近紅外交互式投影鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種近紅外交互式投影鏡頭，從成像側至像源側依序包括：具負光焦度的第一透鏡，其成像側為凸面，像源側為凹面；使光路彎曲的反射光學面；具正光焦度的第二透鏡，其像源側為凸面；具有正光焦度的第三透鏡，其成像側為凸面，像源側均為凹面；具有正光焦度的第四透鏡；所述鏡頭滿足下列關系式：0.25<ImgH/D<0.55，其中，ImgH為像源直徑對角線長的一半；D為第一透鏡成像側面至垂直于像源的中心光軸的垂直高度。本發明采用了四片透鏡，具有較大視場角、大孔徑、小型化等特性，同時，通過玻璃和塑料的相混合，不同的光焦度和曲率半徑的合理分配，降低了鏡頭成本，有效的消除了熱差對系統的影響，達到了像方遠心的特性。
【專利說明】近紅外交互式投影鏡頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種由四片透鏡構成的光學投影系統，尤其是涉及一種可應用于近紅 外交互式系統的投影鏡頭。
【背景技術】
[0002]近幾年來，隨著科技的不斷進步，帶動交互設備的逐步興起，投影鏡頭的應用范圍 也越來越廣。為了適用于小型化電子設備和交互式的需求，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，并保證良好的成像質量和信息 的獲取。傳統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， 成像質量差。如專利號為"CN102 879888A"的發明專利，該投影鏡頭依序具有七片鏡片和一 個全反射棱鏡，該鏡頭的鏡片數目和棱鏡位置，決定了該鏡頭尺寸無法進一步縮小，雖然有 較好的成像質量，但是該結構無法保證透鏡系統的遠心特性，使得光線不均勻從而可能出 現陰影。
[0003] 交互設備主要依靠經鏡頭投影產生信號，再經成像鏡頭捕捉圖像，進一步通過圖 像處理軟件對信息進行提取，從而實現多點觸控、手勢識別等交互功能。因此，投影鏡頭模 擬的信號質量對信息提取的精度有著決定性的作用。紅外波段因其自身的特性，可以濾去 可見光的影響，更容易實現信息的提取。
[0004] 因此，本發明提出一種應用于近紅外波段的投影鏡頭，具有大視場角、大孔徑且小 型化的特性，并且有效消除熱差對鏡頭系統的影響，同時達到像方遠心的效果。
【發明內容】
[0005] 鑒于上述問題，本發明提供了一種具有大視場角、大孔徑、小型化的近紅外交互式 投影鏡頭，通過采用玻璃和塑料混合使用的設計，對整體結構和各透鏡形狀的合理控制，降 低了生產成本，有效消除了熱差對鏡頭的影響，達到了像方遠心的效果。
[0006] 一種近紅外交互式投影鏡頭，從成像側至像源側依序包括：
[0007] 具負光焦度的第一透鏡，其成像側為凸面，像源側為凹面；
[0008] 使光路彎曲的反射光學面；
[0009] 具正光焦度的第二透鏡，其像源側為凸面；
[0010] 具正光焦度的第三透鏡，其成像側為凸面，像源側為凹面；
[0011] 具正光焦度的第四透鏡；
[0012] 本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭中，第一透鏡和第二透鏡之間設置有一光 闌，且第二透鏡和第四透鏡由玻璃制成，這種塑料鏡頭中插入玻璃鏡片的方法，再配合恰當 的結構設計，能有效的消除熱差對本鏡頭的影響。
[0013] 本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭中，ImgH為像源直徑對角線長的一半；D為 第一透鏡成像側面至垂直于像源的中心光軸的垂直高度，將滿足下列關系式：
[0014] 0. 25<ImgH/D<0. 55
[0015]滿足以上關系式能讓本發明實現小型化的特性，以便應用于便攜式產品上。
[0016]本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭中，π為第一透鏡的焦距，f為鏡頭系統的 整體焦距，滿足下列關系式：
[0017] -3<fl/f<-l
[0018] 第一透鏡滿足上式要求，保證本發明的廣角特征。
[0019] 本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭中，f2為第二透鏡的焦距，f為鏡頭系統的 整體焦距，滿足下列關系式：
[0020] 2<f2/f<4
[0021] 第二透鏡為玻璃透鏡，再加之上式要求，能夠很好的消除熱差對本鏡頭系統的影 響，獲得更可靠、穩定的成像質量。
[0022] 本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭中，f4為第四透鏡的焦距，f為所述鏡頭系 統的整體焦距，R5、R6分別為第三透鏡成像側面和像源側面的曲率半徑，將滿足下列關系 式：
[0023] 3<f4/f<12
[0024] -22< (R5+R6) / (R5-R6) <-5
[0025] 第三透鏡和第四透鏡符合以上要求，能夠實現本發明的像方遠心特性，讓光線保 持均勻，無暗角，并較好的修正畸變。
[0026] 優選的，所述第二透鏡成像側面為凸面。
[0027] 優選的，所述第四透鏡成像側面為凸面，像源側面為凸面。
[0028] 優選的，所述使光路彎曲的反射光學面可以是反射棱鏡，也可以是反射平面鏡。
[0029] 本發明采用了四片透鏡，實現了大視場角、大孔徑、小型化的技術效果，通過塑料 和玻璃的相結合及不同的光焦度和曲率半徑的分配，降低了生產成本，消除了熱差對系統 的影響，同時達到了像方遠心的特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例1的主要結構示意圖；
[0031] 圖2是實施例1中的軸上色差圖（mm);
[0032] 圖3是實施例1中的像散圖（mm);
[0033] 圖4是實施例1中的畸變圖（％);
[0034] 圖5是實施例1中的倍率色差圖（μ m);
[0035] 圖6是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例2的主要結構示意圖；
[0036] 圖7是實施例2中的軸上色差圖（mm);
[0037] 圖8是實施例2中的像散圖（mm);
[0038] 圖9是實施例2中的畸變圖（％);
[0039] 圖10是實施例2中的倍率色差圖（μ m); >
[0040] 圖11是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例3的主要結構示意圖；
[0041] 圖12是實施例3中的軸上色差圖（mm);
[0042] 圖13是實施例3中的像散圖（mm);
[0043] 圖14是實施例3中的畸變圖（％ );
[0044] 圖15是實施例3中的倍率色差圖（μ m) ;
[0045] 圖16是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例4的主要結構示意圖；
[0046] 圖17是實施例4中的軸上色差圖（mm);
[0047] 圖18是實施例4中的像散圖（mm);
[0048] 圖19是實施例4中的畸變圖（％);
[0049] 圖20是實施例4中的倍率色差圖（μ m) ;
[0050] 圖21是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例5的主要結構示意圖；
[0051] 圖22是實施例5中的軸上色差圖（mm);
[0052] 圖23是實施例5中的像散圖（mm);
[0053] 圖24是實施例5中的畸變圖（％);
[0054] 圖25是實施例5中的倍率色差圖（μ m)。 一
[0055] 圖26是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例6的主要結構示意圖；
[0056] 圖27是實施例6中的軸上色差圖（mm);
[0057] 圖28是實施例6中的像散圖（mm);
[0058] 圖29是實施例6中的畸變圖（％);
[0059] 圖30是實施例6中的倍率色差圖（μ m)。
[0060] 圖31是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例7的主要結構示意圖；
[0061] 圖32是實施例7中的軸上色差圖（mm);
[0062] 圖33是實施例7中的像散圖（mm);
[0063] 圖34是實施例7中的畸變圖（％);
[0064]圖35是實施例7中的倍率色差圖（μ m);
[0065]圖36是本發明提供的近紅外交互式投影鏡頭的實施例8的主要結構示意圖； [0066]圖37是實施例8中的軸上色差圖（mm);
[0067] 圖38是實施例8中的像散圖（mm);
[0068] 圖39是實施例8中的畸變圖（％);
[0069] 圖40是實施例8中的倍率色差圖（μ m);
【具體實施方式】
[0070]下面參照附圖對上述
【發明內容】
進行具體描述：
[0071]如圖1所示，實施例1中，該近紅外交互式投影鏡頭由成像側至像源側依序包括： 具負光焦度的第一透鏡E1，其成像側為凸面，像源側為凹面，且成像側面和像源側面均為非 球面；使光路彎曲的反射棱鏡E2 ;具正光焦度的第二透鏡E3,其成像側為凸面，像源側為凸 面，且成像側面和像源側面均為球面；具正光焦度的第三透鏡 E4，其成像側為凸面，像源側 為凹面，且成像側面和像源側面均為非球面；具有正光焦度的第四透鏡E5，其成像側為凸 面，像源側為凸面，且成像側面和像源側面均為球面；光闌位于第一透鏡 E1和第二透鏡E3 之間；所述投影鏡頭系統中第二透鏡E3和第四透鏡E5由玻璃制成。
[0072]從成像側至像源側，第一透鏡E1的兩面為SI、S2,光闌面為S3,第二透鏡E3的兩 面為S4、S5,第三透鏡Μ的兩面為S6、s7,第四透鏡ES的兩面為 S8、S9，像源為sl〇。
[0073] 實施例 1 中，各參數如下所述：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] 系統參數：光闌值2. 8
[0080] 表 1
[0081]
【權利要求】
1. 一種近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：從成像側至像源側依序包括： 具負光焦度的第一透鏡，其成像側為凸面，像源側為凹面； 使光路彎曲的反射光學面； 具正光焦度的第二透鏡，其像源側為凸面； 具正光焦度的第三透鏡，其成像側為凸面，像源側為凹面； 具正光焦度的第四透鏡； 光闌置于第一透鏡和第二透鏡之間，所述鏡頭滿足下列關系式：〇. 25〈ImgH/D<0. 55 其中，ImgH為像源直徑對角線長的一半；D為第一透鏡成像側面至垂直于像源的中心 光軸的垂直高度。
2·根據權利要求1所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭中第二透鏡 和第四透鏡由玻璃材質制成。
3·根據權利要求2所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭滿足下列關 系式： -3<fl/f<-l ； 其中，Π 為第一透鏡的焦距，f為鏡頭系統的整體焦距。
4.根據權利要求3所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭滿足下列關 系式：2<f2/f〈4 其中，f2為第二透鏡的焦距，f為鏡頭系統的整體焦距。
5·根據權利要求4所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭滿足下列關 系式： 3<f4/f<12 ； -22<(R5+R6)/(R5-R6)<-5 其中，f4為第四透鏡的焦距，f為所述鏡頭系統的整體焦距，R5為第三透鏡的成像側面 的曲率半徑，R6為第三透鏡的像源側面的曲率半徑。
6. 根據權利要求1_5任一所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭中第 二透鏡成像側為凸面。
7. 根據權利要求6所述近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭中第四透鏡成 像側面為凸面。
8. 根據權利要求7所述近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述鏡頭中第四透鏡像 源側面為凸面。
9. 根據權利要求1-5、7、8任一所述的近紅外交互式投影鏡頭，其特征在于：所述使光 路彎曲的反射光學面是反射棱鏡，或者是反射平面鏡。
【文檔編號】G02B1/00GK104142565SQ201410349750
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】黃林, 戴付建 申請人:浙江舜宇光學有限公司