一種提高投影鏡頭零部件通用性的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及數(shù)字投影鏡頭的一種提高投影鏡頭零部件 通用性的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 投影鏡頭具有將投影機(jī)芯片的光學(xué)信息映射到屏幕上的功能。投影鏡頭是整個(gè)投 影工程的重要部件。目前市場(chǎng)上推出的各種投射比例的投影鏡頭，是按照常規(guī)思路而設(shè)計(jì)， 如專利號(hào)為201210502204,《一種投射比為0. 75的短焦投影鏡頭結(jié)構(gòu)》、201210502204《一 種投射比為0. 65的短焦投影鏡頭結(jié)構(gòu)》所公開的技術(shù)。即每設(shè)計(jì)一款鏡頭只是針對(duì)其自身 的要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，并未將結(jié)構(gòu)、特性相近的其他規(guī)格的鏡頭考慮在內(nèi)，將其作為一個(gè)系列統(tǒng) 籌設(shè)計(jì)，未考慮鏡頭零部件的通用性，因此，常規(guī)思路下設(shè)計(jì)出的投影鏡頭存在價(jià)格較高、 零部件通用性不強(qiáng)、生產(chǎn)效率低的情況，不能很好地適應(yīng)當(dāng)今投影市場(chǎng)的需求。
[0003] -般來說，投影鏡頭由光學(xué)零件和機(jī)械零件構(gòu)成。光學(xué)零件即指透鏡，可以是玻 璃、塑料、液體透鏡，或是由其它透明材質(zhì)制造的透鏡，透鏡表面可以是球面，也可以是非球 面。機(jī)械零件包括壓圈、隔圈、鏡頭筒、孔徑光欄，可以由金屬或工程塑料制造而成。鏡頭筒 將所有的光學(xué)零件、壓圈、隔圈和孔徑光欄收容其中，并起到徑向定位的作用。壓圈安裝于 鏡頭筒的兩端，將光學(xué)零件或機(jī)械零件固定在鏡頭筒內(nèi)部，隔圈位于光學(xué)零件之間或光學(xué) 零件與機(jī)械零件之間，用以控制光學(xué)零件的軸向間隔，每支鏡頭一般設(shè)置一個(gè)孔徑光欄，安 裝在光學(xué)零件之間，用以限定光束的通過孔徑。
[0004]目前，由于數(shù)字投影機(jī)技術(shù)類型不同、規(guī)格繁雜，導(dǎo)致所需求的投影鏡頭規(guī)格繁 雜，嚴(yán)重影響了批量生產(chǎn)的工藝性，使得生產(chǎn)成本偏高。然而，對(duì)于相同技術(shù)類型的數(shù)字投 影機(jī)來說，光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)相同，如果把芯片尺寸相近、投射比相近的投影鏡頭看作一個(gè)族 系，就有可能統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，而使得鏡頭零部件在一個(gè)族系內(nèi)重復(fù)使用。尤其針對(duì)需求量相對(duì)不 大的短焦和長(zhǎng)焦投影鏡頭，鏡頭的批量不會(huì)很大，如何有效降低成本已經(jīng)成為本技術(shù)領(lǐng)域 的制約瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高投影鏡頭零部件通用性的設(shè)計(jì)方法。該 方法首先要構(gòu)建一個(gè)投影鏡頭族系，在鏡頭族系內(nèi)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，即，依據(jù)數(shù)字投影機(jī)技術(shù)類 型、光學(xué)引擎構(gòu)造、投影機(jī)芯片尺寸、投影鏡頭投射比信息，對(duì)各種規(guī)格的投影鏡頭需求進(jìn) 行歸納整理，把性能指標(biāo)和匹配條件相近的投影鏡頭作為一個(gè)族系，所述族系至少包含兩 種以上具體規(guī)格的投影鏡頭，所有規(guī)格的鏡頭中存在可通用的光學(xué)零部件，盡可能增加可 以通用的光學(xué)零件的數(shù)量，甚至是機(jī)械零件。隨著族系的擴(kuò)大，通用零部件的比例會(huì)進(jìn)一 步提高，促進(jìn)了光學(xué)零件的批量化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和裝配效率，降低了生產(chǎn)成本。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種提高投影鏡頭零部件通用性的 設(shè)計(jì)方法，其步驟包括：
[0007] 步驟1 :依據(jù)數(shù)字投影機(jī)技術(shù)類型、光學(xué)引擎構(gòu)造、投影機(jī)芯片尺寸、鏡頭投射比 等信息，對(duì)鏡頭需求進(jìn)行歸納整理，將性能指標(biāo)和匹配條件相近的投影鏡頭建立為一個(gè)族 系，進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，所述族系中包含至少兩種以上規(guī)格的可單獨(dú)使用的投影鏡頭，族系內(nèi)任 意兩鏡頭之間的焦距差應(yīng)不大于最小焦距的30%，適配機(jī)器的芯片尺寸之差不大于0.25 英寸，全視場(chǎng)角之差不大于20度，后工作距之差不大于20mm，所述族系的所有鏡頭的投射 比范圍是：〇. 3 :1-10:1 ;
[0008] 步驟2 :以族系中的一個(gè)鏡頭的結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，將該透鏡的曲率半徑、中心厚度、透 鏡材料的光學(xué)參數(shù)固定，其它透鏡的參數(shù)以及鏡頭間隔設(shè)置為變量，并改變焦距、視場(chǎng)角、 后工作距離中的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)造族系中另外規(guī)格的鏡頭；按上述將起點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的透鏡 參數(shù)陸續(xù)作為固定參數(shù)，而將其它的透鏡參數(shù)和透鏡間隔作為變量，建立起族系中其它的 鏡頭結(jié)構(gòu)，得到二級(jí)通用結(jié)構(gòu)，稱該族系為兩級(jí)通用結(jié)構(gòu)的鏡頭族系；以此類推，繼續(xù)擴(kuò)展， 可建立起具有多級(jí)通用結(jié)構(gòu)的鏡頭族系。
[0009] 本發(fā)明中，所述鏡頭族系至少包括兩級(jí)通用結(jié)構(gòu)的鏡頭。
[0010] 進(jìn)一步地，所述族系中的不同款鏡頭之間，存在可以通用的光學(xué)零件，按數(shù)量統(tǒng) 計(jì)，通用比例至少20%。
[0011] 進(jìn)一步地，所述投影鏡頭的光學(xué)零件，按照所處位置可以分為若干個(gè)透鏡群，任一 個(gè)或若干個(gè)透鏡群也可以具有通用性。
[0012] 進(jìn)一步地，所述族系中的機(jī)械零件可作為通用零件，實(shí)現(xiàn)零件上的通用性。
[0013] 進(jìn)一步地，所述族系中的投影鏡頭可選用定焦投影鏡頭或是變焦投影鏡頭的任一 種。
[0014] 進(jìn)一步地，所述族系中的投影鏡頭中的透鏡可選用球面透鏡或是非球面透鏡的任 一種。
[0015] 進(jìn)一步地，所述族系內(nèi)所包含的投影鏡頭數(shù)量越多，零部件的通用性比例越大。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：通過統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、零部件通用化設(shè)計(jì)，促進(jìn)了光學(xué)零件的批量 化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和裝配效率，降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的鏡頭族系中三款鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為A鏡光學(xué)傳遞函數(shù)示意圖；
[0019] 圖3為B鏡光學(xué)傳遞函數(shù)示意圖；
[0020] 圖4為C鏡光學(xué)傳遞函數(shù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022] 參閱圖1，本發(fā)明一種提高投影鏡頭零部件通用性的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)步驟如下：
[0023] 1、首先建立了具有可通用零部件的鏡頭族系，該族系包括二個(gè)鏡頭：A鏡、B鏡，和 C鏡。三個(gè)鏡頭的光學(xué)特性相近且略有不同，其適配機(jī)型和設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。
[0024] 2、設(shè)計(jì)B鏡結(jié)構(gòu)，并以設(shè)計(jì)好的B鏡結(jié)構(gòu)作為起點(diǎn)，將前組五片透鏡的參數(shù)，包括 透鏡的材料、厚度、□徑、曲率半徑、矢高保持不變，將其與透鏡的參數(shù)和間隔作為變量，改 變其焦距、視場(chǎng)角和后工作距，建立A鏡結(jié)構(gòu)，S卩，A鏡和B鏡前組的光學(xué)零件是完全可以通 用的，將A鏡和B鏡的前組稱為AB鏡前組。再將B鏡后組四片透鏡的各項(xiàng)參數(shù)保持固定， 將其余的透鏡的參數(shù)和透鏡間隔作為變量，改變焦距和后工作距，建立C鏡結(jié)構(gòu)，S卩，B鏡和 C鏡后組的透鏡參數(shù)完全一致，包括透鏡的材料、厚度、口徑、曲率半徑、矢高，S卩，B鏡和C鏡 后組的光學(xué)零件完全一致，可以通用，將B鏡和C鏡的后組稱為BC鏡后組。這樣，就建立起 了一個(gè)具有二級(jí)通用結(jié)構(gòu)的鏡頭族系。
[0025] 上述實(shí)施例所述族系中鏡頭，其中，AB鏡前組和C鏡前組的焦距均為負(fù)值，A鏡后 組或BC鏡后組的焦距為正值，且A、B、C鏡各自的前組與后組的焦距的絕對(duì)值之比如下，A 鏡前組與后組的焦距的絕對(duì)值之比，即AB鏡前組與A鏡后組的焦距絕對(duì)值之比的范圍為 1. 5:1-2. 5:1;B鏡前組與后組的焦距的絕對(duì)值之比，即AB鏡前組和BC鏡后組的焦距絕對(duì) 值之比的范圍為1. 1:1一1.6:1;C鏡前組與后組的焦距的絕對(duì)值之比，即C鏡前組與BC鏡 后組的焦距絕對(duì)值之比的范圍為1.1:1一1.6:1。
[0026] 上述實(shí)施例所述族系中鏡頭，以投影屏幕端為前，投影機(jī)芯片端為后，則A鏡從前 至后，依次包括AB鏡前組，A鏡后組及設(shè)置在A鏡后組中的光闌。B鏡從前至后，依次包括 AB鏡前組，BC鏡后組及設(shè)置在BC鏡后組中的光闌。C鏡從前至后，依次包括C鏡前組，BC 鏡后組及設(shè)置在BC鏡后組中的光闌。
[0027] 上述實(shí)施例所述族系中鏡頭，AB鏡前組的透鏡從前至后依次包括AB鏡第一凸凹 正透鏡AB001，AB鏡第一凸凹負(fù)透鏡AB002,AB鏡第二凸凹負(fù)透鏡AB003,AB鏡雙凹負(fù)透鏡 AB004,AB鏡凹凸正透鏡AB005。
[0028] 上述實(shí)施例所述族系中鏡頭，A鏡后組的透鏡從前至后依次包括，A鏡凸凹正透鏡 A