专利名称：无热的液晶显示投影镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影镜头，尤其涉及可以用于形成由像素组成的目标图像(例如液晶显示(LCD))的投影镜头。
投影镜头系统(此处也称为“投影系统”)用于在观看屏上形成目标图像。图4示出了这种系统的基本结构，其中10是光源(例如钨卤素灯)，12是照射光学装置，它形成光源的像(下文称之为照射系统的“输出”)，14是待投影的目标(例如，LCD板开关像素阵列)，13是投影镜头，它由多个镜片单元组成，在观看屏16上形成目标14的放大的图像。
目标是LCD或者其它像素板(pixelized panel)的投影镜头系统用于各种应用中，包括数据显示系统。这种投影镜头系统最好使用单个投影镜头，它形成具有例如红、绿、蓝的单板图像或者形成具有三块单独的板的图像，每种颜色一块。为了便于说明，下面的讨论将对使用单块LCD板的投影镜头系统进行，应理解，本发明也可以用于使用多块板或者其它像素化类型的系统。
需要投影镜头与LCD板一起使用，该透镜至少同时具有下面的特性(1)长的焦距，例如，焦距大于较大的LCD板的最大尺寸，例如LCD板的最大尺寸约大于10厘米；(2)较长的后焦距，例如后焦距大于镜片焦距；(3)高级的彩色修正；(4)低的畸变；(5)在维持高效率地耦合到照射系统的输出以及高级的像差校正的同时能在各种放大率下进行工作；(6)对温度变化的灵敏度低；(7)最少数量的镜片单元，它们大部分由塑料制成，以使系统的总成本最低。
要求长焦距是由于它可以使用较大的LCD板，例如宽度大于10cm的板，诸如那些宽度在20cm数量级上的板，同时仍然把投影镜头的视场角维持在可控制的范围内，例如约在50度-60度(全场)的范围内。要求大的LCD板是由于在使用较小的像素时它们可以提供较高的分辨率，或在使用较大的像素时它们使制造变得更容易。
要求较长的后焦距，即最后的镜片表面离LCD板的距离，是由于它可以使照射系统的输出处于投影镜头的附近，使输出距离较大。要求较大的输出距离是由于它们在LCD板上提供了较小的光线入射角。
高级的彩色修正是重要的，这是因为在像素变模糊或者在极端情况下，像素完全从图像上脱落时，在像素板的图像上可以容易地看到色差。这些问题一般在视域的边缘变得最为严重。一般地，在LCD板上进行测量的彩色修正应当好于约半个像素，以避免这些问题，例如彩色修正应当最好比特征尺寸约为200微米的像素好约100微米。
系统所有的色差需要进行寻址，横向彩色、慧差的色变化以及象散色差一般是最复杂的。横向彩色，即随彩色变化的放大率变化尤其麻烦，由于它把自己表现成对比度降低，尤其在视场的边缘。在极端的情况下，可以在全视场的范围内看见彩虹效果。
在使用阴级射线管(CRT)的投影系统中，可以通过例如相对于蓝CRT面上产生的图像大小减小在红CRT面上产生的图像大小，可通过电子的方式补偿少量的(剩余的)横向彩色。然而，对于像素化的板，这种调节不能进行，这是因为图像已经数字化了，所以不可能在全视场的尺寸上进行平滑的调整。因此对于这种投影镜头需要高级的横向彩色修正。
应注意，随着投影镜头焦距的增加，色差变得更难以修正。因此，上面讨论的前两种准则，即长焦距以及高级彩色修正在实现适当的镜片设计中是彼此矛盾的。
使用像素板来显示数据导致迫切需要校正畸变。这是因为在观看数据时甚至在镜片视场的极端点上也需要有良好的图像质量。将要明白，在视场边缘显示的数字或字母的图像不畸变就象在其中心处显示的一样重要。而且，投影镜头常常使用偏移的LCD板，所以观看屏上的畸变并不对于通过屏幕中心的水平线对称，而是例如从屏幕底部向顶部单调地增加。这种结果使得观看者能容易地观看到甚至是少量的形变。
需要有能以各种放大率有效地工作的投影镜，这是由于它可以使投影系统用于不同尺寸的屏幕，而不需要改变任何的系统部件。仅仅目标和图像共轭需要改变，这可以容易地通过相对于LCD板移动镜片来实现。当然，问题是要提供有效的耦合到照射系统的输出上，并在整个放大率范围内提供高级的像差校正。
为了产生出具有足够亮度的图像，大部分光必须通过投影镜头。因此，一般在室温和镜片工作温度之间存在显著的温差。另外，镜片需要能在多种的环境条件下工作。例如，投影镜头系统常常安装到构成建筑物屋顶的房间的天花板上，周围温度可能在40℃以上。为了克服这种影响，需要一种其光学性能对温度变化不敏感的投影镜头。
一种克服温度敏感性问题的方法是使用由玻璃制成的镜片部件。与塑料相比，玻璃部件的曲率半径和折射率的变化一般比塑料部件的要小。然而，尤其是在需要非球面来进行像差控制时，玻璃部件通常比塑料部件昂贵得多。同样，还希望用少量的镜片部件构成镜片设计，这是由于与使用塑料一样，部件越少就意味着镜片系统的总成本越低。
下面描述的投影镜头达到了上述所有的要求，并能成功地用来生产低成本的投影镜头系统，这种系统能在观看屏上产生高质量的彩色的像素板的图像。
在下面各种专利中描述了与像素板一起使用的投影镜头，包括Taylor的美国专利No.4,189,211、Tanaka等人的美国专利No.5,042,929、Yano等人的美国专利No.5,179,473、Moskovich的美国专利No.5,200,861、Moskovich的美国专利No.5,218,480、Iizuka等人的美国专利No.5,278,698、Bentensky的美国专利No.5,313,330，以及Yano的美国专利No.5,331,462。对LCD系统的论述可以在Gagnon等人的美国专利No.4,425,028、Gagnon的美国专利No.4,461,542、Ledebuhr的美国专利No.4,826,311，以及欧洲专利局EPO专利公报No.311,116中找到。
从上面所述来看，本发明的目的在于提供一种改进的与LCD板一起使用的投影镜头，它同时具有上面论述的七种要求性能中的每一种性能。这一目的是通过使投影镜头按从其图像侧到其目标侧(即从其长共轭侧到其短共轭侧)的顺序包含下列部件来实现的(a)第一镜片部件，具有负的光焦度，由具有低色散的塑料材料(例如聚丙烯)组成；(b)第二镜片部件，具有正的光焦度，由具有低色散的塑料材料(例如聚丙烯)组成；(c)第三镜片部件，具有负的光焦度，由具有高色散的塑料材料(例如苯乙烯)组成；(d)第四镜片部件，由具有低色散的塑料材料(例如苯乙烯，最好是冕牌玻璃)组成。
在某些本发明的较佳实施例中，第一、第二和第三镜片部件中的每个部件至少具有一个非球面，最好是每个部件具有两个非球面。在其它较佳实施例中，第四镜片部件具有球面，并由玻璃组成。在还有一些较佳实施例中，第四镜片部件具有正的光焦度，而第三和第四部件的组合光焦度为负。
在本发明的最佳实施例中，投影镜头就是由上述四种镜片构成的。
本发明的投影镜头较好地设计成把照射系统的输出位置用作为投影镜头的伪孔径阑/入射光瞳(参见Betensky的美国专利No.5,313,330，把该专利的相关部分通过引用包括在此)。这样，可以在照射系统的光输出与投影镜之间实现有效的耦合。
根据这些方面，本发明提供一种形成目标图像的投影镜头系统，它包含(a)照射系统，包含光源和形成光源像的照射用的光学装置，所述像是照射系统的输出；(b)像素板，例如LCD板，它包含有目标；以及(c)上述类型的投影镜头，所述投影镜头具有入射光瞳，其位置基本上对应于照射系统输出的位置。
在某些较佳实施例中，通过改变投影镜头最后一个镜片表面与像素板之间的距离，同时保持镜片的入射光瞳基本上固定在照射系统输出的位置上，可以改变投影镜头系统的放大率。
本发明的投影镜头还设计成基本上是无热的。如下面要详细讨论的，这是通过所有投影镜头均使用具有基本上为正和负光焦度的塑料镜片部件来实现的。这样，由于温度变化引起的正镜片部件的光焦度的变化可以通过改变负镜片部件的光焦度来补偿，因此当其温度变化时也能使投影镜头总体的光学性能基本不变。
图1A、2A和3A是根据本发明构成的投影镜头的侧视略图。
图1B-1至1D-4，2B-1至2D-4以及3B-1至3D-4分别示出了图1A、2A和3A的投影镜头在图像对目标的放大率为-0.190、-0.130以及-0.083(相应的目标对图像放大率为-5.3X、-7.7X以及-12X)上计算得到的性能。
图1E-1至1E-2在细刻度上示出了图1A的投影镜头的图像对目标放大率为-0.130的彩色修正和畸变性能。
图4是可以使用本发明的投影镜头的总体投影镜头系统的示意图。
在表5中示出了图1B-1至1E-2、2B-1至2D-4以及3B-1至3D-4的参数。所有的B-1、C-1和D-1图以及图1E-2都示出了径向畸变，所有的B-2、C-2图以及D-2示出了对于方形矩阵在观看屏上的畸变。所有的B-3、C-3和D-3图以及图1E-2示出了相对于入射光瞳坐标的横向色差，其中，实线表示TAN数据，短划线表示SAG数据，点线表示SAG-Y数据。表6列出了这些图中圆形、三角形以及正方形表示的波长。所有的B-4、C-4和D-4图示出了单色光学传递函数，左部示出了贯穿焦点数据、右部示出了波长为0.546的焦点对频率数据，其中点线表示PHASE数据，短划线表示SAG数据，实线表示TAN数据。表7列出了At焦点位置。
这些图并入说明书中，并成为说明书的一部分，它们示出了本发明的较佳实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。当然，应当理解，这些图和描述都只是例子，并不是对本发明的限制。
如上所述，本发明的投影镜头包括具有高色散和低色散的镜片部件，部件的顺序从图像侧算起为低色散/低色散/高色散/低色散。
一般地说，高色散材料是一种具有象火石玻璃的色散的材料，而低色散材料是一种具有象冕牌玻璃的色散的材料。尤其是，高色散材料是那些折射率范围从1.85至1.5时其V值的范围从20至50的材料，而低色散材料是那些折射率范围相同时，其V值范围从35至75的材料。
对于塑料镜片部件，选择的低色散和高色散材料分别为聚丙烯和苯乙烯。当然如果需要，其它的塑料也可以使用。例如，聚碳酸酯以及聚苯乙烯和聚丙烯的共聚物(例如NAS)具有与火石玻璃色散相似的性质，可以用来代替苯乙烯。参见《塑料镜片手册》，美国精密镜片有限公司(Precision Lens，Inc.)，1983年，第17-29页。
本发明投影镜头的一个重要方面是它们是无热的，即系统的光学性能(尤其包括镜片组最后一片镜片表面与LCD板之间的距离(“后焦距”))基本上不随投影镜头从室温加热到其工作温度而变化。尤其是，后焦距的变化量最好小于使调制传递函数(MTF)显著变化的程度，例如，该变化应小于约5％。对于下面具体的例子，该MTF准则对应于后焦距变化小于约为0.2毫米。所要求的镜片焦点热稳定是通过选择和布置塑料镜片部件中的镜片来实现的。
通常，使用塑料镜片部件有缺点，即塑料光学材料的折射率随温度的变化很显著。另一个影响是形状的变化，即塑料光学材料随温度膨胀或者收缩。后者的影响通常没有折射率的变化那样显著。
如果在镜片中仅使用低光焦度塑料镜片部件，则有可能在塑料镜片的热变化与例如镜片镜筒等系统的塑料或者铝质机械部件的热变化之间达到平衡，镜片镜筒通常是由热引起焦点变化的主要的机械方面的根源。在设计中不限制使用光学塑料，即能使用较高光焦度的塑料镜片部件的优点是，由于塑料镜片部件易于模制，能用非球形光学表面(非球面)，使特定的镜片设计的能力(性能)最大。使用较高光焦度塑料部件也导致镜片的总体成本较低。
如果净的塑料光焦度在设计中很重要，则需要进行无热化(athermalization)，或者当镜片温度从室温变化到其工作温度时镜片的焦点将变化。对于投影机尤其是如此，它必须把大量的光送到观看屏上，因此其工作温度将显著地大于室温。
对于本发明的投影镜头，无热化是这样实现的，即，使正负塑料光焦度平衡，同时还考虑塑料镜片部件的位置和那些部件上的边光高度。
就塑料镜片部件将受到的温度变化量以及由此发生的部件折射率的变化量而言塑料镜片部件的位置很重要。通常，接近光源或者光源的像的部件受到的温度变化较大。实践中，在光源和其相关的照射光学装置工作时测量投影镜头将处于的区域的温度分布，然后将那些测得的值用于设计投影镜头。
对给定的热变化特定塑料镜片部件的边光高度确定部件的折射率的变化相对于镜片的整体热稳定性是否显著。边光高度小的部件，例如系统焦点附近的部件一般对系统的整体热稳定性的影响比边光高度大的部件的影响小。
根据上述的考虑，无热化是这样实现的，即根据希望该部件受到的温度变化以及该部件的边光高度调节特定部件的贡献，以平衡塑料镜片部件内的正负光焦度。实践中，把这种无热化过程结合到如下的计算机化的镜片设计程序中。首先，在第一温度分布下进行光线跟踪，并计算后焦距。光线跟踪可以是对于边光的傍轴光线跟踪。第二，在第二温度分布下进行相同的光线跟踪，并再次计算后焦距。无论第一还是第二温度分布都不需要在整个镜头上保持恒定不变，而是，在一般情况下，它可以从一镜片部件到另一镜片部件变化。然后在用镜片设计程序优化系统设计时，把计算得到的后焦距固定到一恒值。
应当注意，上述方案假设投影镜头与LCD板的机械装置保持了最后的镜片表面与LCD板之间的距离基本上不随系统温度的变化而变化。如果不能保证这种假设，则可以采取其它的措施进行无热化，例如，可以把机械装置的相对移动量的测量值包括在该过程中，或者把另一距离(例如前镜表面与LCD板之间的距离)假设成是机械上固定的。
图1A、2A和3A示出了根据本发明构成的各种投影镜头。分别在表1至3中示出了相应镜片的规格要求。在这些图中，镜片部件和镜片表面分别用“L”和“S”数字表示。
如习惯的做法那样，附图的左面画出长共轭，而在右面画出短共轭。因此，在本发明的一般应用中，观看屏在左面，而LCD板在右面。图1A示出了一种LCD板，而对于与图2A和3A的镜头，具有相似的相对位置。
在表4中列出了表1-3中引用的玻璃和塑料，其中玻璃名称是HOYA牌的。其它制造商制造的等效材料也可以用于本发明。
表中所列的非球面系数是用于下式的z=cy21+[1-(1+k)c2y2]1/2+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12+Iy14]]>其中，z为在从系统光轴算起距离为y处的表面弛垂度(sag)，c为镜片在光轴处的曲率，k为圆锥常数，除了在表中所指出的之外，其值为零。
表1-3中所用的缩写如下OBJ.HT-目标高度；f/-f-数；MAG-放大率；STOP-孔径阑；EFL-有效焦距；FVD-前顶点距离；ENP-入射光瞳；IMD-像距；BRL-镜筒长度；EXP-出射光瞳；OBD-物距；OVL-总长，其中给出的值是光从图中的左边传输到右边的情况。
与各个表面相关的符号“a”表示非球面，符号“ac”表示圆锥常数值不为零的非球面。表1中的表面5和表3中的表面3对应于光晕孔径(vignetting aperture)的位置(图中没有示出)。表1-3中给出的所有尺寸是以毫米为单位。
如上所述，本发明的投影镜头用Betensky的美国专利No.5,313,330的伪孔径阑/入射光瞳技术来设计的。表2中的表面9和表1和3中的表面10构成伪孔径阑。其位置对应于照射系统的输出位置。
如标示成“可变间隔”的子表中可以看到的，从伪孔径阑到LCD板的距离，即“像距”对于投影镜头系统的所有焦点位置(放大率)基本上恒定不变。相反，表2中的间隔8和表1和3中的间隔9随不同的放大率变化。在一些情况下，相应于位于由镜片前后镜片表面限定的间隔内的照射输出该间隔为负。
关于无热化，应当注意，对于表1-3中所列的每种规格，第二镜片部件的光焦度值大于第一、第三和第四镜片中每个镜片的光焦度值。这种正塑料镜片部件较高的光焦度在系统温度变化期间实现了所要求的相对于负塑料镜片部件的平衡。
如上所述，投影镜头的第四镜片部件最好由玻璃制成。当系统的放大率改变，照射系统的输出穿过第四部件时尤其要如此。在该输出的附近明显地产生热量，玻璃镜片部件能更好地耐受此热量。
表1-3的投影镜头的性能特性分别图示在图1B-D、2B-D和3B-D中。这些图中的每幅图包含下列内容(1)定名为“径向畸变”的曲线图，它示出了畸变对相对视场高度的百分比。
(2)算得的在正方矩阵的观看屏上的图像，它定性地图示了本发明的投影镜头表现出的较小的畸变。
(3)一系列定名为“横向色差对相对入射光瞳坐标”的曲线图，它示出了本发明的投影镜头对LCD板上的各视场点的高级的彩色修正，尤其是横向彩色修正。视场点高度以毫米为单位，垂直的尺度为十分之一毫米。
(4)光学传递函数(OTF)曲线图，在左边它们示出了贯穿焦点调制传递函数(MTF)以及在右边示出了在观看屏的各视场点的最佳轴焦点处的OTF。在右边的曲线图中所示的用于左边和右边曲线图的视场高度是以毫米为单位的。贯穿焦点数据是在指定的空间频率上以每毫米的周数为单位。贯穿焦点和最佳焦点数据表示了切线和弧矢(短划线)MTF。模数尺度在每块的左边，从零到1。OTF的相位在最佳焦点曲线图中图示成点线。相位的尺度表示在各最佳焦点块的右边，以弧度为单位。所有的OTF数据都是对于546.1钠米的波长的。最佳焦平面在轴向贯穿焦点曲线图的峰值处。
图1E以更细小的尺度重复了图1C的第1和第3顶。具体地说，横向色差曲线图的垂直尺度为0.05毫米，而不是如图1C所示的0.1毫米。
如这些图中所示，本发明的投影镜头使畸变达到小于约1％，使横向彩色修正优于约100微米。因此，这种镜头适用于使用像素特征尺寸在200微米附近的像素板的数据显示器。
虽然已经描述和图示说明了本发明的具体实施例，但应当理解，对于本技术领域的普通人员来说根据上面的揭示，显然可以作出不脱离本发明的范围和精神的各种变化。下面的权利要求书旨在覆盖此处所列的具体实施例以及这些变化、改变和等同物。
表1镜片数据表面号 类型半径 厚度 玻璃净孔径直径1 a258.91606.07000聚丙烯 111.932 a 56.697733.17298 96.443 ac76.341730.00000 聚丙烯 94.504 a-148.4735 12.00000 90.565 ∞ 17.63170 67.426 a-77.40004.38000苯乙烯 62.747 a1611.6260 5.21125 64.548 -162.8412 10.00000 BACD1864.949 -64.7685 间距166.3810 孔径阑 像距 64.69符号说明a-多项式非球面c-圆锥截面圆锥表面号 常数3-1.0000E+00多项式非球面表面号 DEF G HI1-2.6393E-07 -1.1784E-11 -1.3009E-14 2.2801E-18 4.4042E-22 -9.4946E-262-7.8185E-08 -5.9580E-11 5.9020E-15 -7.3477E-17 2.5485E-20 -5.4606E-243 6.0354E-07 1.3211E-10 -2.7169E-15 8.6146E-18 -4.2816E-22 1.5380E-244 1.7471E-07 1.4960E-10 -2.8015E-14 1.6531E-17 5.4072E-21 -2.6405E-246 2.7107E-01 -6.2968E-10 1.1631E-13 -1.3853E-16 3.0894E-19 -1.7750E-227 6.5144F-07 -3.7034F-10 -4.3124E-13 9.3495E-16 -5.5753E-19 1.0636E-22可变间隙焦点位置 间隙1T(g) 聚点偏移像距1 28.953 -2.027340.0022 12.154 -1.763339.9813 -1.150 -1.668339.999波长0.54610 0.48000 0.64380 0.43580 0.70652系统一阶性质，位置1OBJ.HT-887.00 f/ 5.75 MAG-0.1900STOP0.00 在表面后 10. DIA 59.686EFL284.718FVD487.420ENP107.304IMD340.002BRL147.418EXP0.205198E-12OBD-1672.75 OVL2160.17系统一阶性质，位置2OBJ.HT-1296.0 f/ 5.50 MAG-0.1300STOP0.00 在表面后 10. DIA62.406EFL284.718FVD470.602ENP91.7840IMD339.981BRL130.620EXP0.423090E-12OBD-2364.38 OVL2834.98系统一阶件质，位置3OBJ.HT-2030.0 f/ 5.32 MAG-0.0830STOP0.00 在表面后 10. DIA64.548EFL284.718FVD457.315ENP80.6553IMD339.999BRL117.316EXP-.111390E-12OBD-3604.58 OVL4061.89
部件的一阶性质部件号 表面号光焦度 f’1pp 1’pp1 12 -0.67311E-02 -148.56 5.2558 1.15092 34 0.93573E-02 106.87 7.1355 -13.8783 67 -0.80636E-02 -124.01 0.12572 -2.61784 89 0.62006E-02 161.27 9.7290 3.8696表 2镜片数据表面号 类型半径 厚度 玻璃净孔径直径1 a322.3390 7.78851聚丙烯117.872 a 70.5551 57.25451 105.913 ac 148.1828 26.65211 聚丙烯 96.424 a -162.4473 70.61526 92.215 a -109.9940 5.62220 79.316 a -1692.0648 4.20967 苯乙烯 81.457 -250.0788 12.00000BACD5 81.588 -81.6808间距1 82.889孔径阑 像距 93.39符号说明a-多项式非球面c-圆锥截面圆锥表面号 常数3-1.0000F+00
多项式非球面表面号 DEF GH I1-2.0984E-07 -7.5750E-11 3.0880E-15 2.7629E-18 -7.2540E-23 -6.6543E-262-1.2823E-07 -1.2193E-10 -4.4508E-14 2.9897E-18 4.0337E-21 -9.6558E-253 4.0361E-07 6.0227E-11 -1.1052E-14 1.8246E-18 2.5615E-21 -1.3683E-254 3.1395E-07 1.1641E-10 -4.3652E-14 1.9584E-18 -4.4860E-22 -1.4575E-266 9.4783E-07 -6.4716E-10 3.8678E-14 1.8298E-16 -1.0463E-19 1.8451E-237 9.4162E-07 -5.7492E-10 1.2965E-14 2.0056E-16 -1.602E-192.1737E-23可变间隙焦点位置 间隙1T(g) 聚点偏移像距1 -63.674-2.230496.0232 -83.159-2.571496.0773 -98.157-2.566496.126波长0.54610 0.48000 0.64380 0.43580 0.70652系统一阶性质，位置1OBJ.HT-887.00 f/ 5.40 MAG-0.1900STOP0.00 在表面后 9. DIA92.647EFL318.172FVD616.491ENP80.4136IMD496.023BRL120.468EXP-.549567E-12OBD-1825.41 OVL2441.90系统一阶性质，位置2OBJ.HT-1296.0f/5.40 MAG-0.1300STOP0.00 在表面后9. DIA92.842EFL318.172FVD597.060ENP70.5605IMD496.077BRL100.983EXP-.359683E-12OBTD-2598.30 OVL3195.36
系统一阶性质，位置3OBJ.HT-2030.0 f/ 5.40 MAG-0.0830STOP0.00 在表面后 9. DIA92.878EFL318.172FVD582.111ENP63.5305IMD496.126BRL85.9852EXP-.432690E-12OBD-3984.22 OVL4566.33部件的一阶性质部件号 表面号 光焦度 f’1pp 1’pp1 12 -0.54081E-02 -184.91 6.74501.47642 340.61882E-02 161.60 8.7611 -9.60453 56 -0.50506E-02 -198.00 -0.24540 -3.77514 780.50048E-02 199.81 10.9093.5631表3镜片数据表面号 类型半径 厚度 玻璃净孔径直径1 a605.1548 7.78851聚丙烯 102.932 a70.9296 40.85381 90.303∞ 0.66700聚丙烯 85.194 ac 124.7155 26.65211 87.705 a -144.4710 56.15536 87.176 a -115.6453 5.62220苯乙烯 76.697 a2804.7799 4.65586 78.058 -271.4920 12.00000BACD5 78.209 -82.8601间距179.9110 孔径阑像距 87.56符号说明a-多项式非球面c-圆锥截面圆锥表面号 常数4 -1.0000E+00多项式非球面表面号DE F GHI1-1.2973E-07 -3.2066E-11 -1.6426E-15 8.3786E-19 1.8877E-22 -5.5531E-262 6.8218E-10 -2.7966E-11 -4.1719E-14 -9.0336E-19 4.1090E-21 -1.2373E-244 2.7451E-07 2.5026E-11 2.3591E-14 -2.0105E-18 -1.7975R-22 1.3135E-245 1.7168E-07 6.8612E-11 -3.1702E-15 6.5307E-19 1.3851E-21 9.1951E-256 1.0298E-01 6.3761E-10 1.0583E-13 9.3309E-17 -5.7638E-20 8.7325E-247 1.0333E-07 5.7606E-10 -3.5169E-15 2.4614E-16 -1.5227E-19 3.0756E-23可变间隙焦点位置 间隙1T(g) 聚点偏移 像距1 -33.000-3.599460.1452 -52.000-3.414460.0703 -67.000-3.289460.109波长0.54610 0.48000 0.64380 0.43580 0.70652系统一阶性质，位置1OBJ.HT-887.00 f/ 5.58 MAG-0.1900STOP0.00 在表面后 10. DIA83.388EFL320.995FVD581.540ENP80.0929IMD460.145BRL121.395EXP-.461737E-12OBD-1865.18 OVI2446.72
系统一阶性质，位置2OBJ.HT-1296.0 f/ 5.32 MAG-0.1300STOP0.00 在表面后 10. DIA87.481EFL320.995FVD562.465ENP68.5677IMD460.070BRL102.395EXP0.192812E-12OBD-2644.93 OVL3207.39系统一阶件质，位置3OBJ.HT-2030.0 f/ 5.32 MAG-0.0830STOP0.00 在表面后 10. DIA87.563EFL320.995FVD547.504ENP60.1772IMD460.109BRL87.3948EXP0.112053E-12OBD-4043.14 OVL4590.65部件的一阶性质部件号 表面号光焦度 f’1pp 1’pp1 12 -0.61130E-02 -163.59 5.9358 0.695732 45 0.71322E-02 140.21 8.5473 -9.90123 67 -0.53606E-02 -186.55 0.13949 -3.38304 89 0.50764E-02 196.99 10.602 3.2358表4材料表名称Ne Ve聚丙烯1.493856.9苯乙烯1.594930.7BACD181.641355.2BACD5 1.591461.0
表5图参数图 焦距放大率F数目标高度 图像高度图1B-1～1B-4 284.72-0.1905.75-887.00166.51图1C-1～1C-4 284.72-0.1305.50-1296.00 166.43图1D-1～1D-4 284.72-0.0835.32-2030.00 166.35图1E-1～1E-2 284.47-0.1305.50-1296.00 166.44图2B-1～2B-4 318.17-0.1905.40-887.00166.25图2C-1～2C-4 318.17-0.1305.40-1296.00 165.77图2D-1～2D-4 318.17-0.0835.40-2030.00 165.46图3B-1～3B-4 320.99-0.1905.58-887.00165.81图3C-1～3C-4 320.99-0.1305.32-1296.00 165.59图3D-1～3D-4 320.99-0.0835.32-2030.00 165.44表6图参数图尺度单位 圆形数据点 三角形数据点 正方形数据点图1B-3 .100.546 .480 .644图1C-3 .100.546 .480 .644图1D-3 .100.546 .480 .644图1E-2 .050.546 .465 .644图2B-3 .100.546 .480 .644图2C-3 .100.546 .480 .644图2D-3 .100.546 .480 .644图3B-3 .100.546 .480 .644图3C-3 .100.546 .480 .644图3D-3 .100.546 .480 .644
表7图参数图 At焦点 波长权重图1B-4.050.5461.0图1C-4.000.5461.0图1D-4.100.5461.0图2B-4 -.390.5461.0图2C-4.122.5461.0图2D-4.251.5461.0图3B-4 -.177.5461.0图3C-4 -.009.5461.0图3D-4.154.5461.0
权利要求
1.一种形成目标图像的投影镜头，其特征在于，按从其图像端到其目标端顺序，所述镜头包含(a)第一镜片部件，具有负的光焦度，由具有低色散的塑料材料组成；(b)第二镜片部件，具有正的光焦度，由具有低色散的塑料材料组成；(c)第三镜片部件，具有负的光焦度，由具有高色散的塑料材料组成；(d)第四镜片部件，由具有低色散的材料组成。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第一镜片部件的塑料材料为聚丙烯，第二镜片部件的塑料材料为聚丙烯，第三镜片部件的塑料材料为苯乙烯，第四镜片的材料为冕牌玻璃。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第二镜片部件的光焦度值大于第一、第三和第四镜片部件中每个部件的光焦度值。
4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第四镜片部件的光焦度为正。
5.如权利要求4所述的投影镜头，其特征在于，第三和第四镜片部件的组合光焦度为负。
6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，镜头不包括除第一、第二、第三和第四镜片部件之外的任何其它镜片。
7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，镜头的后焦距在镜片从室温被加热到其工作温度时基本上不变化。
8.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第一、第二和第三镜片部件中的每个部件至少有一个非球面。
9.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第一、第二和第三镜片部件中的每个部件有两个非球面。
10.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，第四镜片部件由玻璃制成，它有两个非球面。
11.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，目标是像素板，镜头的焦距大于最大的板的尺寸。
12.如权利要求11所述的投影镜头，其特征在于，镜头的后焦距大于镜头的焦距。
13.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，镜头的横向色差在目标处小于约100微米。
14.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，镜头的畸变在图像处小于约百分之一。
15.一种形成目标的图像的投影系统，其特征在于，所述系统包含(a)照射系统，包含光源和形成光源像的照射用的光学装置，所述像是照射系统的输出；(b)像素板，它包含有目标；以及(c)包含权利要求1-7中之任一的投影镜头，所述投影镜头具有入射光瞳，其位置基本上对应于照射系统输出的位置。
16.一种形成目标的图像放大率可变的投影镜头系统，其特征在于，所述系统包含(a)照射系统，包含光源和形成光源像的照射用的光学装置，所述像是照射系统的输出；(b)像素板，它包含有目标；以及(c)包含权利要求1-7中之任一的投影镜头，所述投影镜头具有入射光瞳，其位置基本上对应于照射系统输出的位置，其中，投影镜头系统的放大率通过改变最后一个镜片表面与像素板之间的距离同时保持镜头的入射光瞳基本上固定在照射系统输出的位置上来改变。
全文摘要
本发明揭示了一种用于形成LCD板放大的彩色图像的四部件无热的投影镜头。按从屏幕到LCD的顺序,部件的光焦度为负/正/负/正,而色散为低/低/高/低。头三个部件由塑料制成,而最后一部件由玻璃制成。投影镜头在约5X到约12X的放大率范围上表现出高级的色差修正。四部件设计包含了能实现较长后焦距、无热化以及横向彩色修正小于半个像素的最少的部件。
文档编号G02B7/02GK1172964SQ9710261
公开日1998年2月11日 申请日期1997年1月31日 优先权日1996年1月31日
发明者梅尔文·H·克赖泽尔 申请人:美国精密镜片股份有限公司