專利名稱：：具有三個(gè)透鏡組的廣角投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于短投影距離的投影鏡頭和顯示設(shè)備。具體說，該投影鏡頭能夠應(yīng)用于正投影和背投影顯示系統(tǒng)中，例如教育、商業(yè)和家庭使用的多媒體和顯示設(shè)備。此外，本發(fā)明涉及一種投影裝置，具有廣角投影鏡頭，能夠產(chǎn)生極大離軸圖像，并且產(chǎn)生的圖像基本沒有畸變，需要極少或無需梯形校正。
背景技術(shù)：
：電子或視頻顯示系統(tǒng)是能夠演示視頻或電子圖像的裝置。無論用于家庭娛樂、廣告、電視會議還是團(tuán)體會議，都存在對合適的顯示設(shè)備的需求。圖像質(zhì)量是影響消費(fèi)者決定合適的顯示設(shè)備的因素之一。通常，圖像質(zhì)量可通過例如圖像分辨率、圖像色彩等因素來定量確定。一些消費(fèi)者的需求是顯示設(shè)備具有更大畫幅，而圖像質(zhì)量可稍降。典型的大畫幅是指顯示屏對角線長度大于大約40英寸。盡管市場上已有一些顯示設(shè)備，然而對開發(fā)其他設(shè)備的持續(xù)要求依然存在。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，廣角投影鏡頭包括(a)負(fù)折射能力的第一透鏡組，該第一透鏡組至少具有一個(gè)非球面的表面；(b)基本為零折射能力的第二透鏡組；以及，(c)正折射能力的第三透鏡組。"基本為零折射能力"是指少于所述透鏡能力的3%。投影鏡頭滿足以下三個(gè)條件條件(1)尸'//7的絕對值小于4.0(即l尸'^l〈4力)；條件(2)&//7的絕對值大于50(即1^^1〉^);以及條件(3)、^的絕對值小于3.5(即|《/"<3'5)。在這些條件中，F(xiàn)是廣角投影透鏡的焦距。Fi是第一透鏡組的焦距；F2是第二透鏡組的焦距；F3是第三透鏡組的焦距。投影透鏡的孔徑光闌可置于第二透鏡組之中或與之接近。在上一句中，"接近"是指孔徑光闌到第二透鏡組中最后一透鏡元件的第二表面的距離與投影鏡頭總長度之比是大約1/65。第三透鏡組設(shè)置成以便使光闌成像遠(yuǎn)離該透鏡，這意味著該透鏡在成像空間是近似遠(yuǎn)心的。該廣角投影鏡頭可用于背投影顯示系統(tǒng)。該廣角投影鏡頭也可用于正投影顯示系統(tǒng)。在另一實(shí)例中，顯示設(shè)備包括光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎包括照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，以及投影光學(xué)系統(tǒng)。該投影光學(xué)系統(tǒng)包括負(fù)折射能力的第一透鏡組，該第一透鏡組至少具有一個(gè)非球面的表面。投影光學(xué)系統(tǒng)以至少45°的半視場角輸出圖像，其中圖像基本沒有畸變。輸出圖像對角線長度大約25英寸或更大。并且，在優(yōu)選的方面，該裝置無需基本的梯形校正。此外，投影裝置投影基本無畸變的圖像。"基本無畸變"是指畸變不大于2。/。。在優(yōu)選的方面，畸變小于或等于1%，最優(yōu)小于或等于0.5%。在這些畸變值下，至少對于大多成像應(yīng)用無需電子畸變校正。在另一實(shí)例中，背投影裝置包括光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎包括(a)照明系統(tǒng)；(b)成像系統(tǒng)；以及(c)投影鏡頭，其后焦距大于有效焦距的大約2倍，且速度小于或等于大約F/3.1或更小。投影鏡頭產(chǎn)生基本無畸變的圖像，基本無需梯形校正。該背投影裝置還包括機(jī)殼，由該機(jī)殼支撐的用來接收圖像的顯示屏；以及，用于容納光學(xué)引擎的底座。在本文件中，"大約"是指所有數(shù)值將來可修正。本發(fā)明的上述內(nèi)容不是意在描述每個(gè)圖示的實(shí)施例或本發(fā)明的每個(gè)裝置。下面的附圖和詳細(xì)描述將更具體地舉例說明這些實(shí)例。圖1是本發(fā)明中能夠使用的示例性光學(xué)引擎的示意圖。圖2是本發(fā)明中能夠使用的示例性投影光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。圖3A和圖3B分別示出根據(jù)本實(shí)例的背投影顯示設(shè)備的側(cè)視圖和等軸投影圖。這些圖不是用來表示大小，而是作為圖示目的。盡管本發(fā)明對各種改進(jìn)和替代形式是可以改正的，但是其細(xì)節(jié)已在附圖中作為例子示出，并將在下文詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并非限定在所描述的具體實(shí)施例中。與之相反，本發(fā)明包含了由所附權(quán)利要求界定的發(fā)明范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等同物以及各種替代物。具體實(shí)施方式本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例提供了用于短投影距離的投影鏡頭和顯示設(shè)備。具體說，該投影鏡頭可用于正投影和背投影顯示系統(tǒng)中，例如教育、商業(yè)和家庭使用的多媒體和顯示設(shè)備。此外，本發(fā)明涉及一種投影裝置，其具有廣角投影鏡頭，能夠產(chǎn)生極大離軸圖像，并且產(chǎn)生基本沒有畸變的圖像，需要很少或無需梯形校正。圖1示出了示例性光學(xué)引擎IO的示意圖，其具有一個(gè)或多個(gè)以下組件照明系統(tǒng)12或12'，成像系統(tǒng)14，聚焦機(jī)構(gòu)15，投影光學(xué)裝置16。盡管示出了兩個(gè)不同照明系統(tǒng)12和12，，但是通常只使用一個(gè)。當(dāng)照明系統(tǒng)位于附圖標(biāo)記12所示的位置時(shí)，使用的成像器是反射式成像器。相反，當(dāng)照明系統(tǒng)位于附圖標(biāo)記12'所示的位置時(shí)，使用的成像器是透射式成像器。光學(xué)引擎可以在投影顯示屏18或觀看表面上成像。因?yàn)橛^看者和光學(xué)引擎在投影顯示屏的同側(cè)，所以圖1示出的是利用光學(xué)引擎10的正投影顯示系統(tǒng)。圖3A和圖3B示出了利用光學(xué)引擎110的背投影顯示系統(tǒng)。光學(xué)引擎中的每個(gè)單元將在下文詳細(xì)描述。照明系統(tǒng)12、12'可包括燈單元、濾光器(如紅外光和/或紫外光抑制濾光片)、分色裝置，以及勻光棒。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，燈單元包括反射鏡和燈。合適的商品化的燈包括(i)PhilipsSemiconducdtorsEindhoven,TheNethlands的半導(dǎo)體的PhilipsUHP型燈單元，其利用橢圓反射鏡；禾口(ii)OSRAMGmBH,Munich,Germany的OSRAMP—VIP250燈單元。其它適合的燈和燈單元裝置可在本發(fā)明中使用。例如，可使用金屬鹵化物燈、鹵鎢燈或發(fā)光二級管(LED)。本發(fā)明實(shí)施例中使用的濾光器、色輪和勻光棒的類型并不關(guān)鍵。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，分色裝置是在成像器光源中的旋轉(zhuǎn)的紅/綠/藍(lán)色(RGB)順序盤。圖示的商業(yè)化的色輪是UNAXISBazersLTD.Balzers,Liechtenstein的UNAXISRGBW色輪。液晶RGB色順序快門也可以在本發(fā)明實(shí)例中使用。圖示的商業(yè)化的勻光棒是UNAXISBalzersLTD.的中空型勻光棒。成像系統(tǒng)14可包括成像器，通常也可包括現(xiàn)有的電子器件。本發(fā)明可使用的實(shí)用的反射成像器是XGA數(shù)字微反射鏡裝置(DMD)，具有對角線長度22mm,從TexasIntruments，Dallas,Texas可得到。或者，可以用透射式或反射式液晶顯示器(LCD)作為成像器。在示例性的光學(xué)引擎實(shí)施例中，成像器的表面設(shè)置成與投影顯示屏基本相平行。在一裝置中，聚焦機(jī)構(gòu)15可通過在可滑動(dòng)的或螺紋的安裝座上安裝一個(gè)或多個(gè)下述的透鏡完成，其可通過使用電子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用手進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。例如，可通過變焦距或變焦鏡頭來完成聚焦。可選地，對于設(shè)置光學(xué)引擎10和觀看屏18之間具有預(yù)定固定距離的投影單元或背投影應(yīng)用，不需要使用者來聚焦。在一些裝置中，顯示屏18可包括多層材料，例如，美國專利第6,179,426號中描述的多個(gè)菲涅耳元件。該顯示屏可被設(shè)計(jì)成可控制沿水平方向散布的光分布，以適應(yīng)水平地位于顯示屏前的觀看者。顯示屏可選的實(shí)例可包括明尼蘇達(dá)州，圣保羅市的3M公司的多層膜技術(shù)、DdualBrightnessEnhancementFilm(DBEF)技術(shù)或VIKUITI技術(shù)?？蛇x地，產(chǎn)生的圖象可以在任何表面上觀看，如墻壁或其他結(jié)構(gòu)，或標(biāo)準(zhǔn)顯示屏。圖2示出了光學(xué)引擎10中投影光學(xué)裝置(在這里也稱為"投影鏡頭"或"廣角投影鏡頭")示范性實(shí)施例的示意圖。圖2的投影光學(xué)裝置包括三個(gè)透鏡組(從外側(cè)或顯示屏側(cè)起)第一透鏡組(Gl)，第二透鏡組(G2)，以及第三透鏡組(G3)。"顯示屏側(cè)"是指投影鏡頭的最靠近投影顯示屏的一側(cè)。下面將詳細(xì)介紹此三個(gè)透鏡組。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯而易見的是，可以釆用可選的投影鏡頭16的結(jié)構(gòu)，包括具有較少，相同，或更多數(shù)目的透鏡元件的可選結(jié)構(gòu)。圖2所示的示例性投影鏡頭包括總共三組11個(gè)透鏡元件，從顯示屏側(cè)開始標(biāo)號。按照從顯示屏側(cè)開始的順序，第一透鏡組(Gl)可包括，負(fù)折射能力的第一透鏡元件(Ll)，和在其第二面具有非球面的表面的第二透鏡元件(L2)。優(yōu)選地，Gl具有負(fù)折射能力。Gl中比例^/尸可為-3.5<巧/尸<-2.3。第二透鏡組(G2)可包括3個(gè)透鏡元件，即(L3)到(L5)，用常規(guī)的粘結(jié)劑固定或膠合在一起。優(yōu)選地，G2的折射能力基本為零。在另一實(shí)例中，G2可稍稍具有正折射能力。在另一實(shí)例中，G2可稍稍具有負(fù)折射能力。G2中的比例^//7可為-95<^/尸<-86。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，孔徑光闌位于第二透鏡組G2內(nèi)或接近第二透鏡組G2。第三透鏡組(G3)可包括6個(gè)透鏡元件(L6)到(L11)。優(yōu)選地，G3具有正折射能力。G3中的比例^/F可為2'5<《/^<3'2。如圖2所示，棱鏡位于L11旁，艮卩，在正投影應(yīng)用中離投影顯示屏最遠(yuǎn)。在上述描述中，F(xiàn)是廣角投影鏡頭的焦距，F(xiàn),是第一透鏡組的焦距，F(xiàn)2是第二透鏡組的焦距，F(xiàn)3是第三透鏡組的焦距。更具體地說，第一透鏡組Gl優(yōu)選具有負(fù)折射能力。在第一實(shí)例中，第一透鏡組G1包括多個(gè)透鏡元件。例如，位于離顯示屏最近地第一透鏡元件(Ll)在三個(gè)透鏡組的所有透鏡元件中可以具有最大的直徑。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，在第一透鏡組中的第一透鏡元件(Ll)具有足夠大的直徑能夠以大視場投影圖象，即，半視場角大于45。，優(yōu)選大于SG。，最優(yōu)選沿屏幕方向大約55°，基本無畸變。在另一示范性實(shí)施例中，在第一透鏡組中的第一透鏡單元L1的直徑大于60mm且小于75mm。在另一示范性實(shí)施例中，在第一透鏡組中的第一透鏡元件L1的直徑大約70mm。這樣，當(dāng)安裝在投影裝置中時(shí)，第一透鏡元件能夠提供大約11G。到大約1"。的視場角。在圖2的實(shí)施例中，第一透鏡組G1還包括具有至少一個(gè)非球面的表面的第二透鏡元件(L2)。本示例性實(shí)施例中的非球面的表面可幫助減小畸變效應(yīng)，同時(shí)仍然提供大視場。在一個(gè)方面，第二透鏡單元可用光學(xué)聚合物制造，該光學(xué)聚合物的折射率約為1.49,阿貝數(shù)約57.2，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。非球面的表面的面型可由以下等式定義式中，Z是在離系統(tǒng)光軸距離r處的表面凹陷，c是透鏡在光軸處的曲率，單位mm-'，r是徑向坐標(biāo)，單位mm，k是二次曲面系數(shù)。2是二次項(xiàng)的系數(shù)，O!是四次項(xiàng)的系數(shù)，《6是六次項(xiàng)的系數(shù)，a8是八次項(xiàng)的系數(shù)，c^是十次項(xiàng)的系數(shù)。在另一實(shí)施例中，第一透鏡組的第一透鏡元件的第二表面的曲率半徑與第一透鏡組的第二透鏡元件的第一表面的曲率半徑基本相同。+a，r"+c^r+(3^r+orsr等式i在一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組Gl包括兩個(gè)嵌套在一起的彎月形透鏡元件，第一彎月形透鏡元件由玻璃制成，第二彎月形透鏡元件由塑料制成，且塑料元件的厚度受到控制?？墒褂萌鏟MMA的塑料。該兩個(gè)元件間隔開，使得第一元件的第二表面和第二元件的第一表面之間的距離與投影鏡頭的總有效焦距之比為1/175。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第二成形的元件包括一個(gè)非球面透鏡(例如，具有至少一個(gè)非球面的表面的透鏡)，其具有各處基本均勻的厚度。這種圓拱形的結(jié)構(gòu)能減少熱問題并且便于簡單的加工。在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一透鏡組G1可包括兩個(gè)成形的元件，其通過模壓在一起形成一個(gè)整體元件。例如，第一成形元件可包括一個(gè)玻璃元件，第二成形元件可包括模壓在第一成形元件的第二表面上的塑料(例如PMMA)元件。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，第一透鏡組Gl可包括單個(gè)元件(例如單個(gè)玻璃元件)，在該單個(gè)元件的第一表面、第二表面上，或者在兩個(gè)表面上具有非球面的表面。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，第二透鏡組G2的折射能力可基本為零。第二透鏡組可由多個(gè)透鏡元件組成。投影透鏡16的孔徑光闌可位于第二透鏡組其中或與之接近。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，參考圖2，孔徑光闌位于大約L5的位置。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第二透鏡組的所有透鏡元件可有球面表面。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第二透鏡組G2包括一個(gè)三膠合透鏡以控制球差和彗差。如果需要，Gl中的透鏡元件與G2中的透鏡元件之間的軸向間隔距離可以變化。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第二透鏡組G2具有較長的有效焦距。另外，在一個(gè)示范性實(shí)施例中，組成第二透鏡組的透鏡元件由玻璃制成。在一個(gè)可選實(shí)施例中，雙膠合透鏡可用在第二透鏡組G2中。在這個(gè)可選實(shí)施例中，雙膠合透鏡元件的一個(gè)或兩個(gè)透鏡元件可包括非球面的表面。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，第三透鏡組G3可具有正折射能力，且這個(gè)透鏡組的所有透鏡元件可具有球面表面。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第三透鏡組G3提供色差校正(即，一階和二階色散補(bǔ)償)。例如，透鏡L7、L8、L10和Lll可包括相同的玻璃材料，如MP52?？蛇x地，也可以使用其他玻璃。棱鏡(例如，未示出的TIR棱鏡)可設(shè)置于第三透鏡組G3和成像器14之間，例如，在距離顯示屏側(cè)最遠(yuǎn)的位置?？蛇x地，可以使用像場鏡。通過舉例，對于圖2示出的實(shí)施例，下表1按照從輸出或顯示屏側(cè)(表面1作為透鏡元件L1最靠近顯示屏側(cè)的表面)開始的順序列出1了表面號；每個(gè)表面在靠近光軸的曲率半徑(C)(單位為W"O;各表面之間的軸向間隔(單位mm)，并且指出了玻璃類型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，從玻璃類型，就可確定該材料的折射率和阿貝數(shù)。表面0是物表面或投影顯示屏表面。在此實(shí)例中，廣角投影鏡頭的總有效焦距為8.8mm，在輸出方向或顯示屏側(cè)半視場角為55°，且工作于F/2.8。第一透鏡組Gl的有效焦距為-25.4mm;第二透鏡組G2的有效焦距為-800mm;第三透鏡組G3的有效焦距為23.5mm。在這個(gè)示例性實(shí)施例中投影鏡頭的總長度為130mm。對于圖2中的實(shí)施例，第一透鏡組中的第二透鏡元件的第二表面(表1中記為表面4)是非球面的表面，由上述等式I確定，并具有以下系數(shù)值c=0.0901，k=-0.8938，a2=0，=1.99xl(T5，Og=-7.468xl0-s，a8=3.523x10"°，Q^二-5.970xi(T13。在圖2示出的實(shí)施例中的廣角投影鏡頭總長度為130mm。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的是，在某些應(yīng)用中，如正投影和背投影顯示應(yīng)用中，有利的是具有一個(gè)短的總長度，因?yàn)榭梢缘玫揭粋€(gè)緊湊的投影鏡頭，由此減小整個(gè)光學(xué)引擎的空間需求。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>下面的表2和表3列出了圖2示出的實(shí)施例的鏡頭綜合數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)摘要表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>上面各表中提供的數(shù)據(jù)代表一個(gè)實(shí)例，并不想要限制這里描述的本發(fā)明的范圍。上面描述的光學(xué)引擎可以在多種投影應(yīng)用中使用。例如，在相關(guān)專利申請第11/003,252號中描述的多個(gè)投影應(yīng)用，其上述整個(gè)內(nèi)容結(jié)合于此供參考。在示范性背投影應(yīng)用中，圖3A和圖3B分別示出了背投影顯示設(shè)備100的側(cè)視圖和等軸投影圖。在示范性實(shí)施例中，顯示設(shè)備100包括光學(xué)引擎110，其類似于上面描述的光學(xué)引擎10，并包括廣角投影鏡頭，該廣角投影鏡頭類似于上面描述的投影光學(xué)裝置16。背投影顯示設(shè)備100包括底座102，機(jī)殼104，顯示屏106。如圖3A和3B所示，該背投影顯示設(shè)備可安裝于背投影電視中。其他應(yīng)用場合包括商業(yè)和教學(xué)用顯示設(shè)備，其能夠給一個(gè)或多個(gè)觀看者放映較大圖像(如，對角線長40英寸或更大)。底座102可容納諸如光學(xué)引擎IIO等部件，以及電源、控制電路、音響部件，連接器板(為了簡潔未示出)，它們的一個(gè)或多個(gè)可耦合于光學(xué)引擎110。底座102還可構(gòu)造成為顯示設(shè)備IOO提供結(jié)構(gòu)支撐。另外，根據(jù)光學(xué)引擎110的設(shè)計(jì)，底座可還可以包括反射面，例如反射鏡112，其可將從光學(xué)引擎IIO投影的圖像引導(dǎo)到顯示屏106和/或附加的一個(gè)或多個(gè)反射面上，例如安裝于機(jī)殼104中的反射面或反射鏡114。在背投影顯示設(shè)備100中使用的反射面(或反射鏡)112、114可被構(gòu)造成如第一反射鏡，一個(gè)(或多個(gè))菲涅耳反射面，或另一高反射率反射材料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的是，一個(gè)或多個(gè)反射面可以與此處描述的光學(xué)引擎一起使用以提供投影圖像到顯示屏106。機(jī)殼104可以構(gòu)造成用于容納如上所述的一個(gè)或多個(gè)反射面。而且，機(jī)殼104可支撐顯示屏106。顯示屏106可構(gòu)造成提供一個(gè)或多個(gè)不同圖像規(guī)格，如4x3規(guī)格，或16x9規(guī)格。顯示屏106接受投影圖像(參見圖3A中虛線所示)，可根據(jù)投影圖像尺寸和規(guī)格改變大小和形狀。關(guān)于顯示屏的結(jié)構(gòu)，例如，顯示屏106可包括多層材料，例如如美國專利第6,179,426號描述構(gòu)造的多個(gè)菲涅耳元件。該顯示屏可構(gòu)造成能夠控制沿水平方向散布的光線分布，以適應(yīng)水平地位于該顯示屏前面的觀看者。顯示屏地可選實(shí)例可包括明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司的多層膜技術(shù)、DdualBrightnessEnhancementFilm(DBEF)技術(shù)或VIKUITI技術(shù)。如上所述，光學(xué)引擎110可以以在上面關(guān)于圖1描述的類似光學(xué)引擎10的方式來構(gòu)造，且包括廣角投影鏡頭，類似上述的投影鏡頭16。另外，光學(xué)引擎110可包括類似于上述的照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，并可在結(jié)構(gòu)上可以構(gòu)造成適應(yīng)不同的底座和機(jī)殼結(jié)構(gòu)。例如，光學(xué)引擎110根據(jù)使用的成像器或照明系統(tǒng)類型，可具有V形外形，U形外形或者L形外形。由于廣角/短投影距離類型光學(xué)引擎110能夠在大視場條件下提供圖像，即，半視場角大于45。，優(yōu)選大于50°，最優(yōu)選大約55。，機(jī)殼104的深度(x)可比常規(guī)的背投影顯示設(shè)備減小。例如，機(jī)殼104的深度(x)可為從5英寸到15英寸，優(yōu)選從7英寸到12英寸，最優(yōu)選從7英寸到IO英寸。正如能夠理解的，給出的本說明書，機(jī)殼104的深度(x)可根據(jù)諸如顯示屏對角線長度和圖像規(guī)格等因素變化。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，光學(xué)引擎IIO可包括利用例如DLP、LCD或LCOS技術(shù)的成像器或成像裝置。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，光學(xué)引擎能夠提供4x3規(guī)格的圖像。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，光學(xué)引擎能夠裝備一個(gè)合適的成像器來提供不同的顯示規(guī)格，例如16x9規(guī)格。在又一個(gè)示范性實(shí)施例中，照明系統(tǒng)可由，例如，燈單元(例如弧光燈或其他類型的燈)以類似于上面描述的方式構(gòu)成?？蛇x地，光學(xué)引擎110的照明系統(tǒng)可以利用固態(tài)系統(tǒng)，例如基于激光或LED的系統(tǒng)。可選地，光學(xué)引擎可裝備校正電路(例如常規(guī)的warp芯片)，其甚至在更短投影距離中能夠產(chǎn)生質(zhì)量足夠高的圖像。另外，光學(xué)引擎構(gòu)造成需要極少或不需梯形校正，同時(shí)減少畸變。例如，投影圖像的畸變值可小于或等于2%，優(yōu)選小于1.0%，更優(yōu)選小于或等于0.5%(例如，畸變(d)可由"=^—W""M確定，其中h是近軸像高，H是實(shí)際像高)。用在這種示范性光學(xué)引擎，由于利用不太復(fù)雜的TIR部件，可以得到造價(jià)低、機(jī)殼薄的背投影顯示設(shè)備結(jié)構(gòu)。尺寸較大的(例如對角線大于40英寸)圖像可從短投影距離并且在極離軸位置得到，同時(shí)保持顯示機(jī)殼比較薄。另外，這里描述的光學(xué)引擎基本無畸變，極少需要或不需梯形校正。在一個(gè)可選實(shí)例中，背投影顯示設(shè)備可以構(gòu)造成安裝于墻壁上或吊于天花板的裝置，其中底座部分用于容納光學(xué)引擎和其他電子部件，不需要作為支座支撐整個(gè)裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明可以使用多種不同光學(xué)部件。盡管通過參考示范性優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以以其他特定形式實(shí)施，而不偏離發(fā)明的范圍。因此，應(yīng)理解在這里示出并描述的實(shí)例只是示范性的，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。根據(jù)本發(fā)明的范圍可以做出其他變化和改變。權(quán)利要求1.一種廣角投影鏡頭，包括-(a)負(fù)折射能力的第一透鏡組，該第一透鏡組至少具有一個(gè)非球面的表面；(b)基本為零折射能力的第二透鏡組，其中孔徑光闌位于該第二透鏡組內(nèi)或與之接近；以及，(c)正折射能力的第三透鏡組；其中滿足下列(1)到(3)的條件|巧/"<4.0條件(1)|F2/^>50條件(2)lF3/Fl<3.5條件(3)式中，F(xiàn)是該廣角投影鏡頭的焦距；F,是該第一透鏡組的焦距；F2是該第二透鏡組的焦距；F3是該第三透鏡組的焦距。2.如權(quán)利要求l所述的廣角投影鏡頭，其中所述鏡頭安裝于背投影顯示系統(tǒng)中。3.如權(quán)利要求l所述的廣角投影鏡頭，其中該第一透鏡組包括第一和第二透鏡元件，該第二透鏡元件包括在其第二表面的非球面的表面。4.如權(quán)利要求1所述的廣角投影鏡頭，其中該F很小于或等于大約F/2.8。5.如權(quán)利要求l所述的廣角投影鏡頭，其中該第一透鏡組包括第一和第二透鏡元件，該第一透鏡元件的第二表面的曲率半徑基本等于該第二透鏡元件的第一表面的曲率半徑。6.如權(quán)利要求1所述的廣角投影鏡頭，其中條件(1)是-3-5<^/尸<-2.3;條件(2)是-95<尸2^<-86;條件(3)是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>7.如權(quán)利要求1所述的廣角投影鏡頭，具有小于或等于大約F/3.0的速度和大約9的有效焦距。8.如權(quán)利要求l所述的廣角投影鏡頭，其中該第一透鏡組包括與第二彎月形透鏡元件嵌套的第一彎月形透鏡元件。9.一種用于顯示設(shè)備的光學(xué)引擎，包括照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，以及廣角投影鏡頭，其中該廣角投影鏡頭至少包括負(fù)折射能力的并具有至少一個(gè)非球面的表面的第一透鏡組，其中該廣角投影鏡頭以至少大約45°的半視場角輸出圖像，其中該圖像基本上無畸變。10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中該廣角投影鏡頭以至少大約SG。的半視場角輸出圖像。11.如權(quán)利要求IO所述的光學(xué)引擎，其中該廣角投影鏡頭以至少大約55°的半視場角輸出圖像。12.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中投影圖像尺寸至少是25英寸(對角線長度)，并且基本上不需要梯形校正。13.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中投影圖像規(guī)格是4x3規(guī)格或16x9規(guī)格。14.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中該光學(xué)引擎安裝于背投影顯示系統(tǒng)中。15.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中該第一透鏡組包括負(fù)折射能力的第一透鏡元件，和在其第二表面上具有非球面的表面的第二透鏡元件，其中該第一透鏡組的焦距與該投影光學(xué)裝置的焦距比(巧/尸)具有如下關(guān)系-3'5<^/尸<-23。16.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，還包括具有多個(gè)透鏡元件并設(shè)置在鄰接該第一透鏡組的第二透鏡組，其中，該第二透鏡組的折射能力基本為零，并且其中該第二透鏡組的焦距與該廣角投影鏡頭的焦距之比(&/F)有如下關(guān)系-9586。17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)引擎，其中該廣角投影鏡頭的孔徑光闌位于該第二透鏡組附近。18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)引擎，還包括具有正折射能力并包括設(shè)置成鄰接該第二透鏡組的多個(gè)透鏡元件的第三透鏡組，其中該第三透鏡組的焦距和該廣角投影鏡頭的焦距之比(^/F)有如下關(guān)系2.5<F3/尸<3.219.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，其中該第一透鏡組包括單個(gè)元件，該單個(gè)元件具有形成在其第一表面和第二表面至少其中之一上的非球面的表面。20.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，還包括基本為零折射能力的第二透鏡組，并且其中孔徑光闌位于該第二透鏡組內(nèi)或與之接近；以及正折射能力的第三透鏡組；其中滿足下列條件(1)到(3):《/小4.0條件(1)尸2/尸|>50條件(2)尸3/"<3'5條件(3)其中，F(xiàn)是該投影光學(xué)裝置的焦距；Fi是該第一透鏡組的焦距；F2是該第二透鏡組的焦距；以及F3是該第三透鏡組的焦距。21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)引擎，其中該第一透鏡組包括負(fù)折射能力的第一透鏡元件，和厚度各處基本均勻的第二透鏡元件，22.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)引擎，還包括圖像校正電路。23.—種背投影顯示設(shè)備，包括光學(xué)引擎，其包括(a)照明系統(tǒng)；(b)成像系統(tǒng)；以及(c)投影鏡頭，其后焦距大于所述等效焦距的大約2倍，且速度小于或等于大約F/3.1或更小，并且其中該投影鏡頭產(chǎn)生基本沒有畸變被和基本不需要梯形校正的圖像；機(jī)殼；由該機(jī)殼支撐的用來接收所述圖像的顯示屏；以及用于容納所述光學(xué)引擎的底座。24.如權(quán)利要求23所述的背投影顯示設(shè)備，其中該底座支撐該機(jī)殼和顯示屏。25.如權(quán)利要求23所述的背投影顯示設(shè)備，其中該機(jī)殼深度大約7英寸至大約IO英寸。26.如權(quán)利要求23所述的背投影顯示設(shè)備，其中該底座和該機(jī)殼至少其中之一還包括反射表面，以將圖像引向該顯示屏。全文摘要一種包括負(fù)折射能力第一透鏡組且該第一透鏡組至少具有一個(gè)非球面的表面的廣角投影鏡頭。該廣角投影鏡頭能夠以至少45°的半視場角輸出圖像，其圖像基本沒有畸變，需要極少或無需梯形校正。該廣角投影鏡頭能夠作為光學(xué)引擎的一部分安裝在背投影或正投影顯示設(shè)備中。文檔編號G02B27/14GK101147091SQ200580049269公開日2008年3月19日申請日期2005年5月19日優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日發(fā)明者盧開昌,小埃內(nèi)斯托·M·羅德里格斯申請人:3M創(chuàng)新有限公司