3d交互式投影镜头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种投影镜头，从成像侧至像源侧依序包括：第一透镜组，包含一具负光焦度的第一透镜，以及一使光路弯曲的反射光学面；第二透镜组，包含一具正光焦度的第二透镜，其面向成像侧和像源侧均为凸面；第三透镜组，包含一具负光焦度的第三透镜；第四透镜组具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚镜片，且最靠近成像侧的面为凸面；所述镜头满足下列关系式：ImgH/D>0.55，其中，ImgH为像源直径的一半；D为第一透镜成像侧的面至反射光学面中心位置的垂直高度。本发明采用了四组透镜，可以有效缩小透镜系统的体积，保证镜头在大视角的情况下具有较高的分辨率，实现大视场角、小畸变及高分辨率的技术效果。
【专利说明】3D交互式投影镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由四组透镜组组成的光学投影系统，尤其是涉及一种可应用于3D交互式系统的投影镜头。
【背景技术】
[0002]近几年来，随着科技的不断进步，带动3D交互设备的逐步兴起，投影镜头的应用范围也越来越广。为了适用于小型化电子设备，投影镜头需要在保证小型化的同时，具有足够的视场角，以在较狭小的场合获得较大画面。
[0003]传统的投影镜头一般用于成像，通过采用较多的镜片来消除各种像差，以提高分辨率，但会使投影镜头全长变长，不利于小型化；且一般的大视场角投影镜头，畸变都会较大，无法满足高分辨率的要求。如专利号为“CN102879888A”、
【公开日】为“2013.1.16”的发明专利，该镜头依序具有七片镜片和一个全反射棱镜，该镜头的镜片数目和棱镜位置，决定了该镜头尺寸无法进一步缩小，不能满足小型化的要求。又如在一般的变焦镜头中，会将棱镜置于透镜组之间以减小透镜体积，但是该结构无法保证透镜系统的远心特性，使得透镜的边缘照度较低，无法满足高分辨率的要求。
[0004]但是，3D交互设备主要依靠掩码经镜头投影产生信号，再经成像镜头捕捉图像，进一步通过图像处理软件对信息进行提取，从而实现多点触控、手势识别等交互功能。因此，投影镜头模拟的信号质量对信息提取的精度有着决定性的作用。而红外波段因其自身的特性，可以滤去可见光的影响，更容易实现信息的提取，达到高分辨率的要求。由此可见，采用红外投影镜头，能够有效滤除杂散光，提高镜头分辨率。
[0005]因此，本发明提出一种应用红外波段，并具有大视场角、小畸变且小型化的投影镜头。
【发明内容】
[0006]鉴于上述问题，本发明提出了一种具有大视场角、小畸变且小型化的3D交互式投影镜头，并应用红外波段，达到高分率的要求。其技术方案如下所述:
[0007]—种3D交互式投影镜头，从成像侧至像源侧依序包括:
[0008]第一透镜组，仅包含一具负光焦度的第一透镜，以及一使光路弯曲的反射光学面；
[0009]第二透镜组，仅包含一具正光焦度的第二透镜，其面向成像侧和像源侧均为凸面；
[0010]第三透镜组，仅包含一具负光焦度的第三透镜；
[0011]第四透镜组，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚镜片，且最靠近成像侧的面为凸面；
[0012]所述镜头满足下列关系式:
[0013]ImgH/D>0.55[0014]其中，ImgH为像源直径的一半；D为第一透镜成像侧的面至反射光学面中心位置的垂直高度。
[0015]所述镜头满足下列关系式:
[0016]-5.0<f3/f<0
[0017]其中，f3为第三透镜的焦距；f为整个投影镜头系统的焦距；
[0018]所述第三透镜面向像源侧为凹面；
[0019]所述第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑。
[0020]所述镜头系统至少有一个面为非球面。
[0021]本发明采用了四组透镜，通过镜片非球面和球面的相结合，及不同的光焦度分配，有效缩小了镜头的体积，充分考虑了视场角和分辨率的兼顾性，保证了镜头在大视角的情况下具有优良的分辨率，实现了大视场角、小畸变及大孔径的技术效果，提升了透镜系统的光学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明提供的投影镜头的实施例1的主要结构示意图；
[0023]图2是实施例1中的轴上色差图(mm)；
[0024]图3是实施例1中的像散图(mm)；
[0025]图4是实施例1中的畸变图(%)；
[0026]图5是实施例1中的倍率色差图(μ m);
[0027]图6是本发明提供的投影镜头的实施例2的主要结构示意图；
[0028]图7是实施例2中的轴上色差图(mm)；
[0029]图8是实施例2中的像散图(mm)；
[0030]图9是实施例2中的畸变图(%)；
[0031]图10是实施例2中的倍率色差图(μ m);
[0032]图11是本发明提供的投影镜头的实施例3的主要结构示意图；
[0033]图12是实施例3中的轴上色差图(mm)；
[0034]图13是实施例3中的像散图(mm)；
[0035]图14是实施例3中的畸变图(%)；
[0036]图15是实施例3中的倍率色差图(μ m);
[0037]图16是本发明提供的投影镜头的实施例4的主要结构示意图；
[0038]图17是实施例4中的轴上色差图(mm)；
[0039]图18是实施例4中的像散图(mm)；
[0040]图19是实施例4中的畸变图(%)；
[0041]图20是实施例4中的倍率色差图(μ m);
[0042]图21是本发明提供的投影镜头的实施例5的主要结构示意图；
[0043]图22是实施例5中的轴上色差图(mm)；
[0044]图23是实施例5中的像散图(mm)；
[0045]图24是实施例5中的畸变图(%)；
[0046]图25是实施例5中的倍率色差图(μ m)。【具体实施方式】
[0047]本发明提供的一种交互式投影镜头，从成像侧至像源侧依序包括:第一透镜组，仅包含一具负光焦度的第一透镜，以及一使光路弯曲的反射光学面；第二透镜组，仅包含一具正光焦度的第二透镜，其面向成像侧和像源侧均为凸面；第三透镜组，仅包含一具负光焦度的第三透镜；第四透镜组，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚镜片，且最靠近成像侧的面为凸面；所述镜头系统至少有一个面为非球面；且在第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑。
[0048]其中，该投影镜头满足下列关系式:
[0049]ImgH/D>0.55
[0050]-5.0<f3/f<0
[0051]上述ImgH为像源直径的一半；D为第一透镜成像侧的面至反射光学面中心位置的垂直高度；f3为第三透镜的焦距；f为整个投影镜头系统的焦距。
[0052]本发明所述的投影镜头，该第一透镜组具有负光焦度的第一透镜，有利于扩大视场角，保证透镜系统的广角特性；同时，该第一透镜组包含一反射光学面，能够使光路弯曲大约90度，有效压缩镜头的高度尺寸。
[0053]并且，所述投影镜头的光阑位于第一透镜组和第二透镜组之间，优选光阑位于反射光学面和第二透镜组之间，能够进一步缩小镜头的高度尺寸，保证透镜系统的小型化。
[0054]所述投影镜头的第二透镜组具有正光焦度，第三透镜组具有负光焦度，通过正负光焦度的合理分配，有利于修正透镜系统的像差，提高透镜系统整体的光学性能。
[0055]所述投影镜头的第四透镜组具有正光焦度，且最靠近成像侧的面为凸面，能够使入射至成像面的主光线靠近远心，更好地保证投影图像边缘的亮度，减小边缘像差，提高系统的分辨率。
[0056]所述投影镜头满足关系式ImgH/D>0.55，能够有效压缩透镜系统的高度，并缩短透镜系统的总长，以减小镜头的体积，实现镜头小型化，并充分保证镜头的广角化。
[0057]所述投影镜头满足关系式-5.0<f3/f<0,能够更好地平衡系统的光焦度分配，有利于补正广角系统的畸变，保证系统的高分辨率。
[0058]本发明所述的投影镜头中，至少有一个面为非球面，通过采用非球面镜片(特别是非球面玻璃镜片)，可以有效修正像差，减少投影镜头所采用镜片的数量，从而减小透镜系统的总长。同时，通过弯曲光路，并配置合理的光焦度分配，能够进一步压缩镜头的体积，充分考虑视场角和分辨率的兼顾性，保证镜头在大视角的情况下具有较高的分辨率，实现大视场角、小畸变及高分辨率的技术效果，提升透镜系统的光学性能。
[0059]下面参照附图对上述发明进行具体描述:
[0060]如图1所示，实施例1中，该投影镜头由成像侧至像源侧依序包括:第一透镜组，仅包含一具负光焦度的第一透镜E1，以及一使光路弯曲的反射透镜E2 ;第二透镜组，仅包含一具正光焦度的第二透镜E3，其面向成像侧和像源侧均为凸面；第三透镜组，仅包含一具负光焦度的第三透镜E4，其面向像源侧为凹面；第四透镜组，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚镜片，由成像侧至像源侧依次包含具正光焦度的第四透镜E5，其面向成像侧为凸面，以及具正光焦度的第五透镜E6 ;像源。光阑位于第一透镜组和第二透镜组之间；所述投影镜头系统至少有一个面为非球面。
[0061]从物方至像方，第一透镜El的两面为S1、S2，光阑面为S3，第二透镜E3的两面为S4、S5，第三透镜E4的两面为S6、S7，第四透镜E5的两面为S8、S9，第五透镜E6的两面为S10、S11，像源为 S12。
[0062]实施例1 中，各参数如下所述:TTL=13.06 ;f 1=-2.455 ；f2=2.609 ；f3=-3.410 ；f4=5.544 ；f5=5.362 ；f=l.588 ；
[0063]ImgH/D=0.624 ；
[0064]f3/f=-2.147 ；
[0065]系统参数:1/6”感光器件光圈值1.8
[0066]表1
[0067]
【权利要求】
1.一种3D交互式投影镜头，其特征在于:从成像侧至像源侧依序包括: 第一透镜组，仅包含一具负光焦度的第一透镜，以及一使光路弯曲的反射光学面； 第二透镜组，仅包含一具正光焦度的第二透镜，其面向成像侧和像源侧均为凸面； 第三透镜组，仅包含一具负光焦度的第三透镜； 第四透镜组，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚镜片，且最靠近成像侧的面为凸面； 所述镜头满足下列关系式:
ImgH/D>0.55 其中，ImgH为像源直径的一半山为第一透镜成像侧的面至反射光学面中心位置的垂直高度。
2.根据权利要求1所述的3D交互式投影镜头，其特征在于: 所述镜头满足下列关系式
-5.0<f3/f<0 其中，f3为第三透镜的焦距；f为整个投影镜头系统的焦距；
3.根据权利要求1所述的3D交互式投影镜头，其特征在于:所述第三透镜面向像源侧为凹面；
4.根据权利要求2所述的3D交互式投影镜头，其特征在于:所述第三透镜面向像源侧为凹面；
5.根据权利要求1、2、3或4任一所述的3D交互式投影镜头，其特征在于:所述第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑。
6.根据权利要求 5所述的3D交互式投影镜头，其特征在于:所述镜头系统至少有一个面为非球面。
【文档编号】G02B13/18GK103901586SQ201410146217
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月13日 优先权日:2014年4月13日
【发明者】黄林, 戴付建 申请人:浙江舜宇光学有限公司