一种大数值孔径的两片式投影镜头制造技术

本发明专利技术提供了一种大数值孔径的两片式投影镜头，从物侧到成像侧依次包括：具有正光焦度且物侧面为凸面的第一透镜，所述第一透镜包括靠向物侧的第一入光面以及靠向成像侧的第一出光面；具有正光焦度且物侧面为凸面的第二透镜，所述第二透镜包括靠向物侧的第二入光面以及靠向成像侧的第二出光面；所述第一入光面、第一出光面、第二入光面、第二出光面中，至少有一个面为衍射光学面。本发明专利技术的两片式投影镜头，可应用于汽车、摩托车前大灯等智能像素大灯的投影系统，通过提高数值孔径来提高光能利用率，提高亮度，并且具有合适的画像解析度。并且具有合适的画像解析度。并且具有合适的画像解析度。

【技术实现步骤摘要】
一种大数值孔径的两片式投影镜头


[0001]本专利技术涉及投影镜头
，具体涉及一种大数值孔径的两片式投影镜头。

技术介绍

[0002]智能像素大灯，也称之为矩阵式大灯，使用了灯光数字投影技术，使得车大灯不仅仅只有照明功能，还能在地面投影图案，比如天气情况，道路导航，再或是其他符号供车外行人或车辆识别，作为一种灯语使用。对于应用在汽车、摩托车前大灯等智能像素大灯的投影系统，其投影系统通常由由光源、光能收集元件、明暗截止线结构、凸透镜等组合而成。
[0003]像素大灯的光学系统的实现，需要有可以发光的像元(可以是mini LED、microLED、LCD液晶屏、LCOS或是被点亮的DMD数字微镜)和投射的光学镜头。为了使投影图案清晰可见，镜头需要实现良好的光学性能，需要消除色差、场曲、像散等多种光学像差。一般良好的光学镜头需要恰当地用多片正负透镜的联合使用，来消除像差。具体使用的光学镜片数量与光学系统的参数、性能指标以及使用的光学材料和光学工艺相关，稍微复杂的光学系统可以达10片镜片以上，目前的投影镜头多为6片以上。
[0004]像素大灯兼具照明与成像的功能，所以一方面需要更高的能量利用率，亮度更高，另一方面投影的成像具有一定的像质要求，尤其要低色差。再者，由于随着汽车的应用的特殊性，需要更高的热学可靠性、更好的震动可靠性、质量更轻(减重的需要)，并且要更低的成本，从而在市场上有竞争力。
[0005]目前镜头设计，要么使用了较多的镜片(如4片、5片)，要么使用了较昂贵的光学玻璃材料，要么光能利用率低，要么成像质量较低。
[0006]低成本的设计方案可以基于最经典的库克三片式镜头，可以对多种像差都有不错的校正，并且能有较好的成像质量。但缺点是，原始设计的数值口径(Numerical Aperture)较小，一般不超过0.2，即意味着光能利用极少。镜片需要非常精确的调整，且制造加工的容差较小，要求高。
[0007]针对上述问题，我们知道作为像素大灯的应用，必须要有较高的能量利用率，即较大的数值口径。专利号为202010884484.6公开了一种大孔径的三片式透镜光学镜头，其展示了一种极高的能量利用率并且整体透镜组的镜头总长TTL较短的设计，但是使用了三片镜片，成本高，重量大。为了更进一步的降低成本和减重，有必要考虑一种减少镜片数而仍能实现性能的设计。

技术实现思路

[0008]针对以上问题，本专利技术提供一种大数值孔径的两片式投影镜头，可应用于汽车、摩托车前大灯等智能像素大灯的投影系统，通过提高数值孔径来提高光能利用率，提高亮度，并且具有合适的画像解析度。
[0009]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来解决：
[0010]一种大数值孔径的两片式投影镜头，从物侧到成像侧依次包括：
[0011]具有正光焦度且物侧面为凸面的第一透镜，所述第一透镜包括靠向物侧的第一入光面以及靠向成像侧的第一出光面；
[0012]具有正光焦度且物侧面为凸面的第二透镜，所述第二透镜包括靠向物侧的第二入光面以及靠向成像侧的第二出光面；
[0013]所述第一入光面、第一出光面、第二入光面、第二出光面中，至少有一个面为衍射光学面，并且满足下面表达式条件：
[0014](a)式：R2>R4>R1>R3>0；
[0015](b)式：h*NA/f>0.1；
[0016](c)式：f1/f＜3；
[0017](d)式：f2/f＜1.5；
[0018]其中，式中的R1、R2、R3、R4分别代表从物侧面到像侧面的镜片表面的曲率半径；f代表所述两片式投影镜头的整体等效焦距；f1代表所述第一透镜等效焦距；f2代表所述第二透镜等效焦距；h代表像高；NA代表所述两片式投影镜头的数值孔径。
[0019](a)式限制了两个透镜4个表面的基本面型，这种曲率半径的分布有利于光焦度的分配，减少像差，提升性能。
[0020](b)式代表了本设计的性能，数值越大，在光学传函MTF相似的条件下，设计越优秀，能量利用率越高。
[0021](c)式和(d)式表明了光焦度的分配，相对均衡。
[0022]具体的，所述第一透镜与所述第二透镜之间还设有光阑。
[0023]具体的，所述两片式投影镜头满足下面表达式条件：
[0024]TTL/f＜2；
[0025]其中，式中的TTL代表所述两片式投影镜头的镜头总长。
[0026]具体的，所述第一入光面、第一出光面、第二入光面、第二出光面为球面或非球面。
[0027]具体的，所述第一出光面的近光轴处为凹面。
[0028]具体的，所述第二出光面的近光轴处为凹面。
[0029]具体的，所述第一透镜的焦距大于所述第二透镜的焦距。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术的两片式投影镜头，在一定程度上可视为对传统高斯镜头的改造，传统原始高斯透镜也是两个呈弯月状结构的透镜，但是其接近物侧面的为正光焦度，接近像侧面的为负光焦度，前者提供光焦度，后者用来矫正色差。然而这种原始的两片式高斯镜头不能满足大数值口径和大像高的需求。故而为了得到更好的性能，目前多为双高斯设计，镜片数量增加一倍。本专利技术通过采用具有正光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜组合使用，并通过增加衍射光学面来降低或矫正色差，从而达到光能利用率高、像高大、清晰度高以及画像解析度好的技术效果。
附图说明
[0032]图1为实施例1的两片式投影镜头的结构示意图。
[0033]图2为实施例1的MTF曲线图。
[0034]图3为实施例2的两片式投影镜头的结构示意图。
[0035]图4为实施例2的MTF曲线图。
[0036]图5为实施例3的两片式投影镜头的结构示意图。
[0037]图6为实施例3的MTF曲线图。
[0038]附图标记为：第一透镜10、第二透镜20、光阑30、成像面40、第一入光面S1、第一出光面S2、第二入光面S3、第二出光面S4。
具体实施方式
[0039]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0040]实施例1
[0041]请参照图1所示。
[0042]本实施例的一种大数值孔径的两片式投影镜头，从物侧到成像侧依次包括具有正光焦度且物侧面为凸面的第一透镜10、光阑30、具有正光焦度且物侧面为凸面的第二透镜20，第一透镜10包括靠向物侧的第一入光面S1以及靠向成像侧的第一出光面S2，第一出光面S2的近光轴处为凹面，第二透镜20包括靠向物侧的第二入光面S3以及靠向成像侧的第二出光面S4，第二出光面S4的近光轴处为凹面。
[0043]本实施例中，将第一出光面S2设计成衍射光学面，通过增加衍射光学面来降低或矫正色差，从而实现高的光能利用率、大的像高、满足要求的清晰度以及合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大数值孔径的两片式投影镜头，其特征在于，从物侧到成像侧依次包括：具有正光焦度且物侧面为凸面的第一透镜(10)，所述第一透镜(10)包括靠向物侧的第一入光面(S1)以及靠向成像侧的第一出光面(S2)；具有正光焦度且物侧面为凸面的第二透镜(20)，所述第二透镜(20)包括靠向物侧的第二入光面(S3)以及靠向成像侧的第二出光面(S4)；所述第一入光面(S1)、第一出光面(S2)、第二入光面(S3)、第二出光面(S4)中，至少有一个面为衍射光学面，并且满足下面表达式条件：R2>R4>R1>R3>0；h*NA/f>0.1；f1/f＜3；f2/f＜1.5；其中，式中的R1、R2、R3、R4分别代表从物侧面到像侧面的镜片表面的曲率半径；f代表所述两片式投影镜头的整体等效焦距；f1代表所述第一透镜(10)等效焦距；f2代表所述第二透镜(20)等效焦距；h代表像高；NA代表所述两片...

【专利技术属性】
技术研发人员：江程，佘俊，南基学，
申请(专利权)人：广东烨嘉光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：