近红外交互式投影镜头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种近红外交互式投影镜头，从成像侧至像源侧依序包括：具负光焦度的第一透镜，其成像侧为凸面，像源侧为凹面；使光路弯曲的反射光学面；具正光焦度的第二透镜，其像源侧为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其成像侧为凸面，像源侧均为凹面；具有正光焦度的第四透镜；所述镜头满足下列关系式：0.25<ImgH/D<0.55，其中，ImgH为像源直径对角线长的一半；D为第一透镜成像侧面至垂直于像源的中心光轴的垂直高度。本发明采用了四片透镜，具有较大视场角、大孔径、小型化等特性，同时，通过玻璃和塑料的相混合，不同的光焦度和曲率半径的合理分配，降低了镜头成本，有效的消除了热差对系统的影响，达到了像方远心的特性。
【专利说明】近红外交互式投影镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由四片透镜构成的光学投影系统，尤其是涉及一种可应用于近红 外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和交互式的需求，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，并保证良好的成像质量和信息 的获取。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， 成像质量差。如专利号为"CN102 879888A"的发明专利，该投影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，虽然有 较好的成像质量，但是该结构无法保证透镜系统的远心特性，使得光线不均匀从而可能出 现阴影。
[0003] 交互设备主要依靠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。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。
[0004] 因此，本发明提出一种应用于近红外波段的投影镜头，具有大视场角、大孔径且小 型化的特性，并且有效消除热差对镜头系统的影响，同时达到像方远心的效果。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述问题，本发明提供了一种具有大视场角、大孔径、小型化的近红外交互式 投影镜头，通过采用玻璃和塑料混合使用的设计，对整体结构和各透镜形状的合理控制，降 低了生产成本，有效消除了热差对镜头的影响，达到了像方远心的效果。
[0006] 一种近红外交互式投影镜头，从成像侧至像源侧依序包括：
[0007] 具负光焦度的第一透镜，其成像侧为凸面，像源侧为凹面；
[0008] 使光路弯曲的反射光学面；
[0009] 具正光焦度的第二透镜，其像源侧为凸面；
[0010] 具正光焦度的第三透镜，其成像侧为凸面，像源侧为凹面；
[0011] 具正光焦度的第四透镜；
[0012] 本发明提供的近红外交互式投影镜头中，第一透镜和第二透镜之间设置有一光 阑，且第二透镜和第四透镜由玻璃制成，这种塑料镜头中插入玻璃镜片的方法，再配合恰当 的结构设计，能有效的消除热差对本镜头的影响。
[0013] 本发明提供的近红外交互式投影镜头中，ImgH为像源直径对角线长的一半；D为 第一透镜成像侧面至垂直于像源的中心光轴的垂直高度，将满足下列关系式：
[0014] 0. 25<ImgH/D<0. 55
[0015]满足以上关系式能让本发明实现小型化的特性，以便应用于便携式产品上。
[0016]本发明提供的近红外交互式投影镜头中，π为第一透镜的焦距，f为镜头系统的 整体焦距，满足下列关系式：
[0017] -3<fl/f<-l
[0018] 第一透镜满足上式要求，保证本发明的广角特征。
[0019] 本发明提供的近红外交互式投影镜头中，f2为第二透镜的焦距，f为镜头系统的 整体焦距，满足下列关系式：
[0020] 2<f2/f<4
[0021] 第二透镜为玻璃透镜，再加之上式要求，能够很好的消除热差对本镜头系统的影 响，获得更可靠、稳定的成像质量。
[0022] 本发明提供的近红外交互式投影镜头中，f4为第四透镜的焦距，f为所述镜头系 统的整体焦距，R5、R6分别为第三透镜成像侧面和像源侧面的曲率半径，将满足下列关系 式：
[0023] 3<f4/f<12
[0024] -22< (R5+R6) / (R5-R6) <-5
[0025] 第三透镜和第四透镜符合以上要求，能够实现本发明的像方远心特性，让光线保 持均匀，无暗角，并较好的修正畸变。
[0026] 优选的，所述第二透镜成像侧面为凸面。
[0027] 优选的，所述第四透镜成像侧面为凸面，像源侧面为凸面。
[0028] 优选的，所述使光路弯曲的反射光学面可以是反射棱镜，也可以是反射平面镜。
[0029] 本发明采用了四片透镜，实现了大视场角、大孔径、小型化的技术效果，通过塑料 和玻璃的相结合及不同的光焦度和曲率半径的分配，降低了生产成本，消除了热差对系统 的影响，同时达到了像方远心的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例1的主要结构示意图；
[0031] 图2是实施例1中的轴上色差图（mm);
[0032] 图3是实施例1中的像散图（mm);
[0033] 图4是实施例1中的畸变图（％);
[0034] 图5是实施例1中的倍率色差图（μ m);
[0035] 图6是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例2的主要结构示意图；
[0036] 图7是实施例2中的轴上色差图（mm);
[0037] 图8是实施例2中的像散图（mm);
[0038] 图9是实施例2中的畸变图（％);
[0039] 图10是实施例2中的倍率色差图（μ m); >
[0040] 图11是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例3的主要结构示意图；
[0041] 图12是实施例3中的轴上色差图（mm);
[0042] 图13是实施例3中的像散图（mm);
[0043] 图14是实施例3中的畸变图（％ );
[0044] 图15是实施例3中的倍率色差图（μ m) ;
[0045] 图16是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例4的主要结构示意图；
[0046] 图17是实施例4中的轴上色差图（mm);
[0047] 图18是实施例4中的像散图（mm);
[0048] 图19是实施例4中的畸变图（％);
[0049] 图20是实施例4中的倍率色差图（μ m) ;
[0050] 图21是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例5的主要结构示意图；
[0051] 图22是实施例5中的轴上色差图（mm);
[0052] 图23是实施例5中的像散图（mm);
[0053] 图24是实施例5中的畸变图（％);
[0054] 图25是实施例5中的倍率色差图（μ m)。 一
[0055] 图26是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例6的主要结构示意图；
[0056] 图27是实施例6中的轴上色差图（mm);
[0057] 图28是实施例6中的像散图（mm);
[0058] 图29是实施例6中的畸变图（％);
[0059] 图30是实施例6中的倍率色差图（μ m)。
[0060] 图31是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例7的主要结构示意图；
[0061] 图32是实施例7中的轴上色差图（mm);
[0062] 图33是实施例7中的像散图（mm);
[0063] 图34是实施例7中的畸变图（％);
[0064]图35是实施例7中的倍率色差图（μ m);
[0065]图36是本发明提供的近红外交互式投影镜头的实施例8的主要结构示意图； [0066]图37是实施例8中的轴上色差图（mm);
[0067] 图38是实施例8中的像散图（mm);
[0068] 图39是实施例8中的畸变图（％);
[0069] 图40是实施例8中的倍率色差图（μ m);
【具体实施方式】
[0070]下面参照附图对上述
【发明内容】
进行具体描述：
[0071]如图1所示，实施例1中，该近红外交互式投影镜头由成像侧至像源侧依序包括： 具负光焦度的第一透镜E1，其成像侧为凸面，像源侧为凹面，且成像侧面和像源侧面均为非 球面；使光路弯曲的反射棱镜E2 ;具正光焦度的第二透镜E3,其成像侧为凸面，像源侧为凸 面，且成像侧面和像源侧面均为球面；具正光焦度的第三透镜 E4，其成像侧为凸面，像源侧 为凹面，且成像侧面和像源侧面均为非球面；具有正光焦度的第四透镜E5，其成像侧为凸 面，像源侧为凸面，且成像侧面和像源侧面均为球面；光阑位于第一透镜 E1和第二透镜E3 之间；所述投影镜头系统中第二透镜E3和第四透镜E5由玻璃制成。
[0072]从成像侧至像源侧，第一透镜E1的两面为SI、S2,光阑面为S3,第二透镜E3的两 面为S4、S5,第三透镜Μ的两面为S6、s7,第四透镜ES的两面为 S8、S9，像源为sl〇。
[0073] 实施例 1 中，各参数如下所述：TTL= 11. 51 ;Π = -2· 99 ;f2 = 4· 14 ;f3 = 17. 65 ; f4 = 6. 47 ；f = 1. 56
[0074] ImgH/D = 0. 53 ；
[0075] fl/f = -1. 92 ；
[0076] f2/f = 2. 66 ；
[0077] f4/f = 4. 15 ；
[0078] (R5+R6) / (R5-R6) = -21. 59
[0079] 系统参数：光阑值2. 8
[0080] 表 1
[0081]
【权利要求】
1. 一种近红外交互式投影镜头，其特征在于：从成像侧至像源侧依序包括： 具负光焦度的第一透镜，其成像侧为凸面，像源侧为凹面； 使光路弯曲的反射光学面； 具正光焦度的第二透镜，其像源侧为凸面； 具正光焦度的第三透镜，其成像侧为凸面，像源侧为凹面； 具正光焦度的第四透镜； 光阑置于第一透镜和第二透镜之间，所述镜头满足下列关系式：〇. 25〈ImgH/D<0. 55 其中，ImgH为像源直径对角线长的一半；D为第一透镜成像侧面至垂直于像源的中心 光轴的垂直高度。
2·根据权利要求1所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头中第二透镜 和第四透镜由玻璃材质制成。
3·根据权利要求2所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头满足下列关 系式： -3<fl/f<-l ； 其中，Π 为第一透镜的焦距，f为镜头系统的整体焦距。
4.根据权利要求3所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头满足下列关 系式：2<f2/f〈4 其中，f2为第二透镜的焦距，f为镜头系统的整体焦距。
5·根据权利要求4所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头满足下列关 系式： 3<f4/f<12 ； -22<(R5+R6)/(R5-R6)<-5 其中，f4为第四透镜的焦距，f为所述镜头系统的整体焦距，R5为第三透镜的成像侧面 的曲率半径，R6为第三透镜的像源侧面的曲率半径。
6. 根据权利要求1_5任一所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头中第 二透镜成像侧为凸面。
7. 根据权利要求6所述近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头中第四透镜成 像侧面为凸面。
8. 根据权利要求7所述近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述镜头中第四透镜像 源侧面为凸面。
9. 根据权利要求1-5、7、8任一所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述使光 路弯曲的反射光学面是反射棱镜，或者是反射平面镜。
【文档编号】G02B1/00GK104142565SQ201410349750
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】黄林, 戴付建 申请人:浙江舜宇光学有限公司