專利名稱：一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭。在一定范圍內(nèi)可滿足不同芯片尺寸、不同芯片長寬比的1IXD、3IXD或IDMD類型常見主流數(shù)字工程投影機(jī)對于整球形幕和半球形幕的投射需求。
背景技術(shù)：
魚眼鏡頭是所有光學(xué)鏡頭類別中非常特殊的一種，其像高和視場角的函數(shù)關(guān)系可以根據(jù)需要而設(shè)定，一般用于120°到180°視場環(huán)境的拍攝和投影，成像原理為“非相似成像”，即通過引入定量“畸變”，產(chǎn)生大反遠(yuǎn)比，并增加鏡頭視場角。不同的應(yīng)用領(lǐng)域，魚眼鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)和應(yīng)用環(huán)境參數(shù)不同。上世紀(jì)七十年代，魚眼鏡頭在電影行業(yè)首先出現(xiàn)，用來拍攝和放映35_及70_膠片的球幕(也稱穹幕)電影，從而引發(fā)了魚眼鏡頭被廣泛使用的 序眷。目前市場上的魚眼鏡頭包括攝影(攝像)、監(jiān)控、放映和投影鏡頭，其光學(xué)結(jié)構(gòu)一般都是固定焦距，包含12片透鏡，尤其在放映和投影應(yīng)用領(lǐng)域由于需要更大的反遠(yuǎn)比和更大的相對孔徑，一般光學(xué)結(jié)構(gòu)都具有1(Γ12片透鏡。在數(shù)字球幕投影領(lǐng)域，因?yàn)橥队皺C(jī)光學(xué)引擎本身結(jié)構(gòu)特性，要求投影鏡頭具有至少6倍的反遠(yuǎn)比，同時(shí)由于投影機(jī)亮度不能無限增大，這就要求投影鏡頭應(yīng)該具有較大的相對孔徑，盡量減小鏡頭自身的光能損失。直到進(jìn)入21世紀(jì)，才出現(xiàn)了變焦魚眼鏡頭，但也僅僅局限于攝影領(lǐng)域，未見公開在投影或放映領(lǐng)域中應(yīng)用的報(bào)道，尤其通用型的變焦魚眼投影鏡頭在國際上仍然是空白。眾所周知，不同品牌的數(shù)字投影機(jī)采用不同技術(shù)類型的光學(xué)引擎和不同尺寸規(guī)格的芯片，芯片尺寸的不同又對應(yīng)光學(xué)引擎中不同尺寸的分光/合光棱鏡組結(jié)構(gòu)，那么，對于數(shù)字投影領(lǐng)域的變焦魚眼鏡頭來說，能達(dá)到通用目的，就應(yīng)該具有以下三個(gè)基本功能，一是焦距連續(xù)可調(diào)節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致像高變化來適應(yīng)不同的芯片尺寸；二是鏡頭要補(bǔ)償不同投影機(jī)引擎棱鏡的尺寸差異而造成的像差變化，保證像質(zhì)優(yōu)良；三是要保證用于同一投影機(jī)時(shí)變焦后像面位置穩(wěn)定。近來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的進(jìn)步、對數(shù)字視頻素材變形處理能力的提高、以及市場對多樣化投影或圖形顯示需求的不斷出現(xiàn)，促進(jìn)了基于數(shù)字投影機(jī)的特殊形式投影應(yīng)用的發(fā)展，針對整球形幕(背投)和針對半球形幕(正投)投影的應(yīng)用越來越廣泛，這也促進(jìn)了對滿足數(shù)字投影機(jī)使用的魚眼投影鏡頭的研究與開發(fā)。同時(shí)，隨著光學(xué)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)軟件不斷取得重大突破，對魚眼鏡頭結(jié)構(gòu)的光學(xué)像差控制和優(yōu)化能力得以大大加強(qiáng)，因而各種類型的魚眼鏡頭接連出現(xiàn)，但目前市場上所應(yīng)用的投影魚眼鏡頭結(jié)構(gòu)都是定焦結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，一般是1(Γ12片結(jié)構(gòu)。近幾年，大量新品牌新規(guī)格的數(shù)字投影機(jī)不斷涌現(xiàn)，它們所采用的芯片類型、尺寸和芯片長寬比例各異，在主流工程機(jī)范圍其芯片尺寸范圍為O. 63、. 98英寸(對角線)，長寬比例則有4 3和16 :9，而魚眼鏡頭的像高一般等于芯片短邊長，如果采用定焦距結(jié)構(gòu)，就需要很大的鏡頭規(guī)格系列來對應(yīng)，又由于球幕投影是特殊形式的投影，需求和應(yīng)用遠(yuǎn)不及常規(guī)形式，就造成魚眼鏡頭無法規(guī)?；a(chǎn)，也就無法降低生產(chǎn)成本，繼而影響到球幕投影技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本發(fā)明提供了一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭。其通用型變焦魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)變焦設(shè)計(jì)原則采用“非物像交換原則”，結(jié)構(gòu)形式為機(jī)械補(bǔ)償法正組變倍、負(fù)組補(bǔ)償，其光學(xué)結(jié)構(gòu)在焦距變化的同時(shí)充分補(bǔ)償了像面位移，兼顧補(bǔ)償了不同數(shù)字投影機(jī)的引擎棱鏡光程差所造成的各種像差；變倍鏡組相對與前固定組的光學(xué)間隔變化量和補(bǔ)償鏡組相對于后固定組的光學(xué)間隔變化量在所有焦距段相對應(yīng)并呈現(xiàn)出良好線性關(guān)系，同一只鏡頭在一定范圍內(nèi)可以滿足不同技術(shù)類型、不同芯片尺寸及不同芯片長寬比的數(shù)字投影機(jī)使用，具有很強(qiáng)的通用性。此外，實(shí)現(xiàn)變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組光學(xué)位置連續(xù)調(diào)整的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的兩條凸輪曲線都構(gòu)造為標(biāo)準(zhǔn)的螺旋線，使其運(yùn)動(dòng)組元光學(xué)間隔按照光學(xué)結(jié)構(gòu)需要而連續(xù)變化，在精準(zhǔn)連續(xù)變焦和像面穩(wěn)定的前提下，最大限度簡化了鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)，提升了鏡頭的生產(chǎn)工藝性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，包括機(jī) 械結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)兩部分；
機(jī)械結(jié)構(gòu)包括具有鏡頭前主筒、后主筒、變倍筒和補(bǔ)償筒，所述的鏡頭前主筒和后主筒，彼此通過安裝旋轉(zhuǎn)滑環(huán)和可繞軸向滑動(dòng)位移的柱面滑鍵連接，在后主筒上分別設(shè)有像面距調(diào)節(jié)手輪和變焦調(diào)節(jié)手輪，又通過變焦調(diào)節(jié)手輪與凸輪筒連接，凸輪筒上有兩條螺旋線槽，凸輪筒內(nèi)壁與前主筒及導(dǎo)引筒外壁滑動(dòng)配合，前主筒通過螺紋固定連接導(dǎo)引筒，導(dǎo)引筒上有一條直線槽，所述的變倍筒和補(bǔ)償筒分別安裝在導(dǎo)引筒內(nèi)，并和導(dǎo)引筒滑動(dòng)配合，在所述凸輪筒上設(shè)有的第一滑動(dòng)銷釘、第二滑動(dòng)銷釘分別穿過凸輪筒和導(dǎo)引筒上的兩條螺旋線槽和導(dǎo)引筒上的直線槽，并分別滑動(dòng)連接變倍筒和補(bǔ)償筒；和
光學(xué)結(jié)構(gòu)包括具有十片透鏡構(gòu)成四個(gè)光學(xué)功能性鏡組，依次排列為總光焦度為負(fù)的前固定鏡組、總光焦度為正的變倍鏡組、總光焦度為負(fù)的補(bǔ)償鏡組和總光焦度為正的后固定鏡組，位于補(bǔ)償鏡組和后固定鏡組之間設(shè)有孔徑光欄；所述的前固定鏡組由負(fù)光焦度第一透鏡、負(fù)光焦度第二透鏡、負(fù)光焦度第三透鏡、正或負(fù)光焦度第四透鏡共四片透鏡構(gòu)成，所述的變倍鏡組由正光焦度第五透鏡共一片透鏡構(gòu)成，所述的補(bǔ)償鏡組由相互膠合的正光焦度第六透鏡和負(fù)光焦度第七透鏡共兩片透鏡構(gòu)成，所述的后固定鏡組由負(fù)光焦度第八透鏡、正光焦度第九透鏡、正光焦度第十透鏡構(gòu)成，其中第八透鏡和第九透鏡相互膠合，所述的前固定鏡組、變倍鏡組、補(bǔ)償鏡組和后固定鏡組、孔徑光欄同軸置于機(jī)械結(jié)構(gòu)中所對應(yīng)的鏡頭前主筒、變倍筒、補(bǔ)償筒和后主筒的位置。因此，該鏡頭的機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)主要利用帶有兩條螺旋線型曲線槽的凸輪筒和一個(gè)帶有直線槽的內(nèi)置導(dǎo)引筒來實(shí)現(xiàn)光學(xué)運(yùn)動(dòng)組元的光學(xué)間隔調(diào)整功能，凸輪筒在導(dǎo)引筒外，滑動(dòng)配合。變倍筒和補(bǔ)償筒同處于導(dǎo)引筒內(nèi)，并和導(dǎo)引筒滑動(dòng)配合，通過凸輪筒繞光軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)變倍筒和補(bǔ)償筒在導(dǎo)引筒內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的位置調(diào)節(jié)。本發(fā)明的四個(gè)光學(xué)功能性鏡組中，前固定鏡組主要功能是產(chǎn)生足夠大的角放大率，實(shí)現(xiàn)大視場角的光學(xué)性能，變倍鏡組通過相對于前固定組同軸的、連續(xù)的、單調(diào)的光學(xué)間隔變化，來實(shí)現(xiàn)鏡頭焦距連續(xù)變化，補(bǔ)償鏡組通過相對于后固定鏡組發(fā)生同軸的、連續(xù)的、單調(diào)的光學(xué)間隔變化，來持續(xù)的補(bǔ)償變倍鏡組因位置變化而產(chǎn)生的像面位移，以保證像面穩(wěn)定，后固定鏡組的主要功能是保證鏡頭所需焦距范圍，并減小因補(bǔ)償鏡組光學(xué)間隔按線性變化所引起的像面位移欠補(bǔ)償?shù)挠绊?；在最短焦距處，變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組之間的光學(xué)間隔達(dá)到最小，在最長焦距處，變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組之間的光學(xué)間隔達(dá)到最大。在從最短焦距變化到最長焦距，變倍鏡組光學(xué)間隔變化的距離總是小于補(bǔ)償鏡組光學(xué)間隔變化的距離，而且移動(dòng)方向相反。在本發(fā)明中，光學(xué)結(jié)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組元的變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組統(tǒng)稱為變焦核，變焦核與前固定鏡組和后固定鏡組的位置關(guān)系用包含了光學(xué)功能性鏡組物距和像距信息的軸向放大率來表示，按照高斯光學(xué)設(shè)計(jì)理論，采用規(guī)化條件，即在變倍鏡組焦距等于I的條件下，變焦核的特征為，補(bǔ)償鏡組的焦距范圍為-I. 5'1. 7 ;以最短焦距作為變焦初始位置，變倍鏡組的軸向放大率范圍為-I. 3^-1. 4，補(bǔ)償鏡組的軸向放大率范圍為-I. 5'1. 7，以保證變焦過程中變倍鏡組的移動(dòng)距離接近并小于補(bǔ)償鏡組的移動(dòng)距離；在整個(gè)焦距段，后固定鏡組的軸向放大率范圍為-O. 08^-0. 14之間，后固定鏡組的焦距數(shù)值總是接近并略大于整個(gè)鏡頭在空氣中的后工作距離。 在本發(fā)明中，所述的前固定鏡組、變倍鏡組、補(bǔ)償鏡組和后固定鏡組的光焦度絕對值比為I :0. 212 :0. 14 :0. 549 ;其中變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的光焦度比約為3 -2 ;在所有焦距段，孔徑光欄前各鏡組的光焦度之和總為負(fù)，孔徑光欄后各鏡組的光焦度之和總為正 ’最長焦距處和最短焦距處，孔徑光欄前的光焦度比最大為I :1. 5，孔徑光欄前后光焦度和之比的范圍為-I :1.3 -I :1. 95。本發(fā)明所指光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡的玻璃材料依次采用重冕系或鑭冕系、重冕系或鑭冕系、重冕系或鑭冕系、重火石系、輕冕系或冕系、重火石系、鑭冕系或重冕系、重火石系、鋇冕系或重冕系、重冕系或鑭冕系光學(xué)玻璃材料。本發(fā)明所述的孔徑光欄是一個(gè)和鏡頭筒材質(zhì)相同的并和光學(xué)對稱軸同軸的中空圓孑L。本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)中的其它光學(xué)參數(shù)，包括折射工作面曲率、透鏡厚度和空氣間隔，可根據(jù)具體生產(chǎn)工藝、光學(xué)原材料尺寸規(guī)格和常規(guī)的光學(xué)像差控制理論的像差匹配要求而定。根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用特點(diǎn)，針對性進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體需要選擇性能參數(shù)大小，本發(fā)明具有的極限性能參數(shù)或參數(shù)范圍為各個(gè)焦距段全視場角不變，視場角最大可達(dá)185° ;等效空氣中鏡頭反遠(yuǎn)比——光學(xué)后工作距L'和焦距fn的比值為最大達(dá)12倍；各個(gè)焦距段相對孔徑不變，最大相對孔徑為D' / fn=l/1.8，其中D'為鏡頭結(jié)構(gòu)入瞳直徑，fn為對應(yīng)焦距值，焦距變化能力變倍比為最大fl/fs=l. 5，其中fl是最長焦距，fs是最短焦距。在本發(fā)明中，所述的變焦魚眼鏡頭，按比例進(jìn)行焦距縮放，可適用全視場像高直徑范圍3mnT30_的特定需求，適用更大范圍的數(shù)字投影機(jī)。本發(fā)明的變焦魚眼鏡頭，適用色光波長范圍400ηπΓ 700 nm。本發(fā)明所指的十片透鏡的折射工作面均可以設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)球面，但完全可以把光學(xué)結(jié)構(gòu)中的某個(gè)或幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球面變更為非球面，這樣，通過復(fù)雜化的設(shè)計(jì)、犧牲加工工藝性有利于光學(xué)系統(tǒng)的像差校正。
本發(fā)明經(jīng)過針對性地統(tǒng)計(jì)和分析目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)的工程類數(shù)字投影機(jī)的芯片對角線尺寸a及其長寬尺寸b X c的分布規(guī)律，并充分研究和歸納了芯片尺寸和光學(xué)引擎棱鏡光程尺寸的一般對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)用一定厚度E的等效玻璃平板來替代光學(xué)引擎棱鏡光程尺寸，將c和E作為結(jié)組變量對應(yīng)考慮，芯片尺寸的短邊長c確定為鏡頭的“像高”，根據(jù)像高的變化范圍確定了本發(fā)明的長、短焦距極限fl和fs，根據(jù)引擎棱鏡尺寸情況，等效為一定厚度E的平行玻璃平板，對應(yīng)加入光學(xué)系統(tǒng)不同焦距段，再計(jì)算出不同焦距時(shí)由于所加入的不同厚度E的等效平行玻璃平板厚度差值Λ e，用公式AL (l/n_l)=Ae將玻璃厚度差轉(zhuǎn)換計(jì)算為空氣厚度差A(yù)L,其中η是引擎棱鏡所采用的玻璃材料折射率，在每個(gè)焦距段保證E增加Ae時(shí)，相對應(yīng)地鏡頭最后一個(gè)鏡片的最后一個(gè)面的頂點(diǎn)到像面的距離L也要增加(-AL)，其中L是空氣中的間隔數(shù)據(jù)，作為光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算和優(yōu)化的附加條件，因?yàn)殓R頭計(jì)算和優(yōu)化模型的“混合”的后工作距離包括了空氣間隔和玻璃平板厚度Ε，所以實(shí)際上把E折算成等效空氣間隔后，鏡頭的實(shí)際后工作距離就是一個(gè)常量，如此得到的結(jié)果便保證了像面位置穩(wěn)定不變。也就是說，該結(jié)構(gòu)除了補(bǔ)償了變焦而引起的像面的位移量，同時(shí)也補(bǔ)償了部分的像差，因?yàn)楦鶕?jù)光學(xué)像差理論，玻璃平行平板厚度差值A(chǔ)e對于斜入射·的光線來說要產(chǎn)生多種像差，必須得到很好的校正?？傊景l(fā)明所具有的積極效果是本發(fā)明有效利用了光學(xué)結(jié)構(gòu)及機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了投影領(lǐng)域通用型魚眼變焦鏡頭的功能，由折射工作曲面全部為球面的十片透鏡和一個(gè)孔徑光欄，構(gòu)成了通用型數(shù)字投影變焦魚眼鏡頭的全部光學(xué)結(jié)構(gòu)，以最簡單的形式實(shí)現(xiàn)了滿足絕大多數(shù)工程數(shù)字投影機(jī)使用的通用性。本發(fā)明提供的鏡頭結(jié)構(gòu)，充分考慮了光學(xué)引擎幾何尺寸差異造成的光學(xué)像差影響，可以滿足芯片類型為1IXD、3IXD和IDMD芯片的投影機(jī)使用；通過鏡頭上的變焦調(diào)節(jié)手輪可以連續(xù)變焦，來改變鏡頭的適應(yīng)像高，進(jìn)而滿足具有不同芯片尺寸和長寬比例的數(shù)字投影機(jī)使用；鏡頭針對不同焦距段對應(yīng)不同厚度等效玻璃平板的方案進(jìn)行像差優(yōu)化，并保持等效空氣中后工作距離相等，最大程度的保持了像面的穩(wěn)定，最大程度補(bǔ)償了引擎棱鏡光程長度變化而造成的像差，保證了所有焦距段的像質(zhì)優(yōu)良；而且，本發(fā)明在確保通用性強(qiáng)適用范圍廣的特性前提下，沒有損失其他光學(xué)性能，仍具有最大D' /fn=l/l. 8的最大相對孔徑、185°的最大視場角、最大可達(dá)12倍的反遠(yuǎn)比、最大可達(dá)I. 5倍的變倍比的特點(diǎn)，且像差情況優(yōu)良。另外，本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，采用了導(dǎo)程規(guī)整的兩條標(biāo)準(zhǔn)螺旋線作為變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的凸輪曲線，大大降低了生產(chǎn)難度和裝調(diào)難度，提高了鏡頭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)的平順性，降低了生產(chǎn)成本，有利于批量生產(chǎn)，極大地增加了數(shù)字球幕投影形式大范圍推廣的可能性。


圖I是本發(fā)明的通用型變焦魚眼鏡頭結(jié)構(gòu)總裝 圖2是圖I的光學(xué)結(jié)構(gòu) 圖3中(a)、(b)是圖2的最長、最短焦距光學(xué)組元位置示意 圖4中(a)、(b)是圖I中的凸輪筒的結(jié)構(gòu)及其上的兩條凸輪曲線的柱面展開 圖5中(a)、(b)、(c)是圖I變焦魚眼鏡頭在三典型焦距的點(diǎn)列圖和傳遞函數(shù)曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。僅用于解釋本發(fā)明和所具有的有益效果，并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的實(shí)施例，針對目前市場上出現(xiàn)的主流工程數(shù)字投影機(jī)，設(shè)計(jì)了一款通用型變焦魚眼鏡頭，基本性能參數(shù)為焦距范圍fs fl=4. 72飛.30毫米，變倍比為I. 33倍；全視場角160° ;半視場像高范圍YH=4. 8飛.48毫米，滿足1IXD、3IXD、IDMD技術(shù)類型的數(shù)字投影機(jī)使用，在全視場條件下滿足的芯片尺寸范圍為O. 63、. 95英寸，滿足芯片長寬比例包括4 3和16 9兩種情況；該鏡頭反遠(yuǎn)比一光學(xué)后截距L'和焦距fn的比為
6.44^8. 54 ;相對孔徑D' /fn為1/2. 0，其中Di為入瞳直徑。本發(fā)明實(shí)施例光學(xué)功能鏡組焦距配置數(shù)據(jù)為，變倍鏡組焦距f變=101. 23mm，補(bǔ)償鏡組焦距f補(bǔ)=-153. 87mm，變焦初始位置為最短焦距，變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的最小光學(xué)間隔為I. 53_，變焦初始位置，變倍鏡組軸向放大率為-I. 35 ;前固定鏡組焦距f前=-21. 49mm，后固定鏡組焦距為f后=39. 144mm,鏡頭空氣中等效光學(xué)后工作距離為L' =40. 3mm。本實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1，按照常規(guī)數(shù)據(jù)文件格式慣例表示，表述順序由前至后。 表I本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)(長度單位mm)。
權(quán)利要求
1.一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)兩部分； 機(jī)械結(jié)構(gòu)包括具有鏡頭的前主筒(201)、變倍筒(206)、補(bǔ)償筒(208)和后主筒(210)，所述的鏡頭前主筒(201)和后主筒(210)，彼此通過安裝旋轉(zhuǎn)滑環(huán)(211)和可繞軸向滑動(dòng)位移的柱面滑鍵(212)連接，在后主筒(210)上分別設(shè)有像面距調(diào)節(jié)手輪(202)和變焦調(diào)節(jié)手輪(203)，又通過變焦調(diào)節(jié)手輪(203)與凸輪筒(204)連接，凸輪筒(204)上有兩條螺旋線槽，凸輪筒(204)內(nèi)壁與前主筒(201)及導(dǎo)引筒(205)外壁滑動(dòng)配合，前主筒(201)通過螺紋固定連接導(dǎo)弓丨筒(205)，導(dǎo)引筒(205)上有一條直線槽，所述的變倍筒(206 )和補(bǔ)償筒(208)分別安裝在導(dǎo)引筒(205)內(nèi)，并和導(dǎo)引筒(205)滑動(dòng)配合，在所述凸輪筒(204)上設(shè)有的第一滑動(dòng)銷釘(207)、第二滑動(dòng)銷釘(209)分別穿過凸輪筒(204)和導(dǎo)引筒(205)上的兩條螺旋線槽和導(dǎo)引筒(205)上的直線槽，并分別滑動(dòng)連接變倍筒(206)和補(bǔ)償筒(208);和光學(xué)結(jié)構(gòu)包括具有十片透鏡構(gòu)成四個(gè)光學(xué)功能性鏡組，依次排列為總光焦度為負(fù)的前固定鏡組、總光焦度為正的變倍鏡組、總光焦度為負(fù)的補(bǔ)償鏡組和總光焦度為正的后固定鏡組，位于補(bǔ)償鏡組和后固定鏡組之間設(shè)有孔徑光欄A ;所述的前固定鏡組由負(fù)光焦度第一透鏡(101)、負(fù)光焦度第二透鏡(102)、負(fù)光焦度第三透鏡(103)、正或負(fù)光焦度第四透鏡(104)共四片透鏡構(gòu)成，所述的變倍鏡組由正光焦度第五透鏡(105)共一片透鏡構(gòu)成，所述的補(bǔ)償鏡組由相互膠合的正光焦度第六透鏡(106)和負(fù)光焦度第七透鏡(107)共兩片透鏡構(gòu)成，所述的后固定鏡組由負(fù)光焦度第八透鏡(108)、正光焦度第九透鏡(109)、正光焦度第十透鏡(110)構(gòu)成，其中第八透鏡(108)和第九透鏡(109)相互膠合，所述的前固定鏡組、變倍鏡組、補(bǔ)償鏡組、后固定鏡組和孔徑光欄A同軸置于機(jī)械結(jié)構(gòu)中所對應(yīng)的鏡頭前主筒(201)、變倍筒(206)、補(bǔ)償筒(208)和后主筒(210)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，在變倍鏡組焦距等于I的條件下，補(bǔ)償鏡組的焦距范圍為-I. 5'1. 7 ;以最短焦距作為變焦初始位置，變倍鏡組的軸向放大率范圍為-I. 3'1. 4，補(bǔ)償鏡組的軸向放大率范圍為-I. 5^-1. 7，使變焦過程中變倍鏡組的移動(dòng)距離接近并小于補(bǔ)償鏡組的移動(dòng)距離；在整個(gè)焦距段，后固定鏡組的軸向放大率范圍為-O. 08^-0. 14之間，后固定鏡組的焦距數(shù)值總是接近并略大于整個(gè)鏡頭在空氣中的后工作距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，前固定鏡組、變倍鏡組、補(bǔ)償鏡組和后固定鏡組的光焦度絕對值比為I :0. 212 :0. 14 0.549 ;其中變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的光焦度比約為3 -2 ;在所有焦距段，孔徑光欄A前各鏡組的光焦度之和總為負(fù)，孔徑光欄A后各鏡組的光焦度之和總為正；最長焦距處和最短焦距處，孔徑光欄A前的光焦度比最大為I :1. 5，孔徑光欄A前后光焦度和之比的范圍為-I 1.3 -I 1. 95。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一透鏡(101)、第二透鏡(102)、第三透鏡(103)、第四透鏡(104)、第五透鏡(105)、第六透鏡(106)、第七透鏡(107)、第八透鏡(108)、第九透鏡(109)、第十透鏡(110)的玻璃材料依次采用重冕系或鑭冕系、重冕系或鑭冕系、重冕系或鑭冕系、重火石系、輕冕系或冕系、重火石系、鑭冕系或重冕系、重火石系、鋇冕系或重冕系、重冕系或鑭冕系光學(xué)玻璃材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用凸輪筒(204)實(shí)現(xiàn)變焦和像面位置補(bǔ)償，在不等直徑的同一凸輪筒(204)上按照相同向心轉(zhuǎn)角分別布置凸輪曲線槽，把變倍鏡組所因循的凸輪曲線布置在凸輪筒(204)較大直徑一端，將補(bǔ)償鏡組所因循的凸輪曲線布置在凸輪筒(204)較小直徑一端，凸輪筒(204)可繞光軸旋轉(zhuǎn)，凸輪曲線槽推動(dòng)變倍鏡組和補(bǔ)償經(jīng)組按照光學(xué)間隔變化規(guī)律運(yùn)動(dòng)，兩條凸輪曲線都可同時(shí)構(gòu)造成導(dǎo)程規(guī)整的標(biāo)準(zhǔn)螺旋線。
6.按權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，對鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)按比例縮放后，結(jié)構(gòu)的焦距范圍發(fā)生變化，用于芯片尺寸在O. 5英寸 I. 8英寸，芯片長寬比為4 :3和16 9的1IXD、3IXD、1DMD類型的數(shù)字投影機(jī)的整球幕和半球幕的投影使用，極限光學(xué)性能參數(shù)范圍為各個(gè)焦距段視場角不變，全視場角最大185° ;鏡頭在空氣中的反遠(yuǎn)比最大可達(dá)12倍；各個(gè)焦距段相對孔徑不變,具有最大相對孔徑D' /fn=l/1.8 ;變倍比為最大1.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，光學(xué)結(jié)構(gòu)中，所述的透鏡工作面均設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)球面，其光學(xué)結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球面還可變?yōu)榉乔蛎?，其光學(xué)成像光譜范圍為400nm-700nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，光學(xué)結(jié)構(gòu)中，光學(xué)結(jié)構(gòu)在焦距變化時(shí)，包括像面位移補(bǔ)償和像差補(bǔ)償，在較大范圍內(nèi)可以適應(yīng)不同技術(shù)類型和不同尺寸芯片的投影機(jī)使用，鏡頭自身可彌補(bǔ)光學(xué)引擎中分光/合光棱鏡組的有效出射光程長度差異而產(chǎn)生的像差。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，其特征在于，任一透鏡的工作面可以變化為非球面，任一透鏡分裂為兩個(gè)或多個(gè)透鏡，或是任一透鏡的光學(xué)材料的變化，把凸輪曲線的一條或兩條換成非螺旋線，向后移動(dòng)孔徑光欄位置，減小視場角，縮小相對孔徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通用于數(shù)字投影機(jī)的變焦投影魚眼鏡頭，包括鏡頭的前主筒、變倍筒、補(bǔ)償筒和后主筒，還包括同軸置于所對應(yīng)的鏡頭前主筒、變倍筒、補(bǔ)償筒和后主筒位置的前固定鏡組、變倍鏡組、補(bǔ)償鏡組、后固定鏡組和孔徑光欄。本發(fā)明變焦結(jié)構(gòu)形式為采用“非物像交換原則”設(shè)計(jì)而成的機(jī)械補(bǔ)償法正組變倍、負(fù)組補(bǔ)償形式。變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組所因循的兩條凸輪曲線都構(gòu)造為標(biāo)準(zhǔn)螺旋線，本發(fā)明采用了導(dǎo)程規(guī)整的兩條標(biāo)準(zhǔn)螺旋線作為變倍鏡組和補(bǔ)償鏡組的凸輪曲線，降低了生產(chǎn)難度和裝調(diào)難度，提高了鏡頭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)的平順性，有利于批量生產(chǎn)，可以滿足常見的不同尺寸芯片、不同芯片長寬比的1LCD、3LCD或1DMD類型數(shù)字投影機(jī)使用。
文檔編號(hào)G02B1/00GK102778739SQ20121023513
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者于國輝, 劉宵嬋, 宋濤, 張禹, 李維善, 陳琛 申請人:秦皇島視聽機(jī)械研究所