一种用于数字电影放映机的10组13片式镜头结构的制作方法

本发明涉及数字电影放映技术领域，具体涉及一种用于数字电影放映机的10组13片式镜头结构。

背景技术：

随着现代影院在宽银幕、高亮度、豪华舒适和小型化方向上的不断升级，4k数字电影放映机在影院里的广泛应用促进了高清晰度、高亮度的数字放映镜头的技术发展。数字放映镜头与数字投影机镜头的应用要求有所不同，数字投影机镜头在追求高亮度、高质量的投影效果时,只要选择不同规格的焦距和较大相对孔径的镜头就能实现，既使在超低投射比、高亮度和超大画幅的镜头设计中，只要缩短投影镜头的焦距，匹配合适的光学结构或者在光学结构中设置非球面镜片等，在追求镜头最大通光孔径时，都能把短焦投影镜头体积控制得较小，且能实现其清晰度和亮度等要求。然而数字放映镜头的应用受到了影院固定场地和银幕大小的限制，单纯追求放映镜头大视场和低投射比是没有实际意义的，常用数字放映镜头投射比已经被限制在0.8：1及1.4～1之间，因此，大部分数字放映镜头的焦距也被限制在18～25mm之间。在焦距和后工作距被限制的前提下，提升数字放映镜头的通光孔径，很容易造成镜头的体积增大及成像质量的降低，还可能导致镜头结构变得复杂，生产工艺性变差，这些不利的因素严重影响了4k数字放映镜头在高清晰度和高亮度方面的技术发展，也是该领域亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于数字电影放映机的10组13片式镜头结构，在常用放映镜头焦距、投射比和后工作距被限制的前提下，可以将放映镜头最大相对孔径d/f’提升到1/1.8，镜头体积小，成像质量优异，分辨率能达到或超过适配于4k数字电影放映机高清晰度画面的要求。

为此，本发明采用的技术方案是：

一种用于数字电影放映机的10组13片式镜头结构，包括镜头本体，在所述镜头本体沿照明光线入射方向依次设置的双凸透镜13、双凸透镜12、双凹透镜11、双凸透镜10、负弯月型透镜9、正弯月型透镜8、平凸透镜7、固定光栏a、正弯月形透镜6、双凹透镜5、双凸透镜4、正弯月型透镜3、平凹透镜2及负弯月型透镜1；其中，双凸透镜12和双凹透镜11为双胶合镜组，双凸透镜12的曲率绝对值大的面朝向像面；负弯月型透镜9和正弯月型透镜8为双胶合镜组，负弯月型透镜9的凸面朝向像面；正弯月形透镜6和双凹透镜5为双胶合镜组，正弯月形透镜6的凹面朝向像面；双凸透镜13的曲率绝对值大的面朝向像面；双凸透镜10的曲率绝对值小的面朝向像面；平凸透镜7的凸面朝向像面；双凸透镜4的曲率绝对值大的面朝向像面；正弯月型透镜3的凸面朝向像面；平凹透镜2的凹面朝向像面；负弯月型透镜1凹面朝向像面。

在镜头的最前面设置负弯月透镜1和平凹透镜2，主要考虑满足镜头大视场的要求，两只负透镜可以承担的各视场光线入射和出射的高度。光栏a前所有镜片构成的前组对光栏a成像决定了入曈的最大直径，合理分配前组各镜片的光焦度及位置，能明显降低负弯月透镜1和平凹透镜2的孔径。值得说明的是，利用正透镜能将光线向光轴方向偏折的会聚特性，设置正弯月型透镜3和双凸透镜4能明显降低光栏a后组所有镜片的孔径。上述各镜组设置的效果不但能满足镜头大视场和最大相对孔径d/f’达到1/1.8时的要求，而且降低了整个镜头的体积。与此同时，光栏a后组所有镜片的设置及光焦度的分配，主要是平衡和减小前组镜片在大视场和最大相对孔径条件下产生的轴外像差。在满足焦距、后工作距、孔径及像高的情况下，用光学设计软件优化整个镜头的像差和参数。

进一步地，所述负弯月型透镜1和双凸透镜4均采用重冕系光学玻璃材质，平凹透镜2采用重钡火石系光学玻璃材质，正弯月型透镜3和双凸透镜10均采用重火石系光学玻璃材质，双凹透镜5、双凸透镜12及双凸透镜13均采用氟冕系光学玻璃材质，正弯月形透镜6采用火石系光学玻璃材质，平凸透镜7和负弯月型透镜9均采用重斓火石系光学玻璃材质，正弯月型透镜8和双凹透镜11均采用斓火石系光学玻璃材质。

上述的镜组中，在光学设计时为了平衡和校正光学镜头在可见光谱范围内产生的轴上与轴外像差，尤其是难已校正的色差，采用了高折射率、低色散或高色散、低折射率的玻璃材料的优化组合，特别将镜头后部3只镜片选用超高色散系数fk61氟冕玻璃新材料，通过计算机光学优化设计，使镜头的成像质量优异，镜头分辨率达到或超过可与4k数字电影放映机相适配高清晰度的技术指标，并且彩色还原性好。

进一步地，所述镜头结构的光学性能参数范围是：焦距f＇＝18mm～25mm；相对孔径d/f＇＝1/1.8～1/2.2，其中d为入瞳直径；反远比为4～6；投射比为0.8：1～1.4：1。在此条件下，本镜头结构可获得更优的成像质量，且镜头体积较小。

进一步地，所述镜头结构以镜头焦距为1mm时的空气间隔值来表示，负弯月型透镜1与平凹透镜2空气间隔为1.1868，平凹透镜2与正弯月型透镜3空气间隔为1.5221，正弯月型透镜3与双凸透镜4空气间隔为3.5228，双凸透镜4与双凹透镜5空气间隔为1.2154，正弯月形透镜6与平凸透镜7空气间隔为3.2779，平凸透镜7与正弯月型透镜8空气间隔为0.1969，负弯月型透镜9与双凸透镜10空气间隔为0.2459，双凸透镜10与双凹透镜11空气间隔为0.1034，双凸透镜12与双凸透镜13空气间隔为0.0426，固定光栏a与平凸透镜7空气间隔为0.6102。本申请10个镜组之间的空气间隔的设置，不但能精细校正镜头产生的敏感像差，还能提高镜头的生产工艺性，且更易于加工生产。

更进一步地，所述镜头结构按比例进行焦距缩放，全视场像高直径调整范围为20mm～35mm，适用于1.2英寸和1.38英寸不同尺寸显示芯片数字电影放映机。当具体镜头的焦距、视场、相对孔径和反远比等参数确定后，将镜头结构按比例进行焦距缩放，适当平衡和调整各主要像差的匹配关系，就可以获得高亮度和高清晰度的放映镜头，适用于1.2英寸和1.38英寸不同规格显示芯片数字电影放映机。

本发明的有益效果：本申请的镜头结构，最大相对孔径d/f’可以达到1/1.8，在镜头焦距满足投射比为0.8：1～1.4：1之间时，其反远比和全视场像高调整范围完全能够匹配1.2英寸和1.38英寸不同规格显示芯片数字电影放映机。本申请镜头结构的设置和每片透镜材料的选择，都是在保证镜头系统最大视场和最大相对孔径以及大反远比前提下，尽量减小镜头的体积，最大限度提升镜头加工的工艺性。本申请的镜头结构，通过计算机辅助优化设计，完美地校正了光学镜头产生的各种像差，使光学系统在最大相对孔径1/1.8和1.38英寸像高时，各视场在50线对/mm频率处的传递函数mtf值都能达到0.8以上，放映镜头的分辨率达到或超过4k数字电影放映机高亮度和高清晰度的画面要求。

附图说明

图1是示出第一实施方式的本发明的结构示意图。

图2是示出第一实施方式的本发明的光线追迹图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施方式1

参阅图1，一种用于数字电影放映机的10组13片式镜头结构，包括镜头本体，在所述镜头本体沿照明光线入射方向依次设置的双凸透镜13、双凸透镜12、双凹透镜11、双凸透镜10、负弯月型透镜9、正弯月型透镜8、平凸透镜7、固定光栏a、正弯月形透镜6、双凹透镜5、双凸透镜4、正弯月型透镜3、平凹透镜2及负弯月型透镜1；其中，双凸透镜12和双凹透镜11为双胶合镜组，双凸透镜12的曲率绝对值大的面朝向像面；负弯月型透镜9和正弯月型透镜8为双胶合镜组，负弯月型透镜9的凸面朝向像面；正弯月形透镜6和双凹透镜5为双胶合镜组，正弯月形透镜6的凹面朝向像面；双凸透镜13的曲率绝对值大的面朝向像面；双凸透镜10的曲率绝对值小的面朝向像面；平凸透镜7的凸面朝向像面；双凸透镜4的曲率绝对值大的面朝向像面；正弯月型透镜3的凸面朝向像面；平凹透镜2的凹面朝向像面；负弯月型透镜1凹面朝向像面。

在本实施例中，10个镜组之间的相对位置以镜头焦距为1mm时的空气间隔值来表示，负弯月型透镜1与平凹透镜2空气间隔为1.1868，平凹透镜2与正弯月型透镜3空气间隔为1.5221，正弯月型透镜3与双凸透镜4空气间隔为3.5228，双凸透镜4与双胶合镜5和6空气间隔为1.2154，双胶合镜5和6与平凸透镜7空气间隔为3.2779，平凸透镜7与双胶合镜8和9空气间隔为0.1969，双胶合镜8和9与双凸透镜10空气间隔为0.2459，双凸透镜10与双胶合镜11和12空气间隔为0.1034，双胶合镜11和12与双凸透镜13空气间隔为0.0426。其中固定光栏a设置在平凸透镜7前面，它与平凸透镜7空气间隔为0.6102。

在本实施例中，负弯月型透镜1和双凸透镜4采用重冕系光学玻璃材质，均采用国产h-zk7牌号。平凹透镜2采用重钡火石系光学玻璃材质，采用国产h-zbaf5牌号。正弯月型透镜3和双凸透镜10采用重火石系光学玻璃材质，分别采用国产h-zf7la和h-zf13牌号。双凹透镜5、双凸透镜12及双凸透镜13采用氟冕系光学玻璃材质，均采用国产h-fk61牌号。正弯月形透镜6采用火石系光学玻璃材质，采用国产h-f2牌号。平凸透镜7和负弯月型透镜9采用重斓火石系光学玻璃材质，分别采用国产h-zlaf50e和h-zlaf52a牌号。正弯月型透镜8和双凹透镜11采用斓火石系光学玻璃材质，分别采用国产h-laf53和h-laf4牌号。在其他实施例中，也可采用同一系列的其他国内外牌号的光学玻璃材质，都可以达到本申请的技术效果。

实施方式1的镜头结构的具体结构设计参数见表1。表1所示的镜头结构，其相对孔径d/f’为1/1.8，焦距为1mm。

实施方式1的镜头结构，根据市场需求对镜头焦距按比例进行缩放，镜头焦距范围在18mm～25mm之间，全视场像高直径范围在20mm～35mm之间，镜头的反远比范围在4～6之间，相对孔径d/f范围在1/1.8～1/2.2之间，能满足镜头投射比在0.8：1及1.4：1之间大多数影院的需求，镜头适用于1.2英寸和1.38英寸等不同规格显示芯片数字电影放映机。

表1实施方式1的镜头结构的光学参数

图2给出了本申请实施方式1的镜头结构的光线追迹示意图，示出了实施方式1的镜头结构各个视场的特征光线走向，以及该特征光线在各个透镜表面的入射高度，该入射高度决定了镜头结构中各个透镜的通光孔径。

上述实施例仅仅是较佳的实施例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。