具有扭曲的中间图像的广角透镜系统技术方案

一种透镜系统，其特征在于，包括：　　　　第一级，其产生扭曲的中间图像；和　　　　第二广角透镜级，其产生扭曲以基本消除中间图像的扭曲并投射与中间图像相应的基本上不扭曲的图像。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在光学装置中使用的透镜。更具体地说，本专利技术涉及在应用广角透镜系统的光学装置中使用的透镜。
技术介绍
为了给电视机提供大于约40英寸的屏幕尺寸，通常使用除直观式阴极射线管(CRT)外的显示装置。当CRT的屏幕尺寸增加时，其深度也增加了。人们一般认为屏幕尺寸大于40英寸的直观式CRT是不再可行的。存在两种可选择的大屏幕(＞40英寸屏幕尺寸)显示器投影显示器和等离子体显示器。现有等离子体显示器比投影显示器贵得多。等离子体显示器一般很薄，可以安装在墙上，但又很重，使得安装起来困难。比如，现在42英寸等离子体显示器重达80磅或更多，而60英寸等离子体显示器可达150磅或更多。等离子体显示器相对现有投影显示器的一个优势是具有相同屏幕尺寸的等离子体显示器通常比现有的投影显示器更薄。投影显示器，特别是背投式显示器，通常比等离子体显示器具有更高的成本效益。此外，投影显示器在房间中需要占用更多的空间以致于不能提供大屏幕所需的应用方案。例如，典型的60英寸背投式显示器为24英寸厚，重达200到300磅。图1显示了现有技术中的背投式显示装置。通常，显示装置100包括光学引擎140、投影透镜130、后板(back plate)镜120和屏幕110。光学引擎140产生在屏幕110上投影的图像。投影透镜130将图像从光学引擎140投射到后板镜120上，后板镜120将图像反射到屏幕110。显示装置100的尺寸正比于要在屏幕110上显示的图像尺寸。这样，对于大屏幕尺寸(例如＞60英寸)，显示装置的整个尺寸将非常大。薄型背投显示装置已发展成小于12英寸厚。但是，这些更薄的背投显示装置通常依赖于难以制造、不易对准的非球面镜。非球面镜的这些困难问题使得现在的薄型背投显示器价格昂贵，限制了背投显示器在理想成套产品中的可用性。图2显示现有技术中的具有非球面镜的薄型背投显示装置。图像通过投影透镜250从光学引擎260投射到反射镜240上。反射镜240反射图像到非球面镜230，其放大投影图像并扩大视场射线角。非球面镜230反射图像到后板镜220，然后后板镜将图像反射到屏幕210。与图1中的显示装置100相比，背投影显示装置200为相同尺寸的屏幕提供了更薄的成套产品，但是采用非球面镜230所带来的制造和对准问题大大地增加了显示装置200的成本。显示装置200的另一个缺点是光学引擎260关于镜220、230和240及关于屏幕210的角度。没有补偿的情况下，光学引擎260的角度会产生梯形化图像。角度补偿提供了正方形图像，却进一步增加了显示装置200的成本和复杂性。
技术实现思路
在一个实施例中，透镜系统包括以产生扭曲的中间图像的第一级，以及，产生扭曲以基本消除中间图像的扭曲、并投射对应于中间图像的基本上不扭曲的图像的第二广角透镜级。附图说明本专利技术通过示例方式而非限制方式说明，在附图的各图中，相似的参考数字表示相似的器件。图1显示现有技术的背投显示装置。图2显示现有技术中采用非球面镜的薄型背投显示装置。图3显示采用平行于屏幕的平面镜的超薄型背投显示装置的一个实施例。图4显示具有扭曲的中间图像的折叠的广角透镜系统的一个实施例。图5显示具有扭曲的中间图像的广角透镜系统的一个实施例。图6显示具有中间图像的广角透镜系统的背投显示装置的一个实施例。具体实施例方式将描述具有扭曲中间图像的广角透镜系统。在下面的描述中，为解释起见，阐述了几个具体的细节以对本专利技术提供通透的理解。显然对于本领域的普通技术人员而言，即使不采用这些具体细节也能够实施本专利技术。在其它实例中，结构和装置用方块图表出以避免使本专利技术模糊不清。这里所述的广角透镜系统允许投影装置(例如，背投显示装置)比其它可能的方式更紧凑。该透镜系统包括广角透镜级和中继透镜级。当作为投影装置运作时，该中继透镜级将扭曲的中间图像投射到广角透镜级上，后者投射图像以供显示。中继透镜级产生的扭曲补偿(即，近似相等和相反)由广角透镜级引起的扭曲。该扭曲可能是镜像形状和/或焦平面。当作为捕获装置运作时，广角级将扭曲图像提供到中继透镜级，中继透镜级补偿扭曲并提供较少扭曲，或甚至不扭曲的图像以供捕获。图3示出具有平行于屏幕的平面镜的背投显示装置的一个实施例。如下面所详细描述的，平行于屏幕的平面镜以及具有垂直于镜面和屏幕的光轴的广角投影透镜的使用、使得背投显示装置与现有技术中的背投显示装置相比更薄更简单。例如，这里所述的小于7英寸厚的超薄型背投显示装置能够提供60英寸图像。在一个实施例中，背投显示装置300包括屏幕310、后板镜320、中间镜330、透镜系统340和数字微镜装置(DMD)350。为简化描述，没有示出现有技术中已知的其它组件。可以用现有技术中的任意方法将图像提供到DMD350上。DMD350选择性地将来自光源(在图3中未示出)的光反射到透镜系统340。在显示装置300中能够使用现有技术中已知的任意类型的显示装置。其它类型的装置(例如，微机电系统(MEMS)，栅状光阀(GLV)，液晶显示器(LCD)，硅基液晶(LCOS)也可用来将图像提供到透镜系统340。在一个实施例中，DMD350从透镜系统340的光轴偏移以至于只使用到有效透镜场(lens field)的一部分(例如，50％，60％，40％)。通过相对透镜系统340的光轴偏移DMD350，来自DMD350的图像由透镜场上部中的透镜系统340投射到中间镜330。也可用透镜场下部将图像投射到中间镜330。在这样的实施例中，透镜系统340在中间镜330上面，而中间镜330在后板镜320上面。为了能用所描述的方式投射图像，透镜系统340是角度极广的透镜系统。在一个实施例中，透镜系统340具有152°或更大的场角；不过，也能够使用其它的透镜。通常，透镜系统340的角度越大，显示装置300便能够做得越薄。下面将更详细地描述适宜的广角透镜系统。中间镜330将图像反射到后板镜320，后者反射图像到屏幕310，屏幕可以是诸如菲涅耳透镜。后板镜320也是平面镜，平行于屏幕310且垂直于透镜系统340的光轴。因为透镜系统340的光轴垂直于中间镜330，而且中间镜330和后板镜320都是平面镜并平行于屏幕310，显示装置300中不存在由成角透镜和非球面镜引起的扭曲。这样简化了显示装置300的设计并降低了制造成本和复杂度。在上述引用的专利申请更详细地描述了能够使用所述广角透镜系统的背投显示装置的实施例，该实例通过引用结合到本专利。图4示出了具有扭曲的中间图像的折叠的广角透镜系统的一个实施例。虽然图4的透镜系统被描述为一个投影透镜系统，该透镜系统也能够用于图像捕获，比如作照相机。DMD410将图像提供到透镜系统。如上所述，能够使用其它类型的装置以将图像提供到透镜系统。棱镜420将图像导向中继透镜组430。中继透镜组430将图像从棱镜420投射到棱镜440并扭曲该图像，这样中间棱镜440接收故意扭曲的中间图像。在一个实施例中，中继透镜组430包括9个透镜；不过，可以根据诸如中间图像的所需扭曲或透镜系统的整个尺寸来使用任意数目的透镜。由中继透镜组430导致的扭曲与由广角透镜组450带来的扭曲相等且相反。在一个实施例中，中间图像近似为弯曲像平面的半圆图像。在替换实施例中，能够使用其它类型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·艾伦·高曼，
申请(专利权)人：富可视公司，
类型：发明
国别省市：