光学镜头、投影模组及电子设备的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学镜头、投影模组及电子设备。


背景技术：

2.在增强现实(augmented reality，简称ar)设备和虚拟现实(virtual reality，简称vr)设备中，光学镜头是必不可少的一部分，而随着增强现实技术和虚拟现实技术的发展，小型化、超清化逐渐成为光学镜头的发展趋势。然而相关技术中，难以在满足光学镜头轻薄小型化的设计趋势的同时，实现光学镜头的高品质投影成像。


技术实现要素：

3.本发明实施例公开了一种光学镜头、投影模组及电子设备，能够在实现光学镜头的轻薄、小型化设计的同时，提高光学镜头的投影成像品质。
4.为了实现上述目的，第一方面，本发明公开了一种光学镜头，所述光学镜头共有具有屈折力的五片透镜，所述五片透镜沿光轴从成像侧至像源侧依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
5.所述第一透镜具有正屈折力，所述第一透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；
6.所述第二透镜具有正屈折力，所述第二透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面，所述第二透镜的像源侧表面于近光轴处为凹面；
7.所述第三透镜具有负屈折力，所述第三透镜的成像侧表面于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像源侧表面于近光轴处为凹面；
8.所述第四透镜具有正屈折力，所述第四透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；
9.所述第五透镜具有正屈折力，所述第五透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面；
10.所述光学镜头满足以下关系式：5.3mm《f*tan(fov)《5.6mm；
11.其中，f为所述光学镜头的焦距，fov为所述光学镜头的最大视场角。
12.本技术提供的光学镜头中，第一透镜具有正屈折力，且第一透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面，有利于汇聚光线并向成像面投影成像；第二透镜具有正屈折力，且第二透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面，所述第二透镜的像源侧表面于近光轴处为凹面，第二透镜和第一透镜相互配合，有利于降低第二透镜的屈折力负担，防止第二透镜过于弯曲，降低第二透镜的加工难度；第三透镜具有负屈折力，搭配第三透镜的成像侧表面和像源侧表面于近光轴处均为凹面的设计，用于对集中光束进行发散，且有利于校正光学镜头的像差，提高成像品质；第四透镜具有正屈折力，第四透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面，有利于辅助第五透镜汇聚光线，校正第五透镜产生的部分像差；第五透镜具有正屈折力，且第五透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面的设计，有利于平衡第五透镜像源侧表面的面型配置，增强第五透镜的光线汇聚能力。
13.此外，光学镜头满足关系式：5.3mm《f*tan(fov)《5.6mm。其中，f为所述光学镜头的焦距，fov为所述光学镜头的最大视场角的。满足上述关系式时，有利于平衡光学镜头的焦
距与光学镜头的视场角，有利于控制光学镜头的光学总长，实现光学镜头小型化设计，以及改善光学镜头边缘视场的畸变，同时还有利于限制光学镜头在垂直于光轴方向上的尺寸，以及图像显示元件的像源面大小，以进一步实现投影模组以及具有投影功能的电子设备的小型化设计，例如可适用于ar/vr眼镜上，减小ar/vr眼镜的镜架的直径，以便用户佩戴。而当超出上述关系式的上限时，光学镜头的焦距过大，从而导致光学镜头的体积过大，不利于小型化设计，或者光学镜头的视场角过大，光学镜头边缘视场的畸变过大，不利于实现高品质投影成像。当低于上述关系式的下限时，光学镜头的焦距过小，容易增大光学镜头的生产工艺难度，不利于减少生产成本，或者光学镜头的视场角过小，降低光学镜头的视场范围，导致光学镜头的成像信息不全，影响投影品质。
14.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.29《imgh/ttl《0.31。其中，ttl为所述第一透镜的成像侧表面至所述光学镜头的像源面于所述光轴上的距离，即光学镜头的光学总长，imgh为所述光学镜头的最大视场角所对应的像源高度。满足上述关系式时，有利于平衡光学镜头的像源面大小与光学镜头的光学总长，使得光学镜头的结构更加紧凑，实现小型化设计，还有利于减小光学镜头的远心度，提高光学镜头的远心特性，以提高光学镜头的景深，有利于改善光学镜头的均匀度，满足高品质投影成像的要求。当超出上述关系式的上限时，光学镜头的体积过大，导致光学镜头的生产成本过高，当低于上述关系式的下限时，光学镜头的远心度过大，容易影响光学镜头的均匀度和投影品质。
15.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：30
°
《fov《35
°
。其中，fov为所述光学镜头的最大视场角。满足上述关系式时，有利于使得光学镜头的视场角控制在合理范围内，以改善光学镜头边缘视场的畸变。当超出上述关系式的上限时，容易使得光学镜头的视场角过大，导致光学镜头边缘视场的畸变过大，图像外围出现扭曲现象，当低于上述关系式的下限时，容易使得光学镜头的视场角过小，降低光学镜头的视场范围，导致光学镜头的成像信息不全，影响光学镜头的成像质量。
16.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.31mm2《t45*f*tan(fov)《0.34mm2。其中，t45为所述第四透镜与所述第五透镜于所述光轴上的空气间隙。满足上述关系式时，有利于限制第四透镜和第五透镜于光轴上的空气间隙，缩短光学镜头的光学总长，实现光学镜头的小型化设计，同时避免第四透镜和第五透镜之间的距离过小而导致第四透镜和第五透镜之间干涉，容易增大光学镜头的装配难度及不良风险。
17.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.6《f4/f《0.8。其中，f4为第四透镜的焦距。满足上述关系式时，有利于合理分配第四透镜的屈折力贡献量，防止第四透镜的屈折力过强而导致第四透镜的表面过于弯曲，有利于降低光学镜头的公差敏感度，以及防止第四透镜的屈折力过弱而增大其余透镜校正像差的压力，保证光学镜头的投影成像品质。
18.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：4《f1/f+f2/f《8。其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。满足上述关系式时，有利于合理分配第一透镜和第二透镜的屈折力，防止第一透镜与第二透镜组合的屈折力过分集中而导致第一透镜和第二透镜过于弯曲，或者第一透镜和第二透镜的屈折力过弱而不利
于光学镜头的像差的矫正，从而有利于保证光学镜头的投影成像品质。
19.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：2《f2/f《6。其中，f2为第二透镜的焦距。满足上述关系式时，有利于合理分配第二透镜的屈折力贡献量，防止第二透镜的屈折力过强而导致第二透镜的表面过于弯曲，有利于降低光学镜头的公差敏感度，以及防止第二透镜的屈折力过弱而不利于光学镜头的像差的矫正，从而有利于保证光学镜头的投影成像品质。
20.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：-3《r2/f《-1。其中，r2为第一透镜的像源侧表面于光轴处的曲率半径。满足上述关系式时，有利于限制第一透镜的屈折力，避免第一透镜的屈折力过强而导致第一透镜的表面过于弯曲以及第一透镜的加工难度增大，或者避免第一透镜的屈折力过弱而导致第一透镜的焦距过长，有利于使得光学镜头结构紧凑，从而有利于实现光学镜头的小型化设计。
21.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：|r1/r2|》1.5。其中，r1为第一透镜的成像侧表面于光轴处的曲率半径，r2为第一透镜的像源侧表面于光轴处的曲率半径。满足上述关系式时，有利于使得第一透镜的成像侧表面以及像源侧表面的曲率半径均衡，避免第一透镜的成像侧表面以及像源侧表面的曲率半径差异过大而导致第一透镜的加工难度增大。
22.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.9《r3/r4《1.1。其中，r3为第二透镜的成像侧表面于光轴处的曲率半径，r4为第二透镜的像源侧表面于光轴处的曲率半径。满足上述关系式时，有利于使得第二透镜的成像侧表面以及像源侧表面的曲率半径均衡，避免第二透镜的成像侧表面以及像源侧表面的曲率半径差异过大而导致第二透镜的加工难度增大。
23.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.4《ct1/(ct2+ct3)《0.6。其中，ct1为第一透镜于光轴上的厚度，ct2为第二透镜于光轴上的厚度，ct3为第三透镜于光轴上的厚度。满足上述关系式时，能够将第一透镜、第二透镜、第三透镜于光轴上的厚度控制在合适范围内，避免单个透镜的厚度过大或者过小而导致难以加工的情况出现。
24.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：11《f2/ct2《40。其中，f2为第二透镜的焦距，ct2为第二透镜于光轴上的厚度。满足上述关系式时，有利于限制第二透镜的面型，避免第二透镜的表面过于弯曲而影响光学镜头的敏感度，从而有利于保证光学镜头生产加工的良率，以及避免第二透镜的表面过于平整而导致第二透镜的焦距过长，从而有利于平衡光学镜头各个透镜的屈折力分配，以及有利于使得光学镜头结构紧凑，实现光学镜头的小型化设计。
25.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.48《td/ttl《0.5。其中，td为第一透镜的成像侧表面至第五透镜的像源侧表面于光轴上的距离，ttl为所述第一透镜的成像侧表面至所述光学镜头的像源面于所述光轴上的距离。满足上述关系式时，能够避免光学镜头整体过长或过短，有利于实现光学镜头的小型化设计，同时控制光学镜头的制造难度，在光学镜头小型化设计和光学镜头制造难度之间取得平衡。
26.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：
0.6《sd11/sd51《0.8。其中，sd11为第一透镜的成像侧表面的有效半口径，sd51为第五透镜的成像侧表面的有效半口径。满足上述关系式时，有利于限制第一透镜和第五透镜的成像侧表面的有效半口径，避免光学镜头两侧的口径差异过大，有利于保持光学镜头的中心均衡，同时也有利于光学镜头的安装。
27.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，光学镜头满足关系式：0.8《sd21/sd42《0.9。其中，sd21为第二透镜的成像侧表面的有效半口径，sd42为第四透镜的像源侧表面的有效半口径。满足上述关系式时，有利于限制第二透镜和第四透镜的成像侧表面的有效半口径，避免第二透镜的成像侧表面的有效半口径和第四透镜的像源侧表面的有效半口径的差异过大而导致装配困难，有利于使得光学镜头的整体结构更加平衡，确保光学镜头的组装稳定性。
28.第二方面，本发明公开了一种投影模组，所述投影模组包括图像显示元件和如上述第一方面所述的光学镜头，所述图像显示元件设于所述光学镜头的像源侧。具有所述光学镜头的投影模组，能够有效控制光学镜头的光学总长，实现光学镜头的轻薄、小型化设计，并改善光学镜头边缘视场的畸变，提高光学镜头的投影成像品质。
29.第三方面，本发明还公开了一种电子设备，所述电子设备包括壳体和如上述第二方面所述的投影模组，所述投影模组设于所述壳体。具有所述投影模组的电子设备，能够有效控制光学镜头的光学总长，实现光学镜头的轻薄、小型化设计，并改善光学镜头边缘视场的畸变，提高光学镜头的投影成像品质。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
31.本发明实施例提供的一种光学镜头、投影模组及电子设备，所述光学镜头采用五片透镜，通过对五片透镜的屈折力、面型进行设计的同时，使得光学镜头满足关系式：5.4《f*tan(hfov)《5.6，以平衡光学镜头的焦距和视场角，从而有利于控制光学镜头的光学总长，实现光学镜头的轻薄、小型化设计，并改善光学镜头边缘视场的畸变，提高光学镜头的投影成像品质，同时还有利于限制光学镜头在垂直于光轴方向上的尺寸，以及图像显示元件的像源面大小，以进一步实现投影模组以及具有投影功能的电子设备的小型化设计，例如可适用于ar/vr眼镜上，减小ar/vr眼镜的镜架的直径，以便用户佩戴。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本技术第一实施例公开的设有光学镜头的投影模组的结构示意图；；
34.图2是本技术第一实施例公开的光学镜头的纵向球差图(mm)及畸变曲线图(％)；
35.图3是本技术第一实施例公开的光学镜头的像散曲线图(mm)；
36.图4是本技术第二实施例公开的设有光学镜头的投影模组的结构示意图；；
37.图5是本技术第二实施例公开的光学镜头的纵向球差图(mm)及畸变曲线图(％)；
38.图6是本技术第二实施例公开的光学镜头的像散曲线图(mm)；
39.图7是本技术第三实施例公开的设有光学镜头的投影模组的结构示意图；；
40.图8是本技术第三实施例公开的光学镜头的纵向球差图(mm)及畸变曲线图(％)；
41.图9是本技术第三实施例公开的光学镜头的像散曲线图(mm)；
42.图10是本技术第四实施例公开的设有光学镜头的投影模组的结构示意图；
43.图11是本技术第四实施例公开的光学镜头的纵向球差图(mm)及畸变曲线图(％)；
44.图12是本技术第四实施例公开的光学镜头的像散曲线图(mm)；
45.图13是本技术第五实施例公开的设有光学镜头的投影模组的结构示意图；
46.图14是本技术第五实施例公开的光学镜头的纵向球差图(mm)及畸变曲线图(％)；
47.图15是本技术第五实施例公开的光学镜头的像散曲线图(mm)；
48.图16是本技术提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.请参阅图1，根据本技术的第一方面，本技术公开了一种光学镜头100，光学镜头100共有具有屈折力的五片透镜，五片透镜沿光轴从成像侧至像源侧依次为第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5。投影时，图像光束从第五透镜l5的像源测依次进入第五透镜l5、第四透镜l4、第三透镜l3、第二透镜l2以及第一透镜l1并出射至成像侧的成像部件上实现投影成像。
51.其中，第一透镜l1具有正屈折力，第二透镜l2具有正屈折力，第三透镜l3具有负屈折力，第四透镜l4具有正屈折力，第五透镜l5具有正屈折力。第一透镜l1的成像侧表面s1于近光轴o处可为凸面或凹面，第一透镜l1的像源侧表面s2于近光轴o处可为凸面，第二透镜l2的成像侧表面s3于近光轴o处可为凸面，第二透镜l2的像源侧表面s4于近光轴o处可为凹面，第三透镜l3的成像侧表面s5于近光轴o处可为凹面，第三透镜l3的像源侧表面s6于近光轴o处可为凹面，第四透镜l4的成像侧表面s7于近光轴o处可为凸面或凹面，，第四透镜l4的像源侧表面s8于近光轴o处可为凸面，第五透镜l5的成像侧表面s9于近光轴o处可为凸面，第五透镜l5的像源侧表面s10于近光轴o处可为凸面或凹面。
52.本技术的光学镜头100中，第一透镜l1具有正屈折力，且第一透镜l1的像源侧表面s2于近光轴o处为凸面，有利于汇聚光线并向成像面投影成像；第二透镜l2具有正屈折力，且第二透镜l2的成像侧表面s3于近光轴o处为凸面，所述第二透镜l2的像源侧表面s4于近光轴o处为凹面，第二透镜l2和第一透镜l1相互配合，有利于降低第二透镜l2的屈折力负担，防止第二透镜l2过于弯曲，降低第二透镜l2的加工难度；第三透镜l3具有负屈折力，搭配第三透镜l3的成像侧表面s5和像源侧表面s6于近光轴o处均为凹面的设计，用于对集中光束进行发散，且有利于校正光学镜头100的像差，提高成像品质；第四透镜l4具有正屈折力，第四透镜l4的像源侧表面s8于近光轴o处为凸面，有利于辅助第五透镜l5汇聚光线，校正第五透镜l5产生的部分像差；第五透镜l5具有正屈折力，且第五透镜l5的成像侧表面s9于近光轴o处为凸面的设计，有利于平衡第五透镜l5像源侧表面s10的面型配置，增强第五透镜l5的光线汇聚能力。
53.一些实施例中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5的材质可选用塑料，从而使得光学镜头100具有良好的光学效果的同时，使得光学镜头100具有良好的轻便性。此外，塑料材质更易于透镜的加工，从而可降低光学镜头100的加工成本。
54.在一些实施例中，光学镜头100中透镜的材质也可以为玻璃，具有玻璃材质的透镜能够耐受较高或较低的温度且具有优良的光学效果及较佳的稳定性。
55.在一些实施例中，光学镜头100中还可设置至少两种不同材质的透镜，例如可采用玻璃透镜及塑料透镜相结合的设计，但具体配置关系可根据实际需求而确定，此处不加以穷举。
56.一些实施例中，光学镜头100还包括光阑101，光阑101可为孔径光阑或视场光阑，其可设置在光学镜头100的成像侧与第一透镜l1的成像侧表面s1之间。可以理解的是，在其他实施例中，该光阑101也可设置在第二透镜l2的像源侧表面s4和第三透镜l3的成像侧表面s5之间，或者，该光阑101也可设置在第一透镜l1的像源侧表面s2和第二透镜l2的成像侧表面s3之间，具体可根据实际情况调整设置，本实施例对此不作具体限定。
57.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.29《imgh/ttl《0.31。其中，ttl为所述第一透镜l1的成像侧表面s1至所述光学镜头100的像源面201于所述光轴o上的距离，即光学镜头100的光学总长，imgh为所述光学镜头100的最大视场角所对应的像源高度。具体地，imgh/ttl可以为0.291、0.296、0.297、0.300、0.301、0.303、0.305或0.308等。满足上述关系式时，有利于平衡光学镜头100的像源面201大小与光学镜头100的光学总长，使得光学镜头100的结构更加紧凑，实现小型化设计，还有利于减小光学镜头100的远心度，提高光学镜头100的远心特性，以提高光学镜头100的景深，有利于改善光学镜头100的均匀度，满足高品质投影成像的要求。当超出上述关系式的上限时，光学镜头100的体积过大，导致光学镜头100的生产成本过高，当低于上述关系式的下限时，光学镜头100的远心度过大，容易影响光学镜头100的均匀度和投影品质。
58.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：30
°
《fov《35
°
。其中，fov为所述光学镜头100的最大视场角。具体地，fov可以为30.5
°
、31.6
°
、32.1
°
、33.3
°
、34.47
°
或34.897
°
。满足上述关系式时，有利于使得光学镜头100的视场角控制在合理范围内，以改善光学镜头100边缘视场的畸变。当超出上述关系式的上限时，容易使得光学镜头100的视场角过大，导致光学镜头100边缘视场的畸变过大，图像外围出现扭曲现象，当低于上述关系式的下限时，容易使得光学镜头100的视场角过小，降低光学镜头100的视场范围，导致光学镜头100的成像信息不全，影响光学镜头100的成像质量。
59.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：5.3mm《f*tan(fov)《5.6mm。其中，f为所述光学镜头100的焦距，fov为所述光学镜头100的最大视场角。具体地，f*tan(fov)可以为5.305mm、5.328mm、5.396mm、5.41mm、5.45mm、5.52mm、5.55mm或5.59mm等。满足上述关系式时，有利于平衡光学镜头100的焦距与光学镜头100的视场角，有利于控制光学镜头100的光学总长，实现光学镜头100小型化设计，以及改善光学镜头100边缘视场的畸变，同时还有利于限制光学镜头100在垂直于光轴o方向上的尺寸，以及图像显示元件的像源面201大小，以进一步实现投影模组以及具有投影功能的电子设备的小型化设计，例如可适用于ar/vr眼镜上，减小ar/vr眼镜的镜架的直径，以便用户佩戴。当超出上述关系式的上限时，光学镜头
100的焦距过大，从而导致光学镜头100的体积过大，不利于小型化设计，或者光学镜头100的视场角过大，光学镜头100边缘视场的畸变过大，不利于实现高品质投影成像。当低于上述关系式的下限时，光学镜头100的焦距过小，容易增大光学镜头100的生产工艺难度，不利于减少生产成本，或者光学镜头100的视场角过小，降低光学镜头100的视场范围，导致光学镜头100的成像信息不全，影响投影品质。
60.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.31mm2《t45*f*tan(fov)《0.34mm2。其中，t45为所述第四透镜l4与所述第五透镜l5于所述光轴o上的空气间隙，fov为所述光学镜头100的最大视场角。具体地，t45*f*tan(fov)可以为0.312mm2、0.318mm2、0.325mm2、0.330mm2、0.336mm2或0.339mm2等。满足上述关系式时，有利于限制第四透镜l4和第五透镜l5于光轴o上的空气间隙，缩短光学镜头100的光学总长，实现光学镜头100的小型化设计，同时避免第四透镜l4和第五透镜l5之间的距离过小而导致第四透镜l4和第五透镜l5之间干涉，容易增大光学镜头100的装配难度及不良风险。
61.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.6《f4/f《0.8。其中，f4为第四透镜l4的焦距，f为光学镜头100的焦距。具体地，f4/f可以为0.63、0.68、0.71、0.74、0.77或0.79等。满足上述关系式时，有利于合理分配第四透镜l4的屈折力贡献量，防止第四透镜l4的屈折力过强而导致第四透镜l4的表面过于弯曲，有利于降低光学镜头100的公差敏感度，以及防止第四透镜l4的屈折力过弱而增大其余透镜校正像差的压力，保证光学镜头100的投影成像品质。
62.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：4《f1/f+f2/f《8。其中，f1为第一透镜l1的焦距，f2为第二透镜l2的焦距。具体地，f1/f+f2/f可以为4.2、4.9、5.2、5.7、6.6、6.75、7.1、7.6或7.9等。满足上述关系式时，有利于合理分配第一透镜l1和第二透镜l2的屈折力，防止第一透镜l1与第二透镜l2组合的屈折力过分集中而导致第一透镜l1和第二透镜l2过于弯曲，或者第一透镜l1和第二透镜l2的屈折力过弱而不利于光学镜头100的像差的矫正，从而有利于保证光学镜头100的投影成像品质。
63.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：2《f2/f《6。其中，f2为第二透镜l2的焦距。具体地，f2/f可以为2.2、2.8、3.6、4.4、5.17、5.80、5.91或5.97等。满足上述关系式时，有利于合理分配第二透镜l2的屈折力贡献量，防止第二透镜l2的屈折力过强而导致第二透镜l2的表面过于弯曲，有利于降低光学镜头100的公差敏感度，以及防止第二透镜l2的屈折力过弱而不利于光学镜头100的像差的矫正，从而有利于保证光学镜头100的投影成像品质。
64.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：-3《r2/f《-1。其中，r2为第一透镜l1的像源侧表面s2于光轴o处的曲率半径。具体地，r2/f可以为-1.12、-1.24、-1.57、-2.08、-2.36、-2.84、-2.90或-2.976等。满足上述关系式时，有利于限制第一透镜l1的屈折力，避免第一透镜l1的屈折力过强而导致第一透镜l1的表面过于弯曲以及第一透镜l1的加工难度增大，或者避免第一透镜l1的屈折力过弱而导致第一透镜l1的焦距过长，有利于使得光学镜头100结构紧凑，从而有利于实现光学镜头100的小型化设计。
65.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：|r1/r2|》1.5。其中，r1为第一透镜l1的成像侧表面s1于光轴o处的曲率半径，r2为第一透镜l1的像源侧表面s2于光轴o处的曲率半径。具体地，|r1/r2|可以为1.51、2.8、3.5、10.6、15.8、20.9、25.66或33.87等。满足上述关
系式时，有利于使得第一透镜l1的成像侧表面s1以及像源侧表面s2的曲率半径均衡，避免第一透镜l1的成像侧表面s1以及像源侧表面s2的曲率半径差异过大而导致第一透镜l1的加工难度增大。
66.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.9《r3/r4《1.1。其中，r3为第二透镜l2的成像侧表面s3于光轴o处的曲率半径，r4为第二透镜l2的像源侧表面s4于光轴o处的曲率半径。具体地，r3/r4可以为0.915、0.957、1.005、1.037、1.067、1.089或1.097等。满足上述关系式时，有利于使得第二透镜l2的成像侧表面s3以及像源侧表面s4的曲率半径均衡，避免第二透镜l2的成像侧表面s3以及像源侧表面s4的曲率半径差异过大而导致第二透镜l2的加工难度增大。
67.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.4《ct1/(ct2+ct3)《0.6。其中，ct1为第一透镜l1于光轴o上的厚度，ct2为第二透镜l2于光轴o上的厚度，ct3为第三透镜l3于光轴o上的厚度。具体地，ct1/(ct2+ct3)可以为0.413、0.476、0.505、0.535、0.579、0.591或0.598等。满足上述关系式时，能够将第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3于光轴o上的厚度控制在合适范围内，避免单个透镜的厚度过大或者过小而导致难以加工的情况出现。
68.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：11《f2/ct2《40。其中，f2为第二透镜l2的焦距，ct2为第二透镜l2于光轴o上的厚度。具体地，f2/ct2可以为11.2、12.8、13.6、17.0、22.6、29.0、35.1、37.7、39.97等。满足上述关系式时，有利于限制第二透镜l2的面型，避免第二透镜l2的表面过于弯曲而影响光学镜头100的敏感度，从而有利于保证光学镜头100生产加工的良率，以及避免第二透镜l2的表面过于平整而导致第二透镜l2的焦距过长，从而有利于平衡光学镜头100各个透镜的屈折力分配，以及有利于使得光学镜头100结构紧凑，实现光学镜头100的小型化设计。
69.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.48《td/ttl《0.5。其中，td为第一透镜l1的成像侧表面s1至第五透镜l5的像源侧表面s10于光轴o上的距离，ttl为第一透镜l1的成像侧表面s1至光学镜头100的像源面201于光轴o上的距离。具体地，td/ttl可以为0.481、0.483、0.487、0.490、0.492、0.496或0.499等。满足上述关系式时，能够避免光学镜头100整体过长或过短，有利于实现光学镜头100的小型化设计，同时控制光学镜头100的制造难度，在光学镜头100小型化设计和光学镜头100制造难度之间取得平衡。
70.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.6《sd11/sd51《0.8。其中，sd11为第一透镜l1的成像侧表面s1的有效半口径，sd51为第五透镜l5的成像侧表面s9的有效半口径。具体地，sd11/sd51可以为0.607、0.631、0.655、0.711、0.724、0.759、0.780、0.791或0.796等。满足上述关系式时，有利于限制第一透镜l1和第五透镜l5的成像侧表面s9的有效半口径，避免光学镜头100两侧的口径差异过大，有利于保持光学镜头100的中心均衡，同时也有利于光学镜头100的安装。
71.一些实施例中，光学镜头100满足关系式：0.8《sd21/sd42《0.9。其中，sd21为第二透镜l2的成像侧表面s3的有效半口径，sd42为第四透镜l4的像源侧表面s8的有效半口径。具体地，sd21/sd42可以为0.801、0.817、0.846、0.878、0.886、0.890或0.896等。满足上述关系式时，有利于限制第二透镜l2和第四透镜l4的成像侧表面s7的有效半口径，避免第二透镜l2的成像侧表面s3的有效半口径和第四透镜l4的像源侧表面s8的有效半口径的差异过大而导致装配困难，有利于使得光学镜头100的整体结构更加平衡，确保光学镜头100的组
装稳定性。
72.本技术还提供了一种投影模组10，投影模组包括如上所述的光学镜头100以及图像显示元件200。图像显示元件200设于光学镜头的像源测，用于产生图像光束，光学镜头用于将图像显示元件200产生的图像光束投射至成像部件形成图像画面。示例性的，图像显示元件200可以选用液晶屏幕(liquid crystal display，lcd)、硅基液晶(liquid crystal on silicon，lcos)面板、数字微镜元件(digital micro-mirror device，dmd)或有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)等可显示图像的元件。可以理解的是，具有上述光学镜头100的投影模组10，能够有效控制光学镜头100的光学总长，实现光学镜头100的轻薄、小型化设计，并改善光学镜头100边缘视场的畸变，提高光学镜头100的投影成像品质。
73.一些实施例中，投影模组还包括棱镜l6和光源(未图示)，棱镜l6位于图像显示元件200和光学镜头100之间，棱镜l6用于将光源的照明光束引导至图像显示元件200，以使图像显示元件200能够产生图像光束并经棱镜l6出射至光学镜头100的第五透镜l5的像源侧表面s10。示例性的，棱镜l6可以选用直角棱镜。
74.一些实施例中，投影模组还包括保护玻璃l7，保护玻璃l7可位于棱镜l6和图像显示元件200之间。由于保护玻璃l7具有高透光率和高强度，因此在棱镜l6和图像显示元件200之间设置保护玻璃l7，能够在不影响图像显示元件200的正常使用的情况下保护图像显示元件200，使其免受外部环境的影响。
75.以下将结合具体参数对本实施例的光学镜头100、投影模组200进行详细说明。
76.第一实施例
77.请参阅图1，图1为本技术的第一实施例公开的投影模组200的结构示意图。投影模组200包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光学镜头100、棱镜l6、保护玻璃l7以及图像显示元件200。光学镜头100包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光阑101、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。
78.进一步地，第一透镜l1具有正屈折力，第二透镜l2具有正屈折力，第三透镜l3具有负屈折力，第四透镜l4具有正屈折力，第五透镜l5具有正屈折力。
79.更进一步地，第一透镜l1的成像侧表面s1、像源侧表面s2于近光轴o处分别为凹面和凸面；第二透镜l2的成像侧表面s3、像源侧表面s4于近光轴o处分别为凸面和凹面；第三透镜l3的成像侧表面s5、像源侧表面s6于近光轴o处均为凹面；第四透镜l4的成像侧表面s7、像源侧表面s8于近光轴o处分别为凹面和凸面；第五透镜l5的成像侧表面s9、像源侧表面s10于近光轴o处均为凸面。
80.具体地，以光学镜头100的焦距f＝8.525mm、光学镜头100的视场角fov＝32
°
、光学镜头100的光学总长ttl＝16.586mm、光圈数fno＝2.49为例，投影模组200的其他参数由下表1给出。其中，沿光学镜头100的光轴o由成像侧向像源侧的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列。在同一透镜中，面序号较小的表面为该透镜的成像侧表面，面序号较大的表面为该透镜的像源侧表面，如面序号2和3分别对应第一透镜l1的成像侧表面s1和像源侧表面s2。表1中的y半径为相应面序号的成像侧表面或像源侧表面于近光轴o处的曲率半径。透镜的“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜于光轴o上的厚度，第二个数值为该透镜的像源侧表面至后一表面于光轴o上的距离。光阑101于“厚度”参数列中的数值为光阑
101至后一表面顶点(顶点指表面与光轴o的交点)于光轴o上的距离，默认第一透镜l1成像侧表面到最后一枚透镜像源侧表面的方向为光轴o的正方向，当该值为负时，表明光阑101设置于后一表面顶点的像源侧，若光阑101厚度为正值时，光阑101在后一表面顶点的成像侧。可以理解的是，表1中的y半径、厚度、焦距的单位均为mm。且表1中各个透镜的折射率、阿贝数的参考波长为587.6nm，焦距的参考波长为530nm。
81.表1
[0082][0083][0084]
请参阅图2中的图(a)，图2中的图(a)示出了第一实施例中的光学镜头100在波长为617nm、530nm和460nm下的纵向球差图。图2中的图(a)中，沿x轴方向的横坐标表示焦点偏移，沿y轴方向的纵坐标表示归一化视场。由图2中的图(a)可以看出，第一实施例中的光学镜头100的球差得到了有效控制，说明本实施例中的光学镜头100的成像质量较好。
[0085]
请参阅图2中的(b)，图2中的图(b)为第一实施例中的光学镜头100在波长为617nm、530nm和460nm下的畸变曲线图。其中，沿x轴方向的横坐标表示畸变，沿y轴方向的纵坐标表示视场角，单位为
°
。由图2中的图(b)可以看出，该光学镜头100的畸变得到了很好的校正。
[0086]
请参阅图3中的图(a)、图(b)以及图(c)，图3中的图(a)、图(b)以及图(c)分别为第一实施例中的光学镜头100在波长为617nm、530nm和460nm下的像散曲线图。其中，沿x轴方向的横坐标表示焦点偏移，沿y轴方向的纵坐标表示视场角，单位为
°
。像散曲线图中的t表示成像面在子午方向的弯曲，s表示成像面在弧矢方向的弯曲，由图3中的图(a)、图(b)以及图(c)可以看出，在该波长下，光学镜头100的像散得到了较好的补偿。
[0087]
第二实施例
[0088]
请参照图4，图4为本技术第二实施例的投影模组200的结构示意图。投影模组200包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光学镜头100、棱镜l6、保护玻璃l7以及图像显示元件200。光学镜头100包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光阑101、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。
[0089]
进一步地，在第二实施例中，各个透镜的屈折力与第一实施例中的各个透镜的屈折力一致。而第二实施例中，各个透镜的面型与第一实施例中的各个透镜的面型的区别在于：第一透镜l1的成像侧表面s1于近光轴o处为凸面，第四透镜l4的成像侧表面s7于近光轴o处为凸面，第五透镜l5的像源侧表面s10于近光轴o处为凹面。
[0090]
在第二实施例中，以光学镜头100的有效焦距f＝8.925mm、光学镜头100的视场角fov＝32
°
、光学镜头100的光学总长ttl＝16.473mm、光圈数fno＝2.49为例。该第二实施例中的其他各项参数由下列表2给出，且其中各参数的定义可由前述实施例的说明中得出，此处不加以赘述。可以理解的是，表2中的y半径、厚度、焦距的单位均为mm。且表2中各个透镜的折射率、阿贝数的参考波长为587.6nm，焦距的参考波长为530nm。
[0091]
表2
[0092][0093]
请参阅图5，由图5中图(a)的纵向球差图以及图(b)的畸变曲线图可知，光学镜头100的纵向球差和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学镜头100拥有良好的成像品质。此外，关于图5中的图(a)以及图(b)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图2中的图(a)以及的图(b)所描述的内容，此处不再赘述。
[0094]
请参阅图6，由图6中的图(a)、图(b)以及图(c)可知，光学镜头100的像散得到了较好的补偿。关于图6中图(a)、图(b)以及图(c)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图3中的图(a)、图(b)以及图(c)所描述的内容，在此不在赘述。
[0095]
第三实施例
[0096]
请参照图7，图7示出了本技术第三实施例的投影模组200的结构示意图。投影模组200包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光学镜头100、棱镜l6、保护玻璃l7以及图像显示元件200。光学镜头100包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光阑101、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。
[0097]
进一步地，在第三实施例中，各个透镜的屈折力与第一实施例中的各个透镜的屈折力一致。而第三实施例中，各个透镜的面型与第一实施例中的各个透镜的面型的区别在于：第四透镜l4的成像侧表面s7于近光轴o处为凸面，第五透镜l5的像源侧表面s10于近光轴o处为凹面。
[0098]
在第三实施例中，以光学镜头100的有效焦距f＝8.925mm、光学镜头100的视场角fov＝32
°
、光学镜头100的光学总长ttl＝16.503mm、光圈数fno＝2.49为例。该第三实施例中的其他各项参数由下列表3给出，且其中各参数的定义可由前述说明中得出，此处不加以赘述。可以理解的是，表3中的y半径、厚度、焦距的单位均为mm。且表3中各个透镜的折射率、阿贝数的参考波长为587.6nm，焦距的参考波长为530nm。
[0099]
表3
[0100][0101]
请参阅图8，由图8中图(a)的纵向球差图以及图(b)的畸变曲线图可知，光学镜头100的纵向球差和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学镜头100拥有良好的成像品质。此外，关于图8中的图(a)以及图(b)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图2中的图(a)以及的图(b)所描述的内容，此处不再赘述。
[0102]
请参阅图9，由图9中的图(a)、图(b)以及图(c)可知，光学镜头100的像散得到了较好的补偿。关于图9中图(a)、图(b)以及图(c)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关
于图3中的图(a)、图(b)以及图(c)所描述的内容，在此不在赘述。
[0103]
第四实施例
[0104]
请参阅图10，为本技术第四实施例公开的投影模组200的结构示意图。投影模组200包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光学镜头100、棱镜l6、保护玻璃l7以及图像显示元件200。光学镜头100包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光阑101、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。
[0105]
进一步地，在第四实施例中，各个透镜的屈折力与第一实施例中的各个透镜的屈折力一致。而第四实施例中，各个透镜的面型与第一实施例中的各个透镜的面型的区别在于：第五透镜l5的像源侧表面s10于近光轴o处为凹面。
[0106]
在第四实施例中，以光学镜头100的焦距f＝8.906mm、光学镜头100的视场角fov＝32
°
、光学镜头100的光学总长ttl＝16.520mm、光圈数fno＝2.49为例。该第四实施例中的其他各项参数由下列表4给出，且其中各参数的定义可由前述说明中得出，此处不加以赘述。可以理解的是，表4中的y半径、厚度、焦距的单位均为mm。且表4中各个透镜的折射率、、阿贝数的参考波长为587.6nm，焦距的参考波长为530nm。
[0107]
表4
[0108][0109]
请参阅图11，由图11中图(a)的纵向球差图以及图(b)的畸变曲线图可知，光学镜头100的纵向球差和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学镜头100拥有良好的成像品质。此外，关于图11中的图(a)以及图(b)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图2中的图(a)以及的图(b)所描述的内容，此处不再赘述。
[0110]
请参阅图12，由图12中的图(a)、图(b)以及图(c)可知，光学镜头100的像散得到了较好的补偿。关于图12中图(a)、图(b)以及图(c)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中
关于图3中的图(a)、图(b)以及图(c)所描述的内容，在此不在赘述。
[0111]
第五实施例
[0112]
请参阅图13，为本技术第五实施例公开的投影模组200的结构示意图。投影模组200包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光学镜头100、棱镜l6、保护玻璃l7以及图像显示元件200。光学镜头100包括沿光轴o从成像侧至像源侧依次设置的光阑101、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。
[0113]
进一步地，在第五实施例中，各个透镜的屈折力与第一实施例中的各个透镜的屈折力一致。而第五实施例中，各个透镜的面型与第一实施例中的各个透镜的面型的区别在于：第一透镜l1的成像侧表面s1于近光轴o处为凸面。
[0114]
在第五实施例中，以光学镜头100的焦距f＝8.728mm、光学镜头100的视场角fov＝32
°
、光学镜头100的光学总长ttl＝16.443mm、光圈数fno＝2.49为例。该第五实施例中的其他各项参数由下列表5给出，且其中各参数的定义可由前述说明中得出，此处不加以赘述。可以理解的是，表5中的y半径、厚度、焦距的单位均为mm。且表5中各个透镜的折射率、、阿贝数的参考波长为587.6nm，焦距的参考波长为530nm。
[0115]
表5
[0116][0117][0118]
请参阅图14，由图14中图(a)的纵向球差图以及图(b)的畸变曲线图可知，光学镜头100的纵向球差和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学镜头100拥有良好的成像品质。此外，关于图14中的图(a)以及图(b)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图2中的图(a)以及的图(b)所描述的内容，此处不再赘述。
[0119]
请参阅图15，由图15中的图(a)、图(b)以及图(c)可知，光学镜头100的像散得到了
较好的补偿。关于图15中图(a)、图(b)以及图(c)中各曲线对应的波长可参考第一实施例中关于图3中的图(a)、图(b)以及图(c)所描述的内容，在此不在赘述。
[0120]
请参阅表6，表6为本技术第一实施例至第五实施例中各关系式的比值汇总。
[0121]
表6
[0122][0123]
请参阅图16，本技术还公开了一种电子设备1，所述电子设备1包括壳体20和上述的投影模组200，投影模组200设于壳体20以投影成像。其中，电子设备1包括但不限于智能眼镜、智能头盔等。可以理解的，具有上述投影模组200的电子设备1，能够有效控制光学镜头100的光学总长，实现光学镜头100的轻薄、小型化设计，并改善光学镜头100边缘视场的畸变，提高光学镜头100的投影成像品质。
[0124]
以上对本发明实施例公开的光学镜头、投影模组及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的光学镜头、投影模组及电子设备及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头共有具有屈折力的五片透镜，所述五片透镜沿光轴从成像侧至像源侧依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜具有正屈折力，所述第一透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；所述第二透镜具有正屈折力，所述第二透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面，所述第二透镜的像源侧表面于近光轴处为凹面；所述第三透镜具有负屈折力，所述第三透镜的成像侧表面于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像源侧表面于近光轴处为凹面；所述第四透镜具有正屈折力，所述第四透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；所述第五透镜具有正屈折力，所述第五透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面；所述光学镜头满足以下关系式：5.3mm<f*tan(fov)<5.6mm；其中，f为所述光学镜头的焦距，fov为所述光学镜头的最大视场角。2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：30
°
<fov<35
°
；其中，fov为所述光学镜头的最大视场角。3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：0.31mm2<t45*f*tan(fov)<0.34mm2；其中，t45为所述第四透镜与所述第五透镜于所述光轴上的空气间隙。4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：4<f1/f+f2/f<8，和/或，2<f2/f<6，和/或，0.6<f4/f<0.8；其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：-3<r2/f<-1，和/或，|r1/r2|>1.5，和/或，0.9<r3/r4<1.1；其中，r1为所述第一透镜的成像侧表面于光轴处的曲率半径，r2为所述第一透镜的像源侧表面于光轴处的曲率半径，r3为所述第二透镜的成像侧表面于光轴处的曲率半径，r4为所述第二透镜的像源侧表面于光轴处的曲率半径。6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：0.4<ct1/(ct2+ct3)<0.6，和/或，11<f2/ct2<40；其中，ct1为所述第一透镜于所述光轴上的厚度，ct2为所述第二透镜于所述光轴上的厚度，ct3为所述第三透镜于所述光轴上的厚度，f2为所述第二透镜的焦距。7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：0.48<td/ttl<0.5，0.29<imgh/ttl<0.31；其中，td为所述第一透镜的成像侧表面至所述第五透镜的像源侧表面于光轴上的距离，ttl为所述第一透镜的成像侧表面至所述光学镜头的像源面于所述光轴上的距离，imgh为所述光学镜头的最大视场角所对应的像源高度。8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：0.6<sd11/sd51<0.8，和/或，0.8<sd21/sd42<0.9；其中，sd11为所述第一透镜的成像侧表面的有效半口径，sd21为所述第二透镜的成像侧表面的有效半口径，sd42为所述第四透镜的像源侧表面的有效半口径，sd51为所述第五
透镜的成像侧表面的有效半口径。9.一种投影模组，其特征在于，所述投影模组包括图像显示元件和如权利要求1-8任一项所述的光学镜头，所述图像显示元件设于所述光学镜头的像源侧。10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和如权利要求9所述的投影模组，所述投影模组设于所述壳体。

技术总结
本发明公开了一种光学镜头、投影模组及电子设备，该光学镜头共有具有屈折力的五片透镜，五片透镜沿光轴从成像侧至像源侧依次设置，第一透镜、第二透镜、第四透镜以及第五透镜具有正屈折力，第一透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；第二透镜的成像侧表面、像源侧表面于近光轴处分别为凸面和凹面；第三透镜具有负屈折力，第三透镜的成像侧表面、像源侧表面于近光轴处均为凹面；第四透镜的像源侧表面于近光轴处为凸面；第五透镜的成像侧表面于近光轴处为凸面；光学镜头满足以下关系式：5.3mm<f*tan(FOV)<5.6mm。本发明提供的光学镜头、投影模组及电子设备，能够在实现光学镜头的轻薄、小型化设计的同时，提高光学镜头的投影成像品质。质。质。


技术研发人员：和建航
受保护的技术使用者：江西晶浩光学有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/25