投影鏡頭及交互設備的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種投影鏡頭，其從成像側至像源側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡，其像側面為凸面；具有光焦度的第二透鏡，其物側面為凹面，像側面為凸面；具有光焦度的第三透鏡，其物側面為凸面，像側面為凹面；具有正光焦度的第四透鏡，其物側面為凸面，且其物側面和像側面均為非球面；所述投影鏡頭滿足：0<(R1+R2)/(R1?R2)<2.0；其中，R1為所述第一透鏡的物側面的曲率半徑，R2為所述第一透鏡的像側面的曲率半徑。本發明還提供一種交互設備。本發明實施方式的投影鏡頭保證成像質量的同時可以降低尺寸。由于所述攝像鏡頭具有高成像質量及小尺寸等優點，因此可以應用于所述交互設備。
【專利說明】
投影鏡頭及交互設備
技術領域
[0001] 本發明涉及一種投影鏡頭，特別涉及一種投影鏡頭及交互設備。
【背景技術】
[0002] 近來，隨著科技的進步，交互設備的逐步興起。某些交互設備包括投影鏡頭及攝像 鏡頭，投影鏡頭投射內容畫面，而攝像鏡頭拍攝用戶在投射內容畫面上的操作，再經過處理 裝置處理拍攝圖像以識別操作，從而實現多點觸控、手勢識別等交互功能。
[0003] 為了適用于交互設備，投影鏡頭需要在保證小型化的同時具有足夠大的視場角， 以在較狹小的場合獲得較大內容畫面。另一方面，交互功能是否準確主要取決于內容畫面 是否清晰，因此，投影鏡頭還需保證良好的成像質量以使攝像鏡頭能夠獲得準確的內容信 息。
[0004] 然而，傳統的投影鏡頭通過采用較多的鏡片來消除各種像差，以提高分辨率，如此 導致投影鏡頭全長變長，不利于小型化。另一方面，較大的視場角會導致投影鏡頭的畸變較 難控制，成像質量較差，不利于攝像鏡頭獲得準確的內容信息。

【發明內容】

[0005] 本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明需要提供一 種投影鏡頭及交互設備。
[0006] 本發明實施方式的投影鏡頭，其從成像側至像源側依次包括：
[0007] 具有正光焦度的第一透鏡，其像側面為凸面；
[0008] 具有光焦度的第二透鏡，其物側面為凹面，像側面為凸面；
[0009] 具有光焦度的第三透鏡，其物側面為凸面，像側面為凹面；
[0010] 具有正光焦度的第四透鏡，其物側面為凸面，且其物側面和像側面均為非球面；
[0011] 所述投影鏡頭滿足：
[0012] 0<(R1+R2)/(R1-R2)<2.0；
[0013] 其中，R1為所述第一透鏡的物側面的曲率半徑，R2為所述第一透鏡的像側面的曲 率半徑。
[0014] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0015] 1.5<f4/CT4^7.0
[0016] 其中，f4為所述第四透鏡的有效焦距，CT4為所述第四透鏡的中心厚度。
[0017] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0018] CRA〈10°
[0019] 其中，CRA為像源高度對應的主光線入射至像源的角度。
[0020] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0021] 0.8< (CT1+CT2) / (CT3+CT4 )^1.0
[0022]其中，CT1為所述第一透鏡的中心厚度，CT2為所述第二透鏡的中心厚度，CT3為所 述第三透鏡的中心厚度，CT4為所述第四透鏡的中心厚度。
[0023] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0024] 0.3<ET4/CT4<0.6
[0025] SAG41/SAG42| ^2.0
[0026] 其中，CT4為所述第四透鏡的中心厚度，ET4為所述第四透鏡的邊緣厚度，SAG41為 所述第四透鏡物側面的矢高，SAG42為所述第四透鏡像側面的矢高。
[0027] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0028] 〇<fl/f4^1.5
[0029] 其中，Π 為所述第一透鏡的有效焦距，f4為所述第四透鏡的有效焦距。
[0030] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0031] 0<f34/f<2.5；
[0032] 其中，f34為所述第三透鏡和所述第四透鏡的組合焦距，f為所述投影鏡頭的有效 焦距。
[0033] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0034] 0〈R3/R4〈1.0
[0035] -1.0〈SAG22/DT22〈_0.5
[0036] 其中，R3為所述第二透鏡物側面的曲率半徑，R4為所述第二透鏡像側面的曲率半 徑;SAG22為所述第二透鏡像側面的矢高，DT22為所述第二透鏡像側面的有效半徑。
[0037] 在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0038] 〇<R6/R7<1.5
[0039] R7/R8|<0.5
[0040] 其中，R6為所述第三透鏡像側面的曲率半徑，R7為所述第四透鏡物側面的曲率半 徑，R8為所述第四透鏡像側面的曲率半徑。
[0041 ]在某些實施方式中，所述投影鏡頭滿足：
[0042] ΣΑΤ/TTL 芻 4.0
[0043] 其中，ΣΑΤ為所述第一透鏡至像源側之間的空氣間隔的總和，TTL為所述第一透鏡 物側面至像源側的軸上距離。
[0044] 本發明實施方式的交互設備，其包括：
[0045] 所述投影鏡頭，所述投影鏡頭用于投射內容畫面；
[0046] 攝像鏡頭，所述攝像鏡頭用于拍攝用戶在所述內容畫面上的操作以得到拍攝圖 像;及
[0047]處理裝置，所述處理裝置用于處理所述拍攝圖像以識別所述操作。
[0048]本發明實施方式的投影鏡頭保證成像質量的同時可以降低尺寸。由于所述攝像鏡 頭具有高成像質量及小尺寸等優點，因此可以應用于所述交互設備。
[0049] 本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0050] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施方式的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0051] 圖1是實施例1的投影鏡頭的示意圖；
[0052] 圖2是實施例1的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖3是實施例1的投影鏡頭的象散圖 (mm);圖4是實施例1的投影鏡頭的相對照度圖；
[0053]圖5是實施例2的投影鏡頭的示意圖；
[0054]圖6是實施例2的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖7是實施例2的投影鏡頭的象散圖 (mm);圖8是實施例2的投影鏡頭的相對照度圖；
[0055]圖9是實施例3的投影鏡頭的不意圖；
[0056]圖10是實施例3的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖11是實施例3的投影鏡頭的象散 圖(mm);圖12是實施例3的投影鏡頭的相對照度圖；
[0057]圖13是實施例4的投影鏡頭的不意圖；
[0058] 圖14是實施例4的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖15是實施例4的投影鏡頭的象散 圖(mm);圖16是實施例4的投影鏡頭的相對照度圖；
[0059] 圖17是實施例5的投影鏡頭的示意圖；
[0060] 圖18是實施例5的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖19是實施例5的投影鏡頭的象散 圖(mm);圖20是實施例5的投影鏡頭的相對照度圖；
[0061] 圖21是實施例6的投影鏡頭的示意圖；
[0062] 圖22是實施例6的投影鏡頭的軸上色差圖(mm);圖23是實施例6的投影鏡頭的象散 圖(mm);圖24是實施例6的投影鏡頭的相對照度圖。
[0063]圖25是本發明實施方式的交互設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0064] 下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0065] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"、"順時 針"、"逆時針"等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于 描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特 定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語"第一"、"第二"僅用于 描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。 由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特征。在 本發明的描述中，"多個"的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0066] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可 以是機械連接，也可以是電連接或可以相互通訊;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間 接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術 人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0067]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下" 可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它 們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特 征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在 第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度小于第二特征。
[0068] 下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現本發明的不同結構。為了 簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并 且目的不在于限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重復參考數字和/或參考字母， 這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設置之間的 關系。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以 意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。
[0069] 請參閱圖1，本發明實施方式的投影鏡頭從成像側至像源側依次包括具有正光焦 度的第一透鏡E1、具有光焦度的第二透鏡E2、具有光焦度的第三透鏡E3及具有正光焦度的 第四透鏡E4。
[0070] 第一透鏡E1具有物側面S1及像側面S2。第二透鏡E2具有物側面S3及像側面S4。第 三透鏡E3具有物側面S5及像側面S6。第四透鏡E4具有物側面S7及像側面S8。第一透鏡E1的 像側面S2為凸面。第二透鏡E2的物側面S3為凹面，像側面S4為凸面。第三透鏡E3的物側面S5 為凸面，像側面S6為凹面。第四透鏡E4的物側面S7為凸面，且物側面S7和像側面S8均為非球 面。
[0071 ]投影時，光線自像源S9從第四透鏡E4投入投影鏡頭，最終放大并投射出去。
[0072]在某些實施方式中，投影鏡頭還可以包括設置在投影鏡頭成像側的光圈ST0,以限 制出射光線角度。
[0073]投影鏡頭滿足：
[0074] 0〈（R1+R2)/(R1_R2)〈2.0
[0075] 其中，R1為第一透鏡El的物側面S1的曲率半徑，R2為第一透鏡El的像側面S2的曲 率半徑。
[0076]滿足上面的條件式使得經過第一透鏡E1，并入射至第二透鏡E2后的光線更加發 散，因而投影鏡頭的相對照度高，從而可以保證全視場內具有較高的解像力，提高清晰度。 [0077]在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0078] 1.5〈f4/CT4芻7.0
[0079]其中，f 4為第四透鏡E4的有效焦距，CT4為第四透鏡E4的中心厚度。
[0080]滿足上面的條件式使得第四透鏡E4的光焦度更加合理，足夠大，也即是第四鏡片 收縮光線的能力更強，因此，像源高度對應的主光線入射至像源的角度可以有效縮小。
[0081 ]在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0082] CRA〈10°
[0083] 其中，CRA為像源高度對應的主光線入射至像源的角度。
[0084] 滿足上面的條件式，投影鏡頭與投影光路的耦合程度更高，可以提高邊緣光能的 利用率，使得投影鏡頭具有較高的相對照度。
[0085] 在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0086] 0.8< (CT1+CT2) / (CT3+CT4 )^1.0
[0087] 其中，CT1為第一透鏡El的中心厚度，CT2為第二透鏡E2的中心厚度，CT3為第三透 鏡E3的中心厚度，CT4為第四透鏡E4的中心厚度。
[0088] 滿足上面的條件式，使得投影鏡頭的四個透鏡的厚度得到合理控制，透鏡的厚度 更加均勻，因此更加易于加工。
[0089] 在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0090] 0.3<ET4/CT4<0.6
[0091] SAG41/SAG42| ^2.0
[0092] 其中，CT4為第四透鏡E4的中心厚度，ET4為第四透鏡E4的邊緣厚度，SAG41為第四 透鏡E4的物側面S7的矢高，SAG42為第四透鏡E4的像側面S8的矢高。
[0093]滿足上面的條件式使得第四透鏡E4的鏡片厚度分配合理，使邊緣至中心的亮度均 勻，有效提升相對照度，提高像質清晰度。在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0094] 〇<fl/f4^1.5
[0095] 其中，Π 為所述第一透鏡的有效焦距，f4為所述第四透鏡的有效焦距。
[0096]滿足上面的條件式使得投影鏡頭的透鏡之間的光焦度分配更加合理，有利于修正 投影鏡頭的場曲，提高投影鏡頭的解像力。
[0097] 在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0098] 0<f34/f<2.5；
[0099] 其中，f34為第三透鏡E3和第四透鏡E4的組合焦距，f為投影鏡頭的有效焦距。
[0100]滿足上面的條件式使得投影鏡頭的透鏡之間的光焦度分配更加合理，有利于修正 投影鏡頭的球差，提高投影鏡頭的成像質量。
[0101]在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0102] 0〈R3/R4〈1.0
[0103] -1.0〈SAG22/DT22〈_0.5
[0104] 其中，R3為第二透鏡E2的物側面S3的曲率半徑，R4為第二透鏡E2的像側面S4的曲 率半徑；SAG22為第二透鏡E2的像側面S4的矢高，DT22為第二透鏡E2的像側面S4的有效半 徑。
[0105] 滿足上面的條件式使得第二透鏡的曲線更加平滑，形狀更加勻稱，從而可以有效 減小投影鏡頭的尺寸，增大投影鏡頭的視場角。
[0106] 在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0107] 〇〈R6/R7〈1.5
[0108] R7/R8|<0.5
[0109] 其中，R6為第三透鏡E3的像側面S6的曲率半徑，R7為第四透鏡E4的物側面S7的曲 率半徑，R8為第四透鏡E4的像側面S8的曲率半徑。
[0110]滿足上面的條件式有利于修正投影鏡頭的各種像差，提高投影鏡頭的解像力。
[0111] 在某些實施方式中，投影鏡頭滿足：
[0112] ΣΑΤ/TTL 芻 4.0
[0113] 其中，ΣAT為第一透鏡E1至像源側之間的空氣間隔的總和，TTL為第一透鏡E1的物 側面S1至像源側的軸上距離。
[0114] 滿足上面的條件式，可以有效控制投影鏡頭的各個透鏡之間的距離，從而整體上 控制投影鏡頭的尺寸。
[0115] 在某些實施方式中，第一透鏡E1、第二透鏡E2、第三透鏡E3及第四透鏡E4可以采用 塑料透鏡，并且都為非球面透鏡，如此可以降低成本而且保證成像質量，又可以縮小尺寸。
[0116] 非球面的面型由以下公式決定：
[0117]
[0118] 其中，h是非球面上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面 第i-th階的修正系數。
[0119] 下面的實施方式中，頂A表示投影鏡頭投射的投影畫面。
[0120] 實施例1
[0121] 表1 Γ01991

[0137]



[0170]從圖1-24及上面的表格可知，本發明實施方式的投影鏡頭保證成像質量的同時可 以降低尺寸。
[0171]由于攝像鏡頭具有高成像質量及小尺寸等優點，因此可以應用于交互設備。
[0172]請參閱圖25,在某些實施方式中，交互設備10包括投影鏡頭12、攝影鏡頭14及處理 裝置16。投影鏡頭12用于投射內容畫面。攝影鏡頭14用于拍攝用戶在內容畫面上的操作以 得到拍攝圖像。處理裝置16用于處理拍攝圖像以識別所述操作。從而實現多點觸控、手勢識 別等交互功能。
[0173] 另外，投影鏡頭并未采用紅外濾光片，因此可以用于全波段，包括紅外波段。
[0174] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施方式"、"一些實施方式"、"示意性實施 方式"、"示例"、"具體示例"或"一些示例"等的描述意指結合所述實施方式或示例描述的具 體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中， 對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特征、結 構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結合。
[0175]盡管已經示出和描述了本發明的實施方式，本領域的普通技術人員可以理解:在 不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變 型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1. 一種投影鏡頭，其特征在于，從成像側至像源側依次包括： 具有正光焦度的第一透鏡，其像側面為凸面； 具有光焦度的第二透鏡，其物側面為凹面，像側面為凸面； 具有光焦度的第三透鏡，其物側面為凸面，像側面為凹面； 具有正光焦度的第四透鏡，其物側面為凸面，且其物側面和像側面均為非球面； 所述投影鏡頭滿足:0〈(R1+R2)/(R1-R2)〈2.0; 其中，R1為所述第一透鏡的物側面的曲率半徑，R2為所述第一透鏡的像側面的曲率半 徑。2. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:1.5〈f4/CT4 5 7.0; 其中，f4為所述第四透鏡的有效焦距，CT4為所述第四透鏡的中心厚度。3. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:CRA〈 10° ; 其中，CRA為像源高度對應的主光線入射至像源的角度。4. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足：0.8〈（CT1+CT2)/ (CT3+CT4)蘭1.0; 其中，CT1為所述第一透鏡的中心厚度，CT2為所述第二透鏡的中心厚度，CT3為所述第 三透鏡的中心厚度，CT4為所述第四透鏡的中心厚度。5. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:0.3〈ET4/CT4〈0.6; SAG41/SAG42| ^2.0； 其中，CT4為所述第四透鏡的中心厚度，ET4為所述第四透鏡的邊緣厚度，SAG41為所述 第四透鏡物側面的矢高，SAG42為所述第四透鏡像側面的矢高。6. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:0〈f!/f4 S 1.5; 其中，Π 為所述第一透鏡的有效焦距，f4為所述第四透鏡的有效焦距。7. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:0〈f34/f〈2.5; 其中，f34為所述第三透鏡和所述第四透鏡的組合焦距，f為所述投影鏡頭的有效焦距。8. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:0〈R3/R4〈1.0; -1.0〈 SAG22/DT22<-0.5； 其中，R3為所述第二透鏡物側面的曲率半徑，R4為所述第二透鏡像側面的曲率半徑； SAG22為所述第二透鏡像側面的矢高，DT22為所述第二透鏡像側面的有效半徑。9. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足:0〈R6/R7〈1.5; | R7/ R8|<0.5； 其中，R6為所述第三透鏡像側面的曲率半徑，R7為所述第四透鏡物側面的曲率半徑，R8 為所述第四透鏡像側面的曲率半徑。10. 如權利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于，所述投影鏡頭滿足：ΣAT/TTL 5 4.0; 其中，ΣΑΤ為所述第一透鏡至像源側之間的空氣間隔的總和，TTL為所述第一透鏡物側 面至像源側的軸上距離。11. 一種交互設備，其特征在于包括： 如權利要求1-10任意一項所述的投影鏡頭，所述投影鏡頭用于投射內容畫面； 攝像鏡頭，所述攝像鏡頭用于拍攝用戶在所述內容畫面上的操作以得到拍攝圖像;及 處理裝置，所述處理裝置用于處理所述拍攝圖像以識別所述操作。
【文檔編號】G03B21/14GK105974559SQ201610329703
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】宋立通, 戴付建, 盧建龍
【申請人】浙江舜宇光學有限公司