一種廣角小投射比的遠心數字投影機鏡頭的製作方法

2023-09-16 13:30:10

本發明涉及一種數字投影機鏡頭結構，特別涉及一種應用於大屏幕的廣角小投射比的遠心數字投影機鏡頭。

背景技術：

普通數字投影機的投射比通常在1.5～1.9之間，而當投射比達到1以下，我們通常稱之為短焦鏡頭。因為對於大小不會變化的房間，越短焦代表可以投射的畫面將越大。

隨著高亮度工程投影機的應用越來越廣泛，對隨投影鏡頭的溫度變化性能變化的要求也越來越高，現行技術中很多鏡頭的溫度隨投影機內部溫度的升高而升高，投影性能劣化很嚴重。

在投影鏡頭設計過程中，像高、視場角、焦距、相對孔徑等相關參數相互制約，對最終的成像質量影響很大，特便是畸變量很難控制，因此很難設計出投射比小於1，透過率較高，畸變量又滿足使用要求的鏡頭。

技術實現要素：

本發明提供一種廣角小投射比的遠心數字投影機鏡頭，其投射比小於1，且透過率較高，畸變量能夠滿足使用要求。

為了實現上述目的，本發明的技術解決方案是：一種廣角小投射比的遠心數字投影機鏡頭，從左端顯示晶片11起，包括依次排列的十鏡組共十片透鏡；其中所述的第一透鏡為雙凸形球面透鏡1、第二透鏡為雙凸形球面透鏡2、第三透鏡為雙凹形透鏡3、第四透鏡為雙凸形透鏡4、第五透鏡為雙凸形透鏡5、第六透鏡為凹凸透鏡6、第七透鏡為雙凸透鏡7、第八透鏡為凹凸形球面透鏡8、第九透鏡彎月形非球面透鏡9、第十透鏡為凹凸形球面透鏡10。

本發明中，除第九片鏡組負彎月形單面為偶次非球面外，其餘透鏡均為標準球面。

本發明中，所述的鏡頭經比例縮放後光學參數範圍為：焦距f＝11.3mm；全視場角2ω＝80°；相對孔徑(d/f＇)＝1/2.1；後工作距離至少為33mm，投射比為0.7。

本發明中，所述的鏡頭經比例縮放可滿足基於dlp、lcd二種核心技術的靶面尺寸為0.55～0.9英寸範圍的單晶片或是三晶片的不同光源數字投影機的使用。

本發明中，所述的鏡頭結構，採用全玻璃透鏡設計,鏡頭中無膠合面,可以用於光通量2萬流明以上的高端工程投影機。

本發明中，所述的鏡頭光學系統均採用折射式光路。

本發明所具有的有益效果是：

1.採用全玻璃鏡片設計結構，亮度損失小，同時，鏡頭中不採用膠合設計，可避免高亮度工程投影機中投影鏡頭的溫度性能變化影響投影機鏡頭的清晰度，可用於光通量2萬流明以上的工程投影機。

2.大視場角，小投射比，可以3米的距離內，投射200英寸的超大畫面。

3.結構簡單，成本低廉，鏡頭結構僅由10片透鏡組成，且只有一個鏡片表面為偶次非球面，其餘均為標準球面鏡片，玻璃材質均為國產常見玻璃。

4.採用遠心結構設計，避免了非遠心鏡頭引起的畫面亮度不均勻的問題，畫面中心與邊緣的亮度均勻性可達95％以上。

5.通用性強，可同時還可滿足基於dlp、lcd等單晶片或是三晶片的不同光源數字投影機的使用。

附圖說明

圖1鏡頭結構的布局圖。

圖2鏡頭結構的光線追跡圖。

圖3是鏡頭的光學傳遞函數。

圖4是鏡頭的球差曲線。

圖5是鏡頭的倍率色差

圖6是鏡頭的場曲曲線

圖7是鏡頭的畸變曲線

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

如圖1所示，一種廣角的遠心數字投影機鏡頭，從左端顯示晶片起,包括依次排列的十鏡組共十片透鏡；其中所述的第一透鏡為雙凸形球面透鏡、第二透鏡為雙凸形球面透鏡、第三透鏡為雙凹形透鏡、第四透鏡為雙凸形透鏡、第五透鏡為雙凸形透鏡、第六透鏡為凹凸透鏡、第七透鏡為雙凸透鏡、第八透鏡為凹凸形球面透鏡、第九透鏡彎月形非球面透鏡、第十透鏡為凹凸形球面透鏡。本發明中，除第九鏡組負彎月形單面為偶次非球面外，其餘透鏡均為標準球面。本實施例的透鏡材料均為常用的國產光學材料。結構簡單、價格便宜、工藝性好、容差性能較強、易於批量生產。

本實施例中，採用全玻璃鏡片設計結構，亮度損失小，同時，鏡頭中不採用膠合設計，可避免高亮度工程投影機中投影鏡頭的溫度性能變化影響投影機鏡頭的清晰度，可用於光通量2萬流明以上的工程投影機。

本實施例中，鏡頭基本參數如下：所述的鏡頭經比例縮放後光學參數範圍為：焦距f＝11.3mm；全視場角2ω＝80°；相對孔徑(d/f＇)＝1/2.1；後工作距離至少為33mm，投射比為0.7。

本發明中，所述的鏡頭經比例縮放可滿足基於dlp、lcd二種核心技術的靶面尺寸為0.55～0.9英寸範圍的單晶片或是三晶片的不同光源數字投影機的使用。

圖2為本發明鏡頭結構的光線追跡圖。首先在光學設計軟體中設定整個系統的基本光學參數：視場角、相對孔徑、工作波長，同時在後組之後插入一定厚度(厚度依據放映機、投影機的顯示晶片數、晶片尺寸的不同而不同)的等效平行平板，材料設定為h-k9l，用於模擬各種數字放映機、投影機、攝影機的內部合分色稜鏡，這樣設計出的鏡頭就更能保證使用時的畫面質量，接著將系統焦距調整到目標值，在此基礎上，採用人工和設計軟體相結合的設計優化方法，對該系統進行改造、優化。在改造、優化時，保證光欄位於前組與後組之間，且離後組更近，這樣可以保證後組的各個視場、各個孔徑、各個波面的光程差較小，有利於像差的進一步優化校正。

在後期設計優化時，結合人工細分孔徑和視場的精確計算，準確的定位邊界光線和特徵光線位置，找到鏡頭中各種像差的相互關係，合理匹配像差，再經過不斷的優化，直到該鏡頭具有較好的像差質量、均勻的像面照度以及很好的工藝性。在優化過程中注意隨時更新和調整各種優化目標值。

該鏡頭等效焦距為100mm時，其結構參數如下：

非球面可由下列條件式表示：

可同時還可滿足基於dlp、lcd二種核心技術的靶面尺寸為0.55～0.9英寸範圍的單晶片或是三晶片的不同光源數字投影機的使用。

本發明所述的鏡頭光學系統均採用折射式光路。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。