CN107167992B - 一种广角小投射比的远心数字投影机镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广角小投射比的远心数字投影机镜头，从左端显示芯片起,包括依次排列的十镜组共十片透镜；其中所述的第一透镜为双凸形球面透镜、第二透镜为双凸形球面透镜、第三透镜为双凹形透镜、第四透镜为双凸形透镜、第五透镜为双凸形透镜、第六透镜为凹凸透镜、第七透镜为双凸透镜、第八透镜为弯月形非球面透镜、第九透镜为凹凸形球面透镜、第十透镜为凹凸形球面透镜。本发明具有结构简单、价格便宜、工艺性好、容差性能较强的优点。

Description

一种广角小投射比的远心数字投影机镜头
技术领域
本发明涉及一种数字投影机镜头结构，特别涉及一种应用于大屏幕的广角小投射比的远心数字投影机镜头。
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1以下，我们通常称之为短焦镜头。因为对于大小不会变化的房间，越短焦代表可以投射的画面将越大。
随着高亮度工程投影机的应用越来越广泛，对随投影镜头的温度变化性能变化的要求也越来越高，现行技术中很多镜头的温度随投影机内部温度的升高而升高，投影性能劣化很严重。
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，因此很难设计出投射比小于1，透过率较高，畸变量又满足使用要求的镜头。
发明内容
本发明提供一种广角小投射比的远心数字投影机镜头，其投射比小于1，且透过率较高，畸变量能够满足使用要求。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种广角小投射比的远心数字投影机镜头，从左端显示芯片起，包括依次排列的十镜组共十片透镜；其中所述的第一透镜为双凸形球面透镜、第二透镜为双凸形球面透镜、第三透镜为双凹形透镜、第四透镜为双凸形透镜、第五透镜为双凸形透镜、第六透镜为凹凸透镜、第七透镜为双凸透镜、第八透镜为弯月形非球面透镜、第九透镜为凹凸形球面透镜、第十透镜为凹凸形球面透镜。
本发明中，除第九片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＝11.3mm；全视场角2ω＝80°；相对孔径(D/f＇)＝1/2.1；后工作距离至少为33mm，投射比为0.7。
本发明中，所述的镜头经比例缩放可满足基于DLP、LCD二种核心技术的靶面尺寸为0.55～0.9英寸范围的单芯片或是三芯片的不同光源数字投影机的使用。
本发明中，所述的镜头结构，采用全玻璃透镜设计,镜头中无胶合面,可以用于光通量2万流明以上的高端工程投影机。
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.采用全玻璃镜片设计结构，亮度损失小，同时，镜头中不采用胶合设计，可避免高亮度工程投影机中投影镜头的温度性能变化影响投影机镜头的清晰度，可用于光通量2万流明以上的工程投影机。
2.大视场角，小投射比，可以3米的距离内，投射200英寸的超大画面。
3.结构简单，成本低廉，镜头结构仅由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。
4.采用远心结构设计，避免了非远心镜头引起的画面亮度不均匀的问题，画面中心与边缘的亮度均匀性可达95％以上。
5.通用性强，可同时还可满足基于DLP、LCD等单芯片或是三芯片的不同光源数字投影机的使用。
附图说明
图1镜头结构的布局图。
图2镜头结构的光线追迹图。
图3是镜头的光学传递函数。
图4是镜头的球差曲线。
图5是镜头的倍率色差。
图6是镜头的场曲曲线。
图7是镜头的畸变曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，一种广角的远心数字投影机镜头，从左端显示芯片起,包括依次排列的十镜组共十片透镜；其中所述的第一透镜为双凸形球面透镜1、第二透镜为双凸形球面透镜2、第三透镜为双凹形透镜3、第四透镜为双凸形透镜4、第五透镜为双凸形透镜5、第六透镜为凹凸透镜6、第七透镜为双凸透镜7、第八透镜为弯月形非球面透镜8、第九透镜为凹凸形球面透镜9、第十透镜为凹凸形球面透镜10。本发明中，除第八镜组为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、易于批量生产。
本实施例中，采用全玻璃镜片设计结构，亮度损失小，同时，镜头中不采用胶合设计，可避免高亮度工程投影机中投影镜头的温度性能变化影响投影机镜头的清晰度，可用于光通量2万流明以上的工程投影机。
本实施例中，镜头基本参数如下：所述的镜头经比例缩放后光学参数范围为：焦距f＝11.3mm；全视场角2ω＝80°；相对孔径(D/f＇)＝1/2.1；后工作距离至少为33mm，投射比为0.7。
本发明中，所述的镜头经比例缩放可满足基于DLP、LCD二种核心技术的靶面尺寸为0.55～0.9英寸范围的单芯片或是三芯片的不同光源数字投影机的使用。
图2为本发明镜头结构的光线追迹图。首先在光学设计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、投影机的显示芯片数、芯片尺寸的不同而不同)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100mm时，其结构参数如下：
非球面可由下列条件式表示：
可同时还可满足基于DLP、LCD二种核心技术的靶面尺寸为0.55～0.9英寸范围的单芯片或是三芯片的不同光源数字投影机的使用。
本发明所述的镜头光学系统均采用折射式光路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种广角小投射比的远心数字投影机镜头，其特征在于：从左端显示芯片（11）起，包括依次排列的十镜组共十片透镜；其中第一透镜为双凸形球面透镜（1）、第二透镜为双凸形球面透镜（2）、第三透镜为双凹形透镜（3）、第四透镜为双凸形透镜（4）、第五透镜为双凸形透镜（5）、第六透镜为凹凸透镜（6）、第七透镜为双凸透镜（7）、第八透镜为弯月形非球面透镜（8）、第九透镜为凹凸形球面透镜（9）、第十透镜为凹凸形球面透镜（10），所述的镜头经比例缩放后光学参数范围为：焦距 f=11.3mm；全视场角 2ω=80°；相对孔径（D/f＇）=1/2.1；后工作距离至少为33mm，投射比为0.7。
2.根据权利要求 1 所述的广角小投射比的远心数字投影机镜头，其特征在于，所述的镜头经比例缩放可满足基于DLP、LCD二种核心技术的靶面尺寸为 0.55～0.9英寸范围的单芯片或是三芯片的不同光源数字投影机的使用。
3.根据权利要求 1 所述的广角小投射比的远心数字投影机镜头，其特征在于，采用全玻璃透镜设计,镜头中无胶合面,用于光通量2万流明以上的高端工程投影机。
4.根据权利要求 1 所述的广角小投射比的远心数字投影机镜头，其特征在于：所述的镜头光学系统均采用折射式光路。
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