专利名称：：用于游戏和其他应用的投影透镜和便携式显示装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于游戏和其他应用的短投射距离便携式显示系统中的投影透镜。
背景技术：
：电子或视频显示系统是指能够呈现视频或电子图像的装置。无论是用于家庭娱乐、广告、视频会议或团体会议，都需要合适的显示装置。图像质量是消费者确定显示装置是否合适的因素之一。一般来讲，借助如图像分辨率和图像色彩之类的因素，能够定性地判定图像质量。而当某些消费者期望显示装置具有较大的画面尺寸时，图像质量会下降。通常，大图像尺寸是指沿屏幕对角线测得的屏幕尺寸超过约40英寸。虽然如今市场上的正向投影系统提供了许多显示装置，但是对开发其他装置仍然有持续的需求。
发明内容在本发明的一个实施例中，便携式投影装置包括外壳，柄部和光学引擎。光学引擎包括照明源、成像系统和广角投影透镜，该广角投影透镜包括(从输出侧依次为)具有负屈光力的第一透镜组，第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；以及具有正屈光力的第三透镜组。广角投影透镜满足下列的条件(1)至(4):|F,/F|》4.5条件(1)2.5《IF2/FI《6.0条件(2)3.8《IF3/FI《5.0条件(3)0.8《BFL/F《1.4条件C4)此处，F为广角投影透镜的焦距，F,为第一透镜组的焦距，F2为第二透镜组的焦距，F3为第三透镜组的焦距，BFL为后焦距。在一个示例性方面，有效焦距与像高之比为约0.5至1.0。在另一个示例性实施例中，第三透镜组包括用于广角投影透镜的孔径光阑、第一透镜元件和第二透镜元件，其中第二透镜元件的有效焦距为约30mm至约40mm。此外，第二透镜元件可包括面向孔径光阑的表面和背向孔径光阑的表面，其中面向孔径光阑的表面的曲率大于背向孔径光阑的表面的曲率。第二透镜元件可以是单一结构的透镜元件，例如双凸透镜或平凸透镜。在一个示例性方面，柄部为可调式柄部，可以(例如)为使用者提供改变投影仪倾斜度的能力。在另一个示例性方面，便携式投影装置包括一些用于接收/输出数字图像和声音信号的输入/输出。此外，便携式投影装置可包括位于外壳上的控制面板，用于调节图像和声音参数。控制面板也可以通过遥控装置访问。便携式投影装置可以把接收的数字图像投射到屏幕、墙壁或其他观看表面上。此外，便携式投影装置还包括一个或多个装于此处用来输出声音的扬声器。在一个示例性实施例中，便携式投影装置还包括被构造为接入手持数字图像/声音播放器(例如MPEG播放器)的扩展接口。使用者可以把他的(或她的)手持数字图像/声音播放器插入扩展接口，并且在屏幕、墙壁或其他观看表面上显示视频图像。在另一个示例性实施例中，便携式投影装置被构造为便携式游戏装置和投影仪，其中视频游戏系统被装入便携式投影仪外壳中。外壳还可包括和游戏系统连接的游戏卡/盘/盒插槽。还包括一个或多个用于操纵杆或其他游戏用户界面装置的输入口。便携式游戏装置和投影仪将视频游戏图像投射到屏幕、墙壁或其他观看表面上。在本发明的另一个实施例中，便携式投影装置包括外壳、柄部和光学引擎。光学引擎包括照明源、成像系统和广角投影透镜，该广角投影透镜包括(从输出侧依次为)具有负屈光力的第一透镜组，第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；以及具有正屈光力的第三透镜组。广角投影透镜满足下列的条件(1)至(4):1.3《IF!/FI《2.0条件(1)IF2/FI》4.0条件(2)3.8《|F3/F|《5.0条件(3)0.8《BFL/F《1.4条件(4)在示例性的方面，有效焦距与像高之比为约0.5至1.0。在另一个示例性实施例中，第三透镜组包括用于广角投影透镜的孔径光阑、第一透镜元件和第二透镜元件，其中第二透镜元件的有效焦距为约30mm至约40mm。第二透镜元件可包括面向孔径光阑的表面和背向孔径光阑的表面，其中面向孔径光阑的表面的曲率大于背向孔径光阑的表面的曲率。在本发明的另一个方面，便携式投影装置的光学引擎包括照明系统、成像系统和投影透镜，该透镜的后焦距小于有效焦距的约1.4倍，并且其感光度(speed)小于或等于约F/3.1或者更小。投影透镜以至少约50°的半视场角生成图像，基本上没有畸变。便携式投影装置的光学系统是投射距离短并且超偏轴的投影系统。术语"投射距离"是指从投影屏幕到投影透镜的由法线限定的距离。短语"短投射距离"是指小于一米的距离。术语"超偏轴"是指相对于投影图像的角大于45度。此外，投影装置所投影的图像基本上没有畸变。基本上没有畸变是指畸变不超过2%。在优选的方面，畸变小于或等于1%，最优选地小于或等于0.5%。在这些畸变值下，对至少大部分成像应用，不需要电子畸变校正。短语"基本为零屈光力"是指小于所有透镜组总透镜光学能力的3M。术语"4x3格式"和"16x9格式"是指常规的图像格式，是用像宽与像高之比测量的。在本文档中，应认为所有的数值均用术语"大约"修饰。本发明的以上
发明内容并非旨在描述本发明的每个图示实施例或每项具体实施。以下附图和具体实施方式更具体地说明这些实施例。图1为可用于本发明的示例性光学引擎的示意图。图2为可用于本发明的示例性投影光学器件的示意图。图3A-图3C示出使用示例性光学引擎的便携式投影装置的不同视图。图4示出使用示例性光学引擎的便携式投影装置的可供选择的方面。图5示出使用示例性光学引擎的便携式游戏和投影装置的可供选择的方面。这些图未按比例绘制，并且仅用于示例性目的。虽然本发明可以有多种修改形式以及替代形式，但其细节已在附图中以举例的方式示出并且将作详细描述。然而应当理解，本发明并不限于所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖附加权利要求所限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和可供选择的形式。具体实施例方式本发明涉及具有光学引擎的便携式投影系统，该光学引擎包括可在短投射距离生成图像的广角投影透镜。在示例性实施中，便携式投影系统可用于投影超偏轴的图像，例如来自视频游戏或其他娱乐系统的图像。在另一个示例性实施中，投影系统被构造为完全便携式游戏装置和投影仪，其中视频游戏系统与投影仪集成在便携式系统中。根据本发明的一个示例性实施例，图3A-图3C示出便携式投影系统100的不同视图。便携式投影装置可以将接收的数字图像(例如，4x3格式的图像或16x9格式的图像)投射到屏幕、墙壁或其他观看表面上。如图3A中的主视图所示，便携式投影系统100包括外壳102。优选的是，外壳102由轻量化但加固的材料构成，例如热塑性树脂(如聚碳酸酯)。包括照明源、成像系统和广角投影透镜111的光学引擎iio被设置在投影仪外壳102中。下面将结合图1、图2A和图2B对光学引擎和广角投影透镜的实施例进行更详细的描述。可提供透镜保护盖(未示出)，用于在不使用投影系统时覆盖广角投影透镜的外表面。便携式投影系统100还包括多个输入/输出口或插孔120，可用于将(例如)来自视频播放器(如，DVD播放器、盒式磁带录象机(VCR)、MPEG播放器、游戏系统或计算机)的声音/视频图像源和便携式投影系统100连接。输入/输出口或插孔120可被构造为接纳标准电子连接器(RCA插头、s-video、HDMI等)。便携式投影系统100还包括柄部130。在示例性的方面，柄部130为可调式柄部，例如，提供外壳两端附近的枢转能力。例如，柄部130可使投影仪便于运输，同时还可以在操作中为投影仪提供可调式支持结构。柄部的可调性可以为使用者提供使投影系统倾斜至适当角度的能力。如图3B中的后视图所示，便携式投影系统100还包括控制面板140，使得使用者可以访问控制菜单并调整投影图像的参数，例如图像尺寸、图像距离、图像倾斜度。在示例性的方面，控制面板140可以手动访问，也可通过使用遥控装置(未示出)访问。图3C更详细地示出便携式投影系统100的正向等轴测视图。如图所示，外壳102包括光学引擎110、照明源115和镇流器117。此外，外壳102还可包括扬声器145。在该示例性实施例中，扬声器145被设置在两端。作为另外一种选择，扬声器145可以设置在外壳102的其他位置。另外，为了在外部扬声器(未示出)上输出声音，外壳可以包括除扬声器145之外或代替扬声器的音频输出插孔。此外，冷却部件、电源和/或其他电子控制器件可设置在外壳102中。还可以提供电源线输入(未示出)。如图4所示，在可供选择的实施例中，便携式投影系统100'可包括扩展接口160，该扩展接口被构造为接纳手持数字图像/声音播放器162，例如MPEG播放器。使用者可以把他的(或她的)手持数字图像/声音播放器插入扩展接口，并且在屏幕、墙壁或其他观看表面上显示视频图像。在另一个可供选择的实施例中，如图5所示，便携式投影系统100"被构造为便携式游戏装置和投影仪，其中视频游戏系统170被装入便携式投影仪外壳102中。视频游戏系统可以是，例如，特别配置版本的X-BOX、GAMECUBE、PLAYSTATION或其他市售游戏系统。外壳还可以包括和游戏系统170的游戏卡/盘/盒插槽172连接，该游戏系统接纳游戏盘或卡或盒173(取决于具体游戏系统的格式)。还包括一个或多个用于操纵杆176或其他游戏用户界面装置的输入口174。此示例性实施例为完全集成的便携式视频游戏系统，该系统允许游戏者在几乎任何位置插上电源玩游戏，并且仅使用墙壁或其他观看表面显示投影图像。在上述实施例中，便携式投影系统可以当作个人游戏系统来操作，所述个人游戏系统可以在不需要电视、显示器或其他具体显示装置的情况下，为多个游戏者提供视频游戏的投影图像。正如下面更详细地描述的，光学引擎可以在短投射距离提供高质量的大尺寸图像。在优选的方面，便携式投影系统100、100'、100"包括光学引擎，例如下面结合图1、图2A和图2B进行的描述。作为另外一种选择，便携式投影系统100"可包括具有可供选择的投影透镜的光学引擎，如未决的美国专利公开No.2005/0157402-A1和No.2005/0122484-A1中所述，全文以引用方式并入本文。如上所述，本发明的示例性实施例中的便携式投影系统包括能够在短投射距离(约1米或更短)投影大尺寸(对角线大于(例如)30英寸)、高质量图像的光学引擎。图1示出示例性光学引擎60的示意图，该引擎具有一个或多个下列部件照明系统62或62'、成像系统64、聚焦机构65和投影光学器件66。虽然示出了两个不同的照明系统62和62'，但通常仅使用其中一个。当照明系统位于参考标号62标示的位置时，使用的成像器为反射成像器。相反，当照明系统位于用参考标号62'标示的位置时，使用的成像器为透射成像器。光学引擎可以在投影屏幕或观看表面68上生成图像。下面对光学引擎中的各个元件进行详细的讨论。照明系统62、62，可包括灯组件、滤光器(例如红外线抑制滤光器和/或紫外线抑制滤光器)、色分离装置和积分器。在一个示例性实施例中，灯组件包括反射器和灯。适用的市售灯包括(i)可得自飞利浦半导体公司(PhilipsSemiconductors)(荷兰埃因霍温)的PhilipsUHP型灯组件，其釆用的是椭圆反射器和(ii)可得自欧司朗有限股份公司(OSRAMGmBH)(德国慕尼黑)的OSRAMP-VIP250灯组件。其他适用的灯和灯组件结构也可用于本发明。例如，可以使用金属卤灯、囱铒灯或固态光源，例如发光二极管(LED)或激光。在一个例子中，对低成本组件，可以使用低功率(如，50瓦特到100瓦特)高压汞灯(可从(例如)欧司朗有限股份公司(Osram)和飞利浦公司等公司商购获得)。在可供选择的具体实施中，可以使用可从如欧司朗有限股份公司或流明公司(Lumileds)等公司商购获得的LED固态光源。可用于本发明实施例的滤光器、色轮和积分器的类型并不是关键的。在一个示例性实施例中，色分离装置为成像器光源中旋转的红/绿/蓝(RGBRGB)或红/绿/蓝/白(RGBW)的色序盘。示例性的市售色轮为UNAXISRGBW色轮，得自优利讯巴尔査斯有限公司(UNAXISBalzers，LTD)(列支敦士登巴尔查斯)。作为另外一种选择，可使用44mmRGBW色轮(40度WS)。液晶RGB色序快门同样可以用于本发明的实施例。示例性的市售积分器为可得自优利讯巴尔查斯有限公司的空心管型积分器。成像系统64可包括成像器，并且通常还可包括传统的电子器件。一种可用于本发明的有用的反射成像器为对角线尺寸约22mm的XGA数字微镜器件(DMD)，可得自德州仪器公司(TexasInstruments)(德克萨斯州达拉斯)。对成本较低的投影仪，可以使用可得自德州仪器公司(德克萨斯州达拉斯)的480p或SVGA型DLP装置。作为另外一种选择，透射式或反射式液晶显示器(LCD)或硅基液晶(LCOS)可以用作成像器。在示例性光学引擎实施例中，成像器的表面被布置为基本上平行于投影屏幕的表面。对一些具体实施，聚焦机构65可通过将一个或多个下述透镜装配在可滑动的或有螺纹的底座(未示出)上实现，所述底座可以通过手动或通过使用电子驱动机构来调节。例如，聚焦可以通过使用变焦或縮放透镜来实现。在大多数具体实施中，可以在任何表面(如，墙壁或其他结构，或标准显示屏)观看生成的图像。在一些具体实施中，专用的屏幕68可包括多层材料，例如，被构造为如美国专利No.6,179，426中所述的多个菲涅耳元件。图2A和图2B示出光学引擎60中投影光学器件(在本文中还被称作"投影透镜"或"广角投影透镜")的两个示例性实施例。图2A和图2B中的投影光学器件包括三个透镜组(根据输出侧或屏幕侧进行确定)第一透镜组(Gl)、第二透镜组(G2)和第三透镜组(G3)。术语"输出侧"是指投影透镜最靠近观看表面的一侧。下面对三个透镜组进行详细的描述。根据本文的具体实施方式，可以采用投影透镜66的替代构造，其包括透镜元件更少、相同或更多的替代构造，这对本领域的普通技术人员是显而易见的。在第一个实施例中，图2A中的示例性投影透镜在三个透镜组中包括总计八(8)个元件，按照输出侧编号。在该具体实施方式中，F为投影透镜的总焦距，F,为第一透镜组的焦距，F2为第二透镜组的焦距，并且F3为第三透镜组的焦距。第一透镜组(Gl)可包括(从屏幕侧依次为)具有负屈光力的第一透镜元件(Ll)和其第二表面为非球形表面的第二透镜元件(L2)。优选的是，Gl具有负屈光力。Gl中F"F之比可使得IF,/FI》4.5。在一个示例性实施例中，R/FI为约5.1。在优选的方面，包括Gl的透镜可以是大体上呈圆形。作为另外一种选择，包括Gl的透镜可以是具有矩形孔径的、长方形或椭圆形透镜，具有矩形孔径的、矩形透镜或具有矩形孔径的圆形透镜。第二透镜组(G2)可包括一个透镜元件(L3)。在该实施例中，G2具有负屈光力。G2中F2/F之比可使得2.5《|F2/F|《6。在一个示例性实施例中，|F2/F|为约4.2。在该示例性实施例中，孔径光阑位于第三透镜组(G3)中。第三透镜组(G3)可包括多个透镜元件，如，包括(L4)到(L8)。优选的是，G3具有正屈光力。G3中F3/F之比可使得3.8《F3/F《5.0。在一个示例性实施例中，|F3/F|为约4.6。在该示例性实施例中，最靠近照明输入的透镜L8可被视作"物镜"。在优选的方面，L8可以是单一结构的透镜，例如双凸透镜或平凸透镜，其有效焦距为约30mm至约40mm。在可供选择的方面，如果使用高折射材料(例如LaK34玻璃)来形成L8，L8其焦距可以短于30mm。在优选的方面，透镜元件L8的第一表面之曲率半径为约25mm。此外，L8可以几乎完全从投影透镜的孔径光阑中移除。在另一方面，L8面向孔径光阑的表面(如表面13)的曲率大于背向孔径光阑的表面(如表面14)的曲率。在另一方面，L8和L7之间的距离为约12mm至约17mm。这个间隔为折叠式反射镜提供空间，以便安装在光学引擎中，作为照明系统的一部分。在第二个实施例中，图2B中的示例性投影透镜在三个透镜组中包括总计八(8)个元件，按照输出侧编号。第一透镜组(Gl)可包括具有负屈光力的第一透镜元件(Ll)，其第二表面为非球形表面的第二透镜元件(L2)，以及第三透镜元件(L3)。优选的是，Gl具有负屈光力。G1中Fl/F之比可使得1.3《IF,/FI《2.0。在一个示例性实施例中，Fj为约-9.8mm至约-11.5mm。第二透镜组(G2)可包括一个透镜元件(L4)。该实施例中，G2具有正屈光力。G2中F2/F之比可使得iF2/FI》4.0。在一个示例性实施例中，F2为约27.5mm至约31mm。在该示例性实施例中，孔径光阑位于第二透镜组(G2)和第三透镜组(G3)之间。第三透镜组(G3)可包括多个透镜元件，如，包括(L5)至(L8)。优选的是，G3具有正屈光力。G3中F3/F之比可使得3.8《IF3/FI《5.0。在一个示例性实施例中，F3为约26.8mm至约30.3mm。在该示例性实施例中，整个透镜的有效焦距为约6.4mm至约6.7mm。在图2A和图2B所示实施例的更多细节中，第一透镜组Gl包括多个透镜元件。例如，位于最靠近观看表面或屏幕处的第一透镜元件(Ll)可具有三个透镜组的所有透镜中最大的直径。在一个示例性实施例中，第一透镜组中的第一透镜元件Ll具有足够大的直径，可在基本上没有畸变的情况下在观看表面或屏幕的方向上以大的视场(即大于45°的半视场角)投影图像，优选地大于50°，并且最优选地约55°或更大。对图2A和图2B所示的实施例，有效焦距与像高之比可以为约0.5至1.0。有效焦距与像高之比是通过先求得整个透镜的有效焦距，再用这个数除以系统的像高来确定的。例如，如果透镜的EFL为6.71mm，而用于光学引擎的成像器的对角线为13.4mm，那么EFL与像高之比为6.71/13.4=0.51。在另一个示例性实施例中，第一透镜组中的第一透镜元件Ll的直径大于约60mm并小于约100mm。在又一个示例性实施例中，第一透镜组中的第一透镜元件的直径为约卯mm。因此，当在投影装置中实施时，第一透镜元件可提供约110°至约120°的视场。在图2A和图2B所示实施例中，第一透镜组Gl还包括具有至少一个非球形表面的第二透镜元件(L2)。本发明的示例性实施例中的非球形表面有助于降低畸变效应，同时仍可提供大的视场。在一个方面，第二透镜元件可以由光学聚合物(折射率为约1.49，色散系数为约57.2)加工制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。非球形表面的形状可通过以下公式来定义<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>-+a2r2+a4"+a6r6十《8/*8+al0/*10+orl2r12+"14/*'(公式I)其中Z为与系统光轴的距离为r处的表面凹陷c为光轴处透镜的曲率，单位为l附/nr为径向坐标，单位为mmk为二次曲面常数a2为二次项系数，a4为四次项系数，a6为六次项系数，a8为八次项系数，a,o为十次项系数，a,2为十二次项系数，并且a"为十四次项系数。在一个实施例中，第一透镜组中第一元件的第二表面之曲率半径基本上等于第一透镜组中第二透镜元件的第一表面之曲率半径。在另一个实施例中，第一透镜组Gl包括两个套叠的凹凸透镜元件，第一凹凸元件由玻璃制成，并且第二凹凸元件由塑料或丙烯酸树脂制成，塑料/丙烯酸树脂元件具有可控的厚度。可以使用(例如)PMMA材料。两个元件在空间上隔开，使得第一元件的第二表面与第二元件的第一表面之间的距离与投影透镜的总有效焦距之比为1/175。在示例性实施例中，第二成型元件包括整体上厚度基本均匀的非球面透镜(如具有至少一个非球形表面的透镜)。这种圆顶形设计可以解决散热问题，并且便于制造。在可供选择的实施例中，第一透镜组Gl可包括两个成型元件，这两个成型元件模塑成型以形成一个整体元件。例如，第一成型元件可包括玻璃元件，并且第二成型元件可包括用模塑工艺制造或用粘固剂粘合在第一成型元件的第二表面上的丙烯酸树脂或塑料(如PMMA)元件。在另一个可供选择的实施例中，透镜元件1(Ll)和透镜元件2(L2)可包括单个元件(如单个玻璃元件)，并在单个元件的第一表面、第二表面或两个表面上形成非球形表面。在示例性实施例中，透镜元件3(L3)可具有球形表面，并且可以由玻璃形成。该透镜元件提供了较长的负有效焦距，其值在-2.5F到-6F之间变动，其中F为整个投影透镜的焦距。在另一个示例性实施例中，透镜元件4(L4)为正透镜。优选的是，L4可以是平凸透镜或凹凸透镜。在另一个示例性实施例中，L4面向L3的表面(参见(例如)下表中的表面6)可具有较小的曲率半径，使得L4的有效焦距大于4.0F。此外，L4可用作投影透镜中的聚焦元件。对不同的投射距离，通过沿光轴移动L4可以得到清晰的图像。在一个示例性实施例中，透镜元件5、6和7(L5、L6和L7)形成用粘固剂粘合的三合透镜，有助于控制球面像差和彗差。在可供选择的实施例中，可以用双合透镜替代三合透镜。在该可供选择的实施例中，双合透镜的其中一个或两个元件可以包括非球形表面。在另一个示例性实施例中，第三透镜组G3可以具有正屈光力，并且该透镜组中的所有透镜元件可以具有球形表面。在另一个示例性实施例中，投影透镜66的孔径光阑紧邻L5(如L4和L5之间，如表1所示；或L5和L6之间，如表4所示)。透镜L5-L7可包括相同的玻璃材料或不同的玻璃材料。适用于这些透镜的示例材料包括下表中列出的材料以及其他材料，包括，但不限于(举例来说)N-SF1、N-SF4、N-SK5、N-SF6、N墨LAK8、N-SF16、N-PSK53、N-SF57和N-BK7。以举例的方式，对图2A和图2B所示的实施例，示例透镜用模塑工艺制造。下面的表1、表4和表7中列出了三个示例透镜的表面编号，从输出侧依次列出(表面1为最接近第一透镜元件Ll输出侧的表面)；每个表面的光轴附近的曲率(C)(单位为1/mm);表面之间的轴向间距(D)(单位为毫米)，并且还列出了玻璃或其他材料的型号。本领域的技术人员将会认识到，从玻璃型号可以确定材料的折射率和色散系数。表面目标为物体表面或观看表面/观看屏幕的表面。标识的表面编号示于图2A和图2B中，其中表面15和16对应于于示例的DLP成像装置的窗玻璃，同时"IMA"对应于于图像平面。在如表1列出的实施例中，广角投影透镜具有约6.47mm的有效总焦距和在输出侧方向约56.58°的半视场角，并且在F/2.6处工作。后焦距(BFL)为约5.5mm(空气中)。在优选的方面，BFL小于EFL的约1.4倍。此外，投影透镜的感光度可以小于或等于约F/3.1或更小，而且投影透镜以至少约50°的半视场角生成图像。例如，第一透镜组Gl(例如图2A所示)的有效焦距可以为-31.3mm;第二透镜组G2(例如图2A所示)的有效焦距可以为-37.5mm;并且第三透镜组G3(例如图2A所示)的有效焦距可以为30.6mm。在该示例性实施例中，该示例投影透镜的总轨迹为123.3mm(从Ll至L8)。在另一个实施例中，例如图2B所示，第一透镜组Gl的有效焦距可以为-11.4mm;第二透镜组G2的有效焦距可以为31.0mm;并且第三透镜组G3的有效焦距可以为30.3mm。在该示例性实施例中，该示例投影透镜的总轨迹为123.3mm。对图2A-2B中的实施例，透镜元件2(L2)的第二表面(例如，表1中指出的表面3)为非球面，如上面的公式I所确定的。图2A-2B所示实施例中的广角投影透镜的总轨迹距离为约123.3mm。本领域中的技术人员将意识到，在某些应用中较短的总轨迹距离是有利的，因为这样可形成紧凑的投影透镜，从而使整个光学引擎的空间需求最小化。对下列例子，表1-表3对应于第一示例投影透镜，表4-表6对应于第二示例投影透镜，并且表7-表9对应于第三示例投影透镜。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>下面的表2和表3是第一示例透镜中的常规透镜数据和表面数据的一览表。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表3表面数据一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表4-表6对应于第二示例投影透镜。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>请注意表2中的8号表面为虚拟表面，而且孔径光阑与表面10位于相同的位置。下面的表5和表6是第二示例透镜中的常规透镜数据和表面数据的一览表。<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>表6表面数据一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>表7-表9对应于第三示例投影透镜。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>下面的表8和表9是第三示例透镜中的常规透镜数据和表面数据的一览表。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>上表中提供的数据仅代表少数例子，并非旨在限定本文所述发明的范围。上述光学引擎可用于图3A、图3B、图3C、图4和图5所示的便携式投影系统中。由于本文所述光学引擎的大的视场，组件100、100'、100"可以在短投射距离处提供大尺寸的图像。例如，在一个示例性实施例中，到观看表面/观看屏幕的距离与图像尺寸(对角线，4x3格式)之比可以为约1.8-2.2比1(相比于传统的数字投影仪，其到观看表面的距离与图像尺寸(对角线，4x3格式)之比可以为约0.7-0.9比1)。例如，对约40英寸的图像尺寸(对角线，4x3格式)，便携式投影系统100、100'、100"可以放置在距离表面/屏幕约18-22英寸处。对约60英寸的图像尺寸(对角线，4x3格式)，光学引擎放置在距离屏幕约27-33英寸处。当然，本文所述的示例性光学引擎可以提供大于60英寸的图像尺寸(对角线，4x3格式)，如有必要，可在超偏轴的位置采用相对较短的投射距离。在优选的实施例中，图像尺寸为至少约25-30英寸。在示例性实施例中，示例性投影透镜(如上所述)的有效焦距为约6.41至约6.51，并采用示例性成像器(例如0.53"480p成像器)，其投射比描述于下表10中表10<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>此外，光学引擎被设计为使得需要少量或不需要梯形畸变校正，同时降低了畸变。例如，投影图像的畸变值可以小于或等于2%，优选地小于或等于1.0%，并且更优选地小于或等于0.5%(例如，其中畸变(d)可以由d=(H-h)/h*100确定，其中h为近轴像高并且H为实际像高)。在一个示例性实施例中，光学引擎可提供具有4x3格式的图像。在另一个示例性实施例中，光学引擎可与合适的成像器一起实施，以提供不同的屏幕格式，例如16x9格式。作为另外一种选择，光学引擎可与校正电路(如传统的图像扭曲芯片(Warpchip))—起实施，可以在甚至更短的投射距离生成足够的图像质量。上述便携式投影仪系统被设计为可以在短距离和超偏轴的位置提供大尺寸的图像。此外，本文所述的光学引擎基本上无畸变，并且只需要少量或不需要梯形畸变校正。本领域内的技术人员将意识到，本发明可以同多种不同的光学部件一起使用。虽然本发明已结合示例性优选的实施例进行了描述，但是在不脱离本发明范围的前提下，本发明可以通过其他具体形式体现。因此，应当理解，本文所描述或图示的实施例仅是示例性的，并且不应理解为限制了本发明的范围。根据本发明的范围，可以有其他变体和修改形式。权利要求1.一种游戏投影系统，包括外壳；光学引擎，其设置在所述外壳中；以及视频游戏系统，其设置在所述外壳中，其中所述光学引擎投射由所述视频游戏系统生成的图像。2.根据权利要求1所述的游戏投影系统，还包括和所述视频游戏系统连接的游戏卡/盘/盒插槽。3.根据权利要求1所述的游戏投影系统，其中所述光学引擎包括照明系统；成像系统；以及广角投影透镜。4.根据权利要求1所述的游戏投影系统，还包括和所述外壳连接的可调式柄部。5.根据权利要求1所述的游戏投影系统，其中所述视频游戏系统生成图像，所述图像通过所述光学引擎被投射到观看表面上，当所述游戏投影系统距所述观看表面约0.5米或更近时，所述投影图像的尺寸为至少约40英寸(对角线)。6.根据权利要求1所述的游戏投影系统，其中所述外壳包括至少一个输入接口，用于将所述视频游戏系统和至少一个游戏用户界面装置连接。7.根据权利要求3所述的游戏投影系统，其中所述广角投影透镜包括下列部件，从图像侧依次为具有负屈光力的第一透镜组，所述第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；并且其中满足下列条件(1)至(4):IF/FI》4.5条件(1)2.5《|F2/F|《6.0条件(2)3.8《|F3/F|《5.0条件(3)0.8《BFL/F《1.4条件(4)其中F为所述广角投影透镜的焦距；F,为所述第一透镜组的焦距；F2为所述第二透镜组的焦距；F3为所述第三透镜组的焦距；以及BFL为后焦距。8.根据权利要求3所述的游戏投影系统，其中所述广角投影透镜包括以下部件，从图像侧依次为具有负屈光力的第一透镜组，所述第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；并且其中满足下列条件(1)至(4):1.3《IF,/FI《2.0条件(1)1F2/F1》4.0条件(2)3.8《iF3/Fl《5.0条件(3)0.8《BFL/F《1.4条件(4)其中F为所述广角投影透镜的焦距；为所述第一透镜组的焦距；F2为所述第二透镜组的焦距-，F3为所述第三透镜组的焦距；以及BFL为后焦距。9.根据权利要求7或权利要求8所述的游戏投影系统，其中所述广角投影透镜的有效焦距与像高之比为约0.5至约1.0。10.根据权利要求7或权利要求8所述的游戏投影系统，其中所述广角投影透镜的后焦距小于约1.4倍有效焦距以及其感光度小于或等于约F/3.1,并且其中所述投影透镜以至少约50°的半视场角生成图像，所述图像基本上没有畸变。11.一种数字图像播放器投影系统，包括外壳；光学引擎，其设置在所述外壳中；以及扩展接口，其被构造为接纳数字图像播放器，其中所述光学引擎投射由所述数字图像播放器生成的图像。12.根据权利要求11所述的数字图像播放器投影系统，其中所述数字图像播放器包括MPEG图像播放器。13.根据权利要求11所述的数字图像播放器投影系统，其中所述数字图像播放器生成图像，所述图像通过所述光学引擎被投射到观看表面上，当所述数字图像播放器投影系统距所述观看表面约0.5米或更近时，所述投影图像的尺寸为至少约40英寸(对角线)。14.根据权利要求11所述的数字图像播放器投影系统，其中所述光学引擎包括照明系统；成像系统；以及广角投影透镜。15.根据权利要求11所述的数字图像播放器投影系统，还包括和所述外壳连接的可调式柄部。16.根据权利要求14所述的数字图像播放器投影系统，其中所述广角投影透镜包括下列部件，从图像侧依次为具有负屈光力的第一透镜组，所述第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；并且其中满足下列条件(1)至(4):IF"FI》4.5条件(1)2.5《|F2/F|《6.0条件(2)3.8《|F3/F|《5.0条件(3)0.8《BFL/F《1.4条件(4)其中F为所述广角投影透镜的焦距；F,为所述第一透镜组的焦距；F2为所述第二透镜组的焦距；F3为所述第三透镜组的焦距；以及BFL为后焦距。17.根据权利要求14所述的数字图像播放器投影系统，其中所述广角投影透镜包括以下部件，从图像侧依次为具有负屈光力的第一透镜组，所述第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；并且其中满足下列条件(1)至(4):1.3《IF,/Fi《2.0条件(1)|F2/F|》4.0条件(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中F为所述广角投影透镜的焦距；为所述第一透镜组的焦距；F2为所述第二透镜组的焦距；F3为所述第三透镜组的焦距；以及BFL为后焦距。18.根据权利要求16或权利要求17所述的数字图像播放器投影系统，其中所述广角投影透镜的有效焦距与像高之比为约0.5至约1.0。19.根据权利要求16或权利要求17所述的数字图像播放器投影系统，其中所述广角投影透镜的的后焦距小于约1.4倍有效焦距以及其感光度小于或等于约F/3.1,并且其中所述投影透镜以至少约50°的半视场角生成图像，所述图像基本上没有畸变。全文摘要一种便携式投影装置，所述装置可以用作个人游戏系统，并且还可以被构造为完全集成的便携式视频游戏系统，所述视频游戏系统允许游戏者在几乎任何位置插上电源玩游戏，并且仅使用墙壁或其他观看表面显示投影图像。在一个方面，所述便携式投影装置包括外壳、柄部和光学引擎。所述光学引擎包括照明源、成像系统和广角投影透镜，所述广角投影透镜包括具有负屈光力的第一透镜组，所述第一透镜组具有至少一个非球形表面；第二透镜组；以及具有正屈光力的第三透镜组。广角投影透镜满足下列的条件(1)至(4)|F<sub>1</sub>/F|≥4.5(条件(1))；2.5≤|F<sub>2</sub>/F|≤6.0(条件(2))；3.8≤|F<sub>3</sub>/F|≤5.0(条件(3))；以及0.8≤BFL/F≤1.4(条件(4))。文档编号G03B21/10GK101384955SQ200780005464公开日2009年3月11日申请日期2007年1月30日优先权日2006年2月14日发明者卢开昌,小埃内斯托·M·罗德里格斯,帕特里夏·M·休斯申请人:3M创新有限公司