只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，從屏幕方到投影機方依次設有負光焦度的第一鏡組和正光焦度的第二鏡組共九片透鏡組成。本發明只采用兩種常見廉價的光學玻璃材料，鏡片面形均為球面，結構簡單，鏡片形狀易于加工，具有良好工藝性和低成本的同時，還具有大視場角，高分辨率，高透過率、高對比度和良好的色差校正等特點。
【專利說明】只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種投影鏡頭，特別是一種只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭。
【背景技術】
[0002]隨著投影技術的發展，其在展示展覽、文藝演出、教育、會議等領域得到越來越多的應用，而短焦投影鏡頭以短距離即可投射出大畫面的優勢被廣泛使用，在教育、會議等場合，一個短焦鏡頭在很短的距離就可以實現不經過演講者的大畫面投放，而在眾多大型展示工程中，拼接技術的發展進一步提升了短焦投影鏡頭的使用效果，可以實現高亮度，高質量的超大畫幅投影，其中需求量最大的就是0.8:1左右的短焦鏡頭。
[0003]當今主流數字投影機基于三種核心技術:即DLP、IXD、LC0S。這三種技術都需要在光學引擎中加入分色合色棱鏡，棱鏡的加入，一方面會引入一定的相差，特別是色差，另一方面提出了拉長鏡頭的后工作距離的要求。大視場角，長工作距離是兩個互相制約的因素，實現這兩個指標的同時又要保證良好的成像效果，這樣就給設計工作帶來一定難度。
[0004]以往短焦鏡頭的實例通過采用增加鏡片數量，使鏡片結構復雜化，才用非球面技術等方式解決上述問題，這樣又帶來鏡頭成本提高，工藝性降低等種種問題。
【發明內容】
[0005]鑒于上述現狀，本發明提供了一種短焦投影鏡頭結構，該結構不僅可以實現近距離投射出較大畫面，還對色差，球差等像差進行了很好的校正，具有很高的分辨率，可以適用于高清投影機。
[0006]本發明的技術解決方案為:一種只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，從屏幕方到投影機方依次設有負光焦度的第一鏡組和正光焦度的第二鏡組，第一鏡組和第二鏡組應滿足以下條件的鏡組:
-9〈 I fl/f I 〈-5
-4< I f2/f I〈-2.5
其中，fl為第一鏡組的焦距，f2為第二鏡組的焦距；
所述第一鏡組，從屏幕方到投影機方，
依次為負光焦度的第一鏡片、正光焦度的第二鏡片、負光焦度的第三鏡片、負光焦度的第四鏡片、負光焦度的第五鏡片和正光焦度的第六鏡片；
所述第二鏡組，從屏幕方到投影機方，依次排列有負光焦度的第七鏡片，正光焦度的第八鏡片和正光焦度的第九鏡片，其中，第七鏡片和第八鏡片組合成雙膠合鏡片，組合后的雙膠合鏡片的光焦度為正。
[0007]本發明中，涉及第一鏡組中的第一鏡片是一個兩面都彎向屏幕方的凹透鏡，所述第二鏡片是雙凸面的凸透鏡，所述第三鏡片為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，第四鏡片、第五鏡片為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，第六鏡片為雙凸面的凸透鏡。[0008]進一步地，涉及第二鏡組中的第七鏡片為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，與之膠合的第八鏡片為雙凸面的凸透鏡，第九鏡片為雙凸面的凸透鏡。
[0009]本發明中，在所述第一鏡組和第二鏡組之間設有光欄。
[0010]為使鏡頭滿足具有足夠長的工作距，且具有可以裝入投影機的足夠小的體積，所述只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭應滿足以下條件:
2.5 ≤ BFL/f ≤ 3.5
其中，BFL是指從最后的第九鏡片到像面的距離。
[0011]本發明中，為滿足校正色差、球差各種像差的要求，鏡頭材料需滿足一定要求，即所述第六鏡片和第七鏡片采用高色散材料，如火石玻璃，其折射率nl需滿足關系式:
1.5 ^ nl ^ 1.85，其色散系數 vl需滿足關系式:20 ≤ vdl ≤ 50 ;其余鏡片采用低色散材料，如冕牌玻璃，其折射率n2需滿足關系式:1.47 < n2 < 1.85，其色散系數vl需滿足關系式:35 ≤ vd2 ≤ 75。
[0012]本發明的有益效果:
因本發明采用了九片透鏡組成的兩個鏡組的結構方式，所以只采用兩種常見廉價的光學玻璃材料制成的球面鏡片，具有結構簡單，鏡片形狀易于加工，及良好工藝性和低成本的特點。此外，還具有大視場角，高分辨率，高透過率、高對比度和良好的色差校正等效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1的光線追跡示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實例對發明作進一步詳細說明。
[0015]如圖1所示。為保證本發明的鏡頭具有足夠的視場角和后工作距離，該鏡頭采用了反遠距結構形式，即負正組合的形式。從屏幕方到投影機方，包括兩個鏡組共九片球面玻璃透鏡組成，從屏幕方到投影機方依次設有負光焦度的第一鏡組I和正光焦度的第二鏡組
2。第一鏡組I具有負的光焦度，第二鏡組2具有正的光焦度。本實施例所述的第一鏡組I從屏幕方到投影機方依次排列有負光焦度的第一鏡片101，正光焦度的第二鏡片102，負光焦度的第三鏡片103，負光焦度的第四鏡片104，負光焦度的第五鏡片105，正光焦度的第六鏡片106。其中，第一鏡片101為兩面都彎向屏幕方的凹透鏡，第二鏡片102為雙面均為凸面的凸透鏡，第三鏡片103和第四鏡片104、第五鏡片105均為兩面都彎向屏幕方的凹透鏡，第六鏡片106為雙面均為凸面的凸透鏡。第二鏡組2從屏幕方至投影機方，依次排列有負光焦度的第七鏡片107，與第七鏡片107膠合的具有正光焦度的第八鏡片108，正光焦度的鏡片109。其中，第七鏡片107是雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，第八鏡片108是雙面為凸面的凸透鏡，第九鏡片109是雙面均為凸面的凸透鏡。光欄3位于第一鏡組I和第二鏡組2之間。
[0016]所述第一鏡組I應滿足以下關系:-9〈 I fl/f I〈-5。其中，fl為所述第一鏡組2的焦距，f為所述只是用兩種材料的短焦投影鏡頭的焦距。該關系式是實現該鏡頭具有大視場角的必要條件。[0017]所述第二鏡組應滿足以下關系式:-4〈 I f2/f I〈-2.5。其中，f2為第二鏡組的焦距。該關系式是具有長后工作距離和充分校正像差的前提條件。
[0018]為使鏡頭滿足具有足夠長的工作距，且具有可以裝入投影機的足夠小的體積，所述只是用兩種材料的短焦投影鏡頭，該短焦投影鏡頭應滿足以下條件:
2.5 ≤ BFL/f ≤ 3.5
其中，BFL是指從最后的第九鏡片到像面的距離。
[0019]本發明中，為滿足校正色差、球差各種像差的要求，鏡頭材料需滿足一定要求，即所述第六鏡片和第七鏡片采用高色散材料，如火石玻璃，其折射率nl需滿足關系式:1.5 ^ nl ^ 1.85，其色散系數vl需滿足關系式:20 ( vdl ( 50 ;其余鏡片采用低色散材料，如冕牌玻璃，其折射率n2需滿足關系式:1.47 < n2 < 1.85，其色散系數vl需滿足關系式:35 ( vd2 ( 75。
[0020]本實例的光圈數為FN0，全視場角為FOV，TTL為從屏幕方起，第一個面到像面(即投影機芯片)的距離。
[0021]EFL=Imm, FN0=2.0, F0V=74 度，TTL=20.68。表 I 是鏡頭的結構參數表，單位:mm。
[0022]表1
【權利要求】
1.一種只使用兩光學材料的數字短焦投影鏡頭，從屏幕方到投影機方依次設有負光焦度的第一鏡組(I)和正光焦度的第二鏡組(2)，第一鏡組(I)和第二鏡組(2)應滿足以下條件的鏡組:
-9〈 I fl/f I 〈-5
-4< I f2/f I〈-2.5 其中，fl為第一鏡組的焦距，f2為第二鏡組的焦距； 所述的第一鏡組(1)，從屏幕方到投影機方，依次排列有負光焦度的第一鏡片(101)、正光焦度的第二鏡片(102)、負光焦度的第三鏡片(103)、負光焦度的第四鏡片(104)、負光焦度的第五鏡片(105)和正光焦度的第六鏡片(106); 所述的第二鏡組(2)，從屏幕方到投影機方，依次排列有負光焦度的第七鏡片(107)、正光焦度的第八鏡片(108)和正光焦度的第九鏡片(109)，其中，第七鏡片(107)和第八鏡片(108)組合成雙膠合鏡片，組合后的雙膠合鏡片的光焦度為正。
2.根據權利要求1所述的只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，其特征在于，第一鏡組(I)中的的第一鏡片(101)是一個兩面都彎向屏幕方的凹透鏡，所述第二鏡片(102)是雙凸面的凸透鏡，所述第三鏡片(103)為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，第四鏡片(104)、第五鏡片(105)為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，第六鏡片(106)為雙凸面的凸透鏡。
3.根據權利 要求1所述的只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，其特征在于，第二鏡組(2)中的第七鏡片(107)為雙面都彎向屏幕方的凹透鏡，與之膠合的第八鏡片(108)為雙凸面的凸透鏡，第九鏡片(109)為雙凸面的凸透鏡。
4.根據權利要求1所述的只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，其特征在于，在所述第一鏡組(I)和第二鏡組(2 )之間設有光欄(3 )。
5.根據權利要求1所述的只使用兩種光學材料的數字短焦投影鏡頭，其特征在于，所述第六鏡片(106)和第七鏡片(107)采用高色散材料，如火石玻璃，其折射率nl需滿足關系式:1.5 < nl < 1.85，其色散系數vl需滿足關系式:20 ( vdl ( 50，其余鏡片采用低色散材料，如冕牌玻璃，其折射率n2需滿足關系式:1.47 < n2 < 1.85，其色散系數vl需滿足關系式:35 ( vd2 ( 75。
【文檔編號】G03B21/14GK104020551SQ201410217978
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】劉宵嬋, 陳琛, 李維善, 劉紅軍, 張禹 申請人:秦皇島視聽機械研究所