3d交互式投影鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種投影鏡頭，從成像側(cè)至像源側(cè)依序包括：第一透鏡組，包含一具負(fù)光焦度的第一透鏡，以及一使光路彎曲的反射光學(xué)面；第二透鏡組，包含一具正光焦度的第二透鏡，其面向成像側(cè)和像源側(cè)均為凸面；第三透鏡組，包含一具負(fù)光焦度的第三透鏡；第四透鏡組具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚鏡片，且最靠近成像側(cè)的面為凸面；所述鏡頭滿足下列關(guān)系式：ImgH/D>0.55，其中，ImgH為像源直徑的一半；D為第一透鏡成像側(cè)的面至反射光學(xué)面中心位置的垂直高度。本發(fā)明采用了四組透鏡，可以有效縮小透鏡系統(tǒng)的體積，保證鏡頭在大視角的情況下具有較高的分辨率，實(shí)現(xiàn)大視場角、小畸變及高分辨率的技術(shù)效果。
【專利說明】3D交互式投影鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由四組透鏡組組成的光學(xué)投影系統(tǒng)，尤其是涉及一種可應(yīng)用于3D交互式系統(tǒng)的投影鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著科技的不斷進(jìn)步，帶動3D交互設(shè)備的逐步興起，投影鏡頭的應(yīng)用范圍也越來越廣。為了適用于小型化電子設(shè)備，投影鏡頭需要在保證小型化的同時，具有足夠的視場角，以在較狹小的場合獲得較大畫面。
[0003]傳統(tǒng)的投影鏡頭一般用于成像，通過采用較多的鏡片來消除各種像差，以提高分辨率，但會使投影鏡頭全長變長，不利于小型化；且一般的大視場角投影鏡頭，畸變都會較大，無法滿足高分辨率的要求。如專利號為“CN102879888A”、
【公開日】為“2013.1.16”的發(fā)明專利，該鏡頭依序具有七片鏡片和一個全反射棱鏡，該鏡頭的鏡片數(shù)目和棱鏡位置，決定了該鏡頭尺寸無法進(jìn)一步縮小，不能滿足小型化的要求。又如在一般的變焦鏡頭中，會將棱鏡置于透鏡組之間以減小透鏡體積，但是該結(jié)構(gòu)無法保證透鏡系統(tǒng)的遠(yuǎn)心特性，使得透鏡的邊緣照度較低，無法滿足高分辨率的要求。
[0004]但是，3D交互設(shè)備主要依靠掩碼經(jīng)鏡頭投影產(chǎn)生信號，再經(jīng)成像鏡頭捕捉圖像，進(jìn)一步通過圖像處理軟件對信息進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控、手勢識別等交互功能。因此，投影鏡頭模擬的信號質(zhì)量對信息提取的精度有著決定性的作用。而紅外波段因其自身的特性，可以濾去可見光的影響，更容易實(shí)現(xiàn)信息的提取，達(dá)到高分辨率的要求。由此可見，采用紅外投影鏡頭，能夠有效濾除雜散光，提高鏡頭分辨率。
[0005]因此，本發(fā)明提出一種應(yīng)用紅外波段，并具有大視場角、小畸變且小型化的投影鏡頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種具有大視場角、小畸變且小型化的3D交互式投影鏡頭，并應(yīng)用紅外波段，達(dá)到高分率的要求。其技術(shù)方案如下所述:
[0007]—種3D交互式投影鏡頭，從成像側(cè)至像源側(cè)依序包括:
[0008]第一透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第一透鏡，以及一使光路彎曲的反射光學(xué)面；
[0009]第二透鏡組，僅包含一具正光焦度的第二透鏡，其面向成像側(cè)和像源側(cè)均為凸面；
[0010]第三透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第三透鏡；
[0011]第四透鏡組，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚鏡片，且最靠近成像側(cè)的面為凸面；
[0012]所述鏡頭滿足下列關(guān)系式:
[0013]ImgH/D>0.55[0014]其中，ImgH為像源直徑的一半；D為第一透鏡成像側(cè)的面至反射光學(xué)面中心位置的垂直高度。
[0015]所述鏡頭滿足下列關(guān)系式:
[0016]-5.0<f3/f<0
[0017]其中，f3為第三透鏡的焦距；f為整個投影鏡頭系統(tǒng)的焦距；
[0018]所述第三透鏡面向像源側(cè)為凹面；
[0019]所述第一透鏡組和第二透鏡組之間設(shè)置有光闌。
[0020]所述鏡頭系統(tǒng)至少有一個面為非球面。
[0021]本發(fā)明采用了四組透鏡，通過鏡片非球面和球面的相結(jié)合，及不同的光焦度分配，有效縮小了鏡頭的體積，充分考慮了視場角和分辨率的兼顧性，保證了鏡頭在大視角的情況下具有優(yōu)良的分辨率，實(shí)現(xiàn)了大視場角、小畸變及大孔徑的技術(shù)效果，提升了透鏡系統(tǒng)的光學(xué)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明提供的投影鏡頭的實(shí)施例1的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是實(shí)施例1中的軸上色差圖(mm)；
[0024]圖3是實(shí)施例1中的像散圖(mm)；
[0025]圖4是實(shí)施例1中的畸變圖(%)；
[0026]圖5是實(shí)施例1中的倍率色差圖(μ m);
[0027]圖6是本發(fā)明提供的投影鏡頭的實(shí)施例2的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7是實(shí)施例2中的軸上色差圖(mm)；
[0029]圖8是實(shí)施例2中的像散圖(mm)；
[0030]圖9是實(shí)施例2中的畸變圖(%)；
[0031]圖10是實(shí)施例2中的倍率色差圖(μ m);
[0032]圖11是本發(fā)明提供的投影鏡頭的實(shí)施例3的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖12是實(shí)施例3中的軸上色差圖(mm)；
[0034]圖13是實(shí)施例3中的像散圖(mm)；
[0035]圖14是實(shí)施例3中的畸變圖(%)；
[0036]圖15是實(shí)施例3中的倍率色差圖(μ m);
[0037]圖16是本發(fā)明提供的投影鏡頭的實(shí)施例4的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖17是實(shí)施例4中的軸上色差圖(mm)；
[0039]圖18是實(shí)施例4中的像散圖(mm)；
[0040]圖19是實(shí)施例4中的畸變圖(%)；
[0041]圖20是實(shí)施例4中的倍率色差圖(μ m);
[0042]圖21是本發(fā)明提供的投影鏡頭的實(shí)施例5的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖22是實(shí)施例5中的軸上色差圖(mm)；
[0044]圖23是實(shí)施例5中的像散圖(mm)；
[0045]圖24是實(shí)施例5中的畸變圖(%)；
[0046]圖25是實(shí)施例5中的倍率色差圖(μ m)。【具體實(shí)施方式】
[0047]本發(fā)明提供的一種交互式投影鏡頭，從成像側(cè)至像源側(cè)依序包括:第一透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第一透鏡，以及一使光路彎曲的反射光學(xué)面；第二透鏡組，僅包含一具正光焦度的第二透鏡，其面向成像側(cè)和像源側(cè)均為凸面；第三透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第三透鏡；第四透鏡組，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚鏡片，且最靠近成像側(cè)的面為凸面；所述鏡頭系統(tǒng)至少有一個面為非球面；且在第一透鏡組和第二透鏡組之間設(shè)置有光闌。
[0048]其中，該投影鏡頭滿足下列關(guān)系式:
[0049]ImgH/D>0.55
[0050]-5.0<f3/f<0
[0051]上述ImgH為像源直徑的一半；D為第一透鏡成像側(cè)的面至反射光學(xué)面中心位置的垂直高度；f3為第三透鏡的焦距；f為整個投影鏡頭系統(tǒng)的焦距。
[0052]本發(fā)明所述的投影鏡頭，該第一透鏡組具有負(fù)光焦度的第一透鏡，有利于擴(kuò)大視場角，保證透鏡系統(tǒng)的廣角特性；同時，該第一透鏡組包含一反射光學(xué)面，能夠使光路彎曲大約90度，有效壓縮鏡頭的高度尺寸。
[0053]并且，所述投影鏡頭的光闌位于第一透鏡組和第二透鏡組之間，優(yōu)選光闌位于反射光學(xué)面和第二透鏡組之間，能夠進(jìn)一步縮小鏡頭的高度尺寸，保證透鏡系統(tǒng)的小型化。
[0054]所述投影鏡頭的第二透鏡組具有正光焦度，第三透鏡組具有負(fù)光焦度，通過正負(fù)光焦度的合理分配，有利于修正透鏡系統(tǒng)的像差，提高透鏡系統(tǒng)整體的光學(xué)性能。
[0055]所述投影鏡頭的第四透鏡組具有正光焦度，且最靠近成像側(cè)的面為凸面，能夠使入射至成像面的主光線靠近遠(yuǎn)心，更好地保證投影圖像邊緣的亮度，減小邊緣像差，提高系統(tǒng)的分辨率。
[0056]所述投影鏡頭滿足關(guān)系式ImgH/D>0.55，能夠有效壓縮透鏡系統(tǒng)的高度，并縮短透鏡系統(tǒng)的總長，以減小鏡頭的體積，實(shí)現(xiàn)鏡頭小型化，并充分保證鏡頭的廣角化。
[0057]所述投影鏡頭滿足關(guān)系式-5.0<f3/f<0,能夠更好地平衡系統(tǒng)的光焦度分配，有利于補(bǔ)正廣角系統(tǒng)的畸變，保證系統(tǒng)的高分辨率。
[0058]本發(fā)明所述的投影鏡頭中，至少有一個面為非球面，通過采用非球面鏡片(特別是非球面玻璃鏡片)，可以有效修正像差，減少投影鏡頭所采用鏡片的數(shù)量，從而減小透鏡系統(tǒng)的總長。同時，通過彎曲光路，并配置合理的光焦度分配，能夠進(jìn)一步壓縮鏡頭的體積，充分考慮視場角和分辨率的兼顧性，保證鏡頭在大視角的情況下具有較高的分辨率，實(shí)現(xiàn)大視場角、小畸變及高分辨率的技術(shù)效果，提升透鏡系統(tǒng)的光學(xué)性能。
[0059]下面參照附圖對上述發(fā)明進(jìn)行具體描述:
[0060]如圖1所示，實(shí)施例1中，該投影鏡頭由成像側(cè)至像源側(cè)依序包括:第一透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第一透鏡E1，以及一使光路彎曲的反射透鏡E2 ;第二透鏡組，僅包含一具正光焦度的第二透鏡E3，其面向成像側(cè)和像源側(cè)均為凸面；第三透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第三透鏡E4，其面向像源側(cè)為凹面；第四透鏡組，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚鏡片，由成像側(cè)至像源側(cè)依次包含具正光焦度的第四透鏡E5，其面向成像側(cè)為凸面，以及具正光焦度的第五透鏡E6 ;像源。光闌位于第一透鏡組和第二透鏡組之間；所述投影鏡頭系統(tǒng)至少有一個面為非球面。
[0061]從物方至像方，第一透鏡El的兩面為S1、S2，光闌面為S3，第二透鏡E3的兩面為S4、S5，第三透鏡E4的兩面為S6、S7，第四透鏡E5的兩面為S8、S9，第五透鏡E6的兩面為S10、S11，像源為 S12。
[0062]實(shí)施例1 中，各參數(shù)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]系統(tǒng)參數(shù):1/6”感光器件光圈值1.8
[0066]表1
[0067]
【權(quán)利要求】
1.一種3D交互式投影鏡頭，其特征在于:從成像側(cè)至像源側(cè)依序包括: 第一透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第一透鏡，以及一使光路彎曲的反射光學(xué)面； 第二透鏡組，僅包含一具正光焦度的第二透鏡，其面向成像側(cè)和像源側(cè)均為凸面； 第三透鏡組，僅包含一具負(fù)光焦度的第三透鏡； 第四透鏡組，具有正光焦度，其包含具光焦度的一枚或多枚鏡片，且最靠近成像側(cè)的面為凸面； 所述鏡頭滿足下列關(guān)系式:
ImgH/D>0.55 其中，ImgH為像源直徑的一半山為第一透鏡成像側(cè)的面至反射光學(xué)面中心位置的垂直高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D交互式投影鏡頭，其特征在于: 所述鏡頭滿足下列關(guān)系式
-5.0<f3/f<0 其中，f3為第三透鏡的焦距；f為整個投影鏡頭系統(tǒng)的焦距；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D交互式投影鏡頭，其特征在于:所述第三透鏡面向像源側(cè)為凹面；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D交互式投影鏡頭，其特征在于:所述第三透鏡面向像源側(cè)為凹面；
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述的3D交互式投影鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡組和第二透鏡組之間設(shè)置有光闌。
6.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的3D交互式投影鏡頭，其特征在于:所述鏡頭系統(tǒng)至少有一個面為非球面。
【文檔編號】G02B13/18GK103901586SQ201410146217
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月13日
【發(fā)明者】黃林, 戴付建 申請人:浙江舜宇光學(xué)有限公司