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，其像源侧为凸面；所述镜头满足下列关系式：0.4<ImgH/D<0.7，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。本发明采用了三片透镜，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] 本发明涉及一种由三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]近年来，随着影像科技的不断进步，投影镜头的应用范围也越来越广，交互式投影 设备逐步兴起。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，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，成像质量不高；。如专利号为 "CN1028 7988SA"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。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。
[0004]因此，本发明提出一种应用于红外波段的交互式投影镜头，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，本发明提出了一种具有大视场角、大孔径、且小型化的近红外交互 式投影镜头，采用玻璃和塑料混合使用的设计，降低了生产成本，有效消除了热差对镜头的 影响，对整体结构和各透镜形状的控制，从而达到了像方远心的效果。
[0006] -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，其像源侧为凸面；
[0011]本发明近红外交互式投影镜头中，第一透镜和第二透镜两侧面均为非球面，第三 透镜两侧均为球面。
[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，第三透镜由玻璃制成，这种塑料镜头中插入玻璃镜片的结构，再配合合理的形状结构设 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. 4<ImgH/D<0. 7
[0015]满足以上关系式有利于实现小型化的特性，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，f3为第三透镜的焦距，f为镜头系统的 整体焦距，将满足下列关系式：
[0017] 3<f3/f<6
[0018] 第三透镜由玻璃制成，在加之上式要求，能有效的消除热差对本镜头的影响，同时 有利于像方远心的特性。
[0019] 本发明提供的近红外交互式投影镜头中，R3、R4分别为第二透镜成像侧面和像源 侧面的曲率半径，将满足下列关系式：
[0020] 0· 2< (R3+R4) / (R3-R4)〈1. 2
[0021] 第二透镜满足上式要求有利于像方远心，提高成像质量。
[0022]本发明提供的近红外交互式投影镜头中，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] 0. 2< (R5+R6) / (R5-R6) <1. 2
[0024] 第三透镜符合以上要求，有利于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。
[0025] 优选的，所述第一透镜像源侧面为凸面。
[0026] 优选的，所述第二透镜成像侧面为凸面。
[0027] 优选的，所述第三透镜成像侧面为凸面。
[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] 本发明采用了三片透镜，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);
[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)。
【具体实施方式】
[0060] 下面参照附图对上述
【发明内容】
进行具体描述：
[0061] 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，其成像侧面为凹面，像源侧面为凸面，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",其成像侧面为凸面，像源侧 面为凸面，且成像侧面和像源侧面均为非球面；具正光焦度的第三透镜E4,其成像侧面为 凸面，像源侧面为凸面，且成像侧面和像源侧面均为球面光阑位于第一诱锫 F和笛一播 镜E3之间；所麵影镜头系统中第三透镜E4由玻璃制成。 $ ^ Μ
[0062]从成像侧至像源侧，第一透镜E1的两面为Sl、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,像源为S8。
[0063] 实施例 1 中，各参数如下所述：TTL = 11. 1〇 ;fi = -3· 58 ;f2 = 4· 45 .f3 = 5 53 . f = 1. 56 ； '
[0064] f3/f = 3· 56 ;
[0065] ImgH/D = 0. 58 ；
[0066] (R3+R4) / (R3-R4) = 0. 74 ；
[0067] (R5+R6) / (R5-R6) = 0. 25 ；
[0068] 系统参数：光阑值2. 8
[0069] 表 1
[0070]
【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，其像源侧为凸面； 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： 0. 4<ImgH/D<0.7 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：所述镜头中第一透镜 和第二透镜的两侧均为非球面，第三透镜的两侧为球面。
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：所述镜头中第三透镜 由玻璃材质制成。
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：3<f3/f<6 其中，f3为第三透镜的焦距，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：0· 2< (R3+R4) AR3_M)〈1. 2 其中，R3为第二透镜的成像侧面的曲率半径，R4为第二透镜的像源侧面的曲率半径。 6·根据权利要求5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：0· 2< (R5+R6)八肪_册）< 1. 2 其中，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。
7. 根据权利要求1-6任一所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述第一透镜 像源侧面为凸面。
8. 根据权利要求7所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述第二透镜成像侧 面为凸面。
9. 根据权利要求8所述的近红外交互式投影镜头，其特征在于：所述第三透镜成像侧 面为凸面。
10. 根据权利要求卜6、8、9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】G02B1/00GK104142566SQ201410351265
【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