專利名稱：一種廣角投影物鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及ー種廣角投影物鏡，尤其涉及像方遠心，機構緊湊的廣角投影物鏡。
背景技術：
投影設備在現代文化、商業(yè)、娛樂活動中扮演著日益重要的角色，消費者普遍希望投影設備能在有限的空間內投射出大尺寸、高畫質、小圖形畸變和高亮度的畫面，因此，作為投影設備中的核心部件光學投影鏡頭，向廣角化發(fā)展是必然的。廣角投影物鏡是從照相機魚眼鏡頭發(fā)展過來的，其繼承了魚眼鏡頭大視場角的優(yōu)點，同時也繼承了其固有的缺點，如像方非遠心、鏡頭片數較多、結構復雜，公差嚴格，エ藝適應性差及長度過長等。在公開號為CN101414049專利中公開了ー種實現100°至120°的大視場角，但明具有如下缺陷像方非遠心；造成光源利用效率低和照度不均勻；使用多達15片透鏡，使得結構復雜成本高昂；鏡頭長度(不包含像距)為150mm，與鏡頭有效焦距8. 3mm比值為18.1過高，說明鏡頭長度過長；非球面鏡片エ藝性差，非球面鏡片在通光口徑處的表面法線與光軸夾角超過60度，使得該非球面難以制造；且塑料非球面位于第一片位置容易導致劃傷；公差要求嚴格，該鏡頭在第三、四片之間，第五、六片之間，第十、十一片之間光線偏折角都過大，導致這些鏡片之間偏心都要求十分嚴格，整個鏡頭的エ藝適應性比較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了有效的改善上所述廣角投影物鏡具有的缺點，提出了ー種新的廣角投影物鏡，在具有廣角優(yōu)點同時，也具有結構緊湊簡單、公差適中、エ藝性良好、像方遠心等優(yōu)點。為了達到上述目的，根據本發(fā)明的一種廣角投影物鏡，其特征在于包括具有正光焦度的第一透鏡組10 ;具有正光焦度的第二透鏡組20 ;位于第一透鏡組10和第二透鏡組20之間的光闌STOP及ー個顯示芯片SI。上述第一透鏡組10的出瞳與第二透鏡組20的入瞳重合，同一視場點的光線在光闌STOP處彼此平行，第二透鏡組20的物方焦點和光闌STOP重合，使得在顯示芯片SI上各視場的主光線與光軸平行，并行成像方遠心光路。上述第一透鏡組10包括兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組11具有負光焦度，設置于靠近投影面，第二子透鏡組12具有正光焦度，設置于靠近光闌STOP，第一子透鏡組11和第二子透鏡組12成反攝遠式結構。上述第一透鏡組10的第一子透鏡組11至少由三片負光焦度彎月型鏡片組成，其中至少有一片為非球面鏡片。上述第一透鏡組10的第二子透鏡組12，至少由一片正光焦度鏡片組成。上述第二透鏡組20包含兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組21具有正光焦度，設置于靠近光闌STOP，第二子透鏡組22具有正光焦度，設置于靠近顯示芯片SI。
上述第二透鏡20的第一子透鏡組21，至少由一片正光焦度鏡片和一片負光焦度鏡片組成，正光焦度鏡片和負光焦度鏡片構成雙膠合鏡片組。上述第二透鏡組20的第二子透鏡組22，至少由三片正光焦度鏡片組成，所述的正光焦度鏡片中最大光焦度Omax和最小光焦度Omin滿足以下列不等式0. 5〈Omin/Omax。上述第一透鏡組10的光焦度為O1，第二透鏡組20的光焦度為O2，并滿足下列不等式:0. 32<01/02<0. 44。上述廣角投影物鏡總光焦度為の，物鏡總長度(不含像距)為L，并滿足下列不等式10<0*L<140上訴第一透鏡組的第一子透鏡組光焦度為O11，第二子透鏡組光焦度為O12，并滿足下列不等式:0. 4<| 0n/012|<0. 6。上述第一透鏡組10的光焦度為O1，第二透鏡組20的光焦度為O2, (^/O2=O. 38。上述廣角投影物鏡總光焦度為①，物鏡總長度(不含像距)為L，O^L=Il
上述第一透鏡組10的第一子透鏡組11光焦度為のn，第二子透鏡組12光焦度為O12,
^ n/^ 12 I=O- 48。上述的廣角投影物鏡中，當第一透鏡組10的第二子透鏡組12鏡片材料選擇為火石玻璃，則第二透鏡組20的第一子透鏡組21中的負光焦度鏡片材料選擇為火石玻璃，正光焦度鏡片材料選擇為冕牌玻璃；或當第一透鏡組10的第二子透鏡組12鏡片材料選擇為冕牌玻璃，則第二透鏡組20的第一子鏡組21的負光焦度鏡片材料選擇為冕牌玻璃，正光焦度鏡片材料選擇為火石玻璃，第二透鏡組20的第二子透鏡組22所有鏡片材料均選擇為冕牌玻璃。


圖1為根據本發(fā)明的投影物鏡結構示意圖。圖2為根據本發(fā)明的投影物鏡專遞函數MTF值示意圖。圖3是根據本發(fā)明的物鏡的不同各視場角的顯示芯片SI的光線點列圖。圖4是根據本發(fā)明的廣角投影物鏡的場曲與畸變示意。圖5是根據本發(fā)明實施例所描述的廣角投影物鏡的垂軸色差示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的廣角投影物鏡包含以下部分具有正光焦度的第一透鏡組10;光闌STO P;具有正光焦度的第二透鏡組20 ;顯示芯片(像面)SI。上述廣角投影物鏡光焦度為①，總長度(不含像距)為L，第一透鏡組10光焦度為O1，第二透鏡組20光焦度為O2.它們之間應滿足以下關系
判據1:0. 32<01/02<0. 44判據 2 10<0*L<14
判據I表明合理的分配第一透鏡組10和第二透鏡組20的光焦度，目的在于使得光焦度在兩組透鏡組間盡量分配均勻，各透鏡組中的鏡片光焦度均勻分擔才變得可能，從而為鏡頭良好的公差性和エ藝性奠定基礎。數據表明，大多數公差嚴格的廣角投影鏡頭光闌STOP前組與后組光焦度比值都小于0. 32。
判據2表明廣角投影鏡頭合理的長度與焦距有夫，即合理的鏡頭長度是焦距的10倍到14倍之間，如果鏡頭長度小于焦距10倍，那么鏡頭將變得難以設計和制造，如果鏡頭長度大于14倍，使得投影設備體積過大，不利于市場競爭。上述第一透鏡組10為反攝式結構，包含具有負光焦度的第一子透鏡組11和正光焦度的第二透鏡組12，第一子透鏡組11光焦度のn和第二子透鏡組光焦度の12滿足以下條件
判據 3 :0. 4<|0n/012|<0.6
判據3表明第一子透鏡組的光焦度如果太大，不滿足判據3的左則判據，則會導致第一片鏡片口徑過大，彎曲程度劇烈，甚至于無法加工第一片鏡片。如果第一子透鏡組光焦度過小，不滿足判據3的右則判據，則會導致鏡頭的視場角縮小。所以判據3是平衡視場角和鏡頭エ藝性的根據。第一子透鏡組第二片為非球面鏡片，其主要作用是校正畸變，廣角鏡頭畸變一般都比較嚴重，所以該非球面要具有很強的校正畸變能力。非球面鏡片越靠近投影面校正畸變效果越理想，但是不能安排為第一片鏡片，主要有以下原因非球面鏡片口徑加大，増加成本和加工難度高；非球面鏡片一般為塑料注塑成型，所以暴露在外界容易劃傷塑料鏡片。第一子透鏡組11包含三片負光焦度的透鏡，其光焦度分別為Om、O112, O113，為了使非球面即保持良好的校正畸變能力又具有良好的エ藝性，以上所訴的三片鏡片的光焦度應滿足以下關系
0Ii1: 0Ii2: 0Ii3 2:1:4
如果非球面光焦度權重加大，則校正畸變變得很容易，但是會出現非球面鏡片在通光口徑處的表面法線與光軸夾角超過60度的情況，使得塑料非球面不能通過開模注塑生產，所以畸變欠校正即可。

第二透鏡組20包含兩個子透鏡組21和22，21為具有負光焦度的鏡片和具有正光焦度的鏡片的膠合鏡，主要作用是與第一透鏡組10的第二子透鏡組12成消色差功能。22包含三片鏡片，其作用是聚焦光束并形成遠心光路，為了使得第二透鏡組具有良好的公差，22三片鏡片的光焦度滿足以下關系
① 221 :① 222 :① 223 ^ 1:2:1
表I是根據本發(fā)明的廣角投影物在鏡在波長為460nm-660nm，全視場角為90°，有效焦距為8. 33mm,像方F/#為2. 3下的結構數據
魁
權利要求
1.一種廣角投影物鏡，其特征在于，包括具有正光焦度的第一透鏡組(10);具有正光焦度的第二透鏡組(20);位于第一透鏡組(10)和第二透鏡組(20)之間的光闌(STOP);及一個顯不芯片(SI)。
2.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)的出瞳與第二透鏡組(20)的入瞳重合，同一視場點的光線在光闌(STOP)處彼此平行，第二透鏡組(20)的物方焦點和光闌(STOP)重合，使得在顯示芯片(SI)上各視場的主光線與光軸平行，并行成像方遠心光路。
3.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)包括兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組(11)具有負光焦度，設置于靠近投影面，第二子透鏡組(12)具有正光焦度，設置于靠近光闌(STOP)，第一子透鏡組(11)和第二子透鏡組(12)成反攝遠式結構。
4.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)的第一子透鏡組(11)至少由三片負光焦度彎月型鏡片組成，其中至少有一片為非球面鏡片。
5.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)的第二子透鏡組(12)，至少由一片正光焦度鏡片組成。
6.如權利要求1所述廣角投影物鏡，其特征在于，第二透鏡組(20)包含兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組(21)具有正光焦度，設置于靠近光闌(STOP)，第二子透鏡組(22)具有正光焦度，設置于靠近顯示芯片(SI)。
7.如權利要求6所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第二透鏡(20)的第一子透鏡組(21)，至少由一片正光焦度鏡片和一片負光焦度鏡片組成，正光焦度鏡片和負光焦度鏡片構成雙膠合鏡片組。
8.如權利要求6所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第二透鏡組(20)的第二子透鏡組(22)，至少由三片正光焦度鏡片組成，所述的正光焦度鏡片中最大光焦度Φ_和最小光焦度Omin滿足以下列不等式0. 5〈Omin/Omax。
9.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)的光焦度為Φ1;第二透鏡組(20)的光焦度為Φ2，并滿足下列不等式0. 32<Φ1/Φ2<0. 44。
10.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，廣角投影物鏡總光焦度為Φ，物鏡總長度(不含像距)為L，并滿足下列不等式10〈Φ*ΙΧ14。
11.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，上訴第一透鏡組(10)的第一子透鏡組(11)光焦度為Φη，第二子透鏡組(12)光焦度為Φ12，并滿足下列不等式0. 4<|Φη/Φ12|〈0· 6。
12.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，第一透鏡組(10)的光焦度為Φ1;第二透鏡組(20)的光焦度為Φ2，Φ!/Φ2=0. 38。
13.如權利要求1所述的廣角投影物鏡，其特征在于，廣角投影物鏡總光焦度為Φ，物鏡總長度(不含像距)為L，Φ^L=Il0
14.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，上述第一透鏡組(10)的第一子透鏡組(11)光焦度為O11，第二子透鏡組(12)光焦度為Φ12，| Φη/Φ12|=0. 48。
15.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，上述第二透鏡組(20)包含兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組(21)具有正光焦度，設置于靠近光闌(ST0P)，第二子透鏡組(22)具有正光焦度，設置于靠近顯示芯片(SI)，其構成材料為當第一透鏡組(10)的第二子透鏡組(12)鏡片材料選擇為火石玻璃，則第二透鏡組(20)的第一子透鏡組(21)中的負光焦度鏡片材料選擇為火石玻璃，第二透鏡組(20)的第二子透鏡組(21)中的正光焦度鏡片材料選擇為冕牌玻璃。
16.如權利要求3所述的廣角投影物鏡，其特征在于，上述第二透鏡組(20)包含兩個子透鏡組，其中第一子透鏡組(21)具有正光焦度，設置于靠近光闌(STOP)，第二子透鏡組(22)具有正光焦度，設置于靠近顯示芯片(SI)，其構成材料為第一透鏡組(10)的第二子透鏡組(12)鏡片材料選擇為冕牌玻璃，第二透鏡組(20)的第一子鏡組(21)中的負光焦度鏡片材料選擇為冕牌玻璃，第二透鏡組(20)的第二子透鏡組(21)中的正光焦度鏡片材料選擇為火石玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廣角投影物鏡，其包括具有正光焦度的第一透鏡組，具有正光焦度的第二透鏡組，位于上述第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌及一顯示芯片。上述第一透鏡組的出瞳與第二透鏡組的入瞳重合，同一視場點的光線在光闌處彼此平行，第二透鏡組的物方焦點和光闌重合，使得在顯示芯片上各視場的主光線與光軸平行，并行成像方遠心光路。根據本發(fā)明的廣角投影物鏡實現了系統(tǒng)的小型化，同時結構緊湊簡單、公差適中、工藝性良好、像方遠心等一系列優(yōu)點。
文檔編號G02B13/22GK103033908SQ20111029259
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者張品祥, 劉治新, 吳中雄 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司