CN103246047A - 大视场角低投射比的数字投影机镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大视场角低投射比的数字投影机镜头，包括依次排列的七镜组十片透镜；其中所述的第一镜组为负弯月形球面透镜、第二镜组为负弯月形单面偶次非球面透镜、第三镜组为弯月透镜与双凹透镜双胶合透镜，第四镜组为双凸透镜，第五镜组为两个弯月透镜双胶合透镜，第六镜组为平凸透镜，第七镜组为双凸透镜与弯月透镜双胶合透镜。具有结构简单、价格便宜、工艺性好、容差性能较强。镜头具有超小的投射比，可实现在1米距离内投射94寸超大画面，并可同时还可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源数字投影机的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字投影机镜头结构，特别涉及了一种应用于大屏幕或异形屏幕拼接的大视场角低投射比的数字投影机镜头。
背景技术
普通数字投影机的投射比通常在1.5-1.9之间。而当投射比达到0.6以下，我们通常称之为超短焦镜头。因为对于大小不会变化的房间，越短焦代表看到的画面将越大。空间限制很小时，投射比没有必要强求 但是空间受限较大时，需要计算投射比。例如，在一个很小的空间，投影距离只有1.2米，但是需要投影100寸的画面做展示，画面宽度为2米，投射比就是1.2/2=0.6。短焦镜头都比普通镜头的工艺更复杂，精度控制更困难，因此成本也随之较高。
不同型号和规格的数字投影机，靶面尺寸和图像合成结构不同，这样就需要投影镜头的焦距和后工作距离与机器匹配，主要表现在后工作距离不同，工作波长不同，像差处理方式不同。所以在设计镜头之前，必须对数字投影机的结构进行分析研究，选择市场普及率高，易于配接投影镜头的机型，在保证满足市场需求的前提下，最大限度减少所开发出的投影镜头的规格。
在投影镜头设计过程中，像高、视场角、焦距、相对孔径等相关参数相互制约，对最终的成像质量影响很大，特便是畸变量很难控制，因此很难设计出透射比小于0.5，透过率较高，畸变量又满足使用要求的镜头。
发明内容
鉴于上述现状，本发明的目的是提供一种大视场角低投射比的数字投影机镜头，具有光能损失小，视场角度大，投射比小。同时还可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的数字投影机的应用，具有通用性强。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种大视场角低投射比的数字投影机镜头，包括依次排列的七镜组十片透镜；其中所述的第一镜组为负弯月形球面透镜、第二镜组为负弯月形单面非球面透镜、第三镜组为弯月透镜与双凹透镜双胶合透镜，第四镜组为双凸透镜，第五镜组为两个弯月透镜双胶合透镜，第六镜组为平凸透镜，第七镜组为双凸透镜与弯月透镜双胶合透镜。
本发明中，除第二镜组负弯月形单面为偶次非球面外，其余透镜均为标准球面。
本发明中，所述的镜头经比例缩放后光学参数范围为：焦距f=7.43mm；全视场角2ω=100°；相对孔径（D/f＇）=1/2.2；后工作距离至少为33mm，反远比为4.5，投射比为0.5。
本发明中，所述的镜头经比例缩放可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源数字投影机的使用。
本发明中，所述的镜头结构，经简单性能参数的修正，以及特殊透镜曲率和光学材料的变化，可实现基于芯片尺寸的CCD或CMOS的数字图像的广角拍摄。
本发明中，所述的镜头光学系统均采用折射式光路。
本发明所具有的有益效果是：
1、超小的投射比，可实现在1米距离内投射94寸超大画面。
2、结构简单，成本低廉，镜头结构仅由7镜组10片透镜组成，且只有一个镜片表面为偶次非球面，其余均为标准球面镜片，玻璃材质均为国产常见玻璃。
3、亮度损失小，由于投射画面超大，投射画面大小一定的前提下，投影距离显著减小，投影机光能损失随之减小，因此可降低对投影机亮度的要求。
4、通用性强，对本结构前后组空气间隔进行适当调整，可同时还可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源（如LED，激光等）数字投影机的使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1镜头结构的光线追迹图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种大视场角低投射比的数字投影机镜头，包括依次排列的十片透镜组成的七个镜组。所述的第一镜组为负弯月形球面透镜1，第二镜组为负弯月形单面偶次非球面透镜2，第三镜组为弯月透镜3-1与双凹透镜3-2双胶合透镜，第四镜组为双凸透镜4，第五镜组为两个弯月透镜5-1、5-2双胶合透镜，第六镜组为平凸透镜6，第七镜组为双凸透镜7-1与弯月透镜7-2双胶合透镜。本实施例的第二镜组采用负弯月形单面为偶次非球面外，其余透镜均为标准球面。本实施例的透镜材料均为常用的国产光学材料。结构简单、价格便宜、工艺性好、容差性能较强。
本实施例中，镜头基本参数如下：
焦距f＇=7.43 mm，相对孔径（D/f＇）=1/2.2，全视场角2ω=100°，后工作距离大于33mm，反远比为4.5，投射比为0.5。
本发明可同时还可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源（如LED，激光等）数字投影机的使用。
图2为本发明镜头结构的光线追迹图。首先在软件中设定整个系统的基本光学参数：视场角、相对孔径、工作波长，同时在后组之后插入一定厚度（厚度依据放映机、投影机的靶面数、靶面尺寸的不同而不同）的等效平行平板，材料设定为H-K9L，用于模拟各种数字放映机、投影机、摄影机的内部合分色棱镜，这样设计出的镜头就更能保证使用时的画面质量，接着将系统焦距调整到目标值，在此基础上，采用人工和设计软件相结合的设计优化方法，对该系统进行改造、优化。在改造、优化时，保证光栏位于前组与后组之间，且离后组更近，这样可以保证后组的各个视场、各个孔径、各个波面的光程差较小，有利于像差的进一步优化校正。
在后期设计优化时，结合人工细分孔径和视场的精确计算，准确的定位边界光线和特征光线位置，找到镜头中各种像差的相互关系，合理匹配像差，再经过不断的优化，直到该镜头具有较好的像差质量、均匀的像面照度以及很好的工艺性。在优化过程中注意随时更新和调整各种优化目标值。
该镜头等效焦距为1mm时，其结构参数如下：
| Surface | Type | Radius/mm | Thickness/mm | Material |
| 1 | STANDARD | 22.31516 | 0.8785667 | H-ZK11 |
| 2 | STANDARD | 6.6615 | 3.806198 | |
| 3 | EVENASPH | 35.81036 | 0.8200284 | H-K9L |
| 4 | STANDARD | 6.155793 | 7.322358 | |
| 5 | STANDARD | 18.81174 | 1.626568 | ZF7L |
| 6 | STANDARD | -8.483876 | 0.5167248 | H-LAF50A |
| 7 | STANDARD | 5.648309 | 5.23132 | |
| 8 | STANDARD | 21.938 | 1.195174 | H-LAF50A |
| 9 | STANDARD | -29.2213 | 8.192377 | |
| STO | STANDARD | Infinity | 0.1526438 | |
| 11 | STANDARD | -9.873637 | 1.52298 | H-ZK3 |
| 12 | STANDARD | -2.115568 | 1.464319 | H-ZBAF20 |
| 13 | STANDARD | -9.276651 | 0.5272092 | |
| 14 | STANDARD | 59.55051 | 1.587827 | H-ZBAF5 |
| 15 | STANDARD | -6.1636 | 0.0698997 | |
| 16 | STANDARD | 6.867803 | 2.225809 | H-ZK7 |
| 17 | STANDARD | -5.869217 | 0.7029519 | ZF7L |
| 18 | STANDARD | -140.024 | 1.199539 | |
| 19 | STANDARD | Infinity | 2.710946 | H-K9L |
| 20 | STANDARD | Infinity | 1.619865 |
可同时还可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源（如LED，激光等）数字投影机的使用。
本实施例所述的镜头结构，经简单性能参数的修正，以及特殊透镜曲率和光学材料的变化，可实现基于芯片尺寸的CCD或CMOS的数字图像的广角拍摄。
本发明所述的镜头光学系统均采用折射式光路。
Claims (5)
1.一种大视场角度低投射比的数字投影机镜头结构，其特征是，包括依次排列的七镜组十片透镜；所述的第一镜组为负弯月形球面透镜（1），第二镜组为负弯月形单面偶次非球面透镜（2），第三镜组为弯月透镜（3-1）与双凹透镜（3-2）双胶合透镜，第四镜组为双凸透镜（4），第五镜组为两个弯月透镜（5-1、5-2）双胶合透镜，第六镜组为平凸透镜（6），第七镜组为双凸透镜（7-1）与弯月透镜（7-2）双胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的大视场角低投射比数字投影机镜头结构，其特征是，所述的镜头经比例缩放后光学参数范围为：焦距f=7.43mm；全视场角2ω=100°，相对孔径（D/f＇）=1/2.2，后工作距离至少为33mm，反远比为4.5，投射比为0.5。
3.根据权利要求1所述的大视场角低投射比数字投影机镜头结构，其特征是，所述的镜头经比例缩放可满足基于DLP、LCD、D-ILA三种核心技术的靶面尺寸为0.55～1.3英寸范围的单靶面或是三靶面的不同光源数字投影机的使用。
4.根据权利要求1所述的大视场角低投射比数字投影机镜头结构，其特征是，所述的镜头结构，经简单性能参数的修正，以及特殊透镜曲率和光学材料的变化，可实现基于芯片尺寸的CCD或CMOS的数字图像的广角拍摄。
5.根据权利要求1所述的大视场角低投射比数字投影机镜头结构，其特征是，所述的镜头光学系统均采用折射式光路。
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