專利名稱：一種高投射比投影物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高投射比投影物鏡，尤其是具有高解像力、超低畸變、像面遠(yuǎn)心、 結(jié)構(gòu)緊湊的高投射比投影物鏡。
背景技術(shù)：
投影設(shè)備在現(xiàn)代文化、商業(yè)、娛樂活動中扮演著日益重要的角色，消費(fèi)者普遍希望投影設(shè)備能在有限的空間內(nèi)投射出大尺寸、高畫質(zhì)、小圖形畸變和高亮度的畫面，因此，作為投影設(shè)備中的核心部件光學(xué)投影鏡頭，向高投射比發(fā)展是必然的。投射比即為投影距離與投影畫面的對角線尺寸的比值，投射比越高，表明鏡頭在有限的空間內(nèi)投影的畫面尺寸越大，顯然投射比與鏡頭的視場角可以等效，所以高投射比的鏡頭在傳統(tǒng)鏡頭中的分類應(yīng)該是屬于廣角、超廣角和魚眼類型鏡頭。高投射比投影物鏡是從照相機(jī)廣角、超廣角、魚眼等類型鏡頭發(fā)展過來的，高投射比繼承了這些類型鏡頭大視場角的優(yōu)點(diǎn)，同時也繼承了其固有的缺點(diǎn)像方非遠(yuǎn)心、相對照度低、畸變較大、鏡頭片數(shù)較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，公差嚴(yán)格、工藝適應(yīng)性差、長度過長等。例如專利CN101414049所述的高投射比投影鏡頭，雖然實現(xiàn)100度至120度的大視場角，但明顯有以下缺陷像方非遠(yuǎn)心，造成光源利用效率低和照度不均勻；使用多達(dá)15片透鏡，使得結(jié)構(gòu)復(fù)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. I過高，說明鏡頭長度過長；非球面鏡片工藝性差，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，使得該非球面難以測量和制造，且塑料非球面位于第一片位置容易導(dǎo)致劃傷；公差要求嚴(yán)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(dǎo)致這些鏡片之間偏心都要求十分嚴(yán)格，整個鏡頭的工藝適應(yīng)性比較差。

發(fā)明內(nèi)容
基于改善以上所述目前高投射比投影物鏡都會有的缺點(diǎn)，一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，包含具有正光焦度的第一鏡組、具有正光焦度的第二鏡組、光闌及顯示芯片，其特征在于第一鏡組包括第一、第二子鏡組，第一子鏡組具有負(fù)光焦度，靠近投影屏幕面，第二子鏡組具有正光焦度，靠近光闌面，第一、第二子鏡組組成反攝遠(yuǎn)式結(jié)構(gòu)；第二鏡組包括第三、第四子鏡組，第三子鏡組具有負(fù)光焦度靠近光闌面，第四子鏡組具有正光焦度，靠近顯示芯片。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影鏡組的投射比為0. 5。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第一鏡組光焦度為O1，第二鏡組光焦度為 O2,0. 35<01/02<0. 55。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的投射比為T，總光焦度為。，總長度(不含像距)為L，他們之間滿足以下關(guān)系15〈T*0*L〈18。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第一子鏡組的光焦度O11，第二子鏡組光焦度012，2〈|0n/012|〈4。
上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第一子鏡組由三片負(fù)光焦度彎月型鏡片組成，其中第一片或第二片為非球面鏡片，第一片和第二片鏡片的表面定點(diǎn)曲率半徑球心都位于顯示芯片一側(cè)，第一片鏡片光焦度的絕對值小于第二片鏡片光焦度的絕對值，第二片鏡片光焦度的絕對值小于第三片鏡片光焦度的絕對值。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第二子鏡組由兩片正光焦度鏡片組成，靠近投影屏幕面的鏡片的兩個表面球心位于投影屏幕一側(cè)，靠近顯示芯片的鏡片的兩個表面球心位于顯不芯片一側(cè)。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的光闌位于第一鏡組與第二鏡組之間，光闌與第一鏡組最后一片鏡片的后表面的距離為L1,光闌與第二鏡組第一片鏡片的前表面的距離為L2, 0.30^/1^0.1上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第三子鏡組由一片正光焦度鏡片和兩片負(fù)光焦度鏡片組成的三膠合透鏡組，正光焦度鏡片位于兩片負(fù)光焦度鏡片之間。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第四子鏡組由三片正光焦度鏡片組成，靠近投影屏幕面的鏡片的光焦度要比其他兩片鏡片都大。上述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡的第一子鏡組材料選擇為冕牌玻璃；第二子鏡組材料選擇為火石玻璃；第三子鏡組中，兩片負(fù)光焦度鏡片材料為火石材料玻璃，正光焦度鏡片材料為冕牌玻璃；第四子鏡組材料選擇為冕牌玻璃。根據(jù)本發(fā)明的高投射比投影物鏡，其在具有高投射比優(yōu)點(diǎn)同時，也具有高相對照度、超低畸變、結(jié)構(gòu)緊湊簡單、公差適中、工藝性良好、像方遠(yuǎn)心等一系列優(yōu)點(diǎn)。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的高投射比投影物鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。如圖I所示，本發(fā)明的高投射比投影物鏡包含以下部分具有正光焦度的第一鏡組Iio ;光闌(STOP) 300 ;具有正光焦度的第二鏡組200 ;顯示芯片400。上述高投射比投影物鏡投射比為T，總光焦度為①，總長度(不含像距)為L，第一鏡組100光焦度為O1，第二鏡組200光焦度為O2.它們之間應(yīng)滿足判據(jù)I。判據(jù)I :0.55。判據(jù)2 :15〈T*0*L〈18。 判據(jù)I合理的分配第一鏡組100和第二鏡組200的光焦度，目的在于使得光焦度在兩組鏡組間盡量分配均勻，各鏡組中的鏡片光焦度均勻分擔(dān)才變得可能，從而為鏡頭良好的公差性和工藝性奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)公差嚴(yán)格的高投射比投影鏡頭光闌300 前組與后組光焦度比值都小于0. 35。判據(jù)2表明高投射比投影鏡頭合理的長度與總光焦度和投射比有關(guān)，即合理的鏡頭長度是焦距與投射比倒數(shù)的乘積的15倍到18倍之間，如果鏡頭長度小于焦距與投射比倒數(shù)的乘積的15倍，那么鏡頭將變得難以設(shè)計和制造，如果鏡頭長度大于焦距與投射比倒數(shù)的乘積的18倍，使得投影設(shè)備體積過大。第一鏡組100為反攝式結(jié)構(gòu)，包含具有負(fù)光焦度的第一子鏡組110和正光焦度的第二子鏡組120。第一子鏡組110的光焦度O11和第二子鏡組120光焦度O12滿足判據(jù)3。判據(jù)3 :2〈| 0n/012|〈4。
第一子鏡組110的光焦度如果太大，不能滿足判據(jù)3的右則判據(jù)，則會導(dǎo)致第一片鏡片111 口徑過大，彎曲程度劇烈，甚至于無法加工第一片鏡片111。如果第一子鏡組110 光焦度過小，不滿足判據(jù)3的左則判據(jù)，則會導(dǎo)致鏡頭的視場角縮小，難以實現(xiàn)高投射比。 所以判據(jù)3是平衡投射比和鏡頭工藝性的根據(jù)。
第一子鏡組110中的第一鏡片111為非球面鏡片，其主要作用是校正畸變，高投射比鏡頭的畸變一般都比較嚴(yán)重，所以該非球面要具有很強(qiáng)的校正畸變能力。第一鏡片111 兩個表面的頂點(diǎn)曲率半徑球心都位于顯示芯片400 —側(cè)。同樣，兩個表面的頂點(diǎn)曲率半徑球心也都位于顯示芯片400 —側(cè)。第一子鏡組110包含三片負(fù)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工藝性，以上所訴的三片鏡片的光焦度應(yīng)滿足判據(jù)4。判據(jù)4 O111: O112: O113 ^ 1:1. 3:1. 8。判據(jù)4看出，第一子鏡組110的三個鏡片的光焦度由屏幕面向顯示芯片400逐漸變大，因此第一鏡片111的光焦度最小。目的是控制第一鏡片111的口徑和非球面的光焦度。如果非球面光焦度權(quán)重加大，則校正畸變變得很容易，但是會出現(xiàn)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，即非球面邊緣通光孔徑角過大，使得非球面無法測量，生產(chǎn)該非球面將變得十分困難。第二鏡片112和第三鏡片113的光焦度比第一鏡片111大，且逐漸變大，有利于控制第一鏡片111 口徑，改善投影物鏡的整體體積大小。第二子鏡組120包含正光焦度的第四鏡片121和第五鏡片122，第四鏡片121與第五鏡片122的光焦度分別為0121、O122，滿足判據(jù)5。判據(jù)5 :0. 2<0121/0122<0. 4。鏡片121與122光焦度分配如果不滿足判據(jù)5左側(cè)，則投影物鏡的球差和軸外像差將會變大。如果不滿足判據(jù)5左側(cè)，投影物鏡的長度將會增加，第四鏡片121的兩個表面球心在屏幕面一側(cè)，鏡片122的第一個表面球心必須在顯不芯片400 —側(cè)。光闌300位于第一鏡組100與第二鏡組200之間，與第一鏡組100最后的第五鏡片122后表面的距離為L1，與第二鏡組200的第六鏡片211前表明的距離為L2, L1, L2滿足判據(jù)6。判據(jù)6 :0.9。判據(jù)6表征了光闌300位置最佳的條件。當(dāng)不滿足判據(jù)6左側(cè)，第二鏡組200將會對公差十分敏感，無法達(dá)到較好的工藝適應(yīng)性。當(dāng)不滿足判據(jù)6右側(cè)，投影物鏡的軸外像
差將變得嚴(yán)重。第二鏡組200包含第三子鏡組210和第四子鏡組220。第三子鏡組210是由三片鏡片膠合一起的膠合鏡組，分別為具有負(fù)光焦度的第六鏡片211、正光焦度的第七鏡片212、 負(fù)光焦度的第8鏡片213。膠合鏡組210主要作用是消除軸向色差與垂軸色差。第四子鏡組220包含第9鏡片221、第十鏡片222和第i^一鏡片223，其作用是聚焦光束并形成遠(yuǎn)心光路，為了使得第二鏡組200具有良好的公差，第九鏡片221光焦度應(yīng)大于第十鏡片222和第i^一鏡片223的光焦度。本發(fā)明所述的高投射比投影物鏡，各鏡片的材料安排如下第一片非球面鏡片 111使用屬冕牌性質(zhì)的塑料材料，以亞力克(PMMA)為佳，第二鏡片112、第三鏡片113材料使用冕牌玻璃，第四片鏡片121、第五片鏡片122材料使用火石玻璃，第四鏡片121材料的折射率至少不比第五鏡片122材料折射率低，第六鏡片211為火石玻璃，第七鏡片212為冕牌玻璃，第八鏡片213為火石玻璃。其中第六鏡片211、第七鏡片212采用鑭系玻璃為佳，第七鏡片212應(yīng)采用阿貝數(shù)高于65的冕牌玻璃，尤其以超低色散玻璃材料為最佳，第九鏡片 221、第十片鏡片222和第i^一片鏡片223都采用冕牌玻璃，212應(yīng)采用阿貝數(shù)高于65的冕牌玻璃為佳。表I是根據(jù)本發(fā)明的高投射比投影物鏡在下列條件下的各數(shù)據(jù)，波長 462nm-625nm,投射比:0. 5，全視場角107°，有效焦距:5. 98mm,像高:7. 9_，像方F/#
2.3。表I
權(quán)利要求
1.一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，包括具有正光焦度的第一鏡組、具有正光焦度的第二鏡組、光闌及顯示芯片，其特征在于第一鏡組包括第一、第二子鏡組，第一子鏡組具有負(fù)光焦度，靠近投影屏幕面，第二子鏡組具有正光焦度，靠近光闌面，第一、第二子鏡組組成反攝遠(yuǎn)式結(jié)構(gòu)；第二鏡組包括第三、第四子鏡組，第三子鏡組具有負(fù)光焦度，靠近光闌面，第四子鏡組具有正光焦度，靠近顯示芯片。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特特征在于上述投影物鏡的投射比為0.5。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第一鏡組光焦度為O1，第二鏡組光焦度為O2,0. 35<01/02<0. 55。
4.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于投影物鏡的投射比為T，總光焦度為O，總長度(不含像距)為L，他們之間滿足以下關(guān)系 15<T*0*L<180
5.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第一子鏡組的光焦度O11,第二子鏡組光焦度中12，2〈| 0n/012|〈4。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第一子鏡組由三片負(fù)光焦度彎月型鏡片組成，其中第一片或第二片為非球面鏡片，第一片和第二片鏡片的表面定點(diǎn)曲率半徑球心都位于顯不芯片一側(cè)，第一片鏡片光焦度的絕對值小于第二片鏡片光焦度的絕對值，第二片鏡片光焦度的絕對值小于第三片鏡片光焦度的絕對值。
7.如權(quán)利要求5所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第二子鏡組由兩片正光焦度鏡片組成，靠近投影屏幕面的鏡片的兩個表面球心位于投影屏幕一偵牝靠近顯示芯片的鏡片的兩個表面球心位于顯示芯片一側(cè)。
8.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于上述光闌位于第一鏡組與第二鏡組之間，光闌與第一鏡組最后一片鏡片的后表面的距離為L1,光闌與第二鏡組第一片鏡片的前表面的距離為L2, 0. 3<L2/L1<0. 9。
9.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第三子鏡組由一片正光焦度鏡片和兩片負(fù)光焦度鏡片組成的三膠合透鏡組，正光焦度鏡片位于兩片負(fù)光焦度鏡片之間。
10.如權(quán)利要求I所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第四子鏡組由三片正光焦度鏡片組成，靠近投影屏幕面的鏡片的光焦度大于其他兩片鏡片。
11.如權(quán)利要求9所述的一種用于投影設(shè)備的高投射比投影物鏡，其特征在于第一子鏡組材料選擇為冕牌玻璃；第二子鏡組材料選擇為火石玻璃；第三子鏡組中，兩片負(fù)光焦度鏡片材料為火石材料玻璃，正光焦度鏡片材料為冕牌玻璃；第四子鏡組材料選擇為冕牌玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高投射比投影物鏡，該高投射比投影物鏡具有正光焦度的第一鏡組、具有正光焦度的第二鏡組、光闌及顯示芯片，第一鏡組包括第一、第二子鏡組，第一子鏡組具有負(fù)光焦度，靠近投影屏幕面，第二子鏡組具有正光焦度，靠近光闌面，第一、第二子鏡組組成反攝遠(yuǎn)式結(jié)構(gòu)，第二鏡組包括第三、第四子鏡組，第三子鏡組具有負(fù)光焦度，靠近光闌面，第四子鏡組具有正光焦度，靠近顯示芯片。根據(jù)本發(fā)明的高投射比物鏡具有高投射比優(yōu)點(diǎn)同時，也具有高相對照度、超低畸變、結(jié)構(gòu)緊湊簡單、公差適中、工藝性良好、像方遠(yuǎn)心等一系列優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B13/06GK102621672SQ20121009542
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月2日
發(fā)明者侯永樂, 劉治新, 張品祥 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司