CN208013650U - 投射光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种投射光学系统，该投射光学系统沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜和第二透镜。第一透镜具有正光焦度，其近成像侧面为凸面；第二透镜具有负光焦度，其近像源侧面为凹面，近成像侧面为凸面。第一透镜于光轴上的中心厚度CT1与第二透镜于光轴上的中心厚度CT2满足0.5＜CT1/CT2＜1。

Description

投射光学系统

技术领域

本申请涉及一种投射光学系统，更具体地，本申请涉及一种包括两片透镜的投射光学系统。

背景技术

近年，随着科技的不断进步，交互设备逐步兴起，投影镜头的应用范围也越来越广。如今，芯片技术与智能算法发展迅速，利用光学投影镜头向空间物体投射图像并接收该图像信号，即可计算出具有物体位置深度信息的三维图像。具体方法如下：利用光学投影镜头将红外激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)发出的光向目标物体方向投射；投影光束在经过光学衍射元件(DOE)后实现投影图像在目标物体上的重新分布；利用摄像镜头将投射到物体上的图像接收，即可计算出包含被投射物体位置深度信息的三维图像。具有深度信息的三维图像可进一步用于生物识别等多种深度应用开发。

通常，传统用于成像的投影镜头通过采用增加透镜数量的方式来消除各种像差并提高分辨率。但是，这样会导致投影镜头的光学总长度(TTL)增加，且透镜组装需要镜筒等结构件支撑，使得镜头的整体体积较大，不利于镜头的小型化。另外，传统的镜头结构无法实现阵列镜头中各镜头之间的无边界排列。

实用新型内容

本申请提供了可适用于便携式电子产品的、可至少解决或部分解决现有技术中的上述至少一个缺点的投射光学系统。

一方面，本申请提供了这样一种投射光学系统，该投射光学系统沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜和第二透镜。第一透镜可具有正光焦度，其近成像侧面可为凸面；第二透镜可具有负光焦度，其近像源侧面可为凹面，近成像侧面可为凸面。其中，第一透镜于光轴上的中心厚度CT1与第二透镜于光轴上的中心厚度CT2可满足0.5＜CT1/CT2＜1。

在一个实施方式中，投射光学系统的像源面至第一透镜的近像源侧面在光轴上的距离TR与第一透镜的近像源侧面至第二透镜的近成像侧面在光轴上的距离Tr1r4可满足0.7＜TR/Tr1r4＜1.3。

在一个实施方式中，第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离T12、第一透镜于光轴上的中心厚度CT1以及第二透镜于光轴上的中心厚度CT2可满足T12/(CT1+CT2)＜0.5。

在一个实施方式中，第一透镜的近像源侧面的最大半口径DT11与第二透镜的近像源侧面的最大半口径DT21可满足0.6＜DT11/DT21＜1。

在一个实施方式中，第二透镜的近像源侧面的曲率半径R3与第二透镜的近成像侧面的曲率半径R4可满足0.3＜R3/R4＜0.8。

在一个实施方式中，第二透镜的近像源侧面和光轴的交点至第二透镜的近像源侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG21与第二透镜的近成像侧面和光轴的交点至第二透镜的近成像侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG22可满足0.5＜SAG21/SAG22＜1。

在一个实施方式中，第一透镜的近成像侧面的曲率半径R2与投射光学系统的总有效焦距f可满足-0.5＜R2/f＜0。

在一个实施方式中，投射光学系统的实际应用波长λ的最短波长可比使用光源的最短波长短0nm-100nm，投射光学系统的实际应用波长λ的最长波长可比使用光源的最长波长长0nm-100nm。

在一个实施方式中，投射光学系统的最大半视场角HFOV可满足TAN(HFOV)＜0.23。

在一个实施方式中，投射光学系统的物方数值孔径NA可满足NA≥0.18。

在一个实施方式中，投射光学系统的主光线的最大入射角度CRAmax满足CRAmax＜10°。

另一方面，本申请还提供了这样一种投射光学系统，该投射光学系统沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜和第二透镜。第一透镜可具有正光焦度，其近成像侧面可为凸面；第二透镜可具有负光焦度，其近像源侧面可为凹面，近成像侧面可为凸面。其中，第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离T12、第一透镜于光轴上的中心厚度CT1与第二透镜于光轴上的中心厚度CT2可满足T12/(CT1+CT2)＜0.5。

本申请采用了多个(例如，两个)透镜，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，使得上述投射光学系统具有小型化、高成像品质等有益效果。同时，上述配置的投射光学系统适用于单波长波段。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出了根据本申请实施例1的投射光学系统的结构示意图；

图2示出了实施例1的投射光学系统的畸变曲线；

图3示出了根据本申请实施例2的投射光学系统的结构示意图；

图4示出了实施例2的投射光学系统的畸变曲线；

图5示出了根据本申请实施例3的投射光学系统的结构示意图；

图6示出了实施例3的投射光学系统的畸变曲线；

图7示出了根据本申请实施例4的投射光学系统的结构示意图；

图8示出了实施例4的投射光学系统的畸变曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜，第二透镜也可被称作第一透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜靠近像源侧的表面称为近像源侧面，每个透镜靠近成像侧的表面称为近成像侧面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。

根据本申请示例性实施方式的投射光学系统可包括例如两片具有光焦度的透镜，即，第一透镜和第二透镜。这两片透镜沿着光轴由像源侧至成像侧依序排列。

在示例性实施方式中，第一透镜可具有正光焦度，其近成像侧面可为凸面；第二透镜可具有负光焦度，其近像源侧面可为凹面，近成像侧面可为凸面。第一透镜具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，有助于缩短投射光学系统的总长度。第一透镜的近成像侧面为凸面，有利于减小球差、降低系统公差的敏感度。第二透镜的近像源侧面为凹面，近成像侧面为凸面，有利于减小投射光学系统象散、提高投影成像质量。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式0.5＜CT1/CT2＜1，其中，CT1为第一透镜于光轴上的中心厚度，CT2为第二透镜于光轴上的中心厚度。更具体地，CT1和CT2进一步可满足0.55＜CT1/CT2＜0.85，例如，0.60≤CT1/CT2≤0.83。合理分配第一透镜和第二透镜的中心厚度，能够保证镜头具有较短的总长。进一步地，通过第一透镜和第二透镜的中心厚度的合理分配并结合面型和光焦度的合理配置，使得该镜头可应用于红外窄波段，并可应用于散斑投射系统。

本申请的投射光学系统的实际应用波长λ的波长范围基于使用光源的波长范围具有±100nm的浮动。具体而言，投射光学系统的实际应用波长λ的最短波长可比使用光源的最短波长短约0nm-100nm，实际应用波长λ的最长波长可比使用光源的最长波长长约0nm-100nm。本申请的投射光学系统可应用于任意单色光源波段，例如，本申请的投射光学系统可应用于红外单波长波段。使用单色光源有利于减少由于宽波长而引入的色差、杂散光等，有利于提高投射光学系统的成像质量；同时，可使得投射光学系统符合光学衍射元件(DOE)的光线接口匹配的需求。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式TAN(HFOV)＜0.23，其中，HFOV为投射光学系统的最大半视场角。更具体地，HFOV进一步可满足TAN(HFOV)＜0.20，例如，0.16≤TAN(HFOV)≤0.18。满足条件式TAN(HFOV)＜0.23，有利于减小投影光束发散角并增加投影景深；有利于投影侧前后景深面的变平坦；还有利于算法处理，从而获得更精确的深度信息。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式0.7＜TR/Tr1r4＜1.3，其中，TR为投射光学系统的像源面(例如，可为红外激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器VCSEL的发光表面)至第一透镜的近像源侧面在光轴上的距离，Tr1r4为第一透镜的近像源侧面至第二透镜的近成像侧面在光轴上的距离。更具体地，TR和Tr1r4进一步可满足0.76≤TR/Tr1r4≤1.20。满足条件式0.7＜TR/Tr1r4＜1.3，可保证镜头的大视场角，同时有利于满足装配要求，利于组装。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式NA≥0.18，其中，NA为投射光学系统的物方数值孔径。更具体地，NA进一步可满足0.18≤NA≤0.20。满足条件式NA≥0.18，投射光学系统具有较大的数值孔径，有利于增加镜头的光源接收能力，提高投影能量效率，从而获得更高亮度的投影图像。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式CRAmax＜10°，其中，CRAmax为投射光学系统的主光线的最大入射角度。更具体地，CRAmax进一步可满足0°≤CRAmax≤9.51°。满足条件式CRAmax＜10°，有利于更好地匹配轴外光光源光锥角，增加光学系统的轴外进光量，提高投影图像的亮度。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式0.6＜DT11/DT21＜1，其中，DT11为第一透镜的近像源侧面的最大半口径，DT21为第二透镜的近像源侧面的最大半口径。更具体地，DT11和DT21进一步可满足0.72≤DT11/DT21≤0.96。满足条件式0.6＜DT11/DT21＜1，有利于降低像源对像侧的尺寸影响，提高投影性能。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式0.5＜SAG21/SAG22＜1，其中，SAG21为第二透镜的近像源侧面和光轴的交点至第二透镜的近像源侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离，SAG22为第二透镜的近成像侧面和光轴的交点至第二透镜的近成像侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离。更具体地，SAG21和SAG22进一步可满足0.5＜SAG21/SAG22＜0.9，例如，0.53≤SAG21/SAG22≤0.84。满足条件式0.5＜SAG21/SAG22＜1，可以有效消除系统球差，获得高清晰度的图像。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式T12/(CT1+CT2)＜0.5，其中，T12为第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离，CT1为第一透镜于光轴上的中心厚度，CT2为第二透镜于光轴上的中心厚度。更具体地，T12、CT1和CT2进一步可满足0＜T12/(CT1+CT2)＜0.4，例如，0.10≤T12/(CT1+CT2)≤0.34。合理分配各透镜厚度与间距，有利于实现投射光学系统的小型化。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式0.3＜R3/R4＜0.8，其中，R3为第二透镜的近像源侧面的曲率半径，R4为第二透镜的近成像侧面的曲率半径。更具体地，R3和R4进一步可满足0.4＜R3/R4＜0.7，例如，0.48≤R3/R4≤0.68。合理布置第二透镜近像源侧面和近成像侧面的曲率半径，有利于第二透镜的加工制造；同时，可以避免由于曲率半径太小而造成的公差敏感度的增加。

在示例性实施方式中，本申请的投射光学系统可满足条件式-0.5＜R2/f＜0，其中，R2为第一透镜的近成像侧面的曲率半径，f为投射光学系统的总有效焦距。更具体地，R2和f进一步可满足-0.4＜R2/f＜-0.2，例如，-0.30≤R2/f≤-0.23。满足条件式-0.5＜R2/f＜0，有利于减小投射光学系统的象散，提高投影成像质量。

在示例性实施方式中，上述投射光学系统还可包括至少一个光阑，以提升镜头的成像质量。可选地，光阑可设置在第二透镜与成像侧之间。

根据本申请的投射光学系统可作为散斑投影镜头应用于深度探测领域。当使用本申请的投射光学系统对空间中的目标物体进行深度探测时，由红外激光二极管(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)发出的光线会先经过投射光学系统斑点放大，再经过光学衍射元件(DOE)，而后向目标物体方向投射出去。投影光束在经过光学衍射元件(DOE)后，可以实现投影图像在目标物体上的重新分布。其后，通过任意公知的摄像镜头捕捉投射到目标物体上的图像信息，即可计算出具有目标物体位置深度信息的三维图像。根据本申请的投射光学系统能够与光学衍射元件(DOE)相互配合使用，从而精确地实现投影光束在目标物体上的重新分布。

在本申请的实施方式中，各透镜的镜面中的至少一个为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。

然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成投影镜头的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以两个透镜为例进行了描述，但是该投影镜头不限于包括两个透镜。如果需要，该投影镜头还可包括其它数量的透镜。

下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的投射光学系统的具体实施例。

实施例1

以下参照图1和图2描述根据本申请实施例1的投射光学系统。图1示出了根据本申请实施例1的投射光学系统的结构示意图。

如图1所示，根据本申请示例性实施方式的投射光学系统沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜E1、第二透镜E2和光阑STO。

第一透镜E1具有正光焦度，其近像源侧面S1为凸面，近成像侧面S2为凸面。第二透镜E2具有负光焦度，其近像源侧面S3为凹面，近成像侧面S4为凸面。来自像源面OBJ的光依序穿过各表面S1至S4，再经过例如光学衍射元件DOE(未示出)后，投射至空间中的目标物体上。

本实施例的投影镜头的实际应用波长λ基于使用光源的波长范围浮动，其实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短约0nm-100nm，实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长约0nm-100nm。本实施例的投影镜头的使用光源可为任意单色光源波段，例如，红外单波长波段。

表1示出了实施例1的投射光学系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表1

由表1可知，第一透镜E1的近像源侧面S1和近成像侧面S2以及第二透镜E2的近像源侧面S3和近成像侧面S4均为非球面。在本实施例中，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：

其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数(在表1中已给出)；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表2给出了可用于实施例1中各非球面镜面S1-S4的高次项系数A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄和A₁₆。

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S1

-1.1502E-01

1.3757E-01

1.0181E+00

-6.6556E+00

1.7599E+01

-2.2283E+01

1.0967E+01

S2

5.1523E-02

4.5645E-01

-1.0320E+00

1.7345E-01

2.6053E+00

-4.5553E+00

2.7894E+00

S3

3.3156E-01

6.6835E-01

-2.8345E+00

6.2188E+00

-9.0595E+00

8.1095E+00

-2.0576E+00

S4

2.2807E-02

-9.5980E-03

2.2493E-02

-1.1426E-01

1.7499E-01

-1.1895E-01

3.2763E-02

表2

表3给出实施例1中投射光学系统的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1和f2、投射光学系统的物方数值孔径NA以及主光线的最大入射角度CRAmax。

参数	f(mm)	f1(mm)	f2(mm)	NA	CRAmax(°)
						数值	2.79	1.56	-12.76	0.20	0.00

表3

实施例1中的投射光学系统满足：

CT1/CT2＝0.60，其中，CT1为第一透镜E1于光轴上的中心厚度，CT2为第二透镜E2于光轴上的中心厚度；

TR/Tr1r4＝0.76，其中，TR为像源面OBJ至第一透镜E1的近像源侧面S1在光轴上的距离，Tr1r4为第一透镜E1的近像源侧面S1至第二透镜E2的近成像侧面S4的轴上距离；

DT11/DT21＝0.96，其中，DT11为第一透镜E1的近像源侧面S1的最大半口径，DT21为第二透镜E2的近像源侧面S3的最大半口径；

SAG21/SAG22＝0.84，其中，SAG21为第二透镜E2的近像源侧面S3和光轴的交点至第二透镜E2的近像源侧面S3的最大有效半口径顶点之间的轴上距离，SAG22为第二透镜E2的近成像侧面S4和光轴的交点至第二透镜E2的近成像侧面S4的最大有效半口径顶点之间的轴上距离；

T12/(CT1+CT2)＝0.12，其中，T12为第一透镜E1和第二透镜E2在光轴上的间隔距离，CT1为第一透镜E1于光轴上的中心厚度，CT2为第二透镜E2于光轴上的中心厚度；

R3/R4＝0.57，其中，R3为第二透镜E2的近像源侧面S3的曲率半径，R4为第二透镜E2的近成像侧面S4的曲率半径；

R2/f＝-0.30，其中，R2为第一透镜E1的近成像侧面S2的曲率半径，f为投射光学系统的总有效焦距。

图2示出了实施例1的投射光学系统的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。根据图2可知，实施例1所给出的投射光学系统能够实现良好的成像品质。

实施例2

以下参照图3和图4描述根据本申请实施例2的投射光学系统。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图3示出了根据本申请实施例2的投射光学系统的结构示意图。

如图3所示，根据本申请示例性实施方式的投射光学系统沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜E1、第二透镜E2和光阑STO。

第一透镜E1具有正光焦度，其近像源侧面S1为凹面，近成像侧面S2为凸面。第二透镜E2具有负光焦度，其近像源侧面S3为凹面，近成像侧面S4为凸面。来自像源面OBJ的光依序穿过各表面S1至S4，再经过例如光学衍射元件DOE(未示出)后，投射至空间中的目标物体上。

本实施例的投影镜头的实际应用波长λ基于使用光源的波长范围浮动，其实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短约0nm-100nm，实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长约0nm-100nm。本实施例的投影镜头的使用光源可为任意单色光源波段，例如，红外单波长波段。

表4示出了实施例2的投射光学系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表4

由表4可知，在实施例2中，第一透镜E1的近像源侧面S1和近成像侧面S2以及第二透镜E2的近像源侧面S3和近成像侧面S4均为非球面。表5示出了可用于实施例2中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S1

-4.7608E-01

-1.4249E-01

1.9713E+00

-4.9437E+00

1.2902E+01

-1.9901E+01

1.1579E+01

S2

4.2934E-02

-8.5392E-02

8.0723E-01

-2.2377E+00

5.6766E+00

-6.5720E+00

2.8407E+00

S3

2.8902E-02

4.1351E-01

-6.2646E-01

2.1782E-01

2.6001E-01

-2.2879E-01

5.0034E-02

S4

7.9494E-02

-1.1319E-02

2.2816E-02

-1.1540E-01

1.3306E-01

-6.7638E-02

1.3776E-02

表5

表6给出实施例2中投射光学系统的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1和f2、投射光学系统的物方数值孔径NA以及主光线的最大入射角度CRAmax。

参数	f(mm)	f1(mm)	f2(mm)	NA	CRAmax(°)
						数值	2.97	1.94	-15.32	0.20	0.00

表6

图4示出了实施例2的投射光学系统的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。根据图4可知，实施例2所给出的投射光学系统能够实现良好的成像品质。

实施例3

以下参照图5和图6描述了根据本申请实施例3的投射光学系统。图5示出了根据本申请实施例3的投射光学系统的结构示意图。

如图5所示，根据本申请示例性实施方式的投射光学系统沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜E1、第二透镜E2和光阑STO。

第一透镜E1具有正光焦度，其近像源侧面S1为凹面，近成像侧面S2为凸面。第二透镜E2具有负光焦度，其近像源侧面S3为凹面，近成像侧面S4为凸面。来自像源面OBJ的光依序穿过各表面S1至S4，再经过例如光学衍射元件DOE(未示出)后，投射至空间中的目标物体上。

本实施例的投影镜头的实际应用波长λ基于使用光源的波长范围浮动，其实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短约0nm-100nm，实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长约0nm-100nm。本实施例的投影镜头的使用光源可为任意单色光源波段，例如，红外单波长波段。

表7示出了实施例3的投射光学系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表7

由表7可知，在实施例3中，第一透镜E1的近像源侧面S1和近成像侧面S2以及第二透镜E2的近像源侧面S3和近成像侧面S4均为非球面。表8示出了可用于实施例3中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S1

-2.5098E-01

2.4397E-01

-1.2270E+00

6.9646E+00

-1.5365E+01

1.5031E+01

-5.5169E+00

S2

3.1574E-01

-5.1571E-01

7.5735E-01

4.8387E-01

-1.9047E+00

1.9615E+00

-6.7456E-01

S3

9.4578E-01

-1.3546E+00

3.7131E+00

-7.1166E+00

8.8522E+00

-6.0079E+00

1.7729E+00

S4

6.2268E-02

-5.7158E-02

9.5985E-02

-1.6408E-01

1.5495E-01

-7.4764E-02

1.4416E-02

表8

表9给出实施例3中投射光学系统的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1和f2、投射光学系统的物方数值孔径NA以及主光线的最大入射角度CRAmax。

参数	f(mm)	f1(mm)	f2(mm)	NA	CRAmax(°)
						数值	2.90	1.38	-5.45	0.18	9.51

表9

图6示出了实施例3的投射光学系统的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。根据图6可知，实施例3所给出的投射光学系统能够实现良好的成像品质。

实施例4

以下参照图7和图8描述了根据本申请实施例4的投射光学系统。图7示出了根据本申请实施例4的投射光学系统的结构示意图。

如图7所示，根据本申请示例性实施方式的投射光学系统沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜E1、第二透镜E2和光阑STO。

第一透镜E1具有正光焦度，其近像源侧面S1为凹面，近成像侧面S2为凸面。第二透镜E2具有负光焦度，其近像源侧面S3为凹面，近成像侧面S4为凸面。来自像源面OBJ的光依序穿过各表面S1至S4，再经过例如光学衍射元件DOE(未示出)后，投射至空间中的目标物体上。

本实施例的投影镜头的实际应用波长λ基于使用光源的波长范围浮动，其实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短约0nm-100nm，实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长约0nm-100nm。本实施例的投影镜头的使用光源可为任意单色光源波段，例如，红外单波长波段。

表10示出了实施例4的投射光学系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表10

由表10可知，在实施例4中，第一透镜E1的近像源侧面S1和近成像侧面S2以及第二透镜E2的近像源侧面S3和近成像侧面S4均为非球面。表11示出了可用于实施例4中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S1

-2.1138E-01

-1.1885E-01

-2.4495E-01

9.9349E-01

-2.0730E-01

-2.1751E+00

1.8881E+00

S2

3.3318E-01

-7.0304E-01

1.0383E+00

-2.5415E-01

-1.7032E+00

2.9514E+00

-1.4844E+00

S3

9.9918E-01

-1.5561E+00

4.2884E+00

-8.0178E+00

9.7811E+00

-6.4954E+00

1.8045E+00

S4

6.5903E-02

-6.1438E-02

8.6636E-02

-1.2363E-01

1.0021E-01

-3.8877E-02

5.2154E-03

表11

表12给出实施例4中投射光学系统的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1和f2、投射光学系统的物方数值孔径NA以及主光线的最大入射角度CRAmax。

参数	f(mm)	f1(mm)	f2(mm)	NA	CRAmax(°)
						数值	3.02	1.25	-3.93	0.18	9.36

表12

图8示出了实施例4的投射光学系统的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。根据图8可知，实施例4所给出的投射光学系统能够实现良好的成像品质。

综上，实施例1至实施例4分别满足表13中所示的关系。

条件式\实施例	1	2	3	4
					CT1/CT2	0.60	0.75	0.83	0.76
TAN(HFOV)	0.18	0.17	0.17	0.16
					TR/Tr1r4	0.76	1.20	0.86	1.00
NA	0.20	0.20	0.18	0.18
					CRAmax(°)	0.00	0.00	9.51	9.36
DT11/DT21	0.96	0.72	0.80	0.79
					SAG21/SAG22	0.84	0.53	0.62	0.69
T12/(CT1+CT2)	0.12	0.34	0.14	0.10
					R3/R4	0.57	0.68	0.52	0.48
R2/f	-0.30	-0.24	-0.23	-0.23

表13

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (22)

1.投射光学系统，沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜和第二透镜，其特征在于，

所述第一透镜具有正光焦度，其近成像侧面为凸面；

所述第二透镜具有负光焦度，其近像源侧面为凹面，近成像侧面为凸面；

所述第一透镜于所述光轴上的中心厚度CT1与所述第二透镜于所述光轴上的中心厚度CT2满足0.5＜CT1/CT2＜1。

2.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的像源面至所述第一透镜的近像源侧面在所述光轴上的距离TR与所述第一透镜的近像源侧面至所述第二透镜的近成像侧面在所述光轴上的距离Tr1r4满足0.7＜TR/Tr1r4＜1.3。

3.根据权利要求2所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上的间隔距离T12、所述第一透镜于所述光轴上的中心厚度CT1以及所述第二透镜于所述光轴上的中心厚度CT2满足T12/(CT1+CT2)＜0.5。

4.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜的近像源侧面的最大半口径DT11与所述第二透镜的近像源侧面的最大半口径DT21满足0.6＜DT11/DT21＜1。

5.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，所述第二透镜的近像源侧面的曲率半径R3与所述第二透镜的近成像侧面的曲率半径R4满足0.3＜R3/R4＜0.8。

6.根据权利要求5所述的投射光学系统，其特征在于，所述第二透镜的近像源侧面和所述光轴的交点至所述第二透镜的近像源侧面的 最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG21与所述第二透镜的近成像侧面和所述光轴的交点至所述第二透镜的近成像侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG22满足0.5＜SAG21/SAG22＜1。

7.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜的近成像侧面的曲率半径R2与所述投射光学系统的总有效焦距f满足-0.5＜R2/f＜0。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短0nm-100nm，所述投射光学系统的实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长0nm-100nm。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的最大半视场角HFOV满足TAN(HFOV)＜0.23。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的物方数值孔径NA满足NA≥0.18。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的主光线的最大入射角度CRAmax满足CRAmax＜10°。

12.投射光学系统，沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜和第二透镜，其特征在于，

所述第一透镜具有正光焦度，其近成像侧面为凸面；

所述第二透镜具有负光焦度，其近像源侧面为凹面，近成像侧面为凸面；

所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上的间隔距离T12、所 述第一透镜于所述光轴上的中心厚度CT1以及所述第二透镜于所述光轴上的中心厚度CT2满足T12/(CT1+CT2)＜0.5。

13.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜于所述光轴上的中心厚度CT1与所述第二透镜于所述光轴上的中心厚度CT2满足0.5＜CT1/CT2＜1。

14.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述第二透镜的近像源侧面的曲率半径R3与所述第二透镜的近成像侧面的曲率半径R4满足0.3＜R3/R4＜0.8。

15.根据权利要求12或14所述的投射光学系统，其特征在于，所述第二透镜的近像源侧面和所述光轴的交点至所述第二透镜的近像源侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG21与所述第二透镜的近成像侧面和所述光轴的交点至所述第二透镜的近成像侧面的最大有效半口径顶点之间的轴上距离SAG22满足0.5＜SAG21/SAG22＜1。

16.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜的近成像侧面的曲率半径R2与所述投射光学系统的总有效焦距f满足-0.5＜R2/f＜0。

17.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的像源面至所述第一透镜的近像源侧面在所述光轴上的距离TR与所述第一透镜的近像源侧面至所述第二透镜的近成像侧面在所述光轴上的距离Tr1r4满足0.7＜TR/Tr1r4＜1.3。

18.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述第一透镜的近像源侧面的最大半口径DT11与所述第二透镜的近像源侧面的最大半口径DT21满足0.6＜DT11/DT21＜1。

19.根据权利要求18所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的最大半视场角HFOV满足TAN(HFOV)＜0.23。

20.根据权利要求19所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的物方数值孔径NA满足NA≥0.18。

21.根据权利要求19所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的主光线的最大入射角度CRAmax满足CRAmax＜10°。

22.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，所述投射光学系统的实际应用波长λ的最短波长比使用光源的最短波长短0nm-100nm，所述投射光学系统的实际应用波长λ的最长波长比使用光源的最长波长长0nm-100nm。