專利名稱：一種變焦投影鏡頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種變焦投影鏡頭，是ー種適合在高分辨率DMD芯片的DLP投影儀上使用的大視場變焦投影鏡頭，特別適合在4k的高分辨率DMD芯片的DLP投影儀上使用的大視場變焦投影鏡頭。
背景技術：
近年來，數字電影是電影技術領域的一次技術革命。它是不同于膠片電影的全新模式，展現給廣大觀眾的是目前最高質量的影像，以其在制作、發行、放映的強大優勢，在業界得到了迅速的發展。因此，數字電影放映機系統及其配套的投影鏡頭在市場上有強大的需求。現有技術的數字電影放映機主要采用了兩種技術途徑DLP ( (Digital LightProcessing,數字光處理)技術和LCOS (Liquid Crystal On Silicon,娃基液晶)技術。目前在數字影院中廣泛使用的數字電影放映系統大部分采用基于三片DMD黑芯片的DLP技術。DLP技術基于數字微鏡器件(DMD，Digital Micro-mirror Device)芯片，其基本原理是將光線直接投射到數百萬個微小反射鏡，微鏡與像素一一對應，利用數字圖像信號高速控制微鏡的偏轉角，而且以微鏡反射光能否投向光學顯示系統來起光開關作用，并按照開關狀態所占比例形成灰度圖像，三片DMD各自產生的紅、綠、藍光在經過合成從而產生色彩鮮艷的圖像，具有高亮度、高對比度等優良特性。目前，影院中廣泛應用的是2k(2048 X 1080)的DMD芯片，而4k (4096X2160)的DMD芯片在高端影院中正得到逐步推廣。投影鏡頭是數字電影放映機的ー個重要組成部分。投影鏡頭的主要功能是將數字芯片發出的三基色光合成圖像投射到寬銀幕上。數字電影放映系統機對投影鏡頭的要求是能適應高分辨率放映，要求鏡頭像質好；能夠滿足特殊銀幕如巨幕的要求，要求鏡頭視場大；能適應不同影廳和銀幕不同尺寸要求，鏡頭能夠變焦；光能利用效率高，要求鏡頭透過率高；要求在投影銀幕中，各個視場邊緣都能夠看清楚，則要求鏡頭各個視場都有較好的成像質量和較好的照度均勻性；要求整個投影銀幕中像面不失真，不產生視覺能感受到的圖像變形，要求系統具有小的畸變；投影鏡頭和DMD芯片之間有棱鏡組，要求鏡頭有較長的后工作距離。因此，投影鏡頭的特殊要求使得其不同于普通光學系統的研制。另外，現有公開的投影鏡頭技術中，像質難以在721p/mm仍具有較高的成像質量，不能較好的應用于基于4k的DMD芯片的數字電影放映系統中；一部分鏡頭技術應用了非球面，但是像質仍不夠好，不能保證在基于4k的DMD芯片的數字電影放映系統中具有較好的投影效果；一部分鏡頭通過采用高折射率的高檔材料來補償系統的色差，但是同時帶來了系統材料受材料供求限制、材料價格高的缺點。高分辨率投影鏡頭要求的像質高、光照度均勻、具有一定的變倍比、長的后工作距離等特點給投影鏡頭的設計帶來困難。
發明內容本實用新型的目的是提供一種變焦投影鏡頭，具有高的成像質量，能夠和2k 4k的DMD數字微鏡器件匹配，具有大視場，能夠滿足高端巨幕影院的需求；特別是能用于基于4k的DMD芯片的大視場高分辨率巨幕數字電影放映系統中。本實用新型的技術方案是一種變焦投影鏡頭，包括光學系統透鏡組和凸輪驅動機構，其特征在干，所述光學系統透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補償透鏡組、變倍透鏡組、后補償透鏡組及后固定透鏡組；所述變倍透鏡組為正焦距組元，用于實現變倍；前補償透鏡組和后補償透鏡組均為負焦距組元，用于移動進行變倍后的像質補償，保持變倍過程中像面穩定；后固定透鏡組為正焦距組元，用于提高系統的整體像質；前補償透鏡組含有三個透鏡；變倍透鏡組含有兩個透鏡；后補償透鏡組含有兩個透鏡；后固定 透鏡組含有六個透鏡；后固定透鏡組中有光闌；所述凸輪驅動機構是只有一個凸輪的凸輪驅動機構，前補償透鏡組和變倍透鏡組及后補償透鏡組共三個運動透鏡組與該凸輪驅動機構連接，用于整體驅動來實現變焦。進ー步的技術方案是所述的變焦投影鏡頭，其光闌位于后固定透鏡組的從前往后數第二個透鏡與第三個透鏡之間。所述的變焦投影鏡頭，其光闌前及光闌后各有ー個高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌前及光闌后透鏡所產生的各種高次像差，提高系統的傳遞函數，保持系統的成像質量。所述的變焦投影鏡頭，其光學系統透鏡組其系統焦距f為28 35毫米，鏡頭投射比為I I. 25 lo本實用新型突出的特點及有益效果是I、本實用新型光學系統透鏡組有13片透鏡，提高了系統的傳遞函數，保持系統成像質量，能在2k-4k的高分辨率DMD芯片中得到極好的綜合效果；2、本實用新型具有傳遞函數高、像質好、調焦方便、視場大的特點，適用在基于2k-4k的DMD芯片的大靶面尺寸、大視場且高分辨率的巨幕數字電影放映系統中；3、凸輪驅動機構為常規的機械式補償凸輪機構，對于不同距離的投影銀幕能通過凸輪驅動三個運動透鏡組整體移動來達到變焦，保持各變焦位置具有長短焦各位置的齊焦性。
圖I本實用新型變焦投影鏡頭結構示意圖；圖2a本實用新型變焦投影鏡頭短焦部分光學示意圖；圖2b本實用新型變焦投影鏡頭中焦部分光學示意圖；圖2c本實用新型變焦投影鏡頭長焦部分光學示意圖；圖中各標記的名稱如下LI一前補償透鏡組；1一I號透鏡'2—2號透鏡；3 — 3號透鏡；L2—變倍透鏡組；4一4號透鏡；5—5號透鏡；L3—后補償透鏡組6— 6號透鏡；7— 7號透鏡；L4一后固定透鏡組8—8號透鏡；9—9號透鏡；10—10號透鏡；11—11號透鏡；12—12號透鏡；13 —13號透鏡；14 一光闌。
具體實施方式
結合附圖和實施例對本實用新型作進ー步說明如下如圖l、2a、2b、2c所示，本實用新型變焦投影鏡頭其分辨率為2k 4k，特別適合4k，在2k中也能通用，視場范圍為65. 5° 54. 4°。所述變焦投影鏡頭，包括光學系統透鏡組和凸輪驅動機構，該光學系統透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補償透鏡組LI、變倍透鏡組L2、后補償透鏡組L3及后固定透鏡組L4 ；所述變倍透鏡組L2為正焦距組元，用于實現變倍；前補償透鏡組LI和后補償透鏡組L3均為負焦距組元，用于移動進行變倍后的像質補償，保持變倍過程中像面穩定；后固定透鏡組L4為正焦距組元，用于提高系統的整體像質；前補償透鏡組LI含有三個透鏡，從前至后依次是為正透鏡的I號透鏡、為負透鏡的2號透鏡、為負透鏡的3號透鏡；變倍透鏡組L2含有兩個透鏡，從前至后依次是為負透鏡的4號透鏡、為正透鏡的5號透鏡；后補償透鏡組L3含有兩個透鏡，從前至后依次是為負透鏡的6號透鏡、為正透鏡的7號透鏡；后固定透鏡組L4含有六個透鏡，從前至后依次是為負透鏡的8號透鏡、為正透鏡的9號透鏡、為正透鏡的10號透鏡、為負透鏡的11號透鏡、為正透鏡的12號透鏡和為正透鏡的13號透鏡；后固定透鏡組L4中有光闌14 ;所述凸輪驅動機構是只有一個凸輪的凸輪驅動機構，前補償透鏡組LI和變倍透鏡組L2及后補償透鏡組L3共三個運動透鏡組與該凸輪驅動機構連接，用于整體驅動來實現變焦，該凸輪驅動機構為常規的機械式補償凸輪機構，對于不同距離的投影銀幕可以通過凸輪驅動三個運動透鏡組整體移動來達到變焦，三個運動透鏡組設計中保持了各變焦位置具有長短焦各位置的齊焦性，經過透鏡的高精度加工和系統的高精度裝調，實際系統能夠保證各變焦位置的齊焦，如實際使用中，存在局部不清晰狀況，則通過DMD外帶的伺服機構整體移動投影鏡頭來達到微調焦目的。所述的光闌14位于后固定透鏡組L4的從前往后數第二個透鏡與第三個透鏡之間，即光闌14位于后固定透鏡組L4的9號透鏡與10號透鏡之間。所述的光闌14前及光闌14后各有ー個高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌14前及光闌14后透鏡所產生的各種高次像差，提高系統的傳遞函數，保持系統在721p/mm仍具有好的成像質量，在2k-4k的高分辨率DMD芯片中得到很好的使用效果。高次非球面透鏡的高次非球面設置在利于非球面加工的F6和QK3玻璃材料制成的透鏡上。光闌14前的高次非球面透鏡是后固定透鏡組L4中的8號透鏡；光闌14后的高次非球面透鏡是后固定透鏡組L4中的12號透鏡。所述的前補償透鏡組LI其I號透鏡材料為K9，2號透鏡材料為QK3，3號透鏡材料為CAF2，不同材料的正負透鏡搭配能校正前補償透鏡組LI的色差和其他各種像差，優化整體系統的像質；變倍透鏡組L2其4號透鏡材料為ZF12，5號透鏡材料為LAF8，用高色散的ZF12做負透鏡，用低色散的LAF8做正透鏡，有效減小變倍透鏡組的色差；后補償透鏡組L3其6號透鏡材料為K9，7號透鏡材料為ZF6 ;后固定透鏡組L4其8號透鏡材料為F6，9號透鏡材料為ZF6，10號透鏡材料為CAF2，11號透鏡材料為F5，12號透鏡材料為QK3，13號透鏡材料為CAF2。所述的光學系統透鏡組其系統焦距f為28 35暈米，鏡頭投射比為I I. 25 :1。本實用新型光學系統透鏡組中全部選擇用玻璃，且容易得到，通過不同玻璃的色差組合搭配來消除系統色差。尤其是利用了 CAF2材料的大阿貝數、低色散的特點，來代替難購買、難加工的氟冕玻璃來和其他材料組合搭配，有利于系統批量化生產中光學透鏡的材料的供應和加工。光學系統透鏡組的f為28 35毫米，當c為28毫米，得出投射比為1 1. 25 :1，即在放映距離為25米時，可獲得25米 20米的銀幕寬度，可以實現巨幕影院的使用要求。圖2a為本實用新型變焦投影鏡頭短焦實施例的光學部分示意圖，圖中，3號透鏡與4號透鏡的距離為120 110毫米，5號透鏡與6號透鏡的距離為O. 3 10毫米，7號透鏡與8號透鏡的距離為35 15毫米；圖2b為本實用新型變焦投影鏡頭中焦實施例的光學部分示意圖，圖中，3號透鏡與4號透鏡的距離為110 105毫米，5號透鏡與6號透鏡的距離為10 35毫米，7號透鏡與8號透鏡的距離為15 7毫米；圖2c為本實用新型變焦投影鏡頭長焦實施例的光學部分示意圖，3號透鏡與4號透鏡的距離為105 90毫米，5號透鏡與6號透鏡的距離為35 60毫米，7號透鏡與8號透鏡的距離為7 O. 5毫米。 本實用新型的權利要求保護范圍不限于上述實施例。
權利要求1.一種變焦投影鏡頭，包括光學系統透鏡組和凸輪驅動機構，其特征在于，所述光學系統透鏡組包括沿光軸從前面的銀幕向后面的像平面DMD芯片依次順序排列的前補償透鏡組(LI)、變倍透鏡組(L2)、后補償透鏡組(L3)及后固定透鏡組(L4);所述變倍透鏡組(L2)為正焦距組元，用于實現變倍；前補償透鏡組(LI)和后補償透鏡組(L3)均為負焦距組元，用于移動進行變倍后的像質補償，保持變倍過程中像面穩定；后固定透鏡組(L4)為正焦距組元，用于提高系統的整體像質；前補償透鏡組(LI)含有三個透鏡；變倍透鏡組(L2)含有兩個透鏡；后補償透鏡組(L3)含有兩個透鏡；后固定透鏡組(L4)含有六個透鏡；后固定透鏡組(L4)中有光闌；所述凸輪驅動機構是只有一個凸輪的凸輪驅動機構，前補償透鏡組(LI)和變倍透鏡組(L2)及后補償透鏡組(L3)共三個運動透鏡組與該凸輪驅動機構連接，用于整體驅動來實現變焦。
2.根據權利要求I所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光闌位于后固定透鏡組(L4)的從前往后數第二個透鏡與第三個透鏡之間。
3.根據權利要求I或2所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光闌前及光闌后各有一個高次非球面透鏡，用于降低或消除光闌前及光闌后透鏡所產生的各種高次像差，提高系統的 傳遞函數，保持系統的成像質量。
4.根據權利要求I所述的變焦投影鏡頭，其特征在于，光學系統透鏡組其系統焦距f為28 35毫米，鏡頭投射比為I 1.25 :1。
專利摘要本實用新型涉及一種變焦投影鏡頭，包括光學系統透鏡組和凸輪驅動機構；光學系統透鏡組包括沿光軸從銀幕向像平面DMD芯片依次順序排列的前補償透鏡組、變倍透鏡組、后補償透鏡組及后固定透鏡組；所述變倍透鏡組為正焦距組元；前補償透鏡組和后補償透鏡組均為負焦距組元；后固定透鏡組為正焦距組元；前補償透鏡組含有三個透鏡；變倍透鏡組含有兩個透鏡；后補償透鏡組含有兩個透鏡；后固定透鏡組含有六個透鏡；后固定透鏡組中有光闌。本實用新型優點是具有高的成像質量，能夠和2k～4k的DMD數字微鏡器件匹配，具有大視場，能夠滿足高端巨幕影院的需求，特別是能用于基于4k的DMD芯片的大視場高分辨率巨幕數字電影放映系統中。
文檔編號G02B3/02GK202421603SQ20122006395
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月25日 優先權日2012年2月25日
發明者李升輝, 楊長城, 耿安兵, 鄒勇華, 黃則兵 申請人:湖北久之洋紅外系統有限公司