一种广角投影物镜的制作方法

专利名称：一种广角投影物镜的制作方法
技术领域：
本发明是涉及ー种广角投影物镜，尤其涉及像方远心，机构紧凑的广角投影物镜。
背景技术：
投影设备在现代文化、商业、娱乐活动中扮演着日益重要的角色，消费者普遍希望投影设备能在有限的空间内投射出大尺寸、高画质、小图形畸变和高亮度的画面，因此，作为投影设备中的核心部件光学投影镜头，向广角化发展是必然的。广角投影物镜是从照相机鱼眼镜头发展过来的，其继承了鱼眼镜头大视场角的优点，同时也继承了其固有的缺点，如像方非远心、镜头片数较多、结构复杂，公差严格，エ艺适应性差及长度过长等。在公开号为CN101414049专利中公开了ー种实现100°至120°的大视场角，但明具有如下缺陷像方非远心；造成光源利用效率低和照度不均匀；使用多达15片透镜，使得结构复杂成本高昂；镜头长度(不包含像距)为150mm，与镜头有效焦距8. 3mm比值为18.1过高，说明镜头长度过长；非球面镜片エ艺性差，非球面镜片在通光口径处的表面法线与光轴夹角超过60度，使得该非球面难以制造；且塑料非球面位于第一片位置容易导致划伤；公差要求严格，该镜头在第三、四片之间，第五、六片之间，第十、十一片之间光线偏折角都过大，导致这些镜片之间偏心都要求十分严格，整个镜头的エ艺适应性比较差。

发明内容
本发明为了有效的改善上所述广角投影物镜具有的缺点，提出了ー种新的广角投影物镜，在具有广角优点同时，也具有结构紧凑简单、公差适中、エ艺性良好、像方远心等优点。为了达到上述目的，根据本发明的一种广角投影物镜，其特征在于包括具有正光焦度的第一透镜组10 ;具有正光焦度的第二透镜组20 ;位于第一透镜组10和第二透镜组20之间的光阑STOP及ー个显示芯片SI。上述第一透镜组10的出瞳与第二透镜组20的入瞳重合，同一视场点的光线在光阑STOP处彼此平行，第二透镜组20的物方焦点和光阑STOP重合，使得在显示芯片SI上各视场的主光线与光轴平行，并行成像方远心光路。上述第一透镜组10包括两个子透镜组，其中第一子透镜组11具有负光焦度，设置于靠近投影面，第二子透镜组12具有正光焦度，设置于靠近光阑STOP，第一子透镜组11和第二子透镜组12成反摄远式结构。上述第一透镜组10的第一子透镜组11至少由三片负光焦度弯月型镜片组成，其中至少有一片为非球面镜片。上述第一透镜组10的第二子透镜组12，至少由一片正光焦度镜片组成。上述第二透镜组20包含两个子透镜组，其中第一子透镜组21具有正光焦度，设置于靠近光阑STOP，第二子透镜组22具有正光焦度，设置于靠近显示芯片SI。
上述第二透镜20的第一子透镜组21，至少由一片正光焦度镜片和一片负光焦度镜片组成，正光焦度镜片和负光焦度镜片构成双胶合镜片组。上述第二透镜组20的第二子透镜组22，至少由三片正光焦度镜片组成，所述的正光焦度镜片中最大光焦度Omax和最小光焦度Omin满足以下列不等式0. 5〈Omin/Omax。上述第一透镜组10的光焦度为O1，第二透镜组20的光焦度为O2，并满足下列不等式:0. 32<01/02<0. 44。上述广角投影物镜总光焦度为の，物镜总长度(不含像距)为L，并满足下列不等式10<0*L<140上诉第一透镜组的第一子透镜组光焦度为O11，第二子透镜组光焦度为O12，并满足下列不等式:0. 4<| 0n/012|<0. 6。上述第一透镜组10的光焦度为O1，第二透镜组20的光焦度为O2, (^/O2=O. 38。上述广角投影物镜总光焦度为①，物镜总长度(不含像距)为L，O^L=Il
上述第一透镜组10的第一子透镜组11光焦度为のn，第二子透镜组12光焦度为O12,
^ n/^ 12 I=O- 48。上述的广角投影物镜中，当第一透镜组10的第二子透镜组12镜片材料选择为火石玻璃，则第二透镜组20的第一子透镜组21中的负光焦度镜片材料选择为火石玻璃，正光焦度镜片材料选择为冕牌玻璃；或当第一透镜组10的第二子透镜组12镜片材料选择为冕牌玻璃，则第二透镜组20的第一子镜组21的负光焦度镜片材料选择为冕牌玻璃，正光焦度镜片材料选择为火石玻璃，第二透镜组20的第二子透镜组22所有镜片材料均选择为冕牌玻璃。


图1为根据本发明的投影物镜结构示意图。图2为根据本发明的投影物镜专递函数MTF值示意图。图3是根据本发明的物镜的不同各视场角的显示芯片SI的光线点列图。图4是根据本发明的广角投影物镜的场曲与畸变示意。图5是根据本发明实施例所描述的广角投影物镜的垂轴色差示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的广角投影物镜包含以下部分具有正光焦度的第一透镜组10;光阑STO P;具有正光焦度的第二透镜组20 ;显示芯片(像面)SI。上述广角投影物镜光焦度为①，总长度(不含像距)为L，第一透镜组10光焦度为O1，第二透镜组20光焦度为O2.它们之间应满足以下关系
判据1:0. 32<01/02<0. 44判据 2 10<0*L<14
判据I表明合理的分配第一透镜组10和第二透镜组20的光焦度，目的在于使得光焦度在两组透镜组间尽量分配均匀，各透镜组中的镜片光焦度均匀分担才变得可能，从而为镜头良好的公差性和エ艺性奠定基础。数据表明，大多数公差严格的广角投影镜头光阑STOP前组与后组光焦度比值都小于0. 32。
判据2表明广角投影镜头合理的长度与焦距有夫，即合理的镜头长度是焦距的10倍到14倍之间，如果镜头长度小于焦距10倍，那么镜头将变得难以设计和制造，如果镜头长度大于14倍，使得投影设备体积过大，不利于市场竞争。上述第一透镜组10为反摄式结构，包含具有负光焦度的第一子透镜组11和正光焦度的第二透镜组12，第一子透镜组11光焦度のn和第二子透镜组光焦度の12满足以下条件
判据 3 :0. 4<|0n/012|<0.6
判据3表明第一子透镜组的光焦度如果太大，不满足判据3的左则判据，则会导致第一片镜片口径过大，弯曲程度剧烈，甚至于无法加工第一片镜片。如果第一子透镜组光焦度过小，不满足判据3的右则判据，则会导致镜头的视场角缩小。所以判据3是平衡视场角和镜头エ艺性的根据。第一子透镜组第二片为非球面镜片，其主要作用是校正畸变，广角镜头畸变一般都比较严重，所以该非球面要具有很强的校正畸变能力。非球面镜片越靠近投影面校正畸变效果越理想，但是不能安排为第一片镜片，主要有以下原因非球面镜片口径加大，増加成本和加工难度高；非球面镜片一般为塑料注塑成型，所以暴露在外界容易划伤塑料镜片。第一子透镜组11包含三片负光焦度的透镜，其光焦度分别为Om、O112, O113，为了使非球面即保持良好的校正畸变能力又具有良好的エ艺性，以上所诉的三片镜片的光焦度应满足以下关系
0Ii1: 0Ii2: 0Ii3 2:1:4
如果非球面光焦度权重加大，则校正畸变变得很容易，但是会出现非球面镜片在通光口径处的表面法线与光轴夹角超过60度的情況，使得塑料非球面不能通过开模注塑生产，所以畸变欠校正即可。

第二透镜组20包含两个子透镜组21和22，21为具有负光焦度的镜片和具有正光焦度的镜片的胶合镜，主要作用是与第一透镜组10的第二子透镜组12成消色差功能。22包含三片镜片，其作用是聚焦光束并形成远心光路，为了使得第二透镜组具有良好的公差，22三片镜片的光焦度满足以下关系
① 221 :① 222 :① 223 ^ 1:2:1
表I是根据本发明的广角投影物在镜在波长为460nm-660nm，全视场角为90°，有效焦距为8. 33mm,像方F/#为2. 3下的结构数据
魁
权利要求
1.一种广角投影物镜，其特征在于，包括具有正光焦度的第一透镜组(10);具有正光焦度的第二透镜组(20);位于第一透镜组(10)和第二透镜组(20)之间的光阑(STOP);及一个显不芯片(SI)。
2.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)的出瞳与第二透镜组(20)的入瞳重合，同一视场点的光线在光阑(STOP)处彼此平行，第二透镜组(20)的物方焦点和光阑(STOP)重合，使得在显示芯片(SI)上各视场的主光线与光轴平行，并行成像方远心光路。
3.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)包括两个子透镜组，其中第一子透镜组(11)具有负光焦度，设置于靠近投影面，第二子透镜组(12)具有正光焦度，设置于靠近光阑(STOP)，第一子透镜组(11)和第二子透镜组(12)成反摄远式结构。
4.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)的第一子透镜组(11)至少由三片负光焦度弯月型镜片组成，其中至少有一片为非球面镜片。
5.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)的第二子透镜组(12)，至少由一片正光焦度镜片组成。
6.如权利要求1所述广角投影物镜，其特征在于，第二透镜组(20)包含两个子透镜组，其中第一子透镜组(21)具有正光焦度，设置于靠近光阑(STOP)，第二子透镜组(22)具有正光焦度，设置于靠近显示芯片(SI)。
7.如权利要求6所述的广角投影物镜，其特征在于，第二透镜(20)的第一子透镜组(21)，至少由一片正光焦度镜片和一片负光焦度镜片组成，正光焦度镜片和负光焦度镜片构成双胶合镜片组。
8.如权利要求6所述的广角投影物镜，其特征在于，第二透镜组(20)的第二子透镜组(22)，至少由三片正光焦度镜片组成，所述的正光焦度镜片中最大光焦度Φ_和最小光焦度Omin满足以下列不等式0. 5〈Omin/Omax。
9.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)的光焦度为Φ1;第二透镜组(20)的光焦度为Φ2，并满足下列不等式0. 32<Φ1/Φ2<0. 44。
10.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，广角投影物镜总光焦度为Φ，物镜总长度(不含像距)为L，并满足下列不等式10〈Φ*ΙΧ14。
11.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，上诉第一透镜组(10)的第一子透镜组(11)光焦度为Φη，第二子透镜组(12)光焦度为Φ12，并满足下列不等式0. 4<|Φη/Φ12|〈0· 6。
12.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，第一透镜组(10)的光焦度为Φ1;第二透镜组(20)的光焦度为Φ2，Φ!/Φ2=0. 38。
13.如权利要求1所述的广角投影物镜，其特征在于，广角投影物镜总光焦度为Φ，物镜总长度(不含像距)为L，Φ^L=Il0
14.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，上述第一透镜组(10)的第一子透镜组(11)光焦度为O11，第二子透镜组(12)光焦度为Φ12，| Φη/Φ12|=0. 48。
15.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，上述第二透镜组(20)包含两个子透镜组，其中第一子透镜组(21)具有正光焦度，设置于靠近光阑(ST0P)，第二子透镜组(22)具有正光焦度，设置于靠近显示芯片(SI)，其构成材料为当第一透镜组(10)的第二子透镜组(12)镜片材料选择为火石玻璃，则第二透镜组(20)的第一子透镜组(21)中的负光焦度镜片材料选择为火石玻璃，第二透镜组(20)的第二子透镜组(21)中的正光焦度镜片材料选择为冕牌玻璃。
16.如权利要求3所述的广角投影物镜，其特征在于，上述第二透镜组(20)包含两个子透镜组，其中第一子透镜组(21)具有正光焦度，设置于靠近光阑(STOP)，第二子透镜组(22)具有正光焦度，设置于靠近显示芯片(SI)，其构成材料为第一透镜组(10)的第二子透镜组(12)镜片材料选择为冕牌玻璃，第二透镜组(20)的第一子镜组(21)中的负光焦度镜片材料选择为冕牌玻璃，第二透镜组(20)的第二子透镜组(21)中的正光焦度镜片材料选择为火石玻璃。
全文摘要
本发明涉及一种广角投影物镜，其包括具有正光焦度的第一透镜组，具有正光焦度的第二透镜组，位于上述第一透镜组和第二透镜组之间的光阑及一显示芯片。上述第一透镜组的出瞳与第二透镜组的入瞳重合，同一视场点的光线在光阑处彼此平行，第二透镜组的物方焦点和光阑重合，使得在显示芯片上各视场的主光线与光轴平行，并行成像方远心光路。根据本发明的广角投影物镜实现了系统的小型化，同时结构紧凑简单、公差适中、工艺性良好、像方远心等一系列优点。
文档编号G02B13/22GK103033908SQ20111029259
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者张品祥, 刘治新, 吴中雄 申请人:上海三鑫科技发展有限公司