550E-072.9273E-11 -6.7828E-16 -4.5421E-195.1109E-23 -1.8247E-272 -2.4894E-071.5645E-11 -1.2814E-14 9.9261E-18 -2.5832E-21 1.9012E-25可變間距位置間距1間距2間距3間距4焦點(diǎn)偏移象距T(4) T(6) T(9) T(17)1 11.240 17.400 53.580 -269.580 -0.569 503.9442 11.240 10.270 60.756 -265.987 -0.402 503.9443 11.2403.000 67.976 -261.753 -0.100 503.9444 7.775 10.270 60.756 -257.944 -0.442 503.9445 12.771 10.270 60.756 -269.299 -0.415 503.944
表1(續(xù))系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置1OBJ.HT-3095.0 f/ 4.50 MAG -0.0335STOP 0.00在表面18后DIA 112.89EFL 142.786 FVD623.761 ENP 100.479IMD 503.994 BRL119.767OBD -4205.14 OVL4248.90系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置2OBJ.HT-2935.0f/ 4.50 MAG -0.0350STOP 0.00在表面18后 DIA 112.84EFL 148.995 FVD627.297 ENP 99.4580IMD 503.892 BRL123.405OBD -4202.03 OVL4829.32系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置3OBJ.HT-2780.0f/ 4.54 MAG-0.0367STOP0.00在表面18后DIA111.79EFL 155.789FVD631.591 ENP98.5263IMD 504.002BRL127.590OBD -4197.42 OVL4829.01系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置4OBJ.HT-1135.0f/ 4.60 MAG-0.0900STOP0.00在表面18后DIA110.39EFL 148.702FVD632.101 ENP99.3860IMD 504.119BRL127.983OBD -1597.88 OVL2229.98系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)， 位置5OBJ.HT-7300.0 f/ 4.50 MAG-0.0140STOP0.00在表面18后DIA112.88EFL 149.125FVD625.625 ENP99.5175IMD 504.001BRL121.623OBD -10596.5 OVL11222.2
表1(續(xù))元件一級(jí)性質(zhì)元件編號(hào) 表面編號(hào) 光焦度 f′1 12 -0.54099E-02 -184.852 34 0.33323E-02 300.103 56 -0.37065E-02 -269.794 78 0.71627E-02 139.615 89 -0.23062E-02 -433.616 10 11 0.21847E-02 457.737 12 13 -0.24108E-02 -414.808 14 15 0.37267E-02 268.339 16 17 -0.20979E-02 -476.68雙合透鏡的一階性質(zhì)元件編號(hào) 表面編號(hào) 光焦度 f′4 5 7 90.47870E-02 208.90
表2表面編號(hào) 類型 半徑 厚度 玻璃 凈孔徑直徑1 a 139.1783 12.00000丙烯酸 185.002 ac 51.2880 224.88409137.003 246.84819.00000 FD6 81.554 ∞ 間距1 81.375 ∞7.00000NBFD10 80.686 252.9223 間距2 80.357 273.0633 17.00000 FC5 80.948-114.44387.00000F2 81.229-179.9972 間距3 82.2110103.7400 22.00000 FC5 103.6411 -483.12170.30000102.9812 ∞9.00000NBFD11 102.0913102.34078.60000 98.6814199.2325 26.50000 FCD1 100.2815-95.26521.20000101.6116-90.26958.50000NBFD11 101.5517 -207.3439 間距4108.9718 小孔光闌象距 115.12標(biāo)記a-多項(xiàng)式非球面c-圓錐截面圓錐表面編號(hào) 常數(shù)2 -6.0000E-01偶多項(xiàng)式非球面表面編號(hào) D E F GHI1 -3.2280E-07 3.3804E-11 -6.7708E-16 -4.3472E-19 4.8435E-23 -1.5927E-272 -3.1725E-07 5.6735E-12 -1.3489E-14 1.0145E-17-2.6514E-21 2.0405E-25可變間距位置間距1 間距2間距3 間距4 焦點(diǎn)偏移 象距T(4) T(6) T(9) T(17)1 11.518 20.760 48.230-249.990 -0.573504.0352 11.518 11.522 57.514-245.654 -0.382504.0353 11.5183.000 65.983-241.090 -0.100504.0354 7.775 11.522 57.514-237.388 -0.392504.0355 13.252 11.522 57.514-249.113 -0.442504.035
表2(續(xù))系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置1OBJ.HT-3110.0f/4.50MAG-0.0333STOP0.00在表面 18后DIA112.95EFL 142.220FVD 687.538 ENP103.574IMD 504.035BRL 183.503OBD -4205.20 OVL 4292.73系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置2OBJ.HT -2935.0 f/4.50MAG-0.0350STOP0.00在表面18后 DIA112.89EFL 149.045 FVD 691.766 ENP102.743IMD 503.882 BRL 187.884OBD-4200.19 OVL 4891.95系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置3OBJ.HT-2782.0f/4.54MAG-0.0367STOP0.00在表面18后 DIA111.85EFL 155.824 FVD 696.383 ENP102.110IMD 503.988 BRL 192.395OBD -4195.98OVL 4892.36系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置4OBJ.HT-1135.0f/4.60MAG-0.0900STOP0.00在表面18后 DIA110.42EFL 148.714 FVD 696.417 ENP102.808IMD 504.011 BRL 192.406OBD -1594.60OVL 2291.02系統(tǒng)一級(jí)性質(zhì)，位置5OBJ.HT-7300.0f/4.50MAG-0.0140STOP0.00在表面18后 DIA112.95EFL 149.198 FVD 690.202 ENP102.752IMD 504.042 BRL 186.159OBD -10598.6OVL 11288.8
表2(續(xù))元件一級(jí)性質(zhì)元件編號(hào) 表面編號(hào) 光焦度 f′1 12 -0.58053E-02 -172.262 34 0.32921E-02303.763 56 -0.33184E-02 -301.354 78 0.59780E-02167.285 89 -0.19045E-02 -525.076 10 11 0.56570E-02176.777 12 13 -0.77185E-02 -129.568 14 15 0.75026E-02133.299 16 17 -0.47840E-02 -209.03雙合透鏡的一階性質(zhì)元件編號(hào)表面編號(hào)光焦度f(wàn)′45 79 0.40231E-02248.57表3例U1 U2 U31S1-S2 S3-S9 S10-S172S1-S2 S3-S9 S10-S1權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)物體成象的投影鏡頭，其特征在于，從所述鏡頭象端至其物端，所述鏡頭包括(a)第一鏡頭單元，它由塑料制成；(b)第二鏡頭單元，它與所述第一鏡頭單元以空氣相隔，并且由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成；以及(c)第三鏡頭單元，它與所述第二鏡頭單元以空氣相隔，并且由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成；其中，所述第二和第三鏡頭單元的所述鏡頭元件具有球面。
2.如權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述第一鏡頭單元至少包括一個(gè)非球面。
3.如權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述第一鏡頭單元由單個(gè)鏡頭元件組成。
4.如權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述第二鏡頭單元由多個(gè)玻璃鏡頭元件組成。
5.如權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述第三鏡頭單元由多個(gè)玻璃鏡頭元件組成。
6.如權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述第一鏡頭單元的最大凈孔徑比所述第二和第三鏡頭單元的最大凈孔徑都要大。
7.一種用于形成物體的象的投影鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括(A)照明系統(tǒng)，它包括光源和形成所述光源的象的照明光學(xué)元件，所述光源的象是所述照明系統(tǒng)的輸出；(B)構(gòu)成所述物體的象素化屏；以及(C)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的投影鏡頭。
8.如權(quán)利要求7所述的投影鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述投影鏡頭具有入射光瞳，其位置大體上相應(yīng)于所述照明系統(tǒng)的輸出的位置。
全文摘要
提供了與象素化屏(例如,LCD屏)一起使用的投影鏡頭。按從鏡頭的象至物的次序,所述鏡頭由第一鏡頭單元(U1)、第二鏡頭單元(U2)和第三鏡頭單元(U3)構(gòu)成,第一鏡頭單元由塑料制成,第二鏡頭單元與第一鏡頭單元以空氣相隔,并由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成,第三鏡頭單元與第二鏡頭單元以空氣相隔,并由一個(gè)或多個(gè)玻璃鏡頭元件組成。第一鏡頭單元(U1)最好至少具有一個(gè)非球面,而第二和第三鏡頭單元(U2、U3)的鏡頭元件具有球面。由于只在第一鏡頭單元中使用塑料,而只在第二和第三鏡頭單元中使用玻璃,以及把非球面限于第一鏡頭元件,因而有助于投影鏡頭的制造和組裝。
文檔編號(hào)G02B13/16GK1244926SQ98802070
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者梅爾文·H·克賴策, 雅各布·莫斯科維奇 申請(qǐng)人:美國(guó)精密鏡片股份有限公司