CN105988201B - 交互式镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种交互式镜头，其由物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其像侧面为凹面；具有光焦度的第二透镜；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；滤光片；所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均由塑料制成；所述交互式镜头满足下列关系式：(CT1+CT2)/CT3<0.9；及ImgH/(f*TTL)≥0.4mm‑1；其中，CT1为所述第一透镜的中心厚度，CT2为所述第二透镜的中心厚度，CT3为所述第三透镜的中心厚度，ImgH为成像面上有效像素区域对角线长的一半，f为所述交互式镜头的有效焦距，TTL为所述交互式镜头的全长。满足以上条件式的要求，有利于互式镜头的小型化和广角特性，拥有较大的视场角。

Description

交互式镜头
技术领域
本发明涉及一种成像技术，尤其是涉及一种交互式镜头。
背景技术
随着时代的发展和科技的进步，交互式镜头的应用范围越来越来广泛，特别是在手势识别、眼球跟踪、人脸识别及电子娱乐等产业。另一方面，近红外交互式镜头能更好的识别信息，排除杂光的影响，因此，使用近红外线波段的交互式镜头的需求也越来越高，因此，仅用于接收可见光的交互式镜头已无法满足要求。
另外，交互式镜头也逐渐往小型化、轻量化且高成像质量领域发展，然而，交互式镜头在兼顾广角的特性时，往往妨碍小型化的设计，成像质量也有待提高。而且，为了提高成像质量，往往会采用玻璃镜片，又提高了交互式镜头的制造成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
根据本发明提供的交互式镜头，其从物侧至像侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，其像侧面为凹面；
具有光焦度的第二透镜；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；
滤光片；
所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均由塑料制成；
所述交互式镜头满足下列关系式：
(CT1+CT2)/CT3<0.9；及
ImgH/(f*TTL)≥0.4mm-1；
其中，CT1为所述第一透镜的中心厚度，CT2为所述第二透镜的中心厚度，CT3为所述第三透镜的中心厚度，ImgH为成像面上有效像素区域对角线长的一半，f为所述交互式镜头的有效焦距，TTL为所述交互式镜头的全长。
在某些实施方式中，所述滤光片为带通滤光片，带通波长在使用光源波长±15nm—50nm之间。
在某些实施方式中，所述交互式镜头满足关系式：
HFOV>65°；
其中，HFOV为所述交互式镜头最大视场角的一半。
在某些实施方式中，所述交互式镜头满足下列关系式：
-1.3<R2/R6<-0.7；
-0.8<SAG32/SD32<-0.4；
其中，R2为所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R6为所述第三透镜的像侧面的曲率半径,SAG32为所述第三透镜的像侧面的矢高，SD32为所述第三透镜的像侧面的最大有效半径。
在某些实施方式中，所述交互式镜头满足下列关系式：
-2.6<f12/f3<-0.7；
其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f3为所述第三透镜的焦距。
在某些实施方式中，所述交互式镜头满足下列关系式：
-3.5<f1/f<-1；
其中，f1为所述第一透镜的焦距。
在某些实施方式中，所述交互式镜头满足下列关系式：
0.2<(T12+T23)/Dr1r6<0.6；
其中，T12为所述第一透镜和所述第二透镜在光轴上的间距，T23为所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的间距，Dr1r6为所述第一透镜的物侧面至所述第三透镜的像侧面的距离。
在某些实施方式中，所述第一透镜的物侧面为凸面。
在某些实施方式中，所述第二透镜具有正的光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
在某些实施方式中，所述第三透镜的物侧面为凸面。
满足以上条件式的要求，有利于交互式镜头的小型化和广角特性，拥有较大的视场角。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是实施例1交互式镜头的示意图；
图2是实施例1交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图3是实施例1交互式镜头的象散图(mm)；
图4是实施例1交互式镜头的畸变图(％)；
图5是实施例1交互式镜头的倍率色差图(um)；
图6是实施例2交互式镜头的示意图；
图7是实施例2交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图8是实施例2交互式镜头的象散图(mm)；
图9是实施例2交互式镜头的畸变图(％)；
图10是实施例2交互式镜头的倍率色差图(um)；
图11是实施例3交互式镜头的示意图；
图12是实施例3交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图13是实施例3交互式镜头的象散图(mm)；
图14是实施例3交互式镜头的畸变图(％)；
图15是实施例3交互式镜头的倍率色差图(um)；
图16是实施例4交互式镜头的示意图；
图17是实施例4交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图18是实施例4交互式镜头的象散图(mm)；
图19是实施例4交互式镜头的畸变图(％)；
图20是实施例4交互式镜头的倍率色差图(um)；
图21是实施例5交互式镜头的示意图；
图22是实施例5交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图23是实施例5交互式镜头的象散图(mm)；
图24是实施例5交互式镜头的畸变图(％)；
图25是实施例5交互式镜头的倍率色差图(um)；
图26是实施例6交互式镜头的示意图；
图27是实施例6交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图28是实施例6交互式镜头的象散图(mm)；
图29是实施例6交互式镜头的畸变图(％)；
图30是实施例6交互式镜头的倍率色差图(um)；
图31是实施例7交互式镜头的示意图；
图32是实施例7交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图33是实施例7交互式镜头的象散图(mm)；
图34是实施例7交互式镜头的畸变图(％)；
图35是实施例7交互式镜头的倍率色差图(um)；
图36是实施例8交互式镜头的示意图；
图37是实施例8交互式镜头的轴上色差图(mm)；
图38是实施例8交互式镜头的象散图(mm)；
图39是实施例8交互式镜头的畸变图(％)；
图40是实施例8交互式镜头的倍率色差图(um)；及
图41是滤色片穿透率光谱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本发明较佳实施方式的交互式镜头由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜E1、具有光焦度的第二透镜E2、光阑STO、具有正光焦度的第三透镜E3及滤光片E4。第一透镜E1包括物侧面S1及像侧面S2，第二透镜E2包括物侧面S3及像侧面S4、第三透镜E3包括物侧面S5及像侧面S6，滤光片E4包括像侧面S7及物侧面S8。像侧面S2为凹面，而像侧面S6为凸面。
滤光片E4可以通过镀膜有选择地让需要的光线通过，滤除其他不需要的光线，以免影响信息的获取，从而影响成像质量，通过的光的波长在使用光源的波长的±15nm—50nm之间。请参阅图41，当镜头应用于近红外时，使用光源的波长是850nm，滤色片允许相应近红外波段的光通过，通过的光的波长是800-900nm，其他波段的光就被滤除，从而减少干扰，同样，滤光片也可以镀膜让其它波段的光通过。使用光源不同，波长也不同，带通的波长也不同，在这里仅以图41为例进行说明。在本实施方式中，交互式镜头是针对近红外设计的，在近红外波段能有更好的交互识别效果。
交互式镜头中的第一透镜E1、第二透镜E2、第三透镜E3均由塑料制成，和玻璃相比，降低材料耗费和加工难度，缩减了交互式镜头的整体成本。
交互式镜头满足下列关系式：
(CT1+CT2)/CT3<0.9；及
ImgH/(f*TTL)≥0.4mm-1。
其中，CT1为第一透镜E1的中心厚度，CT2为第二透镜E2的中心厚度，CT3为第三透镜E3的中心厚度，ImgH为成像面S9上有效像素区域对角线长的一半，f为交互式镜头的有效焦距，TTL为交互式镜头的全长。
满足以上条件式的要求，有利于互式镜头的小型化和广角特性，拥有较大的视场角。在某些实施例中，交互式镜头满足下列关系式：
HFOV>65°
其中，HFOV为交互式镜头最大视场角的一半。
满足上式要求可保证交互式镜头的广角特性。
在某些实施例中，交互式镜头满足下列关系式：
-1.3<R2/R6<-0.7；及
-0.8<SAG32/SD32<-0.4。
其中，R2为像侧面S2的曲率半径，R6像侧面S6的曲率半径，SAG32为像侧面S6的矢高，SD32为像侧面S6的最大有效半径。
上式对于第一透镜E1和第三透镜E3的曲率半径及形状的限制有利于提升成像质量和广角特性，减小光线入射于成像面S9上的角度，减少暗角生成的可能性。
在某些实施例中，交互式镜头满足下列关系式：
-2.6<f12/f3<-0.7；
其中，f12为第一透镜E1和第二透镜E2的组合焦距，f3为第三透镜E3的焦距。
满足上式要求可有利于交互式镜头的广角特性和成像质量。
在某些实施例中，交互式镜头满足下列关系式：
-3.5<f1/f<-1；
其中，f1为第一透镜E1的焦距。
以上对于第一透镜E1的焦距的限制有利于交互式镜头的广角特性。
在某些实施例中，交互式镜头满足下列关系式：
0.2<(T12+T23)/Dr1r6<0.6
其中，T12为所述第一透镜E1和第二透镜E2在光轴上的间距，T23为第二透镜E2和第三透镜E3在光轴上的间距，Dr1r6为物侧面S1至像侧面S6之间的距离。
满足以上面的条件式有利于交互式镜头的小型化。
在某些实施例中，物侧面S1为凸面。
在某些实施例中，第二透镜E2具有正的光焦度，物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面。
在某些实施例中，物侧面S5为凸面。
满足以上形状要求有利于交互式镜头的小型化和成像质量。
成像时，光线依次穿过第一透镜E1、第二透镜E2、光阑STO、第三透镜E3及滤光片E4后成像于成像面S9。
在某些实施方式中，第一透镜E1、第二透镜E2及第三透镜E3都为非球面透镜。
非球面的面形由以下公式决定：
其中，h是非球面上任一点到光轴的高度，c是顶点曲率，k是锥形常数，Ai是非球面第i-th阶的修正系数。
实施例1
实施例1中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表1
表2
另外，f1＝-0.71mm；f2＝1.33mm；f3＝0.77mm；及f＝0.67mm；HFOV＝72.0°；光阑值为：2.1。
实施例2
请参阅图6，实施例2中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表3
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 材料(折射率/阿贝数) 圆锥系数
obj 球面 无穷 741.1760 0.0000
S1 非球面 13.9647 0.2919 1.54/55.8 4.5546
S2 非球面 0.5937 0.3838 -1.6754
S3 非球面 1.1718 0.6889 1.54/55.8 -7.4014
S4 非球面 6.6143 0.0965 37.7432
STO 球面 无穷 0.1417 0.0000
S5 非球面 7.0318 1.2936 1.54/55.8 19.2960
S6 非球面 -0.7241 0.1000 -2.4366
S7 球面 无穷 0.7000 1.52/64.2 0.0000
S8 球面 无穷 1.1525 0.0000
S9 球面 无穷 - 0.0000
表4
另外，f1＝-1.18mm；f2＝2.59mm；f3＝1.32mm；及f＝0.99mm；HFOV＝74.1°；光阑值为：2.1。
实施例3
请参阅图11，实施例3中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表5
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 材料(折射率/阿贝数) 圆锥系数
obj 球面 无穷 无穷 0.0000
S1 非球面 9.7089 0.5954 1.54/55.8 3.0830
S2 非球面 0.8552 1.9907 -1.1379
S3 非球面 3.5535 0.5291 1.54/55.8 -119.6600
S4 非球面 8.7688 0.1851 -130.3521
STO 球面 无穷 0.1793 0.0000
S5 非球面 5.0840 1.3921 1.54/55.8 -146.2418
S6 非球面 -0.9048 0.1000 -1.0018
S7 球面 无穷 0.7000 1.52/64.2 0.0000
S8 球面 无穷 1.3313 0.0000
S9 球面 无穷 - 0.0000
表6
另外，f1＝-1.82mm；f2＝10.94mm；f3＝1.58mm；及f＝0.79mm；HFOV＝78°；光阑值为：2.0。
实施例4
请参阅图16，实施例4中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表7
表8
另外，f1＝-1.39mm；f2＝8.53mm；f3＝1.21mm；及f＝0.60mm；HFOV＝77.6°；光阑值为：2.0。
实施例5
请参阅图21，实施例5中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表9
表10
另外，f1＝-1.81mm；f2＝-9.57mm；f3＝1.41mm；及f＝0.61mm；HFOV＝78.0°；光阑值为：2.0。
实施例6
请参阅图26，实施例6中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表11
表12
另外，f1＝-1.82mm；f2＝-5.35mm；f3＝1.36mm；及f＝0.56mm；HFOV＝78.0°；光阑值为：2.0。
实施例7
请参阅图31，实施例7中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表13
表14
另外，f1＝-1.57mm；f2＝10.07mm；f3＝1.54mm；及f＝0.59mm；HFOV＝78.0°；光阑值为：2.0。
实施例8
请参阅图36，实施例8中，交互式镜头满足下面表格的条件：
表15
表16
另外，f1＝-0.74mm；f2＝1.33mm；f3＝0.78mm；及f＝0.68mm；HFOV＝67.6°；光阑值为：2.1。
在实施例1-8中，各条件式满足下面表格的条件：
虽然上面针对交互式镜头描述了本发明的原理以及具体实施方式，但是在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，而并非用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种交互式镜头，所述交互式镜头仅由三个透镜组成，由物侧至像侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，其像侧面为凹面；
具有光焦度的第二透镜；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；
滤光片；
所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均由塑料制成；
其特征在于，所述交互式镜头满足下列关系式：
(CT1+CT2)/CT3<0.9；
ImgH/(f*TTL)≥0.4mm-1；
-1.3<R2/R6<-0.7；及
-0.8<SAG32/SD32<-0.4；
其中，CT1为所述第一透镜的中心厚度，CT2为所述第二透镜的中心厚度，CT3为所述第三透镜的中心厚度，ImgH为成像面上有效像素区域对角线长的一半，f为所述交互式镜头的有效焦距，TTL为所述交互式镜头的全长，R2为所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R6为所述第三透镜的像侧面的曲率半径，SAG32为所述第三透镜的像侧面的矢高，SD32为所述第三透镜的像侧面的最大有效半径。
2.如权利要求1所述的交互式镜头，其特征在于，所述滤光片为带通滤光片，带通波长在使用光源波长的±50nm之间。
3.如权利要求1所述的交互式镜头，其特征在于，所述交互式镜头满足关系式：
HFOV>65°；
其中，HFOV为所述交互式镜头最大视场角的一半。
4.如权利要求1所述的交互式镜头，其特征在于，所述交互式镜头满足下列关系式：
-2.6<f12/f3<-0.7；
其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f3为所述第三透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的交互式镜头，其特征在于，所述交互式镜头满足下列关系式：
-3.5<f1/f<-1；
其中，f1为所述第一透镜的焦距。
6.如权利要求1所述的交互式镜头，其特征在于，所述交互式镜头满足下列关系式：
0.2<(T12+T23)/Dr1r6<0.6；
其中，T12为所述第一透镜和所述第二透镜在光轴上的间距，T23为所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的间距，Dr1r6为所述第一透镜的物侧面至所述第三透镜的像侧面的距离。
7.如权利要求1、2、3、4、5、6任意一项所述的交互式镜头，其特征在于，
所述第一透镜的物侧面为凸面。
8.如权利要求7所述的交互式镜头，其特征在于，所述第二透镜具有正的光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
9.如权利要求8所述的交互式镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面为凸面。
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