投影镜头及车载投影系统的制作方法

1.本发明涉及光学镜头技术领域，尤其是一种投影镜头及车载投影系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，投影技术愈加成熟，越来越多的领域用到了投影技术，相应地投影设备也朝着高亮度、小体积、高分率不断发展。
3.目前，大部分投影设备都是用于影音娱乐方面，专门用在汽车行业上的投影设备较少。现有的投影设备主要包括投影光机，市面上的投影光机，大多数用于家庭影音或者广告投影，所以投影距离一般要求都在1米以上。由于车载hud内部的空间有限，要求投影距离在0.1米左右，这使得市面上几乎没有相关产品能满足其使用要求。
4.此外，市面上的小体积便携式投影光机，为节省成本，光学镜片大多数采用玻璃与塑料的混合材料设计，由于塑料对温度、化学环境比较敏感，容易发生受热变形、氧化变黄等现象，严重影响投影的稳定性及投影质量，而且普遍分辨率较低。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种投影镜头及车载投影系统，旨在解决现有的车载投影设备的投影画质差，投影质量不稳定的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种变焦镜头，从放大端到缩小端依次包括第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、分光元件和像源；
7.其中，所述第一透镜组，包括第一透镜；
8.所述第二透镜组，包括从放大端到缩小端依次设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
9.所述第三透镜组，包括从放大端到缩小端依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；
10.所述像源侧的光线依次经过所述分光器件、所述第三透镜组、光阑、所述第二透镜组和所述第一透镜群至物体侧成像；
11.所述投影镜头的线对数为a，100≤a≤110lp/mm。
12.可选地，所述第一透镜距离物体侧的距离为l，0.1≤l≤0.12m。
13.可选地，所述投影镜头的光圈为f，f≥2。
14.可选地，所述第九透镜采用非球面透镜。
15.可选地，所述像源靠近放大端的一侧设有保护片，所述保护片为透明玻璃材质。
16.可选地，所述第一透镜的光焦度为φ1，-0.035《φ1《-0.034mm；和/或，
17.所述第二透镜的光焦度为φ2，0.016《φ2《0.017mm；和/或，
18.所述第三透镜的光焦度为φ3，0.041《φ3《0.042mm；和/或，
19.所述第四透镜的光焦度为φ4，0.036《φ4《0.038mm；和/或，
20.所述第五透镜的光焦度为φ5，-0.092《φ5《-0.091mm；和/或，
21.所述第六透镜的光焦度为φ6，0.016《φ6《0.017mm；和/或，
22.所述第七透镜的光焦度为φ7，0.041《φ7《0.042mm；和/或，
23.所述第八透镜的光焦度为φ8，0.036《φ8《0.038mm；和/或，
24.所述第九透镜的光焦度为φ9，-0.092《φ9《-0.091mm。
25.可选地，所述第二透镜组的焦距为φ10，19.3《φ10《20.3mm；
26.所述第三透镜组的焦距为φ11，13.2《φ11《14.2mm。
27.可选地，所述第九透镜采用玻璃材质，所述第九透镜的软化温度为t，t《600℃。
28.可选地，所述像源包括dmd、激光、lcos或者lcd。
29.本发明还提供一种车载投影系统，所述车载投影系统包括投影镜头，所述投影镜头从放大端到缩小端依次包括第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、分光元件和像源；
30.其中，所述第一透镜组，包括第一透镜；
31.所述第二透镜组，包括从放大端到缩小端依次设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
32.所述第三透镜组，包括从放大端到缩小端依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；
33.所述像源侧的光线依次经过所述分光器件、所述第三透镜组、光阑、所述第二透镜组和所述第一透镜群至物体侧成像；
34.所述投影镜头的线对数为a，100≤a≤110lp/mm。
35.本发明的技术方案中，所述投影镜头从放大端到缩小端依次包括第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、分光元件和像源；其中，所述第一透镜组包括第一透镜；所述第二透镜组包括从放大端到缩小端依次设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第三透镜组包括从放大端到缩小端依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；所述像源侧的光线依次经过所述分光器件、所述第三透镜组、光阑、所述第二透镜组和所述第一透镜群至物体侧成像；所述投影镜头的线对数为a，100≤a≤110lp/mm。本技术方案中通过以上设置提供一种线对数达到110lp/mm的投影镜头，分辨率高清晰度好。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。
37.图1为本发明提供的投影镜头一实施例的结构示意图；
38.图2为图1中投影镜头一实施例的mtf曲线图。
39.本发明提供的实施例附图标号说明：
40.标号名称标号名称1第一透镜8第八透镜2第二透镜9第九透镜3第三透镜10分光元件
4第四透镜11第一保护玻璃5第五透镜12第二保护玻璃6第六透镜13光阑7第七透镜
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41.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
42.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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
43.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
45.现有的车载投影镜头投影质量一般而且稳定性差，性能不高，普遍分辨率较低。
46.鉴于此，本发明提出一种投影镜头及车载投影系统，以解决现有的车载投影设备的投影画质差，投影质量不稳定的技术问题。图1为本发明提供的投影镜头的一实施例。
47.在本发明中，所述投影镜头从放大端到缩小端依次包括第一透镜组、第二透镜组、光阑13、第三透镜组、分光元件10和像源；其中，所述第一透镜组包括第一透镜1；所述第二透镜组包括从放大端到缩小端依次设置的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；所述第三透镜组包括从放大端到缩小端依次设置的第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9；所述像源侧的光线依次经过所述分光器件、所述第三透镜组、光阑13、所述第二透镜组和所述第一透镜1群至物体侧成像；所述投影镜头的线对数为a，100≤a≤110lp/mm。本技术方案中通过以上设置提供一种线对数达到110lp/mm的投影镜头，分辨率高清晰度好。
48.在本实施例中，所述分光器件元件采用分光棱镜或其它具有分光功能的器件。所述光阑13为孔径光阑，所述孔径光阑能够最大程度限制成像光束；所述光阑13的位置及其通光孔的大小对成像的明亮程度、清晰度、以及部分像差的大小有直接关系。将所述光阑13设于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间。
49.需要说明的是，光阑的通光孔越小，球差越小，像越清晰，景深越大，但像的明亮程度越弱；反之，光阑的通光孔越大，像的明亮程度越强，大米球差越大，相对清晰度越差，景深越小。因此，在本实施例中，所述光阑13的通光孔可以设置为固定尺寸，也可以设置为在一定尺寸范围内可调节。
50.进一步地，所述像源靠近放大端的一侧设有保护片，所述保护片为透明玻璃材质，通过保护片可对像源进行隔离防护。在本实施例中，所述保护片包括第一保护玻璃11和第二保护玻璃12，所述第二保护玻璃12为像源自带玻璃，所述第一保护玻璃11设置在所述第二保护玻璃12朝向所述放大端的一侧，用以进一步提高对所述像源的保护。
51.在本实施例中，像源可选用dmd(digital micromirror device，数字微镜设备)、激光、lcos(liquid crystal on silicon，硅上液晶或片上液晶)或者lcd(liquid crystal display，液晶显示)等。
52.在本发明实施例中，所述第一透镜1距离物体侧的距离为l，0.1≤l≤0.12m，能够适用于车载的近距离投影需求。
53.另外，所述投影镜头可以适配大光圈，所述投影镜头的光圈为f，f≥2。
54.在本实施例中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5、所述第六透镜6、所述第七透镜7和所述第八透镜8均采用玻璃材质；所述第九透镜9为玻璃材质，具体为低软化玻璃制作，所述第九透镜9的软化温度为t，t《600℃。
55.进一步地，所述第二透镜组的焦距为φ10，19.3《φ10《20.3mm；所述第三透镜组的焦距为φ11，13.2《φ11《14.2mm。
56.其中，所述第一透镜1的光焦度为φ1，-0.035《φ1《-0.034mm；和/或，所述第二透镜2的光焦度为φ2，0.016《φ2《0.017mm；和/或，所述第三透镜3的光焦度为φ3，0.041《φ3《0.042mm；和/或，所述第四透镜4的光焦度为φ4，0.036《φ4《0.038mm；和/或，所述第五透镜5的光焦度为φ5，-0.092《φ5《-0.091mm；和/或，所述第六透镜6的光焦度为φ6，0.016《φ6《0.017mm；和/或，所述第七透镜7的光焦度为φ7，0.041《φ7《0.042mm；和/或，所述第八透镜8的光焦度为φ8，0.036《φ8《0.038mm；和/或，所述第九透镜9的光焦度为φ9，-0.092《φ9《-0.091mm。
57.在本发明实施例中，所述第一透镜1的光焦度为φ1，-0.035《φ1《-0.034mm；所述第二透镜2的光焦度为φ2，0.016《φ2《0.017mm；所述第三透镜3的光焦度为φ3，0.041《φ3《0.042mm；所述第四透镜4的光焦度为φ4，0.036《φ4《0.038mm；所述第五透镜5的光焦度为φ5，-0.092《φ5《-0.091mm；所述第六透镜6的光焦度为φ6，0.016《φ6《0.017mm；所述第七透镜7的光焦度为φ7，0.041《φ7《0.042mm；所述第八透镜8的光焦度为φ8，0.036《φ8《0.038mm；所述第九透镜9的光焦度为φ9，-0.092《φ9《-0.091mm。
58.图2为在本实施例中，所述投影镜头光圈f＝2时的mtf曲线图。
59.表1为本发明实施例中，所述投影镜头光圈f＝2，投影距离为0.11m，放大倍率为7.3倍时的设计参数。
60.其中，表1中的s1～s23代表各光学元件的面序号，r代表光学元件的曲率半径，d代表光学元件的厚度或空气间隔，r代表各面的口径(半径)。
61.表1
[0062][0063][0064]
其中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5、所述第六透镜6、所述第七透镜7和所述第八透镜8均为光学球面玻璃制作，所述第九透镜9采用非球面透镜，所述第九透镜99的非球面的表面形状满足以下方程：
[0065][0066]
在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
[0067]
第九透镜9的第一面s16的系数为：k：4.738796、a1：0、a2：-7.3622213e-005、a3：-1.1151273e-007、a4：1.7039394e-009、a5：-6.7512924e-011、a6：-6.7684946e-013、a7：2.1238426e-014、a8:-1.4504833e-016、
[0068]
第二透镜2的第二面s17的系数为：k：-0.6099608、a1：0、a2：2.9890044e-005、a3：-3.3113387e-007、a4：1.2125173e-008、a5：-2.1685724e-010、a6：1.2693478e-012、a7：5.1053426e-015、a8:-6.9553802e-017。
[0069]
此外，本发明还提供一种车载投影系统，所述车载投影系统包括上述技术方案所述的投影镜头。需要说明的是，所述车载投影系统中的投影镜头的详细结构可参照上述投影镜头的实施例，此处不再赘述；由于在本发明的车载投影系统中使用了上述投影镜头，因此，本发明的所述车载投影系统的实施例包括上述投影镜头的全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0070]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。