一種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，包括投影鏡頭本體，投影鏡頭本體從球幕側起依次設置有第一透鏡群、第二透鏡群、光闌和第三透鏡群，第一透鏡群包括從球幕側起依次設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡；第二透鏡群包括第四透鏡；第三透鏡群包括從球幕側起依次設置的第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡。本發明能夠改進現有技術的不足，具有高透過率、高清晰度、高對比度、低像散、小色差的光學特性。
【專利說明】
-種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構
技術領域
[0001] 本發明設及一種反射式半球幕投影鏡頭結構，尤其是一種數字雙機對投反射式半 球幕投影鏡頭結構。
【背景技術】
[0002] 球幕投影，是一種新興的展示技術，它打破了 W往投影圖像只能是平面規則圖形 的局限。球幕投影根據數字投影機所處位置的不同分為兩種:一種是外投球，使用的數字投 影機位于球體外部，將圖像投射到球體外表面，由于至少需要4臺數字投影機，且場地要求 大，W及觀影效果不佳等因素，而很少被采用；另一種是內投球，使用的數字投影機位于球 體內部，將圖像投射到球體內部，目前，運種內投球系統主要分為兩類:一類是透射式，球幕 形式多為超半球，球幕直徑范圍約為0.5米一1.8米，觀眾在球體外部觀看投影畫面;另一類 是反射式，球幕形式W半球為主，球幕直接范圍約為2米一12米，觀眾在球體內部觀看投影 畫面。反射式半球幕投影系統因其具有更震撼的影像效果，而被廣泛的應用到天文臺、地震 局，宇航局、學校、博物館、展覽館、科技館、天象廳等場所。反射式半球幕投影系統主要有兩 種實現方式:一種是將數字投影機置于半球幕中屯、，搭配一只視場角180°的魚眼鏡頭，將信 號投射到球面屏幕顯像，運種方式的優點是成本低，畫面一致性較好，易實現，后期維護少， 缺點是畫面亮度和分辨率偏低，忍片的利用率太低，能量損失大，且數字投影機占據了觀看 球幕畫面的最佳位置；另一種是將多臺數字投影機(不小于四臺）至于半球幕邊緣處，搭配 標準鏡頭，通過邊緣融合技術呈現出球形無縫逼真畫面，優點是畫面亮度和清晰度高，擁有 更多的觀影空間，缺點是成本過高，融合技術要求高，后期維護復雜繁瑣。
[0003] 對于大型的球幕影院放映系統，同樣存在著類似的技術問題，為了改變運種技術 現狀，發明專利CN104020547A中給出了一種雙拼對投數字球幕電影鏡頭，但是運種鏡頭結 構僅僅滿足于忍片尺寸為0.95英寸~1.38英寸的S祀面化P的數字電影放映機的使用，該 發明專利中的鏡頭結構在配合忍片尺寸為0.55英寸~1.2英寸的單祀面化P或S祀面LCD的 數字投影機用于雙機對投反射式半球幕投影時，其投影畫面效果較差，如清晰度差，像散 大，色差嚴重，對比度差，亮度低等，嚴重影響了觀影效果，另外，該鏡頭結構較為復雜，制造 成本高，且整體透過率低。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，能夠 解決現有技術的不足，具有高透過率、高清晰度、高對比度、低像散、小色差的光學特性。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。
[0006] -種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，包括投影鏡頭本體，投影鏡頭本 體從球幕側起依次設置有第一透鏡群、第二透鏡群、光闊和第=透鏡群，第一透鏡群包括從 球幕側起依次設置的第一透鏡、第二透鏡、第=透鏡;第二透鏡群包括第四透鏡;第=透鏡 群包括從球幕側起依次設置的第五透鏡、第六透鏡和第屯透鏡。
[0007] 作為優選，所述第一透鏡、第二透鏡、第=透鏡均為負彎月型，且鏡頭的凸面均朝 向球幕側。
[0008] 作為優選，所述第四透鏡為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。
[0009] 作為優選，所述第五透鏡和第六透鏡為雙膠合鏡組，所述第五透鏡為負彎月型，鏡 頭的凸面朝向球幕側，所述第六透鏡為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側，第屯 透鏡為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。
[0010] 作為優選，所述光闊和第二透鏡群的距離大于光闊和第=透鏡群的距離。
[0011] 作為優選，所述第一透鏡群、第二透鏡群和第=透鏡群的光焦度絕對值比由前至 后依次為1:0.193:0.493，其中第一透鏡群的光焦度為負值，第二透鏡群的光焦度為正值， 第=透鏡群的光焦度為正值，第一透鏡群和第二透鏡群的光焦度之和為負值，且第一透鏡 群和第二透鏡群的光焦度之和的絕對值與第=透鏡群的光焦度的絕對值之比為1:0.61。 [001 ^ 作為優選，所述鏡頭的光學性能參數范圍是:焦距=5.94mm~15.75mm;相對孔徑 D/^f' =1/1.8~1/2.0;視場角2 O =90°~110° ;反遠比為3.5~6.1;其中D為入瞳直徑。
[0013] 作為優選，所述鏡頭適用的色光波長范圍為430nm~660nm。
[0014] 作為優選，所述第一透鏡、第二透鏡、第=透鏡均采用重冕系無色光學玻璃材質； 第四透鏡采用重火石系無色光學玻璃材質;第五透鏡、第六透鏡、第屯透鏡依次采用重火石 系、重冕系、重冕系無色光學玻璃材質。
[0015] 采用上述技術方案所帶來的有益效果在于:本發明依據光路可逆性原理，利用"非 相似"成像原理和現代幾何光學像差理論基礎，建立合適的初始光學結構，在初始光學結構 之后加入一定厚度的等效平行平板光學玻璃，用于模擬數字投影機內部分合色棱鏡，參與 光學結構的像差匹配和平衡，再合理的計算投影崎變數值，通過光學設計軟件的輔助設計， 并結合人工數學插值分析方法，合理的分配系統光焦度，通過構造出負光焦度的前組，用于 增大視場角和制造出合理的崎變曲線，正光焦度的中組，用于減少前組產生的曽差、球差、 像散和降低高級像差量，正光焦度的后組，用于補償前組和中組的剩余像差，最后，經過不 斷的修改參數目標值W及各種像差目標控制值，再不斷的對結構各組進行修正改造，再經 過反復優化再優化，解決了現有雙拼鏡頭投影畫面清晰度差，像散大，色差嚴重，對比度差， 亮度低，結構復雜，制造成本高，透過率低等問題。該鏡頭結構由6組7片光學玻璃透鏡組成， 擁有最大110°的視場角，相對孔徑最大達到1/1.8，較大的反遠比，最大6.1倍，可滿足于忍 片尺寸為0.55英寸~1.2英寸的單祀面化P或S祀面LCD的各種數字投影機的使用。具有高 亮度、高清晰度、高對比度、低像散、小色差等光學性能優點，構成的球幕投影系統成本低， 后期維護簡單，且擁有更多的觀影空間。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明一個【具體實施方式】的結構圖。
[0017] 圖2是本發明的光線追跡示意圖。
[0018] 圖3是本發明所應用的數字雙機對投反射式半球幕投影系統結構示意圖。
[0019] 圖4是本發明光學結構的傳遞函數曲線圖。
[0020] 圖5是本發明光學結構的球差曲線圖。
[0021] 圖6是本發明光學結構的垂軸色差曲線圖。
[0022] 圖中：11、第一透鏡群；12、第二透鏡群；13、光闊；14、第S透鏡群；1101、第一透鏡； 1102、第二透鏡；1103、第S透鏡；1201、第四透鏡；1401-1、第五透鏡；1401-2、第六透鏡； 1402、第屯透鏡;M、球幕;a、特征光線。
【具體實施方式】
[0023] 本發明中使用到的標準零件均可W從市場上購買，異形件根據說明書的和附圖的 記載均可W進行訂制，各個零件的具體連接方式均采用現有技術中成熟的螺栓、馴釘、焊 接、粘貼等常規手段，在此不再詳述。
[0024] 參照圖1，本發明一個【具體實施方式】包括投影鏡頭本體，投影鏡頭本體從球幕側起 依次設置有第一透鏡群11、第二透鏡群12、光闊13和第=透鏡群14,第一透鏡群11包括從球 幕側起依次設置的第一透鏡1101、第二透鏡1102、第=透鏡1103;第二透鏡群12包括第四透 鏡1201;第=透鏡群14包括從球幕側起依次設置的第五透鏡1401-1、第六透鏡1401-2和第 屯透鏡1402。第一透鏡1101、第二透鏡1102、第=透鏡1103均為負彎月型，且鏡頭的凸面均 朝向球幕側。第四透鏡1201為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。第五透鏡 1401-1和第六透鏡1401-2為雙膠合鏡組，所述第五透鏡1401-1為負彎月型，鏡頭的凸面朝 向球幕側，所述第六透鏡1401-2為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側，第屯透鏡 1402為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。光闊13和第二透鏡群12的距離大于 光闊13和第=透鏡群14的距離。第一透鏡群11、第二透鏡群12和第=透鏡群14的光焦度絕 對值比由前至后依次為1:0.193:0.493,其中第一透鏡群11的光焦度為負值，第二透鏡群12 的光焦度為正值，第=透鏡群14的光焦度為正值，第一透鏡群11和第二透鏡群12的光焦度 之和為負值，且第一透鏡群11和第二透鏡群12的光焦度之和的絕對值與第=透鏡群14的光 焦度的絕對值之比為1:0.61。鏡頭的光學性能參數范圍是:焦距f>=5.94mm~15.75mm;相對 孔徑D/ff =1/1.8~1/2.0;視場角2 O =90°~110° ;反遠比為3.5~6.1;其中D為入瞳直徑。鏡 頭適用的色光波長范圍為430nm~66化m。第一透鏡1101、第二透鏡1102、第=透鏡1103均采 用重冕系無色光學玻璃材質；第四透鏡1201采用重火石系無色光學玻璃材質；第五透鏡 1401-1、第六透鏡1401-2、第屯透鏡1402依次采用重火石系、重冕系、重冕系無色光學玻璃 材質。
[0025] 如圖2所示，給出了數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構各特定視場的特征 光線a走向，W及特征光線a在各透鏡表面的入射位置。
[0026] 如圖3所示，利用本發明鏡頭進行數字雙機對投反射式半球幕投影時，配有本發明 鏡頭的兩臺數字工程投影機分別安裝在反射式半球幕M下沿的左、右對稱兩側。第一臺數字 工程投影機W-定的仰角通過本發明鏡頭將投影畫面投射到反射式半球幕M的右多半部， 另一臺數字工程投影機W-定的仰角通過本發明鏡頭將投影畫面投射到反射式半球幕M的 左多半部，兩個被投射出的投影畫面在反射式半球幕M的赤道處有一定的重疊區域，用于畫 面融合。當兩臺數字工程投影機同步投影時，觀眾便可W在球幕廳內欣賞到高亮度、高清晰 度、高對比度的投影畫面。
[0027] 為了說明本發明的實施例，當鏡頭等效焦距為1時，其光學結構參數如下：
圖4是本發明鏡頭光學結構的傳遞函數曲線圖，橫坐標為像面的空間頻率，縱坐標為系 統的光學傳遞函數值。
[0028] 圖5是本發明鏡頭光學結構的球差曲線圖，橫坐標為球差的數值，縱坐標為歸一化 孔徑。
[0029] 圖6是本發明鏡頭光學結構的垂軸色差曲線圖，橫坐標為垂軸色差的數值，縱坐標 為歸一化視場。
[0030] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"縱向"、"橫陸'、"上"、"下"、"前"、"后'、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于附圖所 示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、W特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0031] W上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，運些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
【主權項】
1. 一種數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，包括投影鏡頭本體，投影鏡頭本體 從球幕側起依次設置有第一透鏡群（11)、第二透鏡群（12)、光闌（13)和第三透鏡群（14)，其 特征在于:第一透鏡群（11)包括從球幕側起依次設置的第一透鏡（1101)、第二透鏡（1102)、 第三透鏡（1103);第二透鏡群（12)包括第四透鏡（1201);第三透鏡群（14)包括從球幕側起 依次設置的第五透鏡（1401-1 )、第六透鏡（1401-2)和第七透鏡（1402)。2. 根據權利要求1所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 第一透鏡（1101)、第二透鏡（1102)、第三透鏡（1103)均為負彎月型，且鏡頭的凸面均朝向球 幕側。3. 根據權利要求1所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 第四透鏡(1201)為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。4. 根據權利要求1所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 第五透鏡（1401-1)和第六透鏡（1401-2)為雙膠合鏡組，所述第五透鏡（1401-1)為負彎月 型，鏡頭的凸面朝向球幕側，所述第六透鏡（1401-2)為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝 向球幕側，第七透鏡(1402 )為雙凸型，其曲率絕對值較大的一側朝向球幕側。5. 根據權利要求1所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 光闌（13)和第二透鏡群（12)的距離大于光闌（13)和第三透鏡群（14)的距離。6. 根據權利要求1-5任意一項所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特 征在于:所述第一透鏡群（11)、第二透鏡群（12)和第三透鏡群（14)的光焦度絕對值比由前 至后依次為1:0.193:0.493，其中第一透鏡群（11)的光焦度為負值，第二透鏡群（12)的光焦 度為正值，第三透鏡群（14)的光焦度為正值，第一透鏡群（11)和第二透鏡群（12)的光焦度 之和為負值，且第一透鏡群（11)和第二透鏡群（12)的光焦度之和的絕對值與第三透鏡群 (14)的光焦度的絕對值之比為1:0.61。7. 根據權利要求6所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 鏡頭的光學性能參數范圍是:焦距f=5.94mm~15.75mm;相對孔徑D/f=l/l. 8~1/2.0;視 場角2 ω =90°~110° ;反遠比為3.5~6.1;其中D為入瞳直徑。8. 根據權利要求7所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 鏡頭適用的色光波長范圍為430nm~660nm〇9. 根據權利要求1所述的數字雙機對投反射式半球幕投影鏡頭結構，其特征在于:所述 第一透鏡（1101)、第二透鏡（1102)、第三透鏡（1103)均采用重冕系無色光學玻璃材質;第四 透鏡（1201)采用重火石系無色光學玻璃材質;第五透鏡（1401-1)、第六透鏡（1401-2)、第七 透鏡（1402)依次采用重火石系、重冕系、重冕系無色光學玻璃材質。
【文檔編號】G02B13/00GK106019538SQ201610623955
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】李維善, 陳琛, 單宏, 劉宵嬋, 楊鋒, 楊剛, 閻繼華, 王虹達, 張文勝, 孟蝶
【申請人】秦皇島視聽機械研究所