CN101131462A - 数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字投影机的可变参数通用投影鱼眼投影镜头，通过多分结构和可替换的中间调节分结构以及后组补偿分结构的组合，可以完全满足基于不同核心技术DLP、LCD、D－ILA的单靶面和三靶面结构的数字投影机在等距离投影机上使用，完全补偿了由于各种类、各型号数字投影机TIR光学厚度差异而造成的以色差为主的各种像差，可以组合出适用于0.7英寸～1.2英寸靶面尺寸的各种数字投影机的鱼眼投影镜头。和现行使用的摄影用变焦鱼眼镜头相比较该鱼眼投影镜头具有更大的相对孔径，因此，运用本设计思路可以设计出组合式基于数字投影机的通用型鱼眼投影镜头，该组合方式，可以增强鱼眼镜头部件的通用性，有利于量化生产，降低生产成本，降低设计工作量。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种数字投影机投射球幕画面的通用型投影鱼眼镜头，能有效改变孔径、变更后工作距离、补偿投影机本身光学系统结构差异引起的像差、改变焦距和适应不同靶面尺寸(像高)而不改变所投射的画面的质量，对于规格型号繁多的数字投影机具有很好的通用性。
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，一般用于120°到180°视场环境的拍摄和投影(等距离球幕)。不同的应用领域，鱼眼镜头的结构参数和应用环境参数都不同，也就造成镜头中的各种光学镜片的形状、间隔尺寸和材料各不相同。上世纪七十年代，鱼眼镜头在电影行业首先出现，用来放映35mm及70mm胶片的球幕(也称穹幕)电影，从而引发了球幕电影的浪潮。
随着数字技术的不断进步，数字投影(电影)产业得到空前的发展，但数字投影(电影)中球幕形式的演映却是最近才初露端倪，但目前市场上的数字投影包括早期的传统电影所采用的鱼眼镜头普遍都是固定参数的(固定的焦距、特定靶面尺寸(像高)、特定的后工作距离、固定的视场角)。在传统电影行业，由于胶片规格尺寸全世界统一标准，因而，所需鱼眼镜头的规格种类也就不多，因此，在传统电影行业中，没有显现固定参数鱼眼镜头在设计和加工生产过程中因规格多而造成的局限性。而在基于数字投影机的球幕投影方式中，则不然，目前世界各国的数字投影机的标准严重不统一，表现在这些数字投影机的成像核心技术不同，靶面类型和尺寸不同，镜头安装尺寸不同，因此，倘若要实现基于数字投影机的球幕投影方式，按照传统的固定参数的设计思路去设计，数字投影机繁多的种类和规格就要求设计规格繁多的鱼眼投影镜头，以适应所使用机型的光学和机械工作参数，其后果----浪费大量设计人力，后期加工的标准化和量化受到严重制约。光学加工本身的特点是以各种面型和参数的模具为基础的，削减模具的种类和数量可以提高生产效率、降低生产成本，况且鱼眼镜头的前组中的光学镜片的口径尺寸又都比较大(70mm胶片电影180°视场角的鱼眼放映镜头的第一片透镜口径尺寸在Φ260mm左右)，所以所需模具的成本会更高。因此，减少数字投影鱼眼镜头的规格种类数量、增加鱼眼镜头通用性的意义就越大。
目前市场上的数字投影机主要基于三种核心技术，即DLP(DigitalLight Prosesing，以DMD为靶面，反射式照明)、LCD(Liquid CrystalDisplay，透射式照明)、D-ILA(Direct-Drive Image Light Amplifier，以LCOS为靶面，反射式照明)，采用的靶面数量为一个或三个，这些差异性直接导致数字投影机构造上的不同，也直接造成了这些数字投影机的光学结构(合光/分光棱镜组厚度尺寸)的不同。在光学系统中，在投影镜头后面、像面(靶面)前的合光/分光棱镜组(TIR)光学厚度的差异，会给投影系统的整体像差带来严重影响，尤其是和色差相关的像差。所以，常规情况下为特定机型设计如满足单一DLP或LCD或D-ILA的鱼眼投影镜头，不能和基于相同核心技术的不同靶面数量的机型通用，更不能和基于不同核心技术的机型通用。
发明内容
鉴于上述现有技术的状况，本发明提供了一种数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，根据鱼眼镜头光学设计理论，从鱼眼经典光学结构出发，通过大量的数据优化和结构筛选，找到了设计可通用于绝大多数数字投影机鱼眼投影镜头的方法。通过配以结构相对固定的中间调节分结构和后组补偿分结构，从而实现鱼眼镜头的焦距、适应像高、色差补偿、后工作距离、相对孔径乃致视场角等具体光学工作参数的变化，且不改变光学系统对投影机靶面成像的各种光学像差和球形银幕上画面的色彩还原、色度、对比度、清晰度各指标的目的，在此基础上完成了本发明。
为实现上述目的，本发明提供的一种数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，它具有三个分结构体组合而成；包括：
具有一个通用的第一分结构体A；和
具有部分通用的中间调节的第二分结构体B；该第二分结构体B与第一分结构体A活动连接；和
具有一个第三分结构体C；该第三分结构体C与第二分结构体B活动连接。
根据本发明的方案，所涉及的第一分结构体A，具有在镜头壳体内依次间隔设有4镜组6片的透镜和一个光栏面；其中有两组透镜为双胶合镜组。
根据本发明的方案，所涉及的第二分结构体B，具有在镜头壳体内依次设有5镜组8片的透镜和一个光栏面；其中有一个三胶合镜组；有两个双胶合镜组；所述的三胶合镜组是一个位置可调的透镜组。
根据本发明的方案，所涉及的第三分结构体C，具有在镜头壳体内设置一个可变化厚度的平板透镜。
根据本发明的方案，该镜头可满足基于不同核心技术的投影机，该机靶面尺寸为0.7～1.2英寸范围的单靶面或是三靶面。
根据本发明的方案，该光学性能是：焦距f＝8～12mm；相对孔径F/1.4～F/2.4；全视场角为165°～176°；后工作距离是46～52mm。
总之，本发明所具有的积极效果是，通过固定的基础分结构和可替换的中间调节分结构以及后组补偿分结构的组合，可以完全满足基于不同核心技术(DLP、LCD、D-ILA)的单靶面和三靶面结构的数字投影机在等距离投影(球幕方式)使用，完全补偿了由于各种类、各型号数字投影机TIR光学厚度差异而造成的以色差为主的各种像差，可以组合出适用于0.7英寸～1.2英寸靶面尺寸的各种数字投影机的鱼眼投影镜头。和现行使用的摄影用变焦鱼眼镜头相比较该鱼眼投影镜头具有更大的相对孔径(F/1.2～F/2.4)，具有对系统内TIR光学厚度变化(该玻璃棱镜厚度变化一般在32mm以内)而产生像差的补偿能力。因此，运用本设计思路可以设计出组合式基于数字投影机的通用型鱼眼投影镜头，该组合方式，可以增强鱼眼镜头部件的通用性，有利于量化生产，降低生产成本，降低设计工作量。
附图说明
图1是本发明的结构视图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例，对本新型作进一步的描述。所给附图仅是用于参考与说明用，并非用于限制本发明范围。
由图1所示，用于数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，它具有在镜头壳体5内依次设置透镜1～4、6、7和光栏面8构成的第一分结构体A，用以形成大视场角。第一分结构体A中有4镜组6片透镜；其中透镜3、4和透镜6、7为两个双胶合镜组，其各透镜的设置固定不变；所述第一分结构体A上活动连接第二分结构体B，用以中间调节像高。该第二分结构体B具有在镜头壳体9内依次设置透镜10～15、光栏面16和透镜17、18构成；在第二分结构体B中，有5镜组8片透镜；其中透镜10～12为一个三胶合镜组；透镜13、14和透镜17、18为两个双胶合镜组；在本实施例中，三胶合镜组的透镜位置和组元透镜材料是可变化的；在所述第二分结构体B上活动连接第三分结构体C。该第三分结构体C具有在镜头壳体19内设置平镜20构成，用以光程补偿。
在本实施例中，所涉及的第一分结构体A中的透镜1是负弯月形，凸面朝前，凹面朝后；透镜2是双凹透镜；透镜3、4组合的双胶合透镜是由正弯月和负弯月镜胶合而成，凸面朝前；透镜6、7组合的双胶合透镜是由一个双凸、一个双凹透镜胶合而成；有一个光栏面8。
在本实施例中，所涉及的第二分结构体B中的透镜10～12，由三片组合的三胶合透镜组，其形状依次为负弯月、双凸和负弯月胶合而成，其三胶合透镜组的几何形状不变，所处位置、组成透镜的材料可变化；透镜13、14是由一个负弯月和一个双凸透镜胶合而成；透镜15是一个负弯月透镜，其凹面朝前，凸面朝后；透镜17是一个双凸透镜；透镜18是负弯月透镜；凹面朝前，凸面朝后；在透镜15和透镜17之间有一个光栏面16。
在本实施例中，所涉及的第三分结构体C中的平镜20是一个双平面透镜，其透镜的厚度是可以变化，起到特定光程补偿的作用。
上述中的三胶合透镜组的透镜10～12的设置位置是一个可调节的移动体。即根据靶面范围调节其中的透镜10～12组成的三胶合镜组的位置(前后移动)，与相邻的双胶合镜组中的透镜13间距变小；或改变三胶合镜组中的一片或三片透镜的材料类别，而不改变每片透镜10～12的几何形状，就可以改变第二分结构体B的光焦度，从而在组合后达到调节适应像高(靶面尺寸)的目的。
本发明依据光学设计理论，和鱼眼镜头设计方法，首先按现有技术找出一种固定参数镜头结构，计算该结构的像差指标，分别针对0.7英寸靶面和1.2英寸靶面两种极限情况计算，预设视场角为180°，并在该结构的最后一面加入某种材料的相当于所有数字投影机中TIR最大数值光学厚度的补偿平镜20，给出目标孔径值F/1.4。这时的定结构就是预置像差的结构。从计算出的这样的结构中，选出像高适应性强的结构，把其中前半部分结构进行锁定，再把后组中的各镜片的光学参数和空气间隔作为可变量，针对0.8、0.9、1.0、1.1英寸靶面计算像差，注意此时透镜20的厚度也要相应调整。具体性能指标为，全视场角168°～176°，相对孔径F/1.8～F/2.2，光学后工作距离48～52mm。其镜头组合的性能指标为：全视场角165°～171°，相对孔径F/2～F/2.4，光学后工作距离46～51mm。
Claims (6)
1.一种数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于它具有三个分结构体组合而成；包括：
具有一个通用的第一分结构体A；和
具有部分通用的中间调节的第二分结构体B；该第二分结构体B与第一分结构体A活动连接；和
具有一个第三分结构体C；该第三分结构体C与第二分结构体B活动连接。
2.按权利要求1所述的数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于所述的第一分结构体A，具有在镜头壳体(5)内依次间隔设有4镜组6片的透镜(1-4、6、7)和一个光栏面(8)；其中透镜(3、4)和透镜(6、7)为两个双胶合镜组。
3.按权利要求1所述的数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于所述的第二分结构体B，具有在镜头壳体(9)内依次设有5镜组8片的透镜(10-15、17、18)和在透镜(15)和透镜(17)之间设有光栏面(16)；其中透镜(10-12)为三胶合镜组；透镜(13、14)和透镜(17、18)为两个双胶合镜组；所述透镜(10-12)是一个位置可调的三胶合镜组。
4.按权利要求1所述的数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于所述的第三分结构体C，具有在镜头壳体(19)内设置一个厚度可变化的平镜(20)。
5.按权利要求1所述的数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于所述镜头用于靶面尺寸为0.7～1.2英寸范围的单靶面或是三靶面。
6.按权利要求1所述的数字投影机的可变参数通用鱼眼投影镜头，其特征在于所述的光学性能是：焦距f＝8～12mm；相对孔径F/1.4～F/2.4；全视场角为165°～176°；后工作距离是46～52mm。
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