專利名稱：大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，特別涉及了一種應(yīng)用于大屏幕或異形屏幕拼接的大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭。
背景技術(shù)：
普通數(shù)字投影機(jī)的投射比通常在1.5-1.9之間。而當(dāng)投射比達(dá)到0.6以下，我們通常稱之為超短焦鏡頭。因為對于大小不會變化的房間，越短焦代表看到的畫面將越大?？臻g限制很小時，投射比沒有必要強(qiáng)求但是空間受限較大時，需要計算投射比。例如，在一個很小的空間，投影距離只有1.2米，但是需要投影100寸的畫面做展示，畫面寬度為2米，投射比就是1.2/2=0.6。短焦鏡頭都比普通鏡頭的工藝更復(fù)雜，精度控制更困難，因此成本也隨之較高。不同型號和規(guī)格的數(shù)字投影機(jī)，靶面尺寸和圖像合成結(jié)構(gòu)不同，這樣就需要投影鏡頭的焦距和后工作距離與機(jī)器匹配，主要表現(xiàn)在后工作距離不同，工作波長不同，像差處理方式不同。所以在設(shè)計鏡頭之前，必須對數(shù)字投影機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，選擇市場普及率高，易于配接投影鏡頭的機(jī)型，在保證滿足市場需求的前提下，最大限度減少所開發(fā)出的投影鏡頭的規(guī)格。在投影鏡頭設(shè)計過程中，像高、視場角、焦距、相對孔徑等相關(guān)參數(shù)相互制約，對最終的成像質(zhì)量影響很大，特便是畸變量很難控制，因此很難設(shè)計出透射比小于0.5，透過率較高，畸變量又滿足使用要求的鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭，具有光能損失小，視場角度大，投射比小。同時還可滿足基于DLP、IXD、D-1LA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55 1.3英寸范圍的單靶面或是三靶面的數(shù)字投影機(jī)的應(yīng)用，具有通用性強(qiáng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭，包括依次排列的七鏡組十片透鏡；其中所述的第一鏡組為負(fù)彎月形球面透鏡、第二鏡組為負(fù)彎月形單面非球面透鏡、第三鏡組為彎月透鏡與雙凹透鏡雙膠合透鏡，第四鏡組為雙凸透鏡，第五鏡組為兩個彎月透鏡雙膠合透鏡，第六鏡組為平凸透鏡，第七鏡組為雙凸透鏡與彎月透鏡雙膠合透鏡。本發(fā)明中，除第二鏡組負(fù)彎月形單面為偶次非球面外，其余透鏡均為標(biāo)準(zhǔn)球面。本發(fā)明中，所述的鏡頭經(jīng)比例縮放后光學(xué)參數(shù)范圍為:焦距f=7.43mm ;全視場角2ω=100。;相對孔徑(D/f^ )=1/2.2;后工作距離至少為33mm，反遠(yuǎn)比為4.5，投射比為
0.5。本發(fā)明中，所述的鏡頭經(jīng)比例縮放可滿足基于DLP、IXD、D-1LA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55 1. 3英寸范圍的單靶面或是三靶面的不同光源數(shù)字投影機(jī)的使用。
本發(fā)明中，所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，經(jīng)簡單性能參數(shù)的修正，以及特殊透鏡曲率和光學(xué)材料的變化，可實現(xiàn)基于芯片尺寸的CCD或CMOS的數(shù)字圖像的廣角拍攝。 本發(fā)明中，所述的鏡頭光學(xué)系統(tǒng)均采用折射式光路。本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、超小的投射比，可實現(xiàn)在I米距離內(nèi)投射94寸超大畫面。2、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，鏡頭結(jié)構(gòu)僅由7鏡組10片透鏡組成，且只有一個鏡片表面為偶次非球面，其余均為標(biāo)準(zhǔn)球面鏡片，玻璃材質(zhì)均為國產(chǎn)常見玻璃。3、亮度損失小，由于投射畫面超大，投射畫面大小一定的前提下，投影距離顯著減小，投影機(jī)光能損失隨之減小，因此可降低對投影機(jī)亮度的要求。4、通用性強(qiáng)，對本結(jié)構(gòu)前后組空氣間隔進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可同時還可滿足基于DLP、IXD、D-1LA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55 1.3英寸范圍的單靶面或是三靶面的不同光源(如LED，激光等)數(shù)字投影機(jī)的使用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1鏡頭結(jié)構(gòu)的光線追跡圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，一種大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭，包括依次排列的十片透鏡組成的七個鏡組 。所述的第一鏡組為負(fù)彎月形球面透鏡1，第二鏡組為負(fù)彎月形單面偶次非球面透鏡2，第三鏡組為彎月透鏡3-1與雙凹透鏡3-2雙膠合透鏡，第四鏡組為雙凸透鏡4，第五鏡組為兩個彎月透鏡5-1、5-2雙膠合透鏡，第六鏡組為平凸透鏡6，第七鏡組為雙凸透鏡7-1與彎月透鏡7-2雙膠合透鏡。本實施例的第二鏡組采用負(fù)彎月形單面為偶次非球面外，其余透鏡均為標(biāo)準(zhǔn)球面。本實施例的透鏡材料均為常用的國產(chǎn)光學(xué)材料。結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工藝性好、容差性能較強(qiáng)。本實施例中，鏡頭基本參數(shù)如下:
焦距f' =7.43 mm，相對孔徑(D/f, ) =1/2.2，全視場角2 ω =100°，后工作距離大于33mm，反遠(yuǎn)比為4.5，投射比為0.5。本發(fā)明可同時還可滿足基于DLP、IXD、D-1LA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55
1.3英寸范圍的單靶面或是三靶面的不同光源(如LED，激光等)數(shù)字投影機(jī)的使用。圖2為本發(fā)明鏡頭結(jié)構(gòu)的光線追跡圖。首先在軟件中設(shè)定整個系統(tǒng)的基本光學(xué)參數(shù):視場角、相對孔徑、工作波長，同時在后組之后插入一定厚度(厚度依據(jù)放映機(jī)、投影機(jī)的靶面數(shù)、靶面尺寸的不同而不同)的等效平行平板，材料設(shè)定為H-K9L，用于模擬各種數(shù)字放映機(jī)、投影機(jī)、攝影機(jī)的內(nèi)部合分色棱鏡，這樣設(shè)計出的鏡頭就更能保證使用時的畫面質(zhì)量，接著將系統(tǒng)焦距調(diào)整到目標(biāo)值，在此基礎(chǔ)上，采用人工和設(shè)計軟件相結(jié)合的設(shè)計優(yōu)化方法，對該系統(tǒng)進(jìn)行改造、優(yōu)化。在改造、優(yōu)化時，保證光欄位于前組與后組之間，且離后組更近，這樣可以保證后組的各個視場、各個孔徑、各個波面的光程差較小，有利于像差的進(jìn)一步優(yōu)化校正。
在后期設(shè)計優(yōu)化時，結(jié)合人工細(xì)分孔徑和視場的精確計算，準(zhǔn)確的定位邊界光線和特征光線位置，找到鏡頭中各種像差的相互關(guān)系，合理匹配像差，再經(jīng)過不斷的優(yōu)化，直到該鏡頭具有較好的像差質(zhì)量、均勻的像面照度以及很好的工藝性。在優(yōu)化過程中注意隨時更新和調(diào)整各種優(yōu)化目標(biāo)值。該鏡頭等效焦距為Imm時，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:
權(quán)利要求
1.一種大視場角度低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征是，包括依次排列的七鏡組十片透鏡；所述的第一鏡組為負(fù)彎月形球面透鏡(1)，第二鏡組為負(fù)彎月形單面偶次非球面透鏡(2)，第三鏡組為彎月透鏡(3-1)與雙凹透鏡(3-2)雙膠合透鏡，第四鏡組為雙凸透鏡(4)，第五鏡組為兩個彎月透鏡(5-1、5-2)雙膠合透鏡，第六鏡組為平凸透鏡(6)，第七鏡組為雙凸透鏡(7-1)與彎月透鏡(7-2)雙膠合透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場角低投射比數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鏡頭經(jīng)比例縮放后光學(xué)參數(shù)范圍為:焦距f=7.43mm;全視場角2ω=100°，相對孔徑(D/f ' ) =1/2.2,后工作距離至少為33mm,反遠(yuǎn)比為4.5,投射比為0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場角低投射比數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鏡頭經(jīng)比例縮放可滿足基于DLP、IXD、D-1LA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55 1.3英寸范圍的單靶面或是三靶面的不同光源數(shù)字投影機(jī)的使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場角低投射比數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，經(jīng)簡單性能參數(shù)的修正，以及特殊透鏡曲率和光學(xué)材料的變化，可實現(xiàn)基于芯片尺寸的CXD或CMOS的數(shù)字圖像的廣角拍攝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場角低投射比數(shù)字投影機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鏡頭光學(xué)系統(tǒng)均采用折射式光路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大視場角低投射比的數(shù)字投影機(jī)鏡頭，包括依次排列的七鏡組十片透鏡；其中所述的第一鏡組為負(fù)彎月形球面透鏡、第二鏡組為負(fù)彎月形單面偶次非球面透鏡、第三鏡組為彎月透鏡與雙凹透鏡雙膠合透鏡，第四鏡組為雙凸透鏡，第五鏡組為兩個彎月透鏡雙膠合透鏡，第六鏡組為平凸透鏡，第七鏡組為雙凸透鏡與彎月透鏡雙膠合透鏡。具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工藝性好、容差性能較強(qiáng)。鏡頭具有超小的投射比，可實現(xiàn)在1米距離內(nèi)投射94寸超大畫面，并可同時還可滿足基于DLP、LCD、D-ILA三種核心技術(shù)的靶面尺寸為0.55～1.3英寸范圍的單靶面或是三靶面的不同光源數(shù)字投影機(jī)的使用。
文檔編號G02B13/18GK103246047SQ201310200379
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者張禹, 宋濤, 陳琛, 李臣友, 李維善, 劉宵嬋 申請人:秦皇島視聽機(jī)械研究所