[发明专利]具有变焦和聚焦的以合理的大角度进行短距离投影的设备

说明书

本发明涉及能够产生较大图像的短距离投影设备。本发明具体涉及这种能够对图像进行聚焦和变焦的设备。

短距离投影机首先出现在背面投影领域。投影系统所需的体积降低能够使容纳整个系统的家具的尺寸明显降低。专利申请WO2006/043666和WO 2006/058884中描述了这类系统的示例。

这些系统的特殊性涉及以下事实，即投影机相对于给定尺寸的图像平面是固定的。这些系统在一定距离处投影已知固定尺寸的图像，该距离相对于最后的具有焦度的光学元件（在这种情况下为曲面镜（通常为凹面镜））也是固定的。这些文献还示出，这种系统能够由全部具有相同对称旋转轴线的元件和单独曲面镜构成。这些镜子相对昂贵并且仅使用这些镜子中的一个的事实因此是有利的。此外，这些镜子不被集成在容纳形成该设备的透镜的筒中，因为这导致组装困难。对称轴线的存在大大地促进了这种组装。

因为投影距离和固定图像的尺寸，这些系统不需要聚焦和变焦功能。

这些投影机可用于设计正面投影系统。在正面投影系统中，投影不机械地连接至投影表面。对于投影机与投影表面之间的给定距离，为了调整图像的清晰度，允许通过调节某些透镜的相对位置来进行聚焦是有利的。这种正面投影可从专利申请WO 2008/11159中可知。

投影表面的尺寸可在使用这种正面投影系统时改变。使具有适于不同尺寸的投影表面的变焦功能的投影机可用是有利的。

本发明的目的是通过短距离正面投影系统解决上述问题，也就是说，该投影系统具有宽角度，占用小体积并提供聚焦以及变焦功能的可能。该投影系统能够获得对角线大于2米的图像，整个光学系统距离图像平面至少50cm。该投影机以三个光学元件为基础构造：目镜、无焦透镜系统和构成物镜的最终组，物镜用于在凹面镜前形成中间图像。

本发明涉及一种短距离投影设备，按照光束传播的顺序包括：成像器，形成图像；目镜，由形成近似平行光束的一组透镜形成；物镜，由具有场曲的、形成中间图像的一组透镜形成；非球面凹面镜，生成最终图像，所述物镜产生的场曲补偿由所述非球面凹面镜所引发的变形；无焦透镜系统，包括位于所述目镜和所述物镜之间的一组透镜，这些透镜能够在光轴上平移以改变所述无焦系统所产生的放大率并且由此能够为所述设备提供变焦能力。

根据本发明的具体实施方式，构成所述物镜的透镜能够在它们的光轴上平移，从而能够改变生成所述最终图像的距离并且由此能够为所述设备提供聚焦能力。

根据本发明的具体实施方式，构成目镜、无焦透镜系统和物镜的透镜以及非球面镜共享同一个光轴。

根据本发明的具体实施方式，无焦透镜系统包括第一会聚透镜，随后是发散透镜、新的会聚透镜和最后的发散透镜。

根据本发明的具体实施方式，为了获得最终图像的缩小，无焦透镜系统被形成为：第一会聚透镜能够在光轴上平移，以使第一会聚透镜能够远离所述目镜，第一发散透镜能够在光轴上平移，以使第一发散透镜能够靠近第一会聚透镜，最后的发散透镜能够在光轴上平移，以使最后的发散透镜能够远离第二会聚透镜。

根据本发明的具体实施方式，物镜包括第一会聚透镜，随后是一个或多个发散透镜，之后是一个或多个透镜，该一个或多个透镜包括至少一个曲率中心与被称为弯月面的表面位于同一侧的透镜。

根据本发明的具体实施方式，物镜被形成为：所有透镜都能够在光轴上平移，以使这些透镜能够靠近所述凹面镜，第一会聚透镜和弯月面能够在光轴上平移，以使第一会聚透镜和弯月面能够彼此靠近。

根据本发明的具体实施方式，无焦透镜系统包括两个会聚透镜或会聚透镜组和最后的发散透镜。

根据本发明的具体实施方式，无焦透镜系统被形成为两个会聚透镜或会聚透镜组和最后的发散透镜沿着光轴平移以允许在光传播方向上独立运动。

根据本发明的具体实施方式，物镜包括第一会聚透镜，随后是一个或多个发散透镜，随后是非球面透镜。

根据本发明的具体实施方式，物镜能够以单件形式在光轴上平移。

通过阅读下面的示例性实施方式的描述，上面提到的本发明的特征、以及其他特征将更加清楚，所述描述参照附图给出，在附图中：

图1示出了第一个实施方式；

图2、3和4给出第一个示例性实施方式的精确物理特征；

图5示出第一个示例性实施方式的前三种给定配置；

图6、7和8给出第一个示例性实施方式的配置1、2和3中的图像的失真；

图9、10和11给出第一个示例性实施方式的配置1、2和3的调制传递函数；

图12示出第二个示例性实施方式；