[发明专利]一种用于数字投影机的五组六片式鱼眼镜头基础结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于数字投影机的五组六片式投影鱼眼镜头基础结构，可满足芯片尺寸在0.5英寸～1.8英寸之间的3LCD或1DMD类型常见数字投影机使用。

背景技术

鱼眼镜头是所有光学镜头类别中非常特殊的一种，其像高和视场角的函数关系可以根据需要而设定，一般用于120°到180°视场环境的拍摄和投影，成像原理为“非相似成像”，即通过引入定量“畸变”，产生大反远比，并增加镜头视场角。不同的应用领域，鱼眼镜头的结构参数和应用环境参数不同。上世纪七十年代，鱼眼镜头在电影行业首先出现，用来拍摄和放映35mm及70mm胶片的球幕(也称穹幕)电影，从而引发了鱼眼镜头被广泛使用的序幕。

目前市场上的鱼眼镜头包括摄影(摄像)、监控、放映和投影镜头，其光学结构一般包含8～12片透镜，尤其在放映和投影应用领域由于需要更大的反远比和更大的相对孔径，一般光学结构都具有10～12片透镜。在数字球幕投影领域，因为投影机光学引擎本身结构特性，要求投影镜头具有至少7倍的反远比，同时由于投影机亮度不能无限增大，就要求投影镜头应该具有较大的相对孔径，尽量减小镜头自身的光能损失。

随着数字图像处理技术的进步、对素材变形处理能力的提高、以及市场对多样化投影或图形显示需求的不断出现，促进了基于数字投影机的特型投影应用的发展，针对整球形幕(背投)和针对半球形幕(正投)投影的应用越来越广泛；也促进了对满足数字投影机使用的鱼眼投影镜头的研究与开发。同时，随着光学设计理论和设计软件不断取得重大突破，对鱼眼镜头结构的光学像差控制和优化能力得以大大加强，因而各种类型的鱼眼镜头接连出现，但目前市场上所应用的鱼眼镜头结构都相对复杂，一般是9～12片结构，结构工艺性差、成品率低、高成本，造成镜头价格昂贵而无法大范围推广。

发明内容

鉴于现有技术的状况，本发明提供了一种用于数字投影机的五组六片式投影鱼眼镜头基础结构，具有最高185°视场角，在保障像差优异前提下，最大限度简化结构，提升鱼眼镜头的生产工艺性，降低生产成本及对光学材料的消耗。

本发明在现代几何光学像差理论基础上，通过设计软件的辅助设计并结合人工数学插值分析方法，充分考虑鱼眼镜头光学特性论，从经典光学结构出发，通过大量的数据优化和结构再造，成功设计出可满足3LCD或1DMD类型数字投影机的鱼眼投影镜头简单结构形式。

本发明的鱼眼镜头基础结构，包括具有六片标准球面的透镜组成的五个镜组；所述五个镜组的六片透镜依次为负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、负弯月型第一透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜；其中，负弯月型第一透镜与第一双凸透镜组成双胶合镜组；则负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、第二双凸透镜为单镜组；所述的负弯月型透镜、负弯月型第一透镜为凸面朝前放置，所述的双凹透镜为曲率绝对值大的面朝后放置，所述的正弯月型透镜为凹面超前凸面朝后放置，所述的第一双凸透镜与第二双凸透镜为曲率绝对值大的面均朝前放置，在位于所述的正弯月型透镜与双胶合组之间的位置设有孔径光栏A，所述的负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、双胶合组、第二双凸透镜的光焦度绝对值比由前至后依次为1∶1.51∶0.485∶0.14∶1.51，所述光栏A前各个镜组产生的光焦度的和为负值，光栏A后各个镜组产生的总光焦度的和为正值，光栏A前后光焦度之和的比的绝对值为1∶1.539。

在本发明的结构中，所有透镜工作面都为标准球面，不含非球面。

在本发明中，所涉及的两个负弯月型透镜，其凸面朝前置；一个双凹透镜，为曲率绝对值大的面朝后置；一个正弯月型透镜，凹面超前凸面朝后置，起减小前置镜片口径、增加系统通光孔径作用，两个双凸透镜曲率绝对值大的面朝前置。

根据本发明的方案，所述负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、负弯月型第一透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜依次采用：重冕系或镧冕系、冕系、重火石系、重火石系、冕系、重冕系或镧冕系光学玻璃材料。

根据本发明的方案，该鱼眼镜头结构同时具有的性能参数为：视场角185°；镜头光学后截距L′和焦距f′的比值(反远比)为6～8；相对孔径D/f′为1/1.8～1/2.8，其中D为入瞳直径。

根据本发明的方案，该鱼眼镜头结构按比例进行焦距缩放，并少许适当调整各主要像差的匹配关系，完全可满足不同应用环境的使用要求，可适用全视场像高直径范围3mm～30mm的特定数字鱼眼投影镜头。即可适用不同尺寸芯片的数字投影机。

该基础结构适用色光波长范围400nm～700nm。