专利名称：用于投影彩色视频图像的投影系统与从属的转换光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影系统，用于在屏幕上投影由象点组成的视频图象，它最少有一个发射一条光束且其光强可调的光源和有一个偏转装置，该偏转装置控制光束照亮屏幕上的像点。此外，本发明还涉及一种特别适合于在这类投影系统中使用的转换光学系统。
人们由当前的技术背景知道一些方法和装置，用它们可以直接产生适当大小的视频图象。除通常的电视显象管外还有液晶显示、等离子体显示和铁磁显示。这类技术的缺点是，图像的大小在技术上受到限制。如用通常的TV-显象管可以显示的最大图像是用对角线约为1米的显示屏实现的，而在目前的技术水平下这样的显像管的重量约60kg，而且管长约0.8米。但是这样的几何尺寸，例如对于新的高密度电视(HDTV)标准是不够用的。标准要求最小图像对角线为1.5米，以便向用户提供人们已在电影院习惯的图像视角。
液晶显示、等离子体显示或铁磁显示也只能提供比较小的图像，而当今液晶显示实际上限制在最大明信片的尺寸内。
与此相反，还有其它解决办法，其中用投影方法把原始的TV-图像间接地经放大转移到投影平面上。为了产生原始TV-图像，可使用液晶显示-矩阵或使用彩色电视的小型高亮度TV-显像管，其中每种颜色使用一支管子。
根据所要求的原始TV-图像与放大投影形成的图像之间的光学传送距离，在所能达到的图像大小与投影机屏幕距离之间存在着某种确定的关系。由于光功率限制和由于光学系统造价昂贵必须使投影机与屏幕之间有短的距离。因此到目前为止，用可提供的投影机功率不可能跨越电影院中投影机与银幕之间的距离。
除上述电视图像投影装置外，还有一些装置，利用激光器作光源，产生彩色视频图像(例如可参阅“无线电观察”杂志1970年第4期第96页，或者EP-OS0084434)。其中三种不同颜色的激光器用光调制器调制光强并且由一个反光镜系统汇总成一个共同光束，此光束经一个机械反光镜系统扫描并投影到一个屏幕上。
在DE-OS3152020中给出了一种稍有不同的解决方法，其中这里不同颜色的光束不汇聚成一个共同光束，而是彼此独立地借助透镜系统投射到一个反光镜上，该反光镜把光束反射到屏幕上。这种反光镜磨制成小凹面镜，并且除起偏转作用之外还能实现将各个不同颜色的光束在屏幕上聚焦在一起成为一个共同的像点。这种投影系统的缺点主要是反光镜太复杂，难于制造并且必须对光源和透镜系统进行仔细调整。
在所有上述激光投影系统中，使用的是机械偏转，为使偏转足够快，同时也能用通常的多棱镜产生所需的行数，偏转装置可达到的偏转角是相当有限的。因此不可能制成薄结构的电视机。此外，根据几何原理向图像边缘的方向出现图像变形，即所谓的“正切误差”，其原因是由多棱镜时间上均匀的角偏转引起的，导致在屏幕上以一种不均匀的方式扫描。
原则上，为了减少图像误差人们只能在小偏转范围内偏转，并且经玻璃纤维束把图像放大。由于视频图像像点密度很高，制造这样的玻璃纤维是存在问题的，且非常值得怀疑，这样的光学系统能否真正制成足够廉价的商业产品。
在印刷技术中[参阅，例如“激光器在印刷业中的应用”(Werner Hülsbusch 著，Hülsbusch 出版社出版，1990年，252，257，261，431，443，473，485页)]。人们已知许多方法，怎样对在印刷技术中出现的正切误差借助所谓的线性化f(θ)-光学技术进行补偿。然而在文献中所述的该种光学技术不能简单地用于视频投影，因为它有两个重要缺点1.起源于印刷工业的解决方法，只使用单色光源，因此就没必要考虑色差。然而对于彩色图像视频投影系统，除需矫正几何光学误差和由偏转装置引起的像场弯曲外还必须矫正色差。
2.已给出的光学系统主要是为补偿机械偏转引入的几何图像误差但是用它们不能实现偏转角放大。因此用这种已知光学技术产生大的像场也需要相当大的结构厚度，而这在TV技术领域是很不受欢迎的、也是不现实的。
这种主要应用于印刷技术中的光学系统仅仅能补偿在应用单色光激光器时由偏转装置引起的系统误差。但是该光学系统在给定的偏转角下对于图像大小没有影响，所以对所要求的光学传送距离没有影响。
根据所述技术背景，本发明的目的是，提供一种视频图像投影系统，用此系统可以获得大的多的图像，同时实现特别薄的结构厚度。此外，还应给出一种适于在该种投影系统使用的转换光学系统。
按本发明这个目的在一种类型的投影系统中是这样解决的，即在偏转装置与屏幕之间安装一个最少为两级的转换光学系统，此系统按正切条件矫正为无投影畸变。
在本发明的投影系统中，由于使用了最少为两级转换光学系统，因此可以获得显著增大的偏转角，同时使结构厚度保持较薄，而且借助若干光学级还可以补偿各种投影畸变。例如，可以利用转换光学系统中的第一级实现偏转角的放大，而用第二级除补偿投影畸变外，如果有的话还以有利的方式补偿色差。
因此用本发明可以实现特别大的视频图像的偏转(从而增大图像尺寸)，致使所需结构厚度明显减小。实验已以证明，只要用两个光学级也就能足够好地补偿转换光学系统的色差，从而本发明也可以用于彩色电视图像的投影。按本发明，用此方法曾在一实施例中制成了彩色视频图像投影系统其结构厚度只有60厘米，屏幕对角线为2米。
按本发明在一种优选的先进结构投影系统中，在转换光学系统与屏幕之间的共同光路中安置了一个场透镜，用此透镜可使所有光束、包括在屏幕边缘出现的光束，在观察者方向形成平行光，致使对于观察者来说，在屏幕上产生一个亮度非常均匀的图象。
按本发明的另一种优选结构，场透镜是一种菲涅耳透镜。菲涅耳透镜可以制得很扁平且极易制造，例如可用塑料薄膜，所以本发明所制成的投影系统特别扁平，整个系统的重量比用其它场透镜还可进一步减少，而且使用菲涅耳透镜成本的增加是微不足道的。
在本发明的另一种优选的先进结构中，菲涅耳透镜是这样安置的，即由转换光学系统产生的图像位于距离在菲涅耳透镜焦点处的偏转装置一段距离的地方，或者位于距离其焦点为菲涅耳透镜焦距值的±20%的地方。因此以有利的方式保证由转换光学系统向不同方向发出的光束垂直照射到屏幕上，从而以简单的方式实现特别均匀的屏幕照明。
根据对不同光学质量的要求可以提供不同结构的菲涅耳透镜，其中对于许多应用这样的菲涅耳透镜是适用的，即其带状结构只位于一个表面上，而与其相对应的表面是一平面。按本发明的一种优选的先进结构，该种形式的菲涅耳透镜是如此安置的，即其平面镜面对着转换光学系统。这样的安置方法特别有利于投影系统实现扁平结构，因为此时菲涅耳透镜可以安置在靠近屏幕、甚至紧贴在屏幕上。
本发明另一种优选的结构在于，当存在一个隶属于转换光学系统的物侧的系统主平面时，偏转装置被安置在此物侧主平面和转换光学系统的第一个物侧透镜顶端之间。借助该措施可以实现特别大的偏转角而不必担心会出现大的像差。这里的优点还在于在该装置中产生一个出射的光束，这个光束甚至于比入射转换光学系统的光束、例如激光光束聚集的更好。
此外，本发明还涉及一种特殊的转换光学系统，此系统特别适用于本发明的投影系统。这种转换光学系统包括最少为两个光学级，其中第一个光学级产生一个中间图像平面，该图像平面由后面的若干光学级投影到屏幕上。其中，后面的各光学级为了进行投影还可以各有其它的中间图像平面。最简单的情况可仅限使用两个光学级，特别是已经证明，用两个光学级足以补偿几何光学误差和色差。
借助本发明的转换光学系统可以实现偏转装置的偏转角可观的放大。此外，由这种转换光学系统出来的光束比进入转换光学系统的光束聚焦更集中。
本发明的转换光学系统可以如此构成，即最少为两个的光学级各具有正光焦度，但其中也可以最少含有一个具有负光焦度的光学级。然而对后一种情况需要注意，此时中间图像平面也可能是虚的。
按本发明的一种优先采用的先进结构，在平行入射光的情况下中间图像平面含有一个第一光学级的像侧焦点。就是说中间图像平面应该尽可能地位于第一光学级的焦面内。由此可实现在平行入射光束的情况下，与光束在物侧与第一级光轴交叉的位置无关，在中间图像平面上总能形成一个清晰点，结果是通过后面的若干光学级把中间图像平面的图像同样清晰地投影到屏幕上。同时也实现了当为了产生视频图像入射一侧光束的偏转不仅发生在光轴某一点而且发生在光轴若干点时，仍能保证中间图像平面上的清晰投影以及随后在屏幕上的清晰投影。例如有这样的情况，当使用反光镜实现机械偏转时，这些用于视频图像的行方向和图像方向偏转的反光镜在空间上是相互分开的，因此本发明的转换光学系统也特别适用于该种偏转系统。当物侧产生一个接近平行的光束时，如在激光视频系统中，就属这种情况。
本发明的另一优选的先进结构中，第二光学级的焦距小于第一光学级焦距的一半，因此与屏幕上图像的大小相比，整个投影光学系统的结构厚度可以大大缩小。
特别优先选择的方案是第二级的焦距甚至小于第一级焦距的1/5。
为了简化光学计算，在光学系统和光学级中一般把主平面和焦点，无论是物侧还是像侧均合并在一起处理。按本发明优选的先进结构，转换光学系统的物侧的主平面位于第一透镜顶端和第一光学级的物侧焦点之外，介于物侧主平面和第一透镜顶端之间。由此可以实现焦点是能够任意接近的，以致例如可以在那里安置投影系统的偏转装置。在焦点附近安置偏转装置特别有利于在中间图像平面上聚焦，从而也有利于借助后面若干光学级改善在屏幕上的投影质量。通过将物侧焦点安置在介于第一光学级物侧主平面与第一透镜顶端之间从而对补偿几何光学像差和色差特别有利。
按照本发明另一优选的先进结构，第一光学级和第二光学级由多透镜结构组成，因此可以特别好地补偿各种投影误差。多透镜结构也为选择主平面的位置创造了更大的自由度。
本发明转换光学系统的另一种有利的先进结构是在各个光学级之间具有一个或者多个不同的中间图像平面，其特点在于每个中间图像平面位于一个光学级的最后一个透镜顶端与后面光学级的第一个透镜顶端之间，从而可以实现中间图像平面都位于透镜材料外面。因而避开了透镜材料的缺陷、例如非均匀性、对投影图像的清晰度只有很小的影响。
藉助下面的附图对本发明从原理上进一步加以说明。
图1示出本发明投影系统的一个实施例原理图;
图2示出两级转换光学系统原理图;
图3示出具有虚中间图像平面的二级转换光学系统的原理图;
图4示出本发明转换光学系统的一个实施例(借助两条光束的走向予以说明);
图5示出图4所示本发明转换光学系统中透镜系统结构的细节以便作进一步阐明，以及图6示出本发明投影系统的一种制造形式。
在图中所示出的几个实施例中给出了若干彩色图像投影系统，然而本发明同样也可以用于单色图像投影。
在图1示意图示出的彩色电视图像投影系统中，每个像点的颜色是由三种不同的原色组成的，这些原色是按照需要的色调和所需要的亮度由相应的彩色信号所产生的。
图1所示的投影系统中为了控制色调和亮度使用了三个光源10，20，30以产生基本上平行的光束12，22，32。这里，特别适用于使用激光器。然而，也可考虑使用其它光源，例如发光二极管，其光束借助光学系统调节成平行光，例如在各光学系统的焦点处安置有关的发光二极管，在此也可以安装限制光束的光阑。为控制各光源的光强应改变各发光二极管上的电压。此处尽可能使用点状发光二极管是特别有利的。
在图1的示例中，光源10，20，30采用了稀有气体激光器。因为其光强对于一个视频图像不能足够快地切换，所以让光源10，20，30以恒定光功率工作，而光强的改变采用附加的调制器14，24，34进行，就当前的技术水平而言，DKDP-晶体特别适于用作这种调制器。
分立的光束12，22，32经二向色的反光镜16，26，36在彩色投影系统内把所有光束集合在一起，合成一个共同的光束40并且以一个单一的光路通过投影系统。
为产生图像使用了一种偏转装置，通过此装置可使视频电视图像的各个像点依次排列。于是可以单独用此偏转装置把共同光束40直接扫描至屏幕54上。但是，为了使整个电视投影系统特别紧凑并且充分利用提供的空间，也可以能把投影系统中不同的部件安放在光学上不是直线相互连接的部位，为此必须把共同光束40转换方向。例如在图1中用反光镜42实现了此种转换，把光束40导向偏转装置。
在图1所示实施例中的偏转装置是由一个多棱镜44和一个摇摆镜46组成的。多棱镜44连续旋转，于是光束由棱镜面依次按行扫描。下面把多棱镜44扫描的方向表示为X方向。摇摆镜46围绕轴48往返摆动并且用于图像扫描，其扫描方向下面表示为Y方向。为了实现摇摆和同步，此处使用了当前最新技术水平的电子学装置。
在X-和Y-方向扫描的共同光束40在偏转之后使其通过转换光学系统50，其工作原理下面将进一步加以说明。为了理解图1所示的实施例，在此重要的是通过转换光学系统50放大偏转角、从而也放大了投影的电视图像。在此经转换光学系统-该系统中偏转装置的位置在通常的光学术语中称为入射光孔-投影到一个借助转换光学系统而对应于入射光孔的出射光孔。
共同光束40离开转换光学系统50之后投影到一个菲涅耳透镜52上并随后投影到屏幕54上，在屏幕上此光束作为视频图像的像点由观察者沿箭头的方向观察是清晰可见的。
原则上可以把电视图像直接投影到屏幕54上，如果此屏幕是一块毛玻璃构成的，就会把光向所有可能的方向散射。然而，即便是在毛玻璃的情况下，在观察方向的光强也是与光束投射的角度紧密相关的，以致于在特别大的电视图像情况下，在图像边缘有可能产生比中心较小的光强。虽然这种不同的光强可以通过改变光源10，20，30的光强调整均匀，然而还有更好的方法一个场透镜，这里是用菲涅耳透镜实现的，将由不同角度从转换光学系统50出来的光向观察者的方向形成平行光。然后，根据透镜光学定律最好使这束光与箭头方向平行，如果菲涅耳透镜52的焦点位于转换光学系统50的出射光孔处。
图1所示实施例已经表明，当转换光学系统的出射光孔位于距菲涅耳透镜52的焦点距离为其焦距的±20%时，仍然有好的投影特性。
菲涅耳透镜一般在一个镜面上具有带状结构，此结构以带状方式模拟了一种较厚透镜的投影特性。为了改善菲涅耳透镜的质量也可以在与此相对应的镜面上同样制成带状结构。但是事实证明，就图1所示的实施例而言，一个只在其一个表面有带状结构而在其相对的表面是平面的菲涅耳透镜52已经足够了。此时，菲涅耳透镜52的带状结构是面向屏幕54的，而其平面朝向转换光学系统50的方向，由此而得到了特别扁平的结构形式。
在图1所示的实施例中，光的偏转是以机电式的采用多棱镜44和摇摆镜46实现的，然而这样做起初导致两种负面特性首先，光束40用多棱镜44在X-方向的偏转与用摇摆反光镜46在Y-方向的图像偏转发生在不同点上。即X-方向偏转的旋转点位于多棱镜44上。考虑到摇摆反光镜46的偏转，由后带有菲涅耳透镜52的转换光学系统50的投影的虚像点位于图1中示出的P点处。与此相反，Y-方向的偏转是由摇摆反光镜46围绕轴48的摇动完成的，所以在系统中对电视图像的偏转不仅出现一个单一的点。如果点P距轴48的距离比点P距屏幕54的距离小很多的话，也就是说，如果投影不是用转换光学系统完成的，一般这是不严重的。然而，在设计转换光学系统50时必须注意在不同点的偏转，因为X-和Y-的偏转有不同的入射光孔。因此转换光学系统50必须按以下方法设计，即关于入射光孔位置的投影是可以忽略的。
在这种电视投影系统中必须考虑的第二个特性是旋转镜投影的非线性。经以恒定角速度旋转的或者运动的反光镜的反射在屏幕54上X偏转不是恒定的，因为X与系统光轴的偏转角θ之间有下列关系X＝L·tanθ其中L表示偏转点P距屏幕54的距离。
在下面的阐述中，先忽略掉转换光学系统50的作用。
对于小角度θ，tanθ接近线性变化。而X偏转的变化却是|ΔX|＝L·Δθ/cos2θ。
由此式得出结论，当θ＝0°时，改变量ΔX只有θ＝45°时的一半。
这个简单的数字示例充分地说明了所预期效应的大小。这种效应可以设法纠正，即在保持图像大小不变的同时，选择偏转区与屏幕54之间有很大的距离L，以便偏转角θ很小，就是说保持在接近线性的范围内，然而对于实际应用来说是受到很多限制的，以便本发明的投影系统保持在一个可以接受的空间内并且例如可以在居室内使用。
为了解决此问题采用转换光学系统50，可极大地补偿上述图像畸变。
在图1所示的投影系统中，偏转角θ相当于进入转换光学系统入射光孔的入射角，因此下面也用θ表示入射角。
众所周知，一些光学系统能把一个光束的入射光一侧的入射角θ转换成出射光一侧的θ′角，其中θ′表示由出射光孔出来的光束与光轴形成的出射角。对于一个物体的无畸变投影必须满足如下关系式tanθ′＝K·tanθ，其中K是透镜系统的一个常数，该关系式称为“正切条件”。
在中间插入满足正切条件的转换光学系统50的情况下，对于偏转装置与屏幕54之间光束40的X偏转有如下关系式X＝L·K·tanθ′。
代入正切条件得到X＝L·tanθ。
从这里可以看到，如果K＞＞1，对于预先给定的最大X偏转，偏转范围(偏转角θ)是可以缩小的。由此减小了已有的正切误差，因为在角θ→0时，可以认为角θ的正切近似等于角θ。
于是由上述分析也可以明确，只有当K值趋于无穷大时，由正切误差引入的畸变才能消失。因此对转移光学系统50而言，当它满足正切条件时应该选择较大的K值，最少是2或者更大。然而最好是选择更大的系数K。在图1所示的实施例中，对于转换光学系统50使用的K值约等于5。
为了减小图像畸变，按上述正切条件矫正转换光学系统50至没有畸变。这样的光学系统的设计一般用专业人员所熟悉的方式和方法借助计算机程序来完成。
在图2中示出了一种由两个双面凸透镜80和82组成的透镜系统，展示了实现按正切条件矫正至无图形畸变的转换光学系统50的投影原理。为了阐明此原理入射光孔68被安置在物侧焦点上。两个双面凸透镜80和82相互间有一定的距离，此距离内双面凸透镜82的物侧焦点与双面凸透镜80的像侧焦点重合。一个沿光轴传播的光束64在透镜80的像侧焦点聚集并重新作为平行光64′离开此焦点，因为这个焦点与另一个双面凸透镜82的像侧焦点相重合。如果第二个双面凸透镜82的焦距小于双面凸透镜80的焦距，则出射光束64′的光束宽度B′将比入射光束64的宽度B更窄或更小，而且小一个系数F2/F1，其中F1是第一个双面凸透镜80的焦距，F2是第二个双面凸透镜82的焦距。
相似的条件满足于入射角为θ的光束66，该光束也在焦面内聚焦并且同样做为平行光束66′重新离开第二个双面凸透镜82。由图2可容易看出，在此实例中正切条件的常数也是由焦距之比给出的K＝F1/F2。
在示出的透镜系统中，进入入射光孔68的光束聚焦在中间图像平面ZBE上，其中光束的角θ，用数学方法来分析，基于第一个双面凸透镜80的作用将转换成中间图像平面ZBE上的一段距离(距光轴)。经第二个双面凸透镜82此距离再次转换成角θ′。
图2示出了两级投影的基本物理性能。从图中还得不到关于单色和多色图像畸变的结论。特别是当双面凸透镜80和82由两个光学多透镜级取代时，图像畸变可以用通常的方法补偿掉。在图1所示的转换光学系统的设计中已经表明这种投影原理很适于补偿单色和多色投影误差。
图3示出了另一实施例，但与图2所示系统有相似的特性。与图2不同，这里用一双面凸透镜83取代了双面凸透镜82，其像侧焦点与双面凸透镜80的像侧焦点重合。于是得到与图2相似的特性。但是其中的中间图像平面ZBE位于两个透镜80，83之外并且只有一个虚像在中间图像平面上。如在光路66，66′上所看到的，以光轴为参数的光束的出射角也比入射角放大了。如果在这种简化的实例中的透镜80，83同样用光学级所取代，那么单色或多色光投影误差就可以在各级内或者总的由此整个光学系统所补偿。
图4示出了有入射光孔104和出射光孔106的透镜系统，该系统按结合图2所讨论的原理工作。它由具有一个中间图像平面94的两个光学级90和92组成。其中第一光学级90具有一个物侧焦点96和一个像侧焦点98以及第二光学级92具有一个物侧焦点100和一个像侧焦点102(见图4)。在所示实施例中，第一光学级90有42.88mm的焦距并且第二光学级92有8.42mm的焦距。
这里入射光孔104距第一光学级90物侧焦点96的距离是5mm。从而基本上模拟了图2示例的情况。中间图像平面94位于第一光学级90的像侧焦点98处其与第二光学级92的物侧焦点100的距离只有0.08mm，出射光孔106也位于第二光学级92的像侧焦点102的附近。
图4也示出了两个光束64和66穿过两级光学系统的光路。如图2所示，光束64，66借助第一光学级90聚焦在中间图像平面94上，这里随光束66入射角的变化而在中间图像平面94上为移动的光束产生相应的像点。这个在中间图像平面94上聚焦的像点随后经第二光学级92被转换到投影平面上，其中出射角大于入射角。
在此实例中，中间图像平面ZBE94位于第一光学级90和第二光学级92的透镜顶端之间。如果这两个光学级90和92具有如下结构，即第一光学级90的象侧焦距位于两个光学级之一的某个透镜体(材料)内，则有可能在透镜材料内部的非均匀性或者在透镜表面的灰尘将使中间图像平面ZBE上的投影变得模糊。因此，通过把中间图像平面ZBE安置在两个光学级90和92之间的空间将可以避免这类有像差的投影经第二光学级92也转移到屏幕54(图1)的图像上。
在图4中也可以看到，正如在图2的示例中已讨论过的，接近平行的出射光束108具有比入射光束66大大减小了的光束宽度，也就是比它细得多。因为第一级的焦距是42.88mm并且第二级的焦距是8.42mm，所以在正切条件中的常数值K大于5，因而用此转换光学系统对于相同的角θ与屏幕的距离大约减小5倍，同时与进入转换光学系统的光束的宽度相比，投射到屏幕上的光束的宽度改善了5倍。
图5更详细地示出了图4所示的透镜系统，其中也示出了第一光学级90的物侧主平面H1和像侧主平面H1′以及第二光学级92的物侧主平面H2与像侧主平面H2′。用H表示整个转换光学系统50物侧的主平面。
但是，其中主平面H的位置不是按比例画出的，更确切地说，按图6转换光学系统的实际配置主平面H1与第一光学级的主平面H相距好几米。
入射光孔104距第一级90的物侧焦点96不很远，而且位于这个焦点与整个转换光学系统50的主平面H之间，其情况与图2相似。为了实现图2的原理，第一光学级90的像侧焦点98与第二光学级92的物侧焦点100之间的距离是小的，且小于1mm。
图5中用参考数字111至138标出了各个透镜表面。图5所示转换光学系统50的物理几何尺寸列在附录表中。在表中D表示两个相应表面之间的距离(在光轴上测量)，N表示折射率和V表示由一个平均折射率和基本色散导出的阿贝系数。如果在表中折射率是1而没有填入V的数值，则所涉及的就是透镜之间的空间。
图6示出了一个投影系统140，此系统是按照图1所示实施例的原理用上述转换光学系统50制造的。除上面已述部件外，在投影系统140中还配有装置142和144，这些装置中有为产生视频图像所必需的电子电路，此处没有示出电路的细节。投影系统140具有200cm的图像对角线，而仪器距图像屏幕中心的高度h是1.5m，仪器的厚度只有60cm。与图像屏幕的几何尺寸相比，这样小的仪器厚度要归因于所使用的转换光学系统50以及一个反光镜146，此反光镜同样也增大了从图像屏幕到偏转单元的光距。其中，转换光学系统50将偏转单元与图像屏幕(正如上面所述)之间长度缩短了5倍。这就意味着不使用本发明的转换光学系统50，图6示例中的光程必需大于5m才能得到大小相似的图像。
除上述几何尺寸的考虑外还应看到，投影系统140除令人满意地实现缩短长度外还可实现更好的聚焦，正如图2示例所述，它提供了附加的优点，而这是用已知系统所无法达到的。
为了进一步改进系统的性能，也可将若干这种转换光学系统50前后串起来，其中，每两级以其焦距之比为系数对正切条件作贡献。但也可以在一个单一的转换光学系统50中配备有两个以上的光学级，而所采用的光学级数必须不是偶数。
附录表表面曲率半径在下列表DNV编号(mm)面之间(mm)111-665111-112101,652233,611246112-11381,622563,2113-65113-11410111466114-11581,622563,2
表(续)表面曲率半径在下列表DNV编号(mm)面之间(mm)115-489115-1165111631116-11781,622563,2117727117-118151,624136,111818118-119261119164119-12031,734328,512020120-12161,625456,6121-37121-1220,1112224122-12341,622563,2123-156123-1240,1112413124-12531,622563,212533125-12621126-57126-12731,624136,11278127-12861,574957,312818128-12910112919129-13071,574957,3130-832130-13110113125131-13251,734328,5132104132-13341133-17133-13421,652233,6134-307134-135121135-21135-13621,518764,0136-50136-137101137-24137-13821,518764,0138-40
权利要求
1.用于在屏幕(54)上投影一个由像点组成的视频图像的投影系统，最少有一个发射一条光束并且其光强可调的光源(10，20，30)和一个为照亮屏幕(54)上的像点控制光束偏转的装置(44，46)，其特征在于，在偏转装置(44，46)和屏幕(54)之间安置一个最少为两级的转换光学系统(50)，该系统按正切条件矫正至无畸变。
2.根据权利要求1所述投影系统，其特征在于，在转换光学系统(50)与屏幕(54)之间安置一个场透镜。
3.根据权利要求2所述投影系统，其特征在于，场透镜是一个菲涅耳透镜(52)。
4.根据权利要求3所述投影系统，其特征在于，由转换光学系统产生的图像位于离开菲涅耳透镜(52)焦点处的偏转装置一段距离的地方或者位于距离其焦点为菲涅耳透镜(52)焦距值的±20%的地方。
5.根据权利要求3或4所述投影系统，其特征在于，菲涅耳透镜(52)有一个朝向转换光学系统(50)的平面。
6.根据权利要求1至5之一所述投影系统具有一个隶属于转换光学系统的物侧主平面(H)，其特征在于，偏转装置(44，46)安置在转换光学系统物侧主平面与转换光学系统(50)的一个第一物侧透镜顶端(111)之间。
7.根据权利要求1至6之一所述特别是应用于一个投影系统中的转换光学系统，其特征在于，它最少具有两个光学级(90，92)，其中第一光学级产生一个中间图像平面(94)并由后面的若干光学级(92)将其投影到屏幕(54)上。
8.根据权利要求7所述转换光学系统，其特征在于，在平行入射光的情况下，中间图像平面含有一个第一光学级的像侧焦点。
9.根据权利要求7或8所述转换光学系统，其特征在于，第二光学级(92)具有一个焦距，它小于第一光学级(90)焦距的一半。
10.根据权利要求9所述转换光学系统，其特征在于，第二光学级(92)的焦距小于第一光学级(90)焦距的1/5。
11.根据权利要求7至10之一所述的转换光学系统，具有第一光学级(90)的物侧主平面(H)和物侧焦点(96)，其特征在于，转换光学系统(50)的物侧主平面(H)位于第一透镜顶端(111)外面，而第一光学级(90)的物侧焦点(96)位于物侧主平面(H)与第一透镜顶端(111)之间。
12.根据权利要求7至11之一所述转换光学系统，其特征在于，第一光学级(90)与第二光学级(92)是由多透镜装置组成的。
13.根据权利要求7至12之一所述转换光学系统，在各个光学级之间有中间图像平面，其特征在于，每个中间图像平面(94)位于光学级(90)的最后一个透镜顶端(118)与后面的光学级(92)的第一个透镜顶端(119)之间。
全文摘要
用于在屏幕(54)上投影由像点组成视频图像的投影系统，最少具有一个发射一条光束并且其光强可调的光源(10，20，30)和具有一个偏转照亮屏幕(54)上像点的光束的偏转装置(44，46)，在偏转装置(44，46)和屏幕(54)之间安置一个有两个光学级的转换光学系统(50)，此转换光学系统按正切条件矫正为无图像畸变。转换光学系统本身最少包含两个光学级，其中第一光学级产生一个中间图像平面并由后面的一个或若干个光学级投影到屏幕上。
文档编号H04N9/31GK1112801SQ94190534
公开日1995年11月29日 申请日期1994年7月19日 优先权日1993年7月23日
发明者C·迪特, K·希勒, G·艾尔斯特, R·勒德, W·霍罗塔 申请人:施奈德电子无线电广播工厂有限公司, 卡尔蔡斯耶拿有限公司