專利名稱：一種變焦投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種變焦投影鏡頭，是ー種適合在高分辨率DMD芯片的DLP投影儀上使用的大視場(chǎng)變焦投影鏡頭，特別適合在4k的高分辨率DMD芯片的DLP投影儀上使用的大視場(chǎng)變焦投影鏡頭。
背景技術(shù)：
近年來，數(shù)字電影是電影技術(shù)領(lǐng)域的一次技術(shù)革命。它是不同于膠片電影的全新模式，展現(xiàn)給廣大觀眾的是目前最高質(zhì)量的影像，以其在制作、發(fā)行、放映的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，在業(yè)界得到了迅速的發(fā)展。因此，數(shù)字電影放映機(jī)系統(tǒng)及其配套的投影鏡頭在市場(chǎng)上有強(qiáng)大的需求?，F(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字電影放映機(jī)主要采用了兩種技術(shù)途徑DLP ( (Digital LightProcessing,數(shù)字光處理)技術(shù)和LCOS (Liquid Crystal On Silicon,娃基液晶)技術(shù)。目前在數(shù)字影院中廣泛使用的數(shù)字電影放映系統(tǒng)大部分采用基于三片DMD黑芯片的DLP技術(shù)。DLP技術(shù)基于數(shù)字微鏡器件(DMD，Digital Micro-mirror Device)芯片，其基本原理是將光線直接投射到數(shù)百萬個(gè)微小反射鏡，微鏡與像素一一對(duì)應(yīng)，利用數(shù)字圖像信號(hào)高速控制微鏡的偏轉(zhuǎn)角，而且以微鏡反射光能否投向光學(xué)顯示系統(tǒng)來起光開關(guān)作用，并按照開關(guān)狀態(tài)所占比例形成灰度圖像，三片DMD各自產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)光在經(jīng)過合成從而產(chǎn)生色彩鮮艷的圖像，具有高亮度、高對(duì)比度等優(yōu)良特性。目前，影院中廣泛應(yīng)用的是2k(2048 X 1080)的DMD芯片，而4k (4096X2160)的DMD芯片在高端影院中正得到逐步推廣。投影鏡頭是數(shù)字電影放映機(jī)的ー個(gè)重要組成部分。投影鏡頭的主要功能是將數(shù)字芯片發(fā)出的三基色光合成圖像投射到寬銀幕上。數(shù)字電影放映系統(tǒng)機(jī)對(duì)投影鏡頭的要求是能適應(yīng)高分辨率放映，要求鏡頭像質(zhì)好；能夠滿足特殊銀幕如巨幕的要求，要求鏡頭視場(chǎng)大；能適應(yīng)不同影廳和銀幕不同尺寸要求，鏡頭能夠變焦；光能利用效率高，要求鏡頭透過率高；要求在投影銀幕中，各個(gè)視場(chǎng)邊緣都能夠看清楚，則要求鏡頭各個(gè)視場(chǎng)都有較好的成像質(zhì)量和較好的照度均勻性；要求整個(gè)投影銀幕中像面不失真，不產(chǎn)生視覺能感受到的圖像變形，要求系統(tǒng)具有小的畸變；投影鏡頭和DMD芯片之間有棱鏡組，要求鏡頭有較長(zhǎng)的后工作距離。因此，投影鏡頭的特殊要求使得其不同于普通光學(xué)系統(tǒng)的研制。另外，現(xiàn)有公開的投影鏡頭技術(shù)中，像質(zhì)難以在721p/mm仍具有較高的成像質(zhì)量，不能較好的應(yīng)用于基于4k的DMD芯片的數(shù)字電影放映系統(tǒng)中；一部分鏡頭技術(shù)應(yīng)用了非球面，但是像質(zhì)仍不夠好，不能保證在基于4k的DMD芯片的數(shù)字電影放映系統(tǒng)中具有較好的投影效果；一部分鏡頭通過采用高折射率的高檔材料來補(bǔ)償系統(tǒng)的色差，但是同時(shí)帶來了系統(tǒng)材料受材料供求限制、材料價(jià)格高的缺點(diǎn)。高分辨率投影鏡頭要求的像質(zhì)高、光照度均勻、具有一定的變倍比、長(zhǎng)的后工作距離等特點(diǎn)給投影鏡頭的設(shè)計(jì)帶來困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種變焦投影鏡頭，具有高的成像質(zhì)量，能夠和2k 4k的DMD數(shù)字微鏡器件匹配，具有大視場(chǎng)，能夠滿足高端巨幕影院的需求；特別是能用于基于4k的DMD芯片的大視場(chǎng)高分辨率巨幕數(shù)字電影放映系統(tǒng)中。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種變焦投影鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在干，所述光學(xué)系統(tǒng)透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補(bǔ)償透鏡組、變倍透鏡組、后補(bǔ)償透鏡組及后固定透鏡組；所述變倍透鏡組為正焦距組元，用于實(shí)現(xiàn)變倍；前補(bǔ)償透鏡組和后補(bǔ)償透鏡組均為負(fù)焦距組元，用于移動(dòng)進(jìn)行變倍后的像質(zhì)補(bǔ)償，保持變倍過程中像面穩(wěn)定；后固定透鏡組為正焦距組元，用于提高系統(tǒng)的整體像質(zhì)；前補(bǔ)償透鏡組含有三個(gè)透鏡；變倍透鏡組含有兩個(gè)透鏡；后補(bǔ)償透鏡組含有兩個(gè)透鏡；后固定 透鏡組含有六個(gè)透鏡；后固定透鏡組中有光闌；所述凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是只有一個(gè)凸輪的凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，前補(bǔ)償透鏡組和變倍透鏡組及后補(bǔ)償透鏡組共三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組與該凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于整體驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變焦。進(jìn)ー步的技術(shù)方案是所述的變焦投影鏡頭，其光闌位于后固定透鏡組的從前往后數(shù)第二個(gè)透鏡與第三個(gè)透鏡之間。所述的變焦投影鏡頭，其光闌前及光闌后各有ー個(gè)高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌前及光闌后透鏡所產(chǎn)生的各種高次像差，提高系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，保持系統(tǒng)的成像質(zhì)量。所述的變焦投影鏡頭，其光學(xué)系統(tǒng)透鏡組其系統(tǒng)焦距f為28 35毫米，鏡頭投射比為I I. 25 lo本實(shí)用新型突出的特點(diǎn)及有益效果是I、本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)透鏡組有13片透鏡，提高了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，保持系統(tǒng)成像質(zhì)量，能在2k-4k的高分辨率DMD芯片中得到極好的綜合效果；2、本實(shí)用新型具有傳遞函數(shù)高、像質(zhì)好、調(diào)焦方便、視場(chǎng)大的特點(diǎn)，適用在基于2k-4k的DMD芯片的大靶面尺寸、大視場(chǎng)且高分辨率的巨幕數(shù)字電影放映系統(tǒng)中；3、凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為常規(guī)的機(jī)械式補(bǔ)償凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)于不同距離的投影銀幕能通過凸輪驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組整體移動(dòng)來達(dá)到變焦，保持各變焦位置具有長(zhǎng)短焦各位置的齊焦性。

圖I本實(shí)用新型變焦投影鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a本實(shí)用新型變焦投影鏡頭短焦部分光學(xué)示意圖；圖2b本實(shí)用新型變焦投影鏡頭中焦部分光學(xué)示意圖；圖2c本實(shí)用新型變焦投影鏡頭長(zhǎng)焦部分光學(xué)示意圖；圖中各標(biāo)記的名稱如下LI一前補(bǔ)償透鏡組；1一I號(hào)透鏡'2—2號(hào)透鏡；3 — 3號(hào)透鏡；L2—變倍透鏡組；4一4號(hào)透鏡；5—5號(hào)透鏡；L3—后補(bǔ)償透鏡組6— 6號(hào)透鏡；7— 7號(hào)透鏡；L4一后固定透鏡組8—8號(hào)透鏡；9—9號(hào)透鏡；10—10號(hào)透鏡；11—11號(hào)透鏡；12—12號(hào)透鏡；13 —13號(hào)透鏡；14 一光闌。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明如下如圖l、2a、2b、2c所示，本實(shí)用新型變焦投影鏡頭其分辨率為2k 4k，特別適合4k，在2k中也能通用，視場(chǎng)范圍為65. 5° 54. 4°。所述變焦投影鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該光學(xué)系統(tǒng)透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補(bǔ)償透鏡組LI、變倍透鏡組L2、后補(bǔ)償透鏡組L3及后固定透鏡組L4 ；所述變倍透鏡組L2為正焦距組元，用于實(shí)現(xiàn)變倍；前補(bǔ)償透鏡組LI和后補(bǔ)償透鏡組L3均為負(fù)焦距組元，用于移動(dòng)進(jìn)行變倍后的像質(zhì)補(bǔ)償，保持變倍過程中像面穩(wěn)定；后固定透鏡組L4為正焦距組元，用于提高系統(tǒng)的整體像質(zhì)；前補(bǔ)償透鏡組LI含有三個(gè)透鏡，從前至后依次是為正透鏡的I號(hào)透鏡、為負(fù)透鏡的2號(hào)透鏡、為負(fù)透鏡的3號(hào)透鏡；變倍透鏡組L2含有兩個(gè)透鏡，從前至后依次是為負(fù)透鏡的4號(hào)透鏡、為正透鏡的5號(hào)透鏡；后補(bǔ)償透鏡組L3含有兩個(gè)透鏡，從前至后依次是為負(fù)透鏡的6號(hào)透鏡、為正透鏡的7號(hào)透鏡；后固定透鏡組L4含有六個(gè)透鏡，從前至后依次是為負(fù)透鏡的8號(hào)透鏡、為正透鏡的9號(hào)透鏡、為正透鏡的10號(hào)透鏡、為負(fù)透鏡的11號(hào)透鏡、為正透鏡的12號(hào)透鏡和為正透鏡的13號(hào)透鏡；后固定透鏡組L4中有光闌14 ;所述凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是只有一個(gè)凸輪的凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，前補(bǔ)償透鏡組LI和變倍透鏡組L2及后補(bǔ)償透鏡組L3共三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組與該凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于整體驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變焦，該凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為常規(guī)的機(jī)械式補(bǔ)償凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)于不同距離的投影銀幕可以通過凸輪驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組整體移動(dòng)來達(dá)到變焦，三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組設(shè)計(jì)中保持了各變焦位置具有長(zhǎng)短焦各位置的齊焦性，經(jīng)過透鏡的高精度加工和系統(tǒng)的高精度裝調(diào)，實(shí)際系統(tǒng)能夠保證各變焦位置的齊焦，如實(shí)際使用中，存在局部不清晰狀況，則通過DMD外帶的伺服機(jī)構(gòu)整體移動(dòng)投影鏡頭來達(dá)到微調(diào)焦目的。所述的光闌14位于后固定透鏡組L4的從前往后數(shù)第二個(gè)透鏡與第三個(gè)透鏡之間，即光闌14位于后固定透鏡組L4的9號(hào)透鏡與10號(hào)透鏡之間。所述的光闌14前及光闌14后各有ー個(gè)高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌14前及光闌14后透鏡所產(chǎn)生的各種高次像差，提高系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，保持系統(tǒng)在721p/mm仍具有好的成像質(zhì)量，在2k-4k的高分辨率DMD芯片中得到很好的使用效果。高次非球面透鏡的高次非球面設(shè)置在利于非球面加工的F6和QK3玻璃材料制成的透鏡上。光闌14前的高次非球面透鏡是后固定透鏡組L4中的8號(hào)透鏡；光闌14后的高次非球面透鏡是后固定透鏡組L4中的12號(hào)透鏡。所述的前補(bǔ)償透鏡組LI其I號(hào)透鏡材料為K9，2號(hào)透鏡材料為QK3，3號(hào)透鏡材料為CAF2，不同材料的正負(fù)透鏡搭配能校正前補(bǔ)償透鏡組LI的色差和其他各種像差，優(yōu)化整體系統(tǒng)的像質(zhì)；變倍透鏡組L2其4號(hào)透鏡材料為ZF12，5號(hào)透鏡材料為L(zhǎng)AF8，用高色散的ZF12做負(fù)透鏡，用低色散的LAF8做正透鏡，有效減小變倍透鏡組的色差；后補(bǔ)償透鏡組L3其6號(hào)透鏡材料為K9，7號(hào)透鏡材料為ZF6 ;后固定透鏡組L4其8號(hào)透鏡材料為F6，9號(hào)透鏡材料為ZF6，10號(hào)透鏡材料為CAF2，11號(hào)透鏡材料為F5，12號(hào)透鏡材料為QK3，13號(hào)透鏡材料為CAF2。所述的光學(xué)系統(tǒng)透鏡組其系統(tǒng)焦距f為28 35暈米，鏡頭投射比為I I. 25 :1。本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)透鏡組中全部選擇用玻璃，且容易得到，通過不同玻璃的色差組合搭配來消除系統(tǒng)色差。尤其是利用了 CAF2材料的大阿貝數(shù)、低色散的特點(diǎn)，來代替難購買、難加工的氟冕玻璃來和其他材料組合搭配，有利于系統(tǒng)批量化生產(chǎn)中光學(xué)透鏡的材料的供應(yīng)和加工。光學(xué)系統(tǒng)透鏡組的f為28 35毫米，當(dāng)c為28毫米，得出投射比為1 1. 25 :1，即在放映距離為25米時(shí)，可獲得25米 20米的銀幕寬度，可以實(shí)現(xiàn)巨幕影院的使用要求。圖2a為本實(shí)用新型變焦投影鏡頭短焦實(shí)施例的光學(xué)部分示意圖，圖中，3號(hào)透鏡與4號(hào)透鏡的距離為120 110毫米，5號(hào)透鏡與6號(hào)透鏡的距離為O. 3 10毫米，7號(hào)透鏡與8號(hào)透鏡的距離為35 15毫米；圖2b為本實(shí)用新型變焦投影鏡頭中焦實(shí)施例的光學(xué)部分示意圖，圖中，3號(hào)透鏡與4號(hào)透鏡的距離為110 105毫米，5號(hào)透鏡與6號(hào)透鏡的距離為10 35毫米，7號(hào)透鏡與8號(hào)透鏡的距離為15 7毫米；圖2c為本實(shí)用新型變焦投影鏡頭長(zhǎng)焦實(shí)施例的光學(xué)部分示意圖，3號(hào)透鏡與4號(hào)透鏡的距離為105 90毫米，5號(hào)透鏡與6號(hào)透鏡的距離為35 60毫米，7號(hào)透鏡與8號(hào)透鏡的距離為7 O. 5毫米。 本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種變焦投影鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補(bǔ)償透鏡組(LI)、變倍透鏡組(L2)、后補(bǔ)償透鏡組(L3)及后固定透鏡組(L4);所述變倍透鏡組(L2)為正焦距組元，用于實(shí)現(xiàn)變倍；前補(bǔ)償透鏡組(LI)和后補(bǔ)償透鏡組(L3)均為負(fù)焦距組元，用于移動(dòng)進(jìn)行變倍后的像質(zhì)補(bǔ)償，保持變倍過程中像面穩(wěn)定；后固定透鏡組(L4)為正焦距組元，用于提高系統(tǒng)的整體像質(zhì)；前補(bǔ)償透鏡組(LI)含有三個(gè)透鏡；變倍透鏡組(L2)含有兩個(gè)透鏡；后補(bǔ)償透鏡組(L3)含有兩個(gè)透鏡；后固定透鏡組(L4)含有六個(gè)透鏡；后固定透鏡組(L4)中有光闌；所述凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是只有一個(gè)凸輪的凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，前補(bǔ)償透鏡組(LI)和變倍透鏡組(L2)及后補(bǔ)償透鏡組(L3)共三個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組與該凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于整體驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光闌位于后固定透鏡組(L4)的從前往后數(shù)第二個(gè)透鏡與第三個(gè)透鏡之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光闌前及光闌后各有一個(gè)高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌前及光闌后透鏡所產(chǎn)生的各種高次像差，提高系統(tǒng)的 傳遞函數(shù)，保持系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)透鏡組其系統(tǒng)焦距f為28 35毫米，鏡頭投射比為I 1.25 :1。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種變焦投影鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；光學(xué)系統(tǒng)透鏡組包括沿光軸從銀幕向像平面DMD芯片依次順序排列的前補(bǔ)償透鏡組、變倍透鏡組、后補(bǔ)償透鏡組及后固定透鏡組；所述變倍透鏡組為正焦距組元；前補(bǔ)償透鏡組和后補(bǔ)償透鏡組均為負(fù)焦距組元；后固定透鏡組為正焦距組元；前補(bǔ)償透鏡組含有三個(gè)透鏡；變倍透鏡組含有兩個(gè)透鏡；后補(bǔ)償透鏡組含有兩個(gè)透鏡；后固定透鏡組含有六個(gè)透鏡；后固定透鏡組中有光闌。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是具有高的成像質(zhì)量，能夠和2k～4k的DMD數(shù)字微鏡器件匹配，具有大視場(chǎng)，能夠滿足高端巨幕影院的需求，特別是能用于基于4k的DMD芯片的大視場(chǎng)高分辨率巨幕數(shù)字電影放映系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G02B3/02GK202421603SQ20122006395
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月25日
發(fā)明者李升輝, 楊長(zhǎng)城, 耿安兵, 鄒勇華, 黃則兵 申請(qǐng)人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司