CN109031591A

CN109031591A - 投影镜头

Info

Publication number: CN109031591A
Application number: CN201810821356.XA
Authority: CN
Inventors: 刘志颖
Original assignee: Rui Sheng Optoelectronic Technology (suzhou) Co Ltd
Current assignee: Rui Sheng Optoelectronic Technology (suzhou) Co Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2018-12-18
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: US20200033568A1; CN109031591B

Abstract

本发明涉及光学镜头领域，公开了一种投影镜头，该投影镜头，由物侧至像侧依序包括：物面，一具有正屈折力的第一透镜，一具有负屈折力的第二透镜，一具有正屈折力的第三透镜；整体投影镜头的焦距为f，所述投影镜头的光学总长度为TTL，在平行于光轴的方向上，所述物面到所述第一透镜的边缘的距离为Te，满足下列关系式：0.95≤f/TTL≤2；0.22≤Te/TTL≤0.3。本发明提供的投影镜头能有效减少***长度，提高***结构设计的宽容度以及降低焦距对环境温度的敏感度。

Description

投影镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头领域，特别涉及一种适用于智能手机等手提终端设备的投影镜头。

背景技术

随着智能手机的快速发展，手机的摄像功能也不断涌现出创新的技术，比如3D成像技术，这种基于3D结构光的光学感测技术，可用于人脸、手势辨识，强化照相功能，带来AR新应用，将光学图像从过去的二维向三维空间转换，从而带来更加真实、清晰的感知体验。

3D结构光是指将特定的激光信息投射到物体表面后，由摄像头采集，根据物体造成的光信息的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。特定的激光信息是3D结构光技术中的一个非常重要的指标，因此对把激光信息投影到被测物体表面的投影镜头要求很高。这种把VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光器表面的有特定立体角发射的阵列点光源投影到被测物体表面的投影镜头，是3D成像质量的一个关键环节。

在现有的投影镜头类产品中，存在随着使用环境温度的变化，镜头焦距f发生较大变化的问题，这会导致镜头投射光的角度发生明显变化，改变原有的光信息，从而导致整个***的计算出现误差，影响三维物体的轮廓复原精度；同样还存在随着环境温度的变化，投影的像点变大的问题，这也会导致***还原三维物体的清晰度下降。为了有效减少***长度，提高***结构设计的宽容度以及降低焦距对环境温度的敏感度，本发明提出一种投影镜头。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种投影镜头，其能有效减少***长度，提高***结构设计的宽容度以及降低焦距对环境温度的敏感度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种投影镜头，由物侧至像侧依序包括：物面，一具有正屈折力的第一透镜，一具有负屈折力的第二透镜，一具有正屈折力的第三透镜；整体投影镜头的焦距为f，所述投影镜头的光学总长度为TTL，在平行于光轴的方向上，所述投影镜头的物面到所述第一镜片的边缘的距离为Te，满足下列关系式：0.95≤f/TTL≤2；0.22≤Te/TTL≤0.3。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过上述透镜的配置方式，不仅可以有效利用具有不同屈折力和焦距的透镜实现长焦距清晰成像，同时还能有效减少***长度，减少***占用的空间，另外，光源到镜头边缘距离较大，因此***结构设计宽容度大，此外，***焦距对环境温度不敏感，焦距可以在不同温度下保持稳定，投射的角度变化不明显，很好的保留了光信息，因此***投影性能更好，更加适合便携式高功率激光投影装置。

另外，所述投影镜头的光学总长度为TTL，满足下列关系式：TTL≤3.2mm。

另外，所述整体投影镜头的焦距为f，满足下列关系式：3.3mm≤f≤4.5mm。

另外，所述整体投影镜头的焦距f，满足下列关系式：3.6mm≤f≤3.8mm。

另外，在平行于光轴的方向上，所述物面到所述第一透镜的边缘的距离为Te，满足下列关系式：0.7mm≤Te≤0.9mm。

另外，所述第一透镜的焦距为f1，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：0.5≤f3/f1≤2。

另外，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述第三透镜的轴上厚度为d5，满足下列关系式：1≤d5/d3≤3。

另外，所述整体投影镜头的焦距为f，所述第三透镜的像侧面曲率半径为r6，满足下列关系式：-6≤f/R6<0。

另外，所述第一透镜的物侧面曲率半径为r1，所述第三透镜的像侧面曲率半径为r6，满足下列关系式：-3<R1/R6<0。

另外，所述第一透镜为玻璃材质，其折射率随温度的变化率为(dn/dt)1，满足以下关系式：-0.00001<(dn/dt)1<0。

另外，所述第二透镜的材质为塑料，所述第三透镜的材质为塑料。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的投影镜头的结构示意图；

图2是图1所示投影镜头的畸变示意图；

图3是图1中所示的投影镜头的点列图；

图4是本发明第二实施方式提供的投影镜头的结构示意图；

图5是图4所示投影镜头的畸变示意图；

图6是图4中所示的投影镜头的点列图；

图7是本发明第三实施方式提供的投影镜头的结构示意图；

图8是图7所示投影镜头的畸变示意图；

图9是图7中所示的投影镜头的点列图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

(第一实施方式)

参考附图，本发明第一实施方式提供了一种投影镜头10。图1所示为本发明第一实施方式的投影镜头10，该投影镜头10包括三个透镜。具体的，所述投影镜头10，由物侧至像侧依序包括：物面S1，具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜L3。

第一透镜L1具有正屈折力，其能够有效减少***长度，其物侧面向外凸出为凸面，像侧面向内凹陷为凹面。第二透镜L2具有负屈折力，本实施方式中，第二透镜L2的物侧面为凹面、像侧面为凸面。第三透镜L3具有正屈折力，本实施方式中，第三透镜L3的物侧面为凹面、像侧面为凸面。

在此，定义整体投影镜头10的焦距为f，所述投影镜头10的光学总长度为TTL，指自物面S1到第三透镜L3像侧面的轴上距离，所述投影镜头10的物面S1到所述第一透镜L1的边缘的距离为Te，满足下列关系式：0.95≤f/TTL≤2；0.22≤Te/TTL≤0.3。

当本发明所述投影镜头10的焦距f、光学总长度TTL以及物面S1到第一透镜L1的边缘的距离Te满足上述关系式时，可以控制/调整各透镜的屈折力大小配置，在满足长焦距清晰投影的同时，有效减少***长度，减少***占用的空间，另外，光源到镜头边缘距离较大，因此***结构设计宽容度大，此外，***焦距对环境温度不敏感，焦距可以在不同温度下保持稳定，投射的角度变化不明显，很好的保留了光信息，因此更加适合便携式高功率激光投影装置。

具体的，本发明实施方式中，所述整体投影镜头10的焦距为f，满足下列关系式：3.3mm≤f≤4.5mm。如此设计，能够使得整体投影镜头10的光学总长TTL尽量变短，维持小型化的特性。优选地，所述整体投影镜头10的焦距为f，满足下列关系式：3.6mm≤f≤3.8mm。

优选的，本发明实施方式的所述投影镜头10的光学总长度为TTL，满足下列关系式：TTL≤3.2mm。如此设计，更利于实现投影镜头10的小型化设计。

优选地，在平行于光轴的方向上，所述物面S1到所述第一透镜L1的边缘的距离为Te，满足下列关系式：0.7mm≤Te≤0.9mm。如此设计，能够使得物面S1到第一透镜L1边缘距离较大，在组装时有足够的空间安装结构件，方便结构设计且有利于提高***的结构稳定性。

优选地，所述第一透镜L1的焦距为f1，所述第三透镜L3的焦距为f3，满足下列关系式：0.5≤f3/f1≤2。如此设计，能合理的分配光焦度，更利于实现投影镜头10的小型化设计。

优选地，所述第二透镜L2的轴上厚度为d3，所述第三透镜L3的轴上厚度为d5，满足下列关系式：1≤d5/d3≤3。如此设计，使得第二透镜L2和第三透镜L3具有最佳的厚度，利于***的组装配置，同样也利于实现投影镜头10的小型化设计。

优选地，所述整体投影镜头10的焦距为f，所述第三透镜L3的像侧面曲率半径为R6，满足下列关系式：-6≤f/R6<0。当整体投影镜头10的焦距和第三透镜L3的像侧面曲率半径满足上述关系式使，有利于降低第三透镜L3的敏感度。

优选地，所述第一透镜L1的物侧面曲率半径为R1，所述第三透镜的像侧面曲率半径为R6，满足下列关系式：-3<R1/R6<0。如此设计，有利于校正***的球差。

具体地，所述第一透镜为玻璃材质，其折射率随温度的变化率为(dn/dt)1，满足以下关系式：-0.00001<(dn/dt)1<0。可以理解的是，透镜厚度与边缘空气间隔合理配合，当温度变化时，镜片本身的膨胀与结构件的膨胀对焦距的影响相互抵消，降低了***对温度额敏感度，从而保证不同温度下，***的焦距保持稳定。本发明实施方式中，所述第一透镜L1的材质为玻璃，由于玻璃材质的折射率高且光透性好，因此可以有效提升所述投影镜头10的光学性能。

具体地，所述第二透镜L2的材质为塑料，所述第三透镜L3的材质为塑料。所述第二透镜L2、第三透镜L3的材质为塑料，可以有效降低生产成本。

此外，透镜的表面可以设置为非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本发明投影镜头的总长度。本发明实施方式中，各个透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

优选的，所述透镜的物侧面和/或像侧面上还可以设置有反曲点和/或驻点，以满足高品质的成像需求，具体的可实施方案，参下所述。

以下示出了依据本发明实施方式的投影镜头10的设计数据。各实例中所记载的符号如下所示。焦距、轴上距离、曲率半径、轴上厚度、反曲点位置、驻点位置的单位为mm。

表1、表2示出本发明实施方式的投影镜头10的数据。

【表1】

各符号的含义如下：

f：投影镜头10的焦距；

f1：第一透镜L1的焦距；

f2：第二透镜L2的焦距；

f3：第三透镜L3的焦距。

【表2】

各符号的含义如下。

R:光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；

R1:第一透镜L1的物侧面的曲率半径；

R2:第一透镜L1的像侧面的曲率半径；

R3:第二透镜L2的物侧面的曲率半径；

R4:第二透镜L2的像侧面的曲率半径；

R5:第三透镜L3的物侧面的曲率半径；

R6:第三透镜L3的像侧面的曲率半径；

d:透镜的轴上厚度与透镜之间的轴上距离；

d0：物面S1到第一透镜L1物侧面的轴上距离；

d1：第一透镜L1的轴上厚度；

d2：第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离；

d3：第二透镜L2的轴上厚度；

d4：第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离；

d5：第三透镜L3的轴上厚度；

d6：第三透镜L3的像侧面到光学滤光片GF的物侧面的轴上距离；

nd:d线的折射率；

nd1：第一透镜L1的折射率；

nd2：第二透镜L2的折射率；

nd3：第三透镜L3的折射率；

vd:阿贝数；

v1：第一透镜L1的阿贝数；

v2：第二透镜L2的阿贝数；

v3：第三透镜L3的阿贝数；

表3示出本发明实施方式的投影镜头10中各透镜的非球面数据。【表3】

其中,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16，A18，A20是非球面系数。

IH:像高

y＝(x²/R)/[1+{1-(k+1)(x²/R²)}^1/2]+A4x⁴+A6x⁶+A8x⁸+A10x¹⁰+A12x¹²+A14x¹⁴+A16x¹⁶+A18x¹⁸+A20x²⁰ (1)

为方便起见,各个透镜面的非球面使用上述公式(1)中所示的非球面。但是,本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。

表4示出本发明实施方式的投影镜头10中各透镜的反曲点设计数据。其中，R1、R2分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面，R3、R4分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面，R5、R6分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面。“反曲点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的反曲点到投影镜头10光轴的垂直距离。

【表4】

	反曲点个数	反曲点位置1	反曲点位置2
				R1	1	0.605
R2	2	0.485	0.535
				R3	0
R4	2	0.125	0.395
				R5	1	0.415
R6	1	0.655

图2则示出了波长为930nm、940nm、950nm和960nm的光经过实施方式的投影镜头10后的畸变示意图。

图3示出了第一实施方式的投影镜头10的点列图。

以下表5按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的投影镜头10满足上述的条件式。

【表5】

条件	实施方式1
		0.95﹤f/TTL﹤2	1.228
0.22﹤Te/TTL﹤0.3	0.263
		0.5＜f3/f1＜2	1.008
1＜d5/d3＜3	2.115
		-6<f/r6<0	-4.403
-3<r1/r6<0	-1.021
		-0.00001<dn1/dt<0	-6.26E-06
dn2/dt<-0.00005	-6.50E-05
		dn3/dt<-0.00005	-6.50E-05
Te	0.793734

在本实施方式中，全视场像高为0.4044mm，工作距离为300mm。

(第二实施方式)

图4所示为本发明第二实施方式的投影镜头20，其各透镜的配置与第一实施方式的投影镜头10大体相同，以下只列出不同点。以下示出了依据本发明实施方式2的投影镜头20的设计数据。

表6、表7示出本发明实施方式的投影镜头20的数据。

【表6】

【表7】

表8示出本发明实施方式的投影镜头20中各透镜的非球面数据。

【表8】

表9示出本发明实施方式的投影镜头20中各透镜的反曲点设计数据。

【表9】

	反曲点个数	反曲点位置1
			R1	1	0.585
R2	1	0.485
			R3	0
R4	1	0.155
			R5	1	0.415
R6	1	0.685

图5则示出了波长为930nm、940nm、950nm和960nm的光经过实施方式的投影镜头20后的畸变示意图。

图6示出了第二实施方式的投影镜头20的物高和像高的点列图。

以下表10按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的投影镜头20满足上述的条件式。

【表10】

条件	实施方式2
		0.95﹤f/TTL﹤2	1.214
0.22﹤Te/TTL﹤0.3	0.253
		0.5＜f3/f1＜2	1.012
1＜d5/d3＜3	2.08
		-6<f/r6<0	-4.11
-3<r1/r6<0	-0.977
		-0.00001<dn1/dt<0	-6.26E-06
dn2/dt<-0.00005	-6.50E-05
		dn3/dt<-0.00005	-6.50E-05
Te	0.771397

在本实施方式中，全视场像高为0.4044mm，工作距离为300mm。

(第三实施方式)

图7所示为本发明第三实施方式的投影镜头30，其各透镜的配置与第一实施方式的投影镜头10大体相同。以下示出了依据本发明第三实施方式的投影镜头30的设计数据。

表11、表12示出本发明实施方式的投影镜头30的数据。

【表11】

【表12】

表13示出本发明实施方式的投影镜头10中各透镜的非球面数据。

【表13】

表14示出本发明实施方式的投影镜头30中各透镜的反曲点设计数据。

【表14】

	反曲点个数	反曲点位置1	反曲点位置2
				R1	0
R2	0
				R3	1	0.375
R4	2	0.245	0.465
				R5	1	0.485
R6	1	0.705

图8则示出了波长为930nm、940nm、950nm和960nm的光经过实施方式的投影镜头30后的畸变示意图。

图9示出了第三实施方式的投影镜头30的物高和像高的点列图。

以下表15按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的投影镜头30满足上述的条件式。

【表15】

在本实施方式中，全视场像高为0.4044mm，工作距离为300mm。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头，由物侧至像侧依序包括：物面，一具有正屈折力的第一透镜，一具有负屈折力的第二透镜，一具有正屈折力的第三透镜；

整体投影镜头的焦距为f，所述投影镜头的光学总长度为TTL，在平行于光轴的方向上，所述物面到所述第一透镜的边缘的距离为Te，满足下列关系式：

0.95≤f/TTL≤2；

0.22≤Te/TTL≤0.3。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的光学总长度为TTL，满足下列关系式：

TTL≤3.2mm。

3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述整体投影镜头的焦距为f，满足下列关系式：

3.3mm≤f≤4.5mm。

4.根据权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，所述整体投影镜头的焦距为f，满足下列关系式：

3.6mm≤f≤3.8mm。

5.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，在平行于光轴的方向上，所述物面到所述第一透镜的边缘的距离Te，满足下列关系式：

0.7mm≤Te≤0.9mm。

6.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距为f1，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：

0.5≤f3/f1≤2。

7.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述第三透镜的轴上厚度为d5，满足下列关系式：

1≤d5/d3≤3。

8.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述整体投影镜头的焦距为f，所述第三透镜的像侧面曲率半径为R6，满足下列关系式：

-6≤f/R6<0。

9.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面曲率半径为R1，所述第三透镜的像侧面曲率半径为R6，满足下列关系式：

-3<R1/R6<0。

10.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜为玻璃材质，其折射率随温度的变化率为(dn/dt)1,满足以下关系式：-0.00001<(dn/dt)1<0。

11.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜的材质为塑料，所述第三透镜的材质为塑料。