CN110596854A - 一种应用于车载投影灯的光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种应用于车载投影灯的光学系统，其包括投影底片，透镜组，以及设置在所述透镜组内的光阑。所述透镜组从像方到物方依次包括三个透镜，分别为对光线具有发散作用且负光焦度的第一透镜，对光线具有汇聚作用且正光焦度的第二透镜，对光线具有汇聚作用且正光焦度的第三透镜。所述第三透镜为非球面透镜。所述投影底片设置在所述第三透镜远离所述第二透镜的一侧。所述透镜组满足的关系式1.4<f<f3<3，2<f3<f2<6，其中f为整个所述透镜组的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距。满足上述条件式可使安装所述透镜组的投影灯可在1m的投影距离之间可以投影出未装所述透镜组在3.5m的处投影效果，增大了投影角度，且使投影画面增加，便于使用者观赏。

Description

一种应用于车载投影灯的光学系统
技术领域
本发明属于投影设备技术领域，特别是一种应用于车载投影灯的光学系统。
背景技术
随着生活水平的提高，机动车辆的数量也越来越多，家家户户基本都有了车辆，人们出行的工具也逐步变成了汽车，汽车的出行给人们的生活带来了很大的方便，不但节省了人们的时间，减轻了人们出行的负担。
目前不少驾驶者为了增加汽车驾驶乐趣，在车辆上安装车载投影灯。车载投影灯利用LED灯光源，直接加上透镜结构及投影底片，组成整个投影灯的光学系统，然后投射到地面形成图案。但车载投影设备在短距离内投影形成的图案小，不便于使用者观赏。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可以增强投影效果的应用于车载投影灯的光学系统，以满足工业需求。
一种应用于车载投影灯的光学系统，其包括一个用于输出影像的作为物方的投影底片，一个作为像方的投影区，还包括一组透镜组，以及一个设置在所述透镜组内且用于限制成像光束口径大小的光阑。所述透镜组从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个对光线具有发散作用且具有负光焦度的第一透镜，一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第二透镜，一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第三透镜。所述第三透镜为非球面透镜。所述光阑设置在所述第二透镜与所述第三透镜之间。所述投影底片设置在所述第三透镜远离所述第二透镜的一侧。所述透镜组应当满足以下关系式：
1.4<f<f3<3，2<f3<f2<6
其中：f为整个所述透镜组的焦距，
f2为所述第二透镜的焦距，
f3为所述第三透镜的焦距。
进一步地，所述第一透镜、所述第二透镜、以及所述第三透镜皆由玻璃制成。
进一步地，在所述透镜组中任意一个透镜皆包括一个物侧面、以及一个像侧面，所述物侧面朝向物方，所述像侧面朝向像方。
进一步地，所述第一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。
进一步地，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。
进一步地，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
进一步地，所述应用于车载投影灯的光学系统还包括一个设置在所述透镜组和所述投影底片之间的盖玻璃，所述盖玻璃设置在所述第三透镜与所述投影底片之间。
进一步地，所述第一透镜、所述所述第二透镜、所述第三透镜、以及所述光阑的中心轴为同一条直线。
进一步地，所述第一透镜的焦距为-3.46mm,所述第二透镜的焦距为 4.237mm，所述第三透镜的焦距为2.637mm所述透镜组的焦距为1.5144mm,光圈FNO＝2.3。
进一步地，所述第一透镜的焦距为-3.901mm,所述第二透镜的焦距为 5.55mm,所述第三透镜的焦距为2.748mm，所述透镜组的焦距为1.4776mm，光圈FNO＝2.4。
与现有技术相比，本发明提供的应用于车载投影灯的光学系统通过所述透镜组将所述投影底片的图案进行投影。所述透镜组从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个具有负光焦度的第一透镜，一个具有正光焦度的第二透镜，一个具有正光焦度的第三透镜。投影过程中光线依次穿过所述第三透镜、所述第二透镜、所述第一透镜。而且所述透镜组还满足如下关系式：1.4<f<f3<3， 2<f3<f2<6，其中f为整个所述透镜组的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，以使安装所述透镜组的投影灯可在1m的投影距离之间可以投影出未装所述透镜组在3.5m处的投影效果，增大了投影角度，且使投影画面增加，便于使用者观赏。
附图说明
图1为本发明提供的应用于车载投影灯的光学系统第一实施例的结构示意图。
图2为图1的应用于车载投影灯的光学系统的实施效果结构示意图。
图3为图1的应用于车载投影灯的光学系统的场曲图。
图4为图1的应用于车载投影灯的光学系统的畸变图。
图5为图1的应用于车载投影灯的光学系统的倍率色差图。
图6为本发明提供的应用于车载投影灯的光学系统第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示，其为本发明提供的应用于车载投影灯的光学系统第一实施例的结构示意图。所述应用于车载投影灯的光学系统包括一个用于输出影像的作为物方的投影底片1，一个作为像方的投影区2，一组透镜组10，一个设置在所述透镜组10内且用于限制成像光束口径大小的光阑20，以及一个设置在所述透镜组10和所述投影底片1之间的盖玻璃30。所述应用于车载投影灯的光学系统还包括其他的一些功能模块，如组装组件等等，其应当为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。
所述投影底片1通过光源照射，且将经过所述投影底片1的光线在通过所述透镜组10得到投影。所述投影底片1为一种现有技术，在此不再赘述。
所述投影区2为通过所述投影底片1、所述透镜组10、以及所述光阑20形成投影图案的区域，其为一种现有技术在此不再赘述。
所述透镜组10从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个对光线具有发散作用且具有负光焦度的第一透镜11，一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第二透镜12，一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第三透镜13。所述第一透镜11的物侧面为凹面，像侧面为凸面。所述第二透镜12的物侧面为凸面，像侧面为凸面。所述第三透镜13的物侧面为凸面，像侧面为凹面。而且，所述第一透镜11、所述所述第二透镜12、所述第三透镜13、以及所述光阑20 的中心轴为同一条直线，以使光束顺利穿过整个所述透镜组10。另外，所述投影底片1设置在所述第三透镜13远离所述第二透镜12的一侧。投影时，光源的光束依次通过所述投影底片1、所述第三透镜13、所述第二透镜12、以及所述第一透镜11，将投影图案从所述第一透镜11投出。所述第一透镜11、所述第二透镜12、以及所述第三透镜13皆由玻璃制成，从而提高了投影图像的稳定性和使用寿命，且保证了整个所述透镜组10的热光学稳定性。而且，所述第一透镜11、所述第二透镜12皆为球面透镜，所述第二透镜12使用高折射率，利于校正球差。所述第三透镜13为非球面透镜，非球面透镜不仅可校正球差、慧差等像差，还有利于调整主光线入射角，从而将投影出图案的得到了校正，减小了投影出的图像的失真度，提升了投影出图形的质量，而且所述第三透镜13 的非球面透镜减少了整个所述透镜组10的镜片数量，从而缩小了所述透镜组10 的空间。在本实施例中，所述第一透镜的焦距为-3.46mm,所述第二透镜的焦距为4.237mm，所述第三透镜的焦距为2.637mm所述透镜组的焦距为1.5144mm, 光圈FNO＝2.3，除此之外，所述透镜组10应当满足以下关系式:
1.4<f<f3<3，2<f3<f2<6
其中：f为整个所述透镜组的焦距，
f2为所述第二透镜的焦距，
f3为所述第三透镜的焦距。
满足上述条件式，即可使安装所述透镜组10的投影灯可在1m的距离之间可以投影出未装所述透镜组10在3.5m处的投影效果，增大了投影角度，且使投影画面增加，便于使用者观赏。
所述透镜组10还满足表1与表2所要求的参数
表1为透镜组为各个透镜的物理参数
表2为透镜组为透镜中的非球面系数
非球面系数
S8 Coefficient on r^4＝-0.03702
Coefficient on r^6＝0.0058715
Coefficient on r^8＝-0.010728
Coefficient on r^10＝0.0034361
Coefficient on r^12＝3.6324e-18
S9 Coefficient on r^4＝-0.049423
Coefficient on r^6＝0.0058058
Coefficient on r^8＝0.0011459
Coefficient on r^10＝-0.00089471
Coefficient on r^12＝0.00012037
非球面透镜的面形由以下公式决定
非球面公式
CURV为顶点曲率，Y为非球面上任一点到光轴的高度，K为锥形常数， (A)Y2、(B)Y4、(C)Y6…皆为非球面系数，如在表4中S8中的Coefficient onr^4＝-0.03702与(B)Y4对应、Coefficient on r^6＝0.0058715与(C)Y6对应，依次类推。在非球面公式中的非球面系数与表4中非球面系数无对应数，则该非球面系数为0。
所述光阑20是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。其作用可分两方面,限制光束或限制视场大小，为一种现有技术。所述光阑20设置在所述第二透镜12与所述第三透镜13 之间，将通过所述第三透镜13的光束进行限制，再将光束照射于所述第二透镜 12上，以使保证投影出图像的质量。
所述盖玻璃30用于保护所述投影底片1，且也起到了限制所述投影底片1 位置的作用，所述盖玻璃30设置在所述第三透镜13与所述投影底片1之间，其为一种现有技术，在此不再赘述。
图3是实施例一的场曲图，图4是实施例一的畸变图，图5是实施例一的倍率色差图。图4的畸变图显示了所述透镜组10畸变很小，减少投影画面形状失真度。图5的倍率色差图可看出所述透镜组10倍率色差得到校正，消除投影画面颜色失真。
如图4，为本发明的第二实施例的结构示意图，其包括一个投影底片3、一个投影区4，一个透镜组40，一个设置在所述透镜组40内且用于限制成像光束口径大小的光阑50，以及一个设置在所述透镜组40和所述投影底片2之间的盖玻璃60。所述投影底片3、所述投影区4、所述光阑50、所述盖玻璃60与第一实施例中的所述投影底片1、投影区2、所述光阑20、所述盖玻璃30皆相同。所述透镜组40满足的关系式也与第一实施例中所述透镜组10满足的关系式相同。所述透镜组40从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个负光焦度的第一透镜41，一个正光焦度的第二透镜42，一个正光焦度的第三透镜43。所述第一透镜41的物侧面为凹面，像侧面为凸面。所述第二透镜42的物侧面为凸面，像侧面为凹面。所述第三透镜13的物侧面为凸面，像侧面为凹面。所述第一透镜41的焦距为-3.901mm,所述第二透镜42的焦距为5.55mm,所述第三透镜43 的焦距为2.748mm，所述透镜组40的焦距为1.4776mm，光圈FNO＝2.4。
所述透镜组40还满足表3与表4所要求的参数
表3为透镜组为各个透镜的物理参数
表4为透镜组为透镜中的非球面系数
与现有技术相比，本发明提供的应用于车载投影灯的光学系统通过所述透镜组10将所述投影底片1的图案进行投影。所述透镜组10从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个具有负光焦度的第一透镜11，一个具有正光焦度的第二透镜12，一个具有正光焦度的第三透镜13。投影过程中光线依次穿过所述第三透镜13、所述第二透镜12、所述第一透镜11。而且所述透镜组10还满足如下关系式：1.4<f<f3<3，2<f3<f2<6，其中f为整个所述透镜组的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，以使安装所述透镜组10 的投影灯可在1m的距离之间可以投影出未装所述透镜组在3.5m处的投影效果，增大了投影角度，且使投影画面增加，便于使用者观赏。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种应用于车载投影灯的光学系统，其包括一个用于输出影像的作为物方的投影底片，以及一个作为像方的投影区，其特征在于：所述应用于车载投影灯的光学系统包括一组透镜组，以及一个设置在所述透镜组内且用于限制成像光束口径大小的光阑，所述透镜组从像方到物方依次包括三个透镜，分别为一个对光线具有发散作用且具有负光焦度的第一透镜，一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第二透镜，以及一个对光线具有汇聚作用且具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜为非球面透镜，所述光阑设置在所述第二透镜与所述第三透镜之间，所述投影底片设置在所述第三透镜的远离所述第二透镜的一侧，所述透镜组应当满足以下关系式：
1.4<f<f3<3，2<f3<f2<6
其中：f为整个所述透镜组的焦距，
f2为所述第二透镜的焦距，
f3为所述第三透镜的焦距。
2.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第一透镜、所述第二透镜、以及所述第三透镜皆由玻璃制成。
3.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：在所述透镜组中任意一个透镜皆包括一个物侧面、以及一个像侧面，所述物侧面朝向物方，所述像侧面朝向像方。
4.如权利要求3所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。
5.如权利要求3所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。
6.如权利要求3所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
7.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述应用于车载投影灯的光学系统还包括一个设置在所述透镜组和所述投影底片之间的盖玻璃，所述盖玻璃设置在所述第三透镜与所述投影底片之间。
8.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第一透镜、所述所述第二透镜、所述第三透镜、以及所述光阑的中心轴为同一条直线。
9.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第一透镜的焦距为-3.46mm,所述第二透镜的焦距为4.237mm，所述第三透镜的焦距为2.637mm所述透镜组的焦距为1.5144mm,光圈FNO＝2.3。
10.如权利要求1所述的应用于车载投影灯的光学系统，其特征在于：所述第一透镜的焦距为-3.901mm,所述第二透镜的焦距为5.55mm,所述第三透镜的焦距为2.748mm，所述透镜组的焦距为1.4776mm，光圈FNO＝2.4。
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