CN101840057B - 一种用于数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构，包括六片标准球面的透镜组成的五个镜组；所述五个镜组中有四个单镜组和一个双胶合镜组；在所述双胶合镜组与前面的单镜组之间设有孔径光栏；所述各透镜的光焦度绝对值比由前至后依次为1∶1.51∶0.485∶0.14∶1.51；孔径光栏A前各镜组的光焦度之和为负值，与光焦度之和为正值的孔径光栏A后各镜组的光焦度的绝对值比为1∶1.539。具有结构简单，降低了生产成本和装调难度，提高了镜头结构的稳定性。另外，该鱼眼镜头结构可按比例进行焦距缩放，从而调整全视场像高，以适用不同尺寸的3LCD或1DMD类型数字投影机。

Description

一种用于数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构
技术领域
本发明涉及一种用于数字投影机的五组六片式投影鱼眼镜头基础结构，可满足芯片尺寸在0.5英寸～1.8英寸之间的3LCD或1DMD类型常见数字投影机使用。
背景技术
鱼眼镜头是所有光学镜头类别中非常特殊的一种，其像高和视场角的函数关系可以根据需要而设定，一般用于120°到180°视场环境的拍摄和投影，成像原理为“非相似成像”，即通过引入定量“畸变”，产生大反远比，并增加镜头视场角。不同的应用领域，鱼眼镜头的结构参数和应用环境参数不同。上世纪七十年代，鱼眼镜头在电影行业首先出现，用来拍摄和放映35mm及70mm胶片的球幕(也称穹幕)电影，从而引发了鱼眼镜头被广泛使用的序幕。
目前市场上的鱼眼镜头包括摄影(摄像)、监控、放映和投影镜头，其光学结构一般包含8～12片透镜，尤其在放映和投影应用领域由于需要更大的反远比和更大的相对孔径，一般光学结构都具有10～12片透镜。在数字球幕投影领域，因为投影机光学引擎本身结构特性，要求投影镜头具有至少7倍的反远比，同时由于投影机亮度不能无限增大，就要求投影镜头应该具有较大的相对孔径，尽量减小镜头自身的光能损失。
随着数字图像处理技术的进步、对素材变形处理能力的提高、以及市场对多样化投影或图形显示需求的不断出现，促进了基于数字投影机的特型投影应用的发展，针对整球形幕(背投)和针对半球形幕(正投)投影的应用越来越广泛；也促进了对满足数字投影机使用的鱼眼投影镜头的研究与开发。同时，随着光学设计理论和设计软件不断取得重大突破，对鱼眼镜头结构的光学像差控制和优化能力得以大大加强，因而各种类型的鱼眼镜头接连出现，但目前市场上所应用的鱼眼镜头结构都相对复杂，一般是9～12片结构，结构工艺性差、成品率低、高成本，造成镜头价格昂贵而无法大范围推广。
发明内容
鉴于现有技术的状况，本发明提供了一种用于数字投影机的五组六片式投影鱼眼镜头基础结构，具有最高185°视场角，在保障像差优异前提下，最大限度简化结构，提升鱼眼镜头的生产工艺性，降低生产成本及对光学材料的消耗。
本发明在现代几何光学像差理论基础上，通过设计软件的辅助设计并结合人工数学插值分析方法，充分考虑鱼眼镜头光学特性论，从经典光学结构出发，通过大量的数据优化和结构再造，成功设计出可满足3LCD或1DMD类型数字投影机的鱼眼投影镜头简单结构形式。
本发明的鱼眼镜头基础结构，包括具有六片标准球面的透镜组成的五个镜组；所述五个镜组的六片透镜依次为负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、负弯月型第一透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜；其中，负弯月型第一透镜与第一双凸透镜组成双胶合镜组；则负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、第二双凸透镜为单镜组；所述的负弯月型透镜、负弯月型第一透镜为凸面朝前放置，所述的双凹透镜为曲率绝对值大的面朝后放置，所述的正弯月型透镜为凹面超前凸面朝后放置，所述的第一双凸透镜与第二双凸透镜为曲率绝对值大的面均朝前放置，在位于所述的正弯月型透镜与双胶合组之间的位置设有孔径光栏A，所述的负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、双胶合组、第二双凸透镜的光焦度绝对值比由前至后依次为1∶1.51∶0.485∶0.14∶1.51，所述光栏A前各个镜组产生的光焦度的和为负值，光栏A后各个镜组产生的总光焦度的和为正值，光栏A前后光焦度之和的比的绝对值为1∶1.539。
在本发明的结构中，所有透镜工作面都为标准球面，不含非球面。
在本发明中，所涉及的两个负弯月型透镜，其凸面朝前置；一个双凹透镜，为曲率绝对值大的面朝后置；一个正弯月型透镜，凹面超前凸面朝后置，起减小前置镜片口径、增加***通光孔径作用，两个双凸透镜曲率绝对值大的面朝前置。
根据本发明的方案，所述负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、负弯月型第一透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜依次采用：重冕系或镧冕系、冕系、重火石系、重火石系、冕系、重冕系或镧冕系光学玻璃材料。
根据本发明的方案，该鱼眼镜头结构同时具有的性能参数为：视场角185°；镜头光学后截距L′和焦距f′的比值(反远比)为6～8；相对孔径D/f′为1/1.8～1/2.8，其中D为入瞳直径。
根据本发明的方案，该鱼眼镜头结构按比例进行焦距缩放，并少许适当调整各主要像差的匹配关系，完全可满足不同应用环境的使用要求，可适用全视场像高直径范围3mm～30mm的特定数字鱼眼投影镜头。即可适用不同尺寸芯片的数字投影机。
该基础结构适用色光波长范围400nm～700nm。
总之，本发明所具有的积极效果是：运用本结构形式创造性地将由球面组成(不含非球面)的数字投影鱼眼镜头的光学结构减少到了五组六片式，并保持最大可达F/1.8的通光孔径、185°的最大视场角、8倍的反远比，且像差情况优秀，完全可以用来配接芯片尺寸在0.5英寸～1.8英寸的3LCD或1DMD类型的数字投影机，用于对球形幕的等距离或非等距离的投影和放映，并保证画面的清晰和亮丽。同时，该结构简单，大大降低了生产成本和装调难度，提高了镜头结构的稳定性，为批量生产奠定了基础，同时极大地增加了数字球幕投影形式大范围推广的可能性。另外，具有在保障像差优异前提下，最大限度简化结构，提升鱼眼镜头的生产工艺性。通过合理的分配结构中光焦度，使得结构几何尺寸合理，易于加工生产，具有很强的实用意义。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的光线追迹图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例，对本发明作进一步说明。
见图1所示的一种用于数字投影机的五组六片式投影鱼眼镜头基础结构，具有六片标准球面的透镜组成的五个镜组。所述五个镜组中的六片透镜依次为负弯月型透镜1、双凹透镜2、正弯月型透镜3、负弯月型第一透镜4-1、第一双凸透镜4-2、第二双凸透镜5；其中，负弯月型第一透镜4-1与第一双凸透镜4-2组成双胶合镜组4；则负弯月型透镜1、双凹透镜2、正弯月型透镜3、第二双凸透镜5为单镜组。在本实施例中，所述的负弯月型透镜1、负弯月型第一透镜4-1为凸面朝前放置，所述的双凹透镜2为曲率绝对值大的面朝后放置，所述的正弯月型透镜3为凹面超前凸面朝后放置，起减小前置镜片口径、增加***通光孔径作用；所述的第一双凸透镜4-2与第二双凸透镜5为曲率绝对值大的面均朝前放置；在位于所述的正弯月型透镜3与双胶合组4之间的位置设有孔径光栏A，该孔径光栏A更靠近双胶合组4中的负弯月型第一透镜4-1的位置。在本实施例中，所述的负弯月型透镜1、双凹透镜2、正弯月型透镜3、双胶合组4、第二双凸透镜5的光焦度绝对值比由前至后依次为1∶1.51∶0.485∶0.14∶1.51。根据应用特点，所述光栏A前各个镜组产生的光焦度的和为负值，光栏A后各个镜组产生的总光焦度的和为正值，光栏A前后光焦度之和的比的绝对值为1∶1.539。根据本发明的应用特点，所述负弯月型透镜1、双凹透镜2、正弯月型透镜3、负弯月型第一透镜4-1、第一双凸透镜4-2、第二双凸透镜5的光学材料依次采用：重冕系或镧冕系、冕系、重火石系、重火石系、冕系、重冕系或镧冕系玻璃。
在本实施例中，该镜头基本性能参数为：视场角185°；镜头光学后截距L′和焦距f′的比(反远比)为8；相对孔径D/f′为1/1.8～1/2.8；其中D为入瞳直径。
在本发明中，所涉及的鱼眼镜头结构可按比例进行焦距缩放，从而调整全视场像高，镜头结构本身的所有结构几何尺寸也相应按比例缩放。以适用不同尺寸的3LCD或1DMD类型数字投影机。
在本发明的实施例中，所选用各个透镜的型号为：ZK11、K9、ZF3、ZF3、K9、LANK50。由成都光明光电股份有限公司生产。
见下表：本发明结构实施例参数如下：单位mm，以焦距为1mm。
  序号   球面半径r   间隔厚度d  材料牌号   材料产地
  1   103.2388   0.61136  ZK11   成都光明
  2   6.2848   5.1497
  3   -11.1472   3.0568  K9   成都光明
  4   5.7957   8.6549
  5   -99.3465   0.9843  ZF3   成都光明
  6   -13.5307   20.3788
  7光栏   ∞   0.0408
  8   15.9003   0.3057  ZF3   成都光明
  9   3.7701   0.9191  K9   成都光明
  10   -23.8829   0.0408
  11   4.9879   0.8152  LAK50   成都光明
  12   -47.990   3.2606
  ∞   4.0758  K9(引擎 合光棱镜， 模拟尺寸)
  ∞   0.6165
图2给出了本发明实施例的光线追迹参考示意图。由图表示鱼眼镜头结构各个视场的特征光线走向几在镜片表面的入射位置。

Claims (4)

1.一种用于数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构，其特征在于，具有六片标准球面的透镜组成的五个镜组；所述五个镜组中的六片透镜依次为负弯月型透镜(1)、双凹透镜(2)、正弯月型透镜(3)、负弯月型第一透镜(4-1)、第一双凸透镜(4-2)、第二双凸透镜(5)；其中，负弯月型第一透镜(4-1)与第一双凸透镜(4-2)组成的双胶合镜组(4)，负弯月型透镜(1)、双凹透镜(2)、正弯月型透镜(3)、第二双凸透镜(5)为单镜组；所述的负弯月型透镜(1)、负弯月型第一透镜(4-1)为凸面朝前放置，所述的双凹透镜(2)为曲率绝对值大的面朝后放置，所述的正弯月型透镜(3)为凹面朝前放置，所述的第一双凸透镜(4-2)、第二双凸透镜(5)为曲率绝对值大的面均朝前放置；在所述正弯月型透镜(3)与所述负弯月型第一透镜(4-1)之间设有孔径光栏A；所述的负弯月型透镜(1)、双凹透镜(2)、正弯月型透镜(3)、双胶合组(4)、第二双凸透镜(5)产生的光焦度绝对值比由前至后依次为1∶1.51∶0.485∶0.14∶1.51；所述孔径光栏A前各镜组产生的光焦度之和为负值，孔径光栏A后各镜组产生的光焦度之和为正值，所述光栏A前后光焦度之和的比的绝对值为1∶1.539。
2.按权利要求1所述的数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构，其特征在于，鱼眼镜头的性能指标为：视场角185°；镜头光学后截距L′和焦距f′的比值为6～8倍；相对孔径D/f′为1/1.8～1/2.8；其中D为镜头入瞳直径。
3.按权利要求1所述的数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构，其特征在于，所述负弯月型透镜(1)、双凹透镜(2)、正弯月型透镜(3)、负弯月型第一透镜(4-1)、第一双凸透镜(4-2)、第二双凸透镜(5)依次采用：重冕系或镧冕系、冕系、重火石系、重火石系、冕系、重冕系或镧冕系光学玻璃材料。
4.按权利要求1或2所述的数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构，其特征在于，按比例进行焦距缩放，以调整全视场像高，全视场像高直径范围3mm～30mm的数字鱼眼投影镜头。
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