一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构

摘要

本发明公开了一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构，在镜头本体沿照明光线入射方向依次设置的第四双凸透镜、第三双凸透镜、第二双凹透镜、第二双凸透镜、第二负弯月型透镜、第三正弯月型透镜、第二平凸透镜、固定光栏A、第二正弯月型透镜、第一双凹透镜、第一双凸透镜、第一正弯月型透镜、第一平凹透镜及第一负弯月型透镜。本发明在中焦放映镜头、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1/2，镜头体积较小，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。

权利要求

1.一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构，其特征在于，共包含十三片透镜，具体包括：第四双凸透镜(13)、第三双凸透镜(12)、第二双凹透镜(11)、第二双凸透镜(10)、第二负弯月型透镜(9)、第三正弯月型透镜(8)、第二平凸透镜(7)、固定光栏A、第二正弯月型透镜(6)、第一双凹透镜(5)、第一双凸透镜(4)、第一正弯月型透镜(3)、第一平凹透镜(2)和第一负弯月型透镜(1)；在镜头本体沿照明光线入射方向依次设置的第四双凸透镜(13)、第三双凸透镜(12)、第二双凹透镜(11)、第二双凸透镜(10)、第二负弯月型透镜(9)、第三正弯月型透镜(8)、第二平凸透镜(7)、固定光栏A、第二正弯月型透镜(6)、第一双凹透镜(5)、第一双凸透镜(4)、第一正弯月型透镜(3)、第一平凹透镜(2)及第一负弯月型透镜(1)；其中，第三双凸透镜(12)和第二双凹透镜(11)为双胶合镜组，第三双凸透镜(12)的曲率绝对值大的面朝向像面；第二负弯月型透镜(9)和第三正弯月型透镜(8)为双胶合镜组，第二负弯月型透镜(9)的凸面朝向像面；第二正弯月型透镜(6)和第一双凹透镜(5)为双胶合镜组，第二正弯月型透镜(6)的凹面朝向像面；第四双凸透镜(13)的曲率绝对值大的面朝向像面；第二双凸透镜(10)的曲率绝对值小的面朝向像面；第二平凸透镜(7)的凸面朝向像面；第一双凸透镜(4)的曲率绝对值大的面朝向像面；第一正弯月型透镜(3)的凸面朝向像面；第一平凹透镜(2)的凹面朝向像面；第一负弯月型透镜(1)凹面朝向像面；

镜头结构的光学性能参数范围是：焦距f＇＝40mm～50mm；相对孔径D/f＇＝1/2～1/3，其中D为入瞳直径；反远比为2.5～3.5；投射比为1.7：1～2：1；

以镜头焦距为1mm时的空气间隔值来表示，第一负弯月型透镜(1)与第一平凹透镜(2)空气间隔为0.8652mm，第一平凹透镜(2)与第一正弯月型透镜(3)空气间隔为1.1096mm，第一正弯月型透镜(3)与第一双凸透镜(4)空气间隔为2.5681mm，第一双凸透镜(4)与第一双凹透镜(5)空气间隔为0.8859mm，第二正弯月型透镜(6)与第二平凸透镜(7)空气间隔为

2.3896mm，第二平凸透镜(7)与第三正弯月型透镜(8)空气间隔为0.1435mm，第二负弯月型透镜(9)与第二双凸透镜(10)空气间隔为0.1792mm，第二双凸透镜(10)与第二双凹透镜(11)空气间隔为0.0754mm，第三双凸透镜(12)与第四双凸透镜(13)空气间隔为0.0311mm，固定光栏A与第二平凸透镜(7)空气间隔为0.4449mm。

2.如权利要求1所述的用于数字电影放映机的中焦镜头结构，其特征在于，第一负弯月型透镜(1)和第一双凸透镜(4)均采用重冕系光学玻璃材质，第一平凹透镜(2)采用重钡火石系光学玻璃材质，第一正弯月型透镜(3)和第二双凸透镜(10)均采用重火石系光学玻璃材质，第一双凹透镜(5)、第三双凸透镜(12)及第四双凸透镜(13)均采用氟冕系光学玻璃材质，第二正弯月型透镜(6)采用火石系光学玻璃材质，第二平凸透镜(7)和第二负弯月型透镜(9)均采用重斓火石系光学玻璃材质，第三正弯月型透镜(8)和第二双凹透镜(11)均采用斓火石系光学玻璃材质。

3.如权利要求1所述的用于数字电影放映机的中焦镜头结构，其特征在于，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英寸显示芯片数字电影放映机。

说明书

一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构

技术领域

[0001] 本发明涉及数字电影放映技术领域，尤其是一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构。

背景技术

[0002] 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，短焦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被限制在18～25mm之间。中焦数字放映镜头投射比已经被
限制在1.7：1～2：1之间，用于较大影院的固定场地，因此，中焦数字放映镜头的焦距被限制
在40～50mm之间。中焦数字放映镜头的后工作距仍然被限制100～150mm之间，如果提升数
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中焦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。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构，可以将放映镜头最大相对孔径D/f’提升到1/2，镜头体积较小，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。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构，包括：第四双凸透镜13、第三双凸透镜12、第二双凹透镜11、第二双凸透镜10、第二负弯月型透
镜9、第三正弯月型透镜8、第二平凸透镜7、固定光栏A、第二正弯月型透镜6、第一双凹透镜
5、第一双凸透镜4、第一正弯月型透镜3、第一平凹透镜2和第一负弯月型透镜1；在镜头本体
沿照明光线入射方向依次设置的第四双凸透镜13、第三双凸透镜12、第二双凹透镜11、第二
双凸透镜10、第二负弯月型透镜9、第三正弯月型透镜8、第二平凸透镜7、固定光栏A、第二正
弯月型透镜6、第一双凹透镜5、第一双凸透镜4、第一正弯月型透镜3、第一平凹透镜2及第一
负弯月型透镜1；其中，第三双凸透镜12和第二双凹透镜11为双胶合镜组，第三双凸透镜12
的曲率绝对值大的面朝向像面；第二负弯月型透镜9和第三正弯月型透镜8为双胶合镜组，
第二负弯月型透镜9的凸面朝向像面；第二正弯月型透镜6和第一双凹透镜5为双胶合镜组，
第二正弯月型透镜6的凹面朝向像面；第四双凸透镜13的曲率绝对值大的面朝向像面；第二
双凸透镜10的曲率绝对值小的面朝向像面；第二平凸透镜7的凸面朝向像面；第一双凸透镜
4的曲率绝对值大的面朝向像面；第一正弯月型透镜3的凸面朝向像面；第一平凹透镜2的凹
面朝向像面；第一负弯月型透镜1凹面朝向像面。

[0005] 在镜头的最前面设置第一负弯月透镜1和第一平凹透镜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成像决定了入瞳的最大直径，合理分配前组各镜片的光焦度及位置，能明显降
低第一负弯月透镜1和第一平凹透镜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，设置第一正弯月型透镜3和第一双凸透镜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/
2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。

[0006] 优选的，第一负弯月型透镜1和第一双凸透镜4均采用重冕系光学玻璃材质，第一平凹透镜2采用重钡火石系光学玻璃材质，第一正弯月型透镜3和第二双凸透镜10均采用重
火石系光学玻璃材质，第一双凹透镜5、第三双凸透镜12及第四双凸透镜13均采用氟冕系光
学玻璃材质，第二正弯月型透镜6采用火石系光学玻璃材质，第二平凸透镜7和第二负弯月
型透镜9均采用重斓火石系光学玻璃材质，第三正弯月型透镜8和第二双凹透镜11均采用斓
火石系光学玻璃材质。

[0007] 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。

[0008] 优选的，镜头结构的光学性能参数范围是：焦距f＇＝40mm～50mm；相对孔径D/f＇＝1/2～1/3，其中D为入瞳直径；反远比为2.5～3.5；投射比为1.7：1～2：1。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。

[0009] 优选的，以镜头焦距为1mm时的空气间隔值来表示，第一负弯月型透镜1与第一平凹透镜2空气间隔为0.8652mm，第一平凹透镜2与第一正弯月型透镜3空气间隔为1.1096mm，
第一正弯月型透镜3与第一双凸透镜4空气间隔为2.5681mm，第一双凸透镜4与第一双凹透
镜5空气间隔为0.8859mm，第二正弯月型透镜6与第二平凸透镜7空气间隔为2.3896mm，第二
平凸透镜7与第三正弯月型透镜8空气间隔为0.1435mm，第二负弯月型透镜9与第二双凸透
镜10空气间隔为0.1792mm，第二双凸透镜10与第二双凹透镜11空气间隔为0.0754mm，第三
双凸透镜12与第四双凸透镜13空气间隔为0.0311mm，固定光栏A与第二平凸透镜7空气间隔
为0.4449mm。本发明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。

[0010] 优选的，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，可适用于1.2英寸和1.38英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。

[0011] 本发明的有益效果为：本发明最大相对孔径D/f’可以达到1/2，在镜头焦距满足投射比为1.7：1～2：1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；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；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1/2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

[0012] 图1为本发明的焦镜头结构示意图。

[0013] 图2为本发明的焦镜头光线追迹图。

[0014] 其中，1、第一负弯月型透镜；2、第一平凹透镜；3、第一正弯月型透镜；4、第一双凸透镜；5、第一双凹透镜；6、第二正弯月型透镜；7、第二平凸透镜；8、第三正弯月型透镜；9、第
二负弯月型透镜；10、第二双凸透镜；11、第二双凹透镜；12、第三双凸透镜；13、第四双凸透
镜。

具体实施方式

[0015] 如图1所示，一种用于数字电影放映机的中焦镜头结构，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第四双凸透镜13、第三双凸透镜12、第二双凹透镜
11、第二双凸透镜10、第二负弯月型透镜9、第三正弯月型透镜8、第二平凸透镜7、固定光栏
A、第二正弯月型透镜6、第一双凹透镜5、第一双凸透镜4、第一正弯月型透镜3、第一平凹透
镜2及第一负弯月型透镜1；其中，第三双凸透镜12和第二双凹透镜11为双胶合镜组，第三双
凸透镜12的曲率绝对值大的面朝向像面；第二负弯月型透镜9和第三正弯月型透镜8为双胶
合镜组，第二负弯月型透镜9的凸面朝向像面；第二正弯月型透镜6和第一双凹透镜5为双胶
合镜组，第二正弯月型透镜6的凹面朝向像面；第四双凸透镜13的曲率绝对值大的面朝向像
面；第二双凸透镜10的曲率绝对值小的面朝向像面；第二平凸透镜7的凸面朝向像面；第一
双凸透镜4的曲率绝对值大的面朝向像面；第一正弯月型透镜3的凸面朝向像面；第一平凹
透镜2的凹面朝向像面；第一负弯月型透镜1凹面朝向像面。

[0016] 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，第一负弯月型透镜1与第一平凹透镜2空气间隔为0.8652mm，第一平凹透镜2与第一正弯
月型透镜3空气间隔为1.1096mm，第一正弯月型透镜3与第一双凸透镜4空气间隔为
2.5681mm，第一双凸透镜4与双胶合镜5和6空气间隔为0.8859mm，双胶合镜5和6与第二平凸
透镜7空气间隔为2.3896mm，第二平凸透镜7与双胶合镜8和9空气间隔为0.1435mm，双胶合
镜8和9与第二双凸透镜10空气间隔为0.1792mm，第二双凸透镜10与双胶合镜11和12空气间
隔为0.0754mm，双胶合镜11和12与第四双凸透镜13空气间隔为0.0311mm。其中固定光栏A设
置在第二平凸透镜7前面，它与平凸透镜7空气间隔为0.4449mm。

[0017] 在本实施例中，第一负弯月型透镜1和第一双凸透镜4采用重冕系光学玻璃材质，均采用国产H‑ZK7牌号。第一平凹透镜2采用重钡火石系光学玻璃材质，采用国产H‑ZBAF5牌
号。第一正弯月型透镜3和第二双凸透镜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。第一双凹透镜5、第三双凸透镜12及第四双凸透镜13采用氟冕系光学
玻璃材质，均采用国产H‑FK61牌号。第二正弯月型透镜6采用火石系光学玻璃材质，采用国
产H‑F2牌号。第二平凸透镜7和第二负弯月型透镜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。第三正弯月型透镜8和第二双凹透镜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。

[0018] 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1/2，焦距为1mm。

[0019] 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40mm～50mm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2.5～
3.5之间，相对孔径D/f范围在1/2～1/3之间，能满足镜头投射比在1.7：1及～2：1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。

[0020] 表1实施方式1的镜头结构的光学参数

[0021]

[0022]

[0023] 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。