CN115327749B

CN115327749B - 一种投影镜头及成像设备

Info

Publication number: CN115327749B
Application number: CN202211249083.9A
Authority: CN
Inventors: 张田; 陈晓华; 程亚东
Original assignee: Shenzhen Jinglongruixin Technology Ltd
Current assignee: Shenzhen Jinglongruixin Technology Ltd
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2042-10-12
Also published as: CN115327749A

Abstract

本发明公开了一种投影镜头及成像设备，包括七片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面，且第四透镜和第五透镜为粘合体；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面。该发明提供的投影镜头及成像设备通过各个透镜之间的条件式和焦度的配合，可缩短投影距离，缩小装置尺寸，提高成像质量；可保证在高低温环境下均可稳定成像。

Description

一种投影镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体来说涉及一种投影镜头及成像设备。

背景技术

随着科学技术的发展，利用投影设备进行简报、视讯或者观赏节目的人越来越多，为了投影设备能更加便于携带和使用，因此投影设备也朝着高亮度、小体积、高分率不断发展。

目前，大部分投影设备都是用于简报、视讯或者观赏节目等方面，专门用在汽车行业上的投影设备较少。例如，现有的汽车抬头显示器(HUD)，其像源一般采用TFT，这种方式的光效利用率很低，提高屏幕亮度就要提高背光功率，功率提高可能伴随烧屏的现象，为了追求更高的亮度以及防止阳光聚焦损伤电子元件，现在越来越多的采用投影设备作为像源。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 .11米，这使得市面上几乎没有相关产品能满足其使用要求。

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。

因此，本发明的目的是提供一种投影镜头及设置有该投影镜头的车载HUD，以解决目前HUD投影存在的投影光效低、投影质量差、稳定性低，不能满足近距离高精度投影等问题。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一方面目的在于提供一种投影镜头及成像设备，以解决投影成像设备投影光效低、投影质量差、稳定性低，不能满足近距离高精度投影等问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种投影镜头及成像设备，包括七片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：

具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面；

具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

具有正光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面，且第四透镜和第五透镜为粘合体；

具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

具有正光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面。

作为优选的，所述第一透镜满足以下条件式：

1.5<f1/f<2.5

其中f1表示所述第一透镜的焦距，f表示系统的焦距。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

2.0<TTL/f<3.0

其中TTL表示系统的总长，f表示系统的焦距。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

0.3<IH/f<0.4

其中IH表示成像面上面的半像高度，f表示系统的焦距。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-3.5<f45/f<-0.5

其中f45表示所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f表示系统的焦距。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-1.0<R12/R13<0

其中R12表示所述第七透镜物侧面的曲率半径，R13表示所述第七透镜像侧面的曲率半径。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-50<R10/CT6+R11/CT6<50

其中R10表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示所述第六透镜像侧面的曲率半径，CT6表示所述第六透镜的中心厚度。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

3.2<Td/IH<4.6

其中Td表示所述第一透镜物侧面到所述第七透镜像侧面在光轴上的距离，IH表示成像面上面的半像高度。

作为优选的，所述投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-10.5<f4/f5<0

其中f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距。

作为优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为玻璃材质一体制成。

有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的一种投影镜头及成像设备，具备以下有益效果：

通过各个透镜之间的条件式和焦度的配合，可缩短投影距离，缩小装置尺寸，且使成像质量提高；且通过玻璃制的各个透镜，可保证在高低温环境下均可稳定成像。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一实施例的投影镜头及成像设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一实施例的轴上点球差色差曲线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一实施例的横向色差曲线的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第一实施例的场曲和畸变曲线的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第二实施例的投影镜头及成像设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第二实施例的轴上点球差色差曲线的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二实施例的横向色差曲线的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第二实施例的场曲和畸变曲线的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第三实施例的投影镜头及成像设备的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的第三实施例的轴上点球差色差曲线的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的第三实施例的横向色差曲线的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的第三实施例的场曲和畸变曲线的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的第四实施例的投影镜头及成像设备的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的第四实施例的轴上点球差色差曲线的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的第四实施例的横向色差曲线的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的第四实施例的场曲和畸变曲线的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-16所示，一种投影镜头及成像设备，包括七片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：

具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面；

具有正光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；

具有正光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面。

在一些实施例中，第一透镜满足以下条件式：

1.5<f1/f<2.5

其中f1表示第一透镜的焦距，f表示系统的焦距；且超过下限屈折力变大，偏芯敏感度变大；超过上限屈折力变小，不利于维持小型化。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

2.0<TTL/f<3.0

其中TTL表示系统的总长，f表示系统的焦距；且满足条件可有效地缩短镜头的光学总长，促进镜头小型化。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

0.3<IH/f<0.4

其中IH表示成像面上面的半像高度，f表示系统的焦距；且满足条件可有效地缩短镜头的光学总长，促进镜头小型化。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-3.5<f45/f<-0.5

其中f45表示第四透镜和第五透镜的组合焦距，f表示系统的焦距；且超过下限不易于成型，对于轴外光线，将会发生高阶像差，性能恶化；超过上限，场曲、慧差的修正比较困难；且满足上式镜片在任意位置的肉厚均匀易于成型。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-1.0<R12/R13<0

其中R12表示第七透镜物侧面的曲率半径，R13表示第七透镜像侧面的曲率半径；且超过下限R8的屈折力变大，不利于确保周边性能，偏芯敏感度变大；超过上限场曲的修正比较困难。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-50<R10/CT6+R11/CT6<50

其中R10表示第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示第六透镜像侧面的曲率半径，CT6表示第六透镜的中心厚度；且超过下限对于轴外光线，将会发生高阶像差，性能恶化；超过上限场曲、慧差的修正比较困难，偏芯敏感度变大。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

3.2<Td/IH<4.6

其中Td表示第一透镜物侧面到第七透镜像侧面在光轴上的距离，IH表示成像面上面的半像高度；且满足条件可有效地缩短镜头的光学总长，促进镜头小型化。

在一些实施例中，投影镜头及成像设备满足以下条件式：

-10.5<f4/f5<0

其中f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距；且超过下限场曲和畸变朝负方向过分增大，较正困难；超过上限场曲和畸变朝正方向过分增大，较正困难。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。各个透镜的焦距、光圈、半视场角、曲面半径、光学表面间距、材料的d线折射率和材料的阿贝数有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表，下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

第一实施例

实施例1的镜头满足表1的条件。焦距f为15.10，光学总长为37.00，光圈数F#为2.0，视场角2θ为35°。图2为镜头的轴上点球差色差曲线，图3为镜头的横向色差曲线，图4为镜头的场曲和畸变曲线。从图上可以看出，轴上点球差色差、横向色差场曲畸变都被良好校正。

表1

第二实施例

实施例2的镜头满足表2的条件。焦距f为15.09，光学总长为37.14，光圈数F#为2.0，视场角2θ为35°。图6为镜头的轴上点球差色差曲线，图7为镜头的横向色差曲线，图8为镜头的场曲和畸变曲线。从图上可以看出，轴上点球差色差、横向色差和场曲畸变都被良好校正。

表2

第三实施例

实施例3的镜头满足表3条件。焦距f为13.23，光学总长为37.13，光圈数F#为2.0，视场角2θ为40°。图10为镜头的轴上点球差色差曲线，图11为镜头的横向色差曲线，图12为镜头的场曲和畸变曲线。从图上可以看出，轴上点球差色差、横向色差和场曲畸变都被良好校正。

表3

第四实施例

实施例4的镜头满足表4条件。焦距f为14.75，光学总长为32.82，光圈数F#为2.0，视场角2θ为35°。图14为镜头的轴上点球差色差曲线，图15为镜头的横向色差曲线，图16为镜头的场曲和畸变曲线。从图上可以看出，轴上点球差色差、横向色差和场曲畸变都被良好校正

表4

综上所述，本发明提供的投影镜头及成像设备，采用七片玻璃镜片，通过各个透镜之间的焦距、光圈、半视场角、曲面半径、光学表面间距、材料的d线折射率和材料的阿贝数以及条件式的不同，使各个透镜之间结构紧凑，可缩短之间的间距，减小装置尺寸，提高成像质量，且通过玻璃制成的透镜，可使本发明在高低温环境下均可成清晰的像。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims

1.一种投影镜头，其特征在于，包括七片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜物侧面为凸面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜物侧面为凸面，第二透镜像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜物侧面为凸面，第三透镜像侧面为凹面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜像侧面为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜物侧面为凹面，且所述第四透镜和第五透镜为粘合体；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜物侧面为凹面，第六透镜像侧面为凸面；

具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜物侧面为凸面；

所述第一透镜满足以下条件式：

1.5<f1/f<2.5

其中f1表示所述第一透镜的焦距，f表示系统的焦距；

所述投影镜头满足以下条件式：

2.0<TTL/f<3.0

其中TTL表示系统的总长；

0.3<IH/f<0.4

其中IH表示成像面上面的半像高度。

2.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

-3.5<f45/f<-0.5

其中f45表示所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距。

3.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

-1.0<R12/R13<0

4.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

-50<R10/CT6+R11/CT6<50

5.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

3.2<Td/IH<4.6

其中Td表示所述第一透镜物侧面到所述第七透镜像侧面在光轴上的距离。

6.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

-10.5<f4/f5<0

7.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为玻璃材质一体制成。