一种只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头的制作方法

本发明涉及一种镜头结构，尤其是一种只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头。
背景技术：
：随着投影技术的发展，各类展览展示工程及球幕影院工程对投影镜头的要求越来越高，特别是具有超大视场角的鱼眼投影镜头，近年来需求越来越多，目前市面上球幕、环幕及异形幕的投影多以多台投影机融合技术实现，即使采用鱼眼投影镜头通常需要10种以上的光学材料才能达到使用要求，材料单价平均单价在200元/公斤以上，且结构比较复杂，镜头结构一般需10镜组左右且透镜数量在15片以上，成本很高，因此此类工程项目造价居高不下。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头，能够解决现有技术的不足，降低了投影镜头的成本。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。一种只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头，包括依次排列的六镜组八片透镜，第一镜组为负光焦度的弯月透镜，第二镜组为负光焦度的双凹透镜，第三镜组为平凸透镜与凸凹透镜的胶合透镜，第三镜组为负光焦度，第四镜组为正光焦度的平凸透镜，第五镜组为平凹透镜与凸凹透镜的胶合透镜，第五镜组为正光焦度，第六镜组为正光焦度的平凸透镜。作为优选，在所述的第四镜组和第五镜组之间设有光栏。作为优选，镜头结构的焦距f＝4.24mm，相对孔径d/f＝1/2，全视场角2w＝180°，后工作距离大于39mm，反远比大于9。作为优选，第一镜组、第二镜组和第六镜组的折射率为1.61，阿贝数为58.84；第四镜组的折射率为1.60，阿贝数为38；第三镜组中的平面滤光片的折射率为1.72，阿贝数为29.50，第三镜组中的平凹透镜的折射率为1.61，阿贝数为58.84；第五镜组中的平凹透镜的折射率为1.72，阿贝数为29.50，第五镜组中的平凸透镜的折射率为1.61，阿贝数为58.84。作为优选，镜头结构采用折射式光路。一种上述的只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头的设计过程，首先设定整个系统的基本光学参数，基本光学参数包括视场角、相对孔径、工作波长，同时在后组之后插入等效平行平板，用于模拟成像器件内部合分色棱镜，接着将系统焦距调整到目标值，在此基础上，采用人工和设计软件相结合的设计优化方法对该系统进行改造、优化，在改造、优化时，保证光栏位于前组与后组之间，且离后组更近；在后期设计优化时，结合人工细分孔径和视场的计算，定位边界光线和特征光线位置，找到镜头结构中各种像差的相互关系，合理匹配像差，再对镜头结构进行优化。作为优选，等效平行平板的厚度根据成像器件确定。作为优选，等效平行平板的材料为h-k9l。一种上述的只使用三种低成本光学材料的超大视场角光学镜头的用途，对镜头结构的前后组空气间隔及镜片曲率半径进行调整后，用于实现基于dlp、lcd芯片尺寸为0.55-1.3英寸范围不同光源数字投影机及芯片尺寸为1/3至1英寸的ccd或cmos摄影摄像及监控摄像使用，全视场角在160-200度之间调整。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：1、现有专利设计过程中对成本控制不是很到位，没有限制光学玻璃的种类，数量及成本单价。本次申请的专利通过进行大量的优化计算，通过相关的操作数对系统中光学玻璃的折射率及色散系数范围进行控制，将原本单价较高的光学玻璃均转换为低成本过程光学玻璃，所选择的光学玻璃化学稳定性好，易于加工，此外设计过程对系统公差分析做得较为严密，精确，充分考虑系统容差性能，光学零件的面型误差及相关尺寸误差的容差性能较强，比常规要求低50％左右。2、结构简单，加工难度低，显著降低加工成本，容差性能较强；与现有其他镜头结构成像质量相同的前提下，仅采用3种光学材料，光学结构为6镜组8片透镜，全部采用国产低成本光学材料，材料平均单价在80元/公斤以内，显著降低加工成本；3、现有专利虽然视场角，分辨率、对比度等也能达到较高水平，但是建立在选用材料品种多，单价高，结构复杂的基础上的。本次申请的专利是在仅用3种光学玻璃，且单价较低，结构简单的前提下达到与其他专利相近的成像效果。4、具有超大视场角(全视场角为160-200度)，高分辨率，高对比度及良好的色差校正效果；5、通用性强，对本结构前后组空气间隔及个别镜片曲率半径进行适当的调整即可实现基于dlp、lcd芯片尺寸为0.55-1.3英寸范围不同光源数字投影机及芯片尺寸为1/3至1英寸的ccd或cmos摄影摄像及监控摄像使用，全视场角可在160-200度之前调整。6、现有专利仅针对特定的光学系统成像要求设计。本次申请的专利在系统结构设计过程中充分考虑各类成像系统的引擎结构，对不同应用设备的光路系统采用不同尺寸的平行平板进行模拟，通过优化结构有效校正各成像系统本身的像差，使本系统适配各类不同的成像系统。附图说明图1是本发明一个具体实施方式的结构图。图2是图1的光线追迹示意图。图中：1、第一镜组；2、第二镜组；3、第三镜组；4、第四镜组；5、第五镜组；6、第六镜组；7、光栏。具体实施方式参照图1-2，本发明一个具体实施方式包括依次排列的六镜组八片透镜，第一镜组1为负光焦度的弯月透镜，第二镜组2为负光焦度的双凹透镜，第三镜组3为平凸透镜与凸凹透镜的胶合透镜，第三镜组3为负光焦度，第四镜组4为正光焦度的平凸透镜，第五镜组5为平凹透镜与凸凹透镜的胶合透镜，第五镜组5为正光焦度，第六镜组6为正光焦度的平凸透镜。在所述的第四镜组4和第五镜组5之间设有光栏7。镜头结构的焦距f＝4.24mm，相对孔径(d/f)＝1/2，全视场角2w＝180°，后工作距离大于39mm，反远比大于9。第一镜组1、第二镜组2和第六镜组6的折射率为1.61，阿贝数为58.84；第四镜组4的折射率为1.60，阿贝数为38；第三镜组3中的平面滤光片的折射率为1.72，阿贝数为29.50，第三镜组3中的平凹透镜的折射率为1.61，阿贝数为58.84；第五镜组5中的平凹透镜的折射率为1.72，阿贝数为29.50，第五镜组5中的平凸透镜的折射率为1.61，阿贝数为58.84。镜头结构采用折射式光路。本镜头的设计方法如下：首先在软件中设定整个系统的基本光学参数：视场角、相对孔径、工作波长，同时在后组之后插入一定厚度(厚度依据成像器件的不同而不同)的等效平行平板，材料设定为h-k9l，用于模拟成像器件内部合分色棱镜，这样设计出的镜头就更能保证使用时的画面质量，接着将系统焦距调整到目标值，在此基础上，采用人工和设计软件相结合的设计优化方法，对该系统进行改造、优化。在改造、优化时，保证光栏位于前组与后组之间，且离后组更近，这样可以保证后组的各个视场、各个孔径、各个波面的光程差较小，有利于像差的进一步优化校正。在后期设计优化时，结合人工细分孔径和视场的精确计算，准确的定位边界光线和特征光线位置，找到镜头中各种像差的相互关系，合理匹配像差，再经过不断的优化，直到该镜头结构具有较好的像差质量、均匀的像面照度以及很好的工艺性。在优化过程中注意随时更新和调整各种优化目标值。该镜头等效焦距为1mm时，其结构参数如下：surfacetyperadius/mmthickness/mmmaterial1standard44.62812240.9433625h-zk42evenasph7.91056647.40907203standard-18.86725040.7546900h-zk44standard11.603359011.59446715standardinfinity1.1792032zf36standard-142.1175640.7075219h-zk47standard11.30148307.41583398standardinfinity2.5942469h-f1stostandard-14.135108234.031016110standardinfinity0.117920311standard19.44741840.4716813zf312standard5.13189211.1792032h-zk413standard-77.73307170.235840614standard7.64713240.9433625h-zk415standard-123.7691634.257639216standardinfinity5.6601751h-k9l17standardinfinity1.3840641对本实例所述的镜头结构前后组空气间隔及个别镜片曲率半径进行适当的调整即可实现基于dlp、lcd芯片尺寸为0.55-1.3英寸范围不同光源数字投影机及芯片尺寸为1/3至1英寸的ccd或cmos摄影摄像及监控摄像使用。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12