CN211528811U

CN211528811U - 镜头、成像系统及电子设备

Info

Publication number: CN211528811U
Application number: CN201922383193.4U
Authority: CN
Inventors: 高怡玮; 程炎; 侯伟
Original assignee: Shenzhen Anhua Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Anhua Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2029-12-26

Abstract

本实用新型提供了一种镜头、成像系统及电子设备，所述镜头包括沿所述光轴依次排布的七片透镜，所述第一至第四透镜构成第一镜组，所述第五透镜构成第二镜组，所述第六透镜和所述第七透镜构成第三镜组，所述第一镜组和所述第二镜组的焦距为正，所述第三镜组的焦距为负，并且在所述第一与所述第二镜组之间设置有光阑；所述第二至第六透镜均为球面玻璃透镜，所述第一、第七透镜为非球面玻璃透镜；所述镜头满足以下参数条件：24.8°≤FOV.≤35.6°，0.250≤NA≤0.292；5.5≤f'≤8.5。本实用新型的镜头工艺相对简单，图像品质优良，没有明显的畸变及色差问题，投射画面大，镜头F数更小且热稳定性能较好。

Description

镜头、成像系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，具体涉及一种镜头、成像系统及电子设备。

背景技术

随着视频技术的进步，越来越多的电子设备采用镜片组件工作，如投影仪、扫描仪、3D打印机。以投影仪为例，其主要采用DMD、LCOS或LCD作为显示器件，采用偏振分光元件(PBS)或者全反射分光元件(TIR)作为照明、成像分光器件，通过设计合理的投影镜头光路，将从显示器件上反射的图像聚焦到显示屏屏幕上，对于LCOS及LCD投影光学系统，它们有一个共同的特点就是需要远心光束照明成像芯片，当然也就需要像方远心光路的投影镜头与之相匹配，这样可更好的保证像面照度均匀性，由于采用TIR或PBS棱镜来实现有效的照明，因此，投影镜头在与之匹配时需要保留较长的后工作距离，这大大增加了镜头长度和轴外像差的控制难度，导致镜头变得复杂，镜片数量多，从而导致装配公差难以控制。

现有技术为了取得良好的显示图像品质以及较大的画面尺寸(投射比<1.5 的情况下)，投影镜头通常结构复杂，具有较大体积，镜片数量一般在14片以上，有的对光路进行了改进，在镜头的像面侧使用非球面透镜，且各种镜组至少需要两片镜片，但这种方案也至少得使用九片或者八片透镜，加工以及装配工艺仍比较复杂，良率不易控制，价格昂贵且显示图像品质参差不齐。且全部使用球面镜片，投射比较大，在应用于较大的显示屏时，分辨率低，畸变严重，图像品质差，无法满足市场需求。

实用新型内容

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种镜头、成像系统及电子设备，以克服现有技术中的镜片太多造成的加工及装配工艺复杂、分辨率低、畸变大、成像效果差等无法满足市场需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的第一方面提供了一种镜头，所述镜头具有沿光轴方向的第一侧和第二侧，所述镜头包括从第一侧到第二侧沿所述光轴依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜构成第一镜组，所述第五透镜构成第二镜组，所述第六透镜和所述第七透镜构成第三镜组，所述第一镜组和所述第二镜组的焦距为正，所述第三镜组的焦距为负，并且在所述第一镜组与所述第二镜组之间设置有光阑；

所述第二至第六透镜均为球面玻璃透镜，所述第一透镜、所述第七透镜为非球面玻璃透镜；

所述第一透镜为双凸正透镜；所述第二透镜为第一、第二折射面均凹向所述第二侧的月牙负透镜；所述第三透镜为双凸正透镜；所述第四透镜为第一、第二折射面均凹向所述第一侧的月牙负透镜；所述第五透镜为双凸正透镜；所述第六透镜为双凹负透镜或者第一、第二折射面均凹向所述第一侧的月牙负透镜；所述第七透镜为第一、第二折射面均凹向第一侧的月牙负透镜；其中，各透镜的第一折射面指其靠近所述第一侧的折射面，第二折射面指其靠近所述第二侧的折射面；

所述镜头满足以下参数条件：

24.8°≤FOV.≤35.6°，

0.250≤NA≤0.292，

5.5≤f'≤8.5；

所述第一透镜的折射率小于1.7，阿贝数大于55；

所述第七透镜的折射率大于1.5，阿贝数大于50。

其中：FOV.表示所述镜头的像方半视场角，NA表示所述镜头的物方数值孔径；f'为述镜头的焦距，单位为mm。

优选地，所述镜头满足以下参数条件：

1.47≤f'_A/f'≤2.44，

1.148≤f'_B/f'≤2.452，

-1.21≤f'_C/f'≤-0.80，

其中，f'_A、f'_B、f'_c分别为所述第一镜组、第二镜组和第三镜组的焦距，且单位均为mm。

优选地，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜依次贴合，形成三胶合透镜；所述三胶合透镜的焦距为负；

所述第二透镜的折射率和所述第四透镜的折射率均大于1.7，所述第三透镜的折射率小于1.6；

所述第二透镜的阿贝数小于45，所述第三透镜的阿贝数大于70，所述第四透镜的阿贝数小于40。

优选地，所述第一镜组还满足：

0.95≤f₁'/f'_A≤1.3，

-102≤f_胶合'/f'_A≤10.65，

其中，f₁'、f_胶合分别为所述第一透镜、所述三胶合透镜的焦距，且单位均为mm。

优选地，所述三胶合透镜满足：

-0.15≤f₂'/f_胶合'≤0.05，

-0.05≤f₃'/f_胶合'≤0.15，

-0.2≤f₄'/f_胶合'≤0.05，

0.6≤f₂'/f₄'≤1.7；

其中，f₂'、f₃'、f₄'、分别为所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜的焦距，且单位均为mm。

优选地，所述第一镜组还满足：

所述三胶合透镜的中心厚度T_胶合满足：0.815≤T_胶合/f'≤1.278；

所述第一透镜的中心厚度T1满足：0.443≤T1/f'≤0.563；

所述第一透镜与所述三胶合透镜的轴上距离D1满足：0.014≤D1/f'≤ 0.023；

其中，T_胶合、T1、D1的单位为mm。

优选地，所述第一镜组还满足：

所述第一透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₁₁和R₁₂满足：1.455≤ R₁₁/f'≤2.44，-11.759≤R₁₂/f'≤-3.394；

所述第二透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₂₁和R₂₂满足：1.245≤ R₂₁/f'≤2.412，0.759≤R₂₂/f'≤1.021；

所述第三透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₃₁和R₃₂满足：0.759≤ R₃₁/f'≤1.021，-1.884≤R₃₂/f'≤-1.379；

所述第四透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₄₁和R₄₂满足：-1.884 ≤R₄₁/f'≤-1.379，-17.895≤R₄₂/f'≤-5.004；

其中，R₁₁、R₁₂、R₂₁、R₂₂、R₃₁、R₃₂、R₄₁、R₄₂的单位均为mm。

优选地，所述第五透镜的折射率大于1.55，阿贝系数小于40；

所述第五透镜的中心厚度T5满足：0.308≤T5/f'≤0.654；

所述第五透镜中第一折射面和第二折射面的半径R51和R52满足：1.748 ≤R₅₁/f'≤3.555，-3.513≤R₅₂/f'≤-2.146；

其中，T5、R₅₁、R₅₂的单位为mm。

优选地，所述第三镜组满足：

1.85≤f₆'/f'_C≤2.4，

2.2≤f₇'/f'_C≤2.5；

其中，f₆'、f₇'分别为所述第六透镜、第七透镜的焦距，单位均为mm。

优选地，所述第三镜组满足：

0.75≤f₆'/f₇'≤1.05；

所述第六透镜与所述第七透镜的轴上距离D6满足：0.414≤D6/f'≤0.818；

其中，f₆'、f₇'分别为所述第六透镜、第七透镜的焦距，且f₆'、f₇'、D6的单位均为mm。

优选地，

所述第六透镜中第一折射面和第二折射面的半径R61和R62满足：-1.541 ≤R₆₁/f'≤-1.192，R₆₂/f'≤-4.965或者R₆₂/f'≥1.918；

所述第七透镜中第一折射面和第二折射面的半径R71和R72满足：-0.653 ≤R₇₁/f'≤-0.343，-1.395≤R₇₂/f'≤-0.636；

其中，R₆₁、R₆₂、R₇₁、R₇的单位均为mm。

优选地，所述第一透镜、所述第七透镜各自的第一折射面和第二折射面均满足：

其中，Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离；r表示非球面上的点到光轴的距离；c表示非球面的中心曲率；k表示圆锥率；a4、a6、 a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

优选地，

所述第一镜组与所述光阑的轴上距离D4满足：0.575≤D4/f'≤1.152；

所述光阑与所述第二镜组的轴上距离DS满足：0.371≤DS/f'≤0.594；

所述第二镜组与所述第三镜组的轴上距离D5满足：0.098≤D5/f'≤1.035；

其中，D4、DS、D5的单位均为mm。

本实用新型的镜头，在镜头的最前侧和最后侧分别使用两块非球面透镜，分别能够代替两侧的几片球面透镜，且第一镜组使用四片透镜的组合，第二镜组使用一片双凸透镜，第三镜组使用三片透镜的组合，如此设置之后，相较于各镜组均使用多片透镜，以及各透镜均使用球面透镜来说，能够使透镜的第一侧和第二侧分别在满足相同焦距的情况下，大大地缩小整个镜头的轴向尺寸，减小畸变，且能够得到较小的焦距，使镜头的投射比更小；同时全部使用玻璃透镜，增加镜头的透光率，使成像过程中具有足够的光能量，相对于有的透镜使用塑胶的镜头来说，本实用新型能够改善镜头受温度影响造成的离焦。

本实用新型的第二方面提供了一种成像系统，包括依次排布的显示器件、分光器件以及如上任一项所述的镜头，且所述显示器件、所述分光器件均位于所述镜头的第一侧。

优选地，所述显示器件包括DMD、LCOS或者LCD显示器件；所述显示器件的尺寸小于或者等于0.3寸。

本实用新型的第三方面提供了一种电子设备，包括如上任一项所述的成像系统。

本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：

图1为本实用新型提供的成像系统的一种优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的镜头的一种优选实施例的结构示意图；

图3-图5分别为实施例一、二、三的结构示意图。

图中：

1、显示器件；

2、保护玻璃；

3、分光器件；

4、镜头；A、第一镜组；L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜； L4、第四透镜；B、第二镜组；L5、第五透镜；C、第三镜组；L6、第六透镜；L7、第七透镜；S光阑；

5、像面。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

另外，本实用新型中的焦距、半径、中心厚度和轴上距离的单位均为mm，并且，半径为透镜的曲率半径，非球面时，采用非球面的中心曲率(即靠近光轴处的曲面的曲率)的倒数，即1/c；中心厚度指透镜的第一折射面与第二折射面在光轴上的距离；轴上距离为各光学元件(包括透镜、光阑、成像面)相邻的两个面在光轴上的距离；对于非球面的透镜，涉及到其球心，未特别说明的均指非球面靠近光轴处(即与光轴相交)的曲面的球心。且为了方面描述，建立镜头坐标系，定义沿光轴方向的第一侧所在的方向为“负”，第二侧的方向为“正”，即在图1中，沿光轴向右为正，向左为负。其中，文中以及表中各参数的意义如下：FOV.：镜头的像方半视场角，NA：镜头的物方数值孔径； Nd：折射率；Vd：阿贝数；f'：镜头的焦距，以mm为单位；f_i'：第i透镜的焦距，以mm为单位；R_ij：第i透镜的第j折射面的半径，以mm为单位；参考图1，Ti：第i透镜的中心厚度，以mm为单位；Di：第i透镜与其沿正方向的相邻透镜或光学部件中相邻两个光学面在光轴方向上的距离，以mm 为单位；D0为分光器件与第一透镜的相邻两个光学面在光轴上的距离，单位为mm；DS：光阑与第五透镜相邻两个光学面沿光轴方向的距离，D0、DS均以mm为单位。且，上述i，j分别为1，2，…，7。

本实用新型提供了一种电子设备，如投影设备、3D打印设备、扫描设备等成像设备，其包括成像系统，如图1所示，成像系统包括依次排布的显示器件1、分光器件3以及镜头4，且三者沿镜头4的光轴排列，其中，显示器件 1、分光器件3均位于镜头4的第一侧。

显示器件1可以包括DMD(Digital Micromirror Device，数字式微镜器件)、 LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)显示器、或者LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)中的任意一种，具体地，显示器件1的尺寸可以为0.45 寸、0.3寸或者小于0.3寸，显示器件1可以为芯片形式，为了对其进行保护，可以在显示器件1与分光器件3之间设置保护玻璃2。分光器件3具体地可以包括棱镜。当然，成像系统还具有像面5，在镜头4用于投影设备时，其像面 5为投影面，如投影布或者墙壁等。

镜头4具有沿光轴方向的第一侧和第二侧，在应用于投影设备、扫描设备以及3D打印设备时，可以设置第一侧为物方，第二侧为像方，显示器件1、保护玻璃2以及分光器件3均位于第一侧，当然根据光路可逆的原理，在实际使用中，也可以第一侧为像方，第二侧为物方，可以根据具体需要进行设置。下面以第一侧为物方，第二侧为像方为例进行描述。

镜头包括镜筒(图中未示出)和多片透镜，多片透镜沿光轴依次排列并安装于镜筒内。在现有技术中，为了得到较好地成像质量，镜头设置有三个、四个或者更多个镜组，各镜组包括至少两片透镜，通常各透镜均为球面透镜，因此，至少需要将八片以上的透镜组合在一起，这就增加了镜头的装配工序，且这种方式，装配得到的镜头的轴向尺寸(沿光轴的尺寸)比较大，不利于小型设备的应用；且在其应用于尺寸小于0.45寸的小型显示器件时，分别率太差。

为此，本实用新型研制了一种能够适用于小尺寸显示器件的镜头4，具体地，参考图2-图5，镜头包括从第一侧到第二侧(即图中从左到右的方向)沿光轴依次排布的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4构成第一镜组A，第五透镜L5构成第二镜组B，第六透镜L6、第七透镜L7构成第三镜组C，第一镜组A和第二镜组B的焦距为正，第三镜组C的焦距为负，并且，在第一镜组A与第二镜组B之间设置有光阑 S。参考表1，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6均为球面玻璃透镜，第一透镜L1、第七透镜L7为非球面玻璃透镜，其中，第一透镜L1为双凸正透镜；第二透镜L2为第一、第二折射面均凹向第二侧的月牙负透镜；第三透镜L3为双凸正透镜；第四透镜L4为第一、第二折射面均凹向第一侧的月牙负透镜；第五透镜L5为双凸正透镜；第六透镜 L6为双凹负透镜或者第一、第二折射面均凹向第一侧的月牙负透镜；第七透镜L7为第一、第二折射面均凹向第一侧的月牙负透镜；其中，透镜的第一折射面指其靠近第一侧的折射面，第二折射面指其靠近第二侧的折射面。上述镜头满足以下参数条件：

24.8°≤FOV.≤35.6°，

0.250≤NA≤0.292，

5.5≤f'≤8.5，

第一透镜L1的折射率小于1.7，阿贝数大于55；

第七透镜L7的折射率大于1.5，阿贝数大于50。

上述镜头4，仅设置三组镜组，且第一镜组A仅使用五片透镜、第二镜组 B仅使用一片透镜、第三镜组C仅使用两片透镜，使镜头4的镜片数量明显减少，降低了装配公差对镜头4的分辨率造成的影响，明显缩短镜头4的轴向尺寸，能够适应电子设备向小型、微型化发展的趋势。

且本实用新型的镜头的各透镜均使用全玻璃设计，使整个镜头4的透光率好，能够输出更高的光能量，提高了光的利用率，不做渐晕设置，实现了较好的像面照度均匀性，中心视场和边缘视场的相对照度差异能够控制在2％以内，光利用效率高，提高了成像的亮度；同时能够提高镜头的热稳定性，尽可能避免透镜热变形而造成的跑焦现象发生，进而降低环境温度对镜头成像效果的影响，提高镜头的适应性。本实用新型还通过将光阑S设置于第一镜组A 与第二镜组B之间，使得镜头4整体结构相对对称，能够有效地平衡彗差和畸变，进一步提高镜头4的成像质量。

考虑到如此少的透镜，可能造成镜头的投射比、畸变较大，本实用新型使用五片球面透镜和两片非球面透镜的组合，且将两片非球面透镜分别设置于透镜3的两个最外侧，能够有效地减小畸变，提高成像质量。在成像系统中，投射比＝投影距离/画幅长度，在投影距离一定的情况下，投射比越小，画幅长度越大，意味着投射更大的画幅，即投射比越小，像方半视场角会越大，本实用新型中的镜头的像方视场角位于24.8°至35.6°的范围内，物方数值孔径位于 0.250至0.292的范围内，焦距位于5.5至8.5的范围内，在与DMD或LCOS 等显示器件1以及相应照明光路配合使用，将显示器件1反射的光束收集并聚焦到像面如显示屏幕，具有在同等显示器件1的情况下，投射比小，显示尺寸大的优势，尤其对于像素尺寸更小的显示器件1，如小于等于0.3寸的显示器件，仍能够达到更高的分辨率，从而提高图像质量。

需要说明的是，月牙透镜指其两个折射面(第一侧折射面和第二侧折射面) 的球心均在对应表面左侧或均在对应表面的右侧，即两个折射面均凹向同侧；双凸透镜指其第一折射面的球心在该表面的右侧，第二折射面的球心在该表面的左侧；双凹透镜指其第一折射面的球心在该表面的左侧，第二折射面的球心在该表面的右侧。当镜片表面为平面时，球心相对表面位置默认为正无穷或者负无穷，以此在镜片形态中分类。非球面透镜指透镜的第一折射面和第二折射面均为非球面。

具体地，各镜组的焦距可以进行多种组合，一种优选的实施例中，上述镜头还满足以下参数条件：

1.47≤f'_A/f'≤2.44，

1.148≤f'_B/f'≤2.452，

-1.21≤f'_C/f'≤-0.80，

通过上述参数范围的设置，能够使各镜组更好地配合，进而提高整个镜头的成像质量，降低其投射比，进而更好地适应小型显示器件的发展。

在第一镜组A中，四片透镜可以两两间隔设置(指两片透镜之间留有间隙)，也可以其中两片或者三片贴合设置，本实用新型考虑到第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4均为球面透镜，因此，一种优选的实施例中，第一镜组A中的第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4依次贴合，形成三胶合透镜；三胶合透镜与第一透镜L1间隔设置。此实施例中，三胶合透镜与第一透镜L1组合，使整个第一镜组A的焦距为正。通过将第一镜组A中的三个透镜进行胶合处理，明显缩短了第一镜组A的轴向尺寸，进而有利于整个镜头4的小型化设计；且通过将三个透镜贴合设置，能够有效地减小垂轴色差，更好地提升成像的色彩一致性。同时，由于三胶合透镜直接形成一个整体，在整个镜头4的装配中，不需对第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4三者的相对位置进行调整，因此，能够减小各透镜之间的装配误差，更加易于镜头 4装配的稳定性，降低装配公差对于镜头分辨率造成的影响，还能够节省装配工序，提高镜头的装配效率，有利于实际生产中镜头良率的提升。

其中，第三透镜L3的材质与第二透镜L2、第四透镜L4的材质不同，具体地，第二透镜L2的折射率和第四透镜L4的折射率均大于第三透镜L3的折射率，第二透镜L2的阿贝数和第四透镜L4的阿贝数均小于第三透镜L3的阿贝数。优选地，第二透镜L2的折射率和第四透镜L4的折射率均大于1.7，第三透镜L3的折射率小于1.6；第二透镜L2的阿贝数小于45，第三透镜L3的阿贝数大于70，第四透镜L4的阿贝数小于40，通过上述设置，增加第二透镜L2、第四透镜L4与第三透镜L3之间的差异，从而减小三胶合透镜的色散，进一步优化镜头4的垂轴色差，避免产生画面的彩边现象，优化实际显示效果。具体地，通过上述优化设置，本实用新型的垂轴色差能够达到小于半个像素。

上述三胶合透镜中，各透镜的焦距满足：-0.15≤f₂'/f_胶合'≤0.05，-0.05≤f₃'/f_胶合'≤0.15，-0.2≤f₄'/f_胶合'≤0.05，0.6≤f₂'/f₄'≤1.7。通过以上参数的设置，能够更好地提升三胶合透镜的成像效果。其中，f_胶合'的单位为mm。

为了对整个镜头实现更好地优化，第一透镜L1的焦距为正，第一镜组A 还满足：0.95≤f₁'/f'_A≤1.3，-102≤f_胶合'/f'_A≤10.65。

上述三胶合透镜中各透镜的厚度和第一折射面、第二折射面的参数可以根据上述各参数进行设置，本实用新型为了进一步减小第一镜组A的轴向尺寸以及优化镜头4的成像质量，第一镜组A还满足：

三胶合透镜的中心厚度T_胶合满足：0.815≤T_胶合/f'≤1.278；

第一透镜L1的中心厚度T1满足：0.443≤T1/f'≤0.563；

第一透镜L1与三胶合透镜的轴上距离D1满足：0.014≤D1/f'≤0.023。

一种实施例中，第一镜组A还满足：

第一透镜L1中第一折射面和第二折射面的半径R₁₁和R₁₂满足：1.455≤ R₁₁/f'≤2.44，-11.759≤R₁₂/f'≤-3.394；

第二透镜L2中第一折射面和第二折射面的半径R₂₁和R₂₂满足：1.245≤ R₂₁/f'≤2.412，0.759≤R₂₂/f'≤1.021；

第三透镜L3中第一折射面和第二折射面的半径R₃₁和R₃₂满足：0.759≤ R₃₁/f'≤1.021，-1.884≤R₃₂/f'≤-1.379；

第四透镜L4中第一折射面和第二折射面的半径R₄₁和R₄₂满足：-1.884≤ R₄₁/f'≤-1.379，-17.895≤R₄₂/f'≤-5.004。

通过上述设置，能够更好地减小第一镜组A的尺寸，提升镜头4的成像质量。值得注意的是，在三胶合透镜的实施例中，R₂₂与R₃₁相等，R₃₂与R₄₁相等。在其余实施例中，R₂₂与R₃₁不一定必须相等，R₃₂与R₄₁也不一定必须相等。

在第一镜组A中各透镜间隔设置的实施例中，各透镜的焦距优选为：1.781 ≤f₁'/f'≤2.495，-3.219≤f₂'/f'≤-2.244，1.12≤f₃'/f'≤1.457，-3.489≤f₄'/f'≤-1.935，以此提升整个镜头4的成像质量。

在第二镜组B中，仅设置一片球面凸透镜，第五透镜L5优选如下参数设置：

折射率大于1.55，阿贝系数小于40；

第五透镜L5的中心厚度T5满足：0.308≤T5/f'≤0.654；

第五透镜L5中第一折射面和第二折射面的半径R₅₁和R₅₂满足：1.748≤ R₅₁/f'≤3.555，-3.513≤R₅₂/f'≤-2.146。

采用如上参数设置，能够进一步减小整个镜头4的体积，同时提升镜头4 的成像质量。

在第三镜组C中，各透镜满足：1.85≤f₆'/f'_C≤2.4，2.2≤f₇'/f'_C≤2.5；相对于整个镜头4来说，f₆'、f₇满足：-2.484≤f₆'/f'≤-1.544，-2.718≤f₇'/f'≤-1.94。如此设置，能够进一步优化第三镜组C的成像质量。

优选地，0.75≤f₆'/f₇'≤1.05，第六透镜L6与第七透镜L7的轴上距离D6 满足：0.414≤D6/f'≤0.818，以减小第三镜组C的轴向尺寸，使整个镜头4的体积更小，更好地适应小型显示器件1的成像要求。

进一步地，第三镜组C的各透镜中，第六透镜L6的中心厚度T6满足： 0.142≤T6/f'≤0.316，第七透镜L7的中心厚度T7满足：0.181≤T7/f'≤0.261，以进一步优化第三镜组C，使其轴向尺寸更小。

在第三镜组C中，第六透镜L6中第一折射面和第二折射面的半径R₆₁和 R₆₂满足：-1.541≤R₆₁/f'≤-1.192，R₆₂/f'≤-4.965或者R₆₂/f'≥1.918；第七透镜 L7中第一折射面和第二折射面的半径R₇₁和R₇₂满足：-0.653≤R₇₁/f'≤-0.343， -1.395≤R₇₂/f'≤-0.636。以进一步优化第三镜组C各透镜，提升整个镜头4的成像质量；且更好地减小整个第三镜组C的体积，适应小型设备的发展。

不论采用上述哪种实施例，第一透镜L1和第七透镜L7各自的第一折射面和第二折射面均满足：

其中，为了表述方便，由于第一透镜L1和第七透镜L7第一折射面、第二折射面均为非球面，因此，下述对二者的各折射面统一表述为非球面，且非球面的顶点指非球面与光轴的交点，则，Z表示非球面上的点离非球面的顶点在光轴方向的距离；r表示非球面上的点到光轴的距离；c表示非球面的中心曲率；k表示圆锥率；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

通过上述设置，使第一透镜L1和第七透镜L7的各折射面可控，以便于整个镜头4中各参数的调整，进而使整个镜头4具有较小的F数、投射比、垂轴色差，以及更高的分辨率，达到更优的成像质量。

光阑S的具体位置可以进行调整，本实用新型的优选实施例中，较第一镜组A，光阑S更靠近第二镜组B，优选地，第一镜组A与光阑S的轴上距离 D4满足：0.575≤D4/f'≤1.152；光阑S与第二镜组B的轴上距离DS满足：0.371 ≤DS/f'≤0.594；以限制第二侧的光束和图像大小，使镜头4所成的像更加清晰、正确，且提升图像的亮度。

为了进一步提升成像效果，第二镜组B与第三镜组C的轴上距离D5满足： 0.098≤D5/f'≤1.035。

本实用新型的优选实施例中各透镜的主要参数参考表1。

表1

在上述镜头用于成像系统时，第一镜组A与分光器件3在光轴上的距离 D0不做尺寸限制，只要能够避免镜头与其他器件发生干涉即可，在同等设计条件下，该值越大，设计难度就越大，因此，对于本文中多个实施例来说优选地，D0为0.1mm～10mm，如4.781mm，实际应用中此值可以根据实际需求进行更改；第三镜组C与像面5(如应用于投影设备时，为投影面)在光轴上的距离D7满足：117.647≤D7/f'≤181.818，其中D0、D7的单位为mm。且显示器件1与保护玻璃2在光轴上的距离为0.303mm，当然该距离并不限定于此，可以根据具体选用的显示器件1进行确定；保护玻璃2与分光器件3在光轴上的距离为大于0.1mm，优选0.297mm，此值可以根据实际设计情况进行调整，以避免显示器件1与风光器件3以及镜头发生干涉。通过上述参数的设置，能够使整个成像系统的投射比更小，进一步缩小整个成像系统的尺寸，适应电子设备向小型化、微型化发展的趋势。

值得注意的是，上述各透镜的参数并不一定限于每一个实施例限制的参数组合，各透镜的参数范围可以进行多种组合，各参数的具体数值可以进行适当选择，实现镜头的整体缩放，进而使其可以适应更多的场合，另外，当镜头进行缩放时，其焦距f'也发生相应的变化，进而使其可以适应不同的焦距场合，可以与不同的DMD相适配，例如0.3寸DMD和0.47寸DMD等。

下面以显示器件1为DMD、分光器件3为棱镜，列出本实用新型的成像系统的具体实施例的设计。其中，下述各表中的参数示意与表1中的一致，显示器件1、保护玻璃2以及棱镜中的间隔均指该光学部件与位于其正方向一侧的相邻部件在光轴上的距离。Li-Sj指第i透镜的第j折射面。

参考图3，为成像系统的具体实施例一，其中各透镜、光阑以及成像系统中各光学器件的参数，见表2；其中，第一透镜L1、第七透镜L7的各非球面的参数见表3。

表2

表3

根据表2、3各参数形成的成像系统的光学系统参数见表4。

表4

参数	单位	数值	备注
				半视场角FOV	°	35.57	-
焦距f'	mm	5.5	-
				物方数值孔径NA		0.257	-
远心度	°	<1.05
				MTF	％	>55％	空间频率93lp/mm
畸变	％	<0.81％
				垂轴色差	μm	≤2.7	半像素尺寸2.7μm

参考图4，为成像系统的具体实施例二，其中各透镜、光阑以及成像系统中各光学器件的参数，见表5；其中，第一透镜L1、第七透镜L7的各非球面的参数见表6。

表5

表6

根据表5、6各参数形成的成像系统的光学系统参数见表7。

表7

参考图5，为成像系统的具体实施例三，其中各透镜、光阑以及成像系统中各光学器件的参数，见表8；其中，第一透镜L1、第七透镜L7的各非球面的参数见表9。

表8

表9

根据表8、9各参数形成的成像系统的光学系统参数见表10。

表10

参数	单位	数值	备注
				半视场角FOV	°	24.82	-
焦距f'	mm	8.5	-
				物方数值孔径NA		0.292	-
远心度	°	<1
				MTF	％	>49％	空间频率93lp/mm
畸变	％	<0.7％
				垂轴色差	μm	≤2.1	半像素尺寸2.7μm

其中，表4、表7、表10中，MTF的中文意思是调制传递函数，是目前分析镜头的成像比较科学的方法，MTF值的范围是从0到1；空间频率的单位是线对/毫米(lp/mm)，相邻的黑白两条线可以称为一个线对，每毫米能够分辨出的线对数就是空间频率，在已知空间频率下，MTF值越接近1则此镜头的分辨率越好；畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。

由表4、表7、表10能够看出，在显示器件1均采用0.3寸的DMD器件时，采用本实用新型的镜头4，使整个成像系统具有较大的视场角，较小的投射比，且成像清晰，MTF均能够大于49％，且空间频率能够达到93lp/mm，同时，畸变均小于0.81％，垂轴色差也小于或者等于半个像素，经试验发现，整个成像系统的成像质量很高。可见，该镜头畸变小，成像质量高，使用光学零件数量少，能够适应较小显示器件、高分辨率的应用需求，有利于电子设备向小型化、微型化发展。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims

1.一种镜头，所述镜头具有沿光轴方向的第一侧和第二侧，其特征在于，所述镜头包括从第一侧到第二侧沿所述光轴依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜构成第一镜组，所述第五透镜构成第二镜组，所述第六透镜和所述第七透镜构成第三镜组，所述第一镜组和所述第二镜组的焦距为正，所述第三镜组的焦距为负，并且在所述第一镜组与所述第二镜组之间设置有光阑；

所述镜头满足以下参数条件：

24.8°≤FOV.≤35.6°，

0.250≤NA≤0.292，

5.5≤f'≤8.5；

所述第一透镜的折射率小于1.7，阿贝数大于55；

所述第七透镜的折射率大于1.5，阿贝数大于50；

其中：FOV.表示所述镜头的像方半视场角，NA表示所述镜头的物方数值孔径；f'为所述镜头的焦距，单位为mm。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足以下参数条件：

1.47≤f'_A/f'≤2.44，

1.148≤f'_B/f'≤2.452，

-1.21≤f'_C/f'≤-0.80，

3.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜依次贴合，形成三胶合透镜；所述三胶合透镜的焦距为负；

4.根据权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第一镜组还满足：

0.95≤f₁'/f'_A≤1.3，

-102≤f_胶合'/f'_A≤10.65，

5.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述三胶合透镜满足：

-0.15≤f₂'/f_胶合'≤0.05，

-0.05≤f₃'/f_胶合'≤0.15，

-0.2≤f₄'/f_胶合'≤0.05，

0.6≤f₂'/f₄'≤1.7；

6.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述第一镜组还满足：

所述第一透镜的中心厚度T1满足：0.443≤T1/f'≤0.563；

所述第一透镜与所述三胶合透镜的轴上距离D1满足：0.014≤D1/f'≤0.023；

其中，T_胶合、T1、D1的单位为mm。

7.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述第一镜组还满足：

所述第一透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₁₁和R₁₂满足：1.455≤R₁₁/f'≤2.44，-11.759≤R₁₂/f'≤-3.394；

所述第二透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₂₁和R₂₂满足：1.245≤R₂₁/f'≤2.412，0.759≤R₂₂/f'≤1.021；

所述第三透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₃₁和R₃₂满足：0.759≤R₃₁/f'≤1.021，-1.884≤R₃₂/f'≤-1.379；

所述第四透镜中第一折射面和第二折射面的半径R₄₁和R₄₂满足：-1.884≤R₄₁/f'≤-1.379，-17.895≤R₄₂/f'≤-5.004；

8.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第五透镜的折射率大于1.55，阿贝系数小于40；

所述第五透镜的中心厚度T5满足：0.308≤T5/f'≤0.654；

所述第五透镜中第一折射面和第二折射面的半径R51和R52满足：1.748≤R₅₁/f'≤3.555，-3.513≤R₅₂/f'≤-2.146；

其中，T5、R₅₁、R₅₂的单位为mm。

9.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第三镜组满足：

1.85≤f₆'/f'_C≤2.4，

2.2≤f₇'/f'_C≤2.5；

10.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第三镜组满足：

0.75≤f₆'/f₇'≤1.05；

11.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，

所述第六透镜中第一折射面和第二折射面的半径R61和R62满足：-1.541≤R₆₁/f'≤-1.192，R₆₂/f'≤-4.965或者R₆₂/f'≥1.918；

所述第七透镜中第一折射面和第二折射面的半径R71和R72满足：-0.653≤R₇₁/f'≤-0.343，-1.395≤R₇₂/f'≤-0.636；

其中，R₆₁、R₆₂、R₇₁、R₇的单位均为mm。

12.根据权利要求1-11任一项所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第七透镜各自的第一折射面和第二折射面均满足：

其中，Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离；r表示非球面上的点到光轴的距离；c表示非球面的中心曲率；k表示圆锥率；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

13.根据权利要求1-11任一项所述的镜头，其特征在于，

其中，D4、DS、D5的单位均为mm。

14.一种成像系统，其特征在于，包括依次排布的显示器件、分光器件以及如权利要求1-13任一项所述的镜头，且所述显示器件、所述分光器件均位于所述镜头的第一侧。

15.根据权利要求14所述的成像系统，其特征在于，所述显示器件包括DMD、LCOS或者LCD显示器件；所述显示器件的尺寸小于或者等于0.3寸。

16.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求14或者15所述的成像系统。