CN117008284A

CN117008284A - 投影镜头及投影系统、汽车

Info

Publication number: CN117008284A
Application number: CN202210454291.6A
Authority: CN
Inventors: 贺保丁; 李睿; 陈瑜
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-07

Abstract

本申请实施例提供一种投影镜头及投影系统、汽车，涉及光学成像技术领域，用于适配于小靶面的投影系统。投影镜头(100)包括：沿光轴方向，自物侧至像侧依次排布的具有光焦度的第一透镜(110)、具有负光焦度的第二透镜(210)以及具有正光焦度的第三透镜(310)。第二透镜(210)的像侧面和第三透镜(310)的物侧面贴合。其中，第一透镜(110)的焦距f1、第二透镜(210)的焦距f2、第三透镜(310)的焦距f3、第二透镜(210)和第三透镜(310)的组合焦距f23以及投影镜头(100)的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10、1.7≤|f2/f3|≤3.7或者0.8≤|f23/EFL|≤1.5中的至少一个。

Description

投影镜头及投影系统、汽车

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种投影镜头及投影系统、汽车。

背景技术

随着汽车技术在自动驾驶、人车交互等领域的发展，人们对于汽车的配置要求越来越高，对汽车的功能性、舒适性以及娱乐性提出了更高的要求。智能车灯作为汽车智能化的一个重要指标，在汽车智能化发展上体现出越来越重要的作用，通过汽车投影技术可以使人们随时随地享受娱乐功能。

现有投影系统的投影镜头体积大、成本高且架构复杂，更适配于大靶面的投影系统。

发明内容

本申请实施例提供一种投影镜头及投影系统、汽车，用于适配于小靶面的投影系统。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供一种投影镜头，包括：沿光轴方向，自物侧至像侧依次排布的具有光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜以及具有正光焦度的第三透镜。第二透镜的像侧面与第三透镜的物侧面贴合。其中，第一透镜的焦距f1、第二透镜的焦距f2、第三透镜的焦距f3、第二透镜和第三透镜的组合焦距f23以及投影镜头的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10、1.7≤|f2/f3|≤3.7或者0.8≤|f23/EFL|≤1.5中的至少一个。

本申请实施例提供的投影镜头按照特定的顺序由光轴方向，自物侧至像侧依次排列具有光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜，通过各个透镜之间相互配合，且投影镜头满足：第一透镜的焦距f1、第二透镜的焦距f2、第三透镜的焦距f3、第二透镜和第三透镜的组合焦距f23以及投影镜头的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10、1.7≤|f2/f3|≤3.7或者0.8≤|f23/EFL|≤1.5中的至少一个，有利于控制光线的偏折角度，平衡像差，提升投影镜头的成像质量，实现大光圈的设计。因此，本申请实施例提供的投影镜头，能够实现具有小靶面、低成本、大光圈、小体积以及高分辨率等特性的投影镜头，且投影镜头的投影画面亮度均匀，实现百万像素级的清晰投影。

在一种可能的实现方式中，第一透镜具有正光焦度。这样一来，有利于对光线进行汇聚。

在一种可能的实现方式中，第一透镜为弯月透镜；第二透镜为弯月透镜；第三透镜为双凸透镜。

在一种可能的实现方式中，第一透镜的物侧面为凹面；第一透镜的像侧面为凸面。第二透镜的物侧面为凸面；第二透镜的像侧面为凹面。第三透镜的像侧面为凸面。这样一来，成像效果好，提高成像质量。

在一种可能的实现方式中，第一透镜为塑胶透镜；第二透镜和第三透镜为玻璃透镜。塑胶透镜能够降低成本，玻璃透镜能够提高可靠性。采用玻璃透镜与塑胶透镜搭配的方式，还能够校正投影镜头的温漂，从而降低投影镜头在任意温度的使用环境下的温漂，实现良好的光学成像效果。

在一种可能的实现方式中，第二透镜和第三透镜组成胶合透镜。这样一来，通过各个透镜之间的相互配合可以有效抑制投影镜头的光学色差，进而使投影镜头得到较好的成像效果。

在一种可能的实现方式中，第一透镜的物侧面和像侧面均为非球面。这样一来，可以增加投影镜头的设计自由度，提高成像效果。

在一种可能的实现方式中，第二透镜和第三透镜的物侧面和像侧面均为球面。这样一来，能够降低投影镜头的成本。

在一种可能的实现方式中，第一透镜的阿贝数vd1满足：vd1≥52。这样一来，能够减弱大光圈带来的球差，提高投影镜头分辨率。

在一种可能的实现方式中，第二透镜的阿贝数vd2和第三透镜的阿贝数vd3满足：vd3/vd2≥2。这样一来，能够减弱大光圈带来的球差，提高投影镜头分辨率。

在一种可能的实现方式中，投影镜头的光学总长TTL与投影镜头的有效焦距EFL满足：1.5≤TTL/EFL≤2.5。这样一来，能够实现投影镜头的小体积。

在一种可能的实现方式中，投影镜头的后焦长BFL与投影镜头的有效焦距EFL满足：0.5≤BFL/EFL≤1.5。这样一来，能够实现投影镜头的长后焦。

本申请实施例的第二方面，提供一种投影系统，包括：光源、光阀调制部件以及如第一方面任一项的投影镜头；光阀调制部件，位于光源的出光侧，用于对入射光线进行调制后反射；投影镜头，位于光阀调制部件的反射光路上，用于对光阀调制部件的出射光进行成像。

本申请实施例第二方面提供的投影系统，包括第一方面任一项的投影镜头，其有益效果与投影镜头的有益效果相同，此处不再赘述。

本申请实施例的第三方面，提供一种汽车，包括：第二方面的投影系统和处理单元；处理单元用于控制投影系统。

本申请实施例第三方面提供的汽车，包括第二方面任一项的投影系统，其有益效果与投影系统的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种汽车的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种投影系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种投影镜头的结构示意图；

图4A为图3所示的投影镜头在常温下的调制传递函数曲线图；

图4B为图3所示的投影镜头在低温下的调制传递函数曲线图；

图4C为图3所示的投影镜头在高温下的调制传递函数曲线图；

图4D为图3所示的投影镜头的场曲曲线图；

图4E为图3所示的投影镜头的畸变曲线图；

图4F为图3所示的投影镜头的相对照度曲线图；

图4G为图3所示的投影镜头的离焦调制传递函数曲线图；

图5A为图3所示的投影镜头在常温下的调制传递函数曲线图；

图5B为图3所示的投影镜头在低温下的调制传递函数曲线图；

图5C为图3所示的投影镜头在高温下的调制传递函数曲线图；

图5D为图3所示的投影镜头的场曲曲线图；

图5E为图3所示的投影镜头的畸变曲线图；

图5F为图3所示的投影镜头的相对照度曲线图；

图5G为图3所示的投影镜头的离焦调制传递函数曲线图。

附图说明

1-汽车；2-发动机；3-电气设备；4-底盘；5-车身；10-投影系统；100-投影镜头；200-光源；300-光阀调制部件；110-第一透镜；210-第二透镜；310-第三透镜；410-光阑。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下，术语“第二”、“第一”等仅用于描述方便，而不能理解为指示或暗示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“第二”、“第一”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请实施例中，“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

本申请实施例中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了方便理解技术方案，下面对本申请中涉及的技术术语进行解释。

像侧面、物侧面：是成像光线通过的范围，其中，成像光线包括主光线(chief ray)和边缘光线(marginal ray)。像侧面为朝向像的面，物侧面为朝向物的面。

光焦度(focal power)：等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。光焦度一般用表示，/>的数值越大，平行光束折得越厉害。时，屈折是会聚性的；/>时，屈折是发散性的。/>时，即为平面折射，也就是沿轴平行光束经折射后仍是沿轴平行光束，不出现屈折现象。

透镜的厚度(thickness)：透镜在光轴上的厚度为该透镜的厚度。

镜头光学总长(total track length，TTL)：镜头中朝向物侧的第一个光学元件的物侧面至成像面在光轴上的长度为光学总长。即从镜筒头部至成像面的总长度，是形成相机高度的主要因素。光学总长用来表征镜头的尺寸。

光圈(aperture stop)：是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面光量的装置。光圈数F#是镜头的焦距除以镜头通光直径得出的相对值(相对孔径的倒数)。光圈数F#的值越小，在同一单位时间内的进光量便越多，使得镜头在低照度的环境下也能够有很好的使用效果。光圈数F#的值越大，景深越小，拍照的背景会虚化。

焦距(focal length，f)，又称焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指无限远的景物通过镜片或镜片组在成像面结成清晰影像时，镜片或镜片组的光学中心至成像面的垂直距离。

有效焦距(effective focal length，EFL)：镜片或者镜片组的后主平面至成像面之间的距离。对于薄透镜，焦距即为透镜中心到成像面的距离；对于厚镜片或者镜片组，焦距等于有效焦距。

后焦长(back focal length，BFL)：又称后焦距，是指镜片或者镜片组中最靠近像侧的镜片至光学镜头的成像面的距离。

折射率温度系数(DN/DT)：是指折射率随温度变化的关系。

正光焦度：透镜或透镜组有正的焦距、有汇聚光线的效果。

负光焦度：透镜或透镜组有负的焦距、有发散光线的效果。

阿贝数：又称色散系数，是指光学材料在不同波长下的折射率的差值比，表示材料的色散程度大小。

主光线：通过镜头入瞳及出瞳中心的光线。

主光线入射角度(chief ray angle，CRA)：主光线在像面上的入射角度，即通过镜头入瞳及出瞳中心的光线在像面上的入射角度。

温漂：镜头在某一温度下的最佳像面与常温下的最佳像面偏移量，即透镜表面形状及尺寸和折射率随着温度的变化而发生改变。

调制传递函数(modulation transfer function，MTF)：表示镜头成像质量的评价量。

像高(image height，IH)：镜头所成图像的高度。

视场角(field of view，FOV)：在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。

光轴，是一条垂直穿过理想透镜中心的光线。与光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的凸镜应是所有的光线会聚在透镜后的一点，会聚所有光线的一点，即为焦点

畸变(distortion)，也称为失真，光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。畸变是由于光阑球差的影响，不同视场的主光线通过光学系统后与高斯像面的交点高度不等于理想像高，两者之差就是畸变。因此畸变只改变轴外物点在理想面上的成像位置，使像的形状产生失真，但不影响像的清晰度。

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。

本申请实施例提供一种汽车，该汽车可以是轿车、越野车、客车或者货车等车辆，本申请实施例对此不做限定。

示例一种汽车的结构，如图1所示，汽车1主要包括发动机2、电气设备3、底盘4以及车身5。

发动机2是汽车1的动力装置。发动机2包括机体、曲柄连杆机构、配气机构、冷却系、润滑系、燃料系以及点火系(柴油机没有点火系)。

电气设备3包括蓄电池、发电机、调节器、起动机、仪表、车灯、音响装置以及雨刷器。

底盘4用于支撑并安装发动机2和电气设备3等部件，以形成汽车1的整体架构，并接受发动机2的动力，使汽车1产生运动，保证正常行驶。底盘4包括传动系、行驶系、转向系以及制动系。

车身5安装在底盘4的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或者装载货物。轿车的车身一般是整体结构。轿车车身的作用主要是保护驾驶员，并构成良好的空气力学环境。

现如今，随着汽车技术在自动驾驶、人车交互等领域的发展，人们对于汽车的配置要求越来越高，对汽车的功能性、舒适性以及娱乐性提出了更高的要求。智能车灯作为汽车智能化的一个重要指标，在汽车智能化发展上体现出越来越重要的作用，通过汽车投影技术可以使人们随时随地享受娱乐功能。

传统的车灯采用卤素灯作为光源。卤素灯结构简单，但是其照明亮度和照明范围不能得到精确的控制。

矩阵式发光二极管(light emitting diode，LED)光源具备一定的照明亮度，对照明范围也有一定的控制能力。

然而矩阵式LED光源作为入门级的智能灯，其LED数量(像素数量)仅能达到百级，对照明亮度和照明范围无法达到更精确的控制，防眩光效果较差，也不能实现智慧投影。

汽车投影技术采用的像素级大灯，通过数字微镜(digital micromirror device，DMD)芯片控制每个像素单元开关闭合，实现精确的照明亮度和照明范围。

本申请实施例提供一种投影系统，该投影系统可以应用于室内、室外以及道路上等不同的投影应用场景；还可以应用于投影成像领域；还可以应用于投影仪、投影灯以及抬头显示(head up display，HUD)等装置。本申请实施例对此不做限定。

目前，现有的投影系统基于数字光处理(digital light processing，DLP)架构、DMD芯片作为核心器件，由投影光源出射光线入射到DMD芯片上产生图像，再将DMD芯片产生的图像的出射光入射到投影镜头，由投影镜头进行成像，最终由投影屏幕接收。

投影系统主要分为照明光路和投影镜头。照明光路部分影响系统的能量利用率和能量输出，投影镜头影响投影成像质量，比如对比度、清晰度等。DLP数字微镜连接照明光路和投影镜头。

示例一种投影系统，如图2所示，投影系统10主要包括投影镜头100、光源200以及光阀调制部件300。

光源200，即为上述投影光源。光源200可以采用激光光源，或者，还可以采用汽车1的车灯。可以理解的是，光源200采用汽车1的车灯时，汽车1还包括处理单元(图1中未示出)，处理单元用于控制投影系统10。

光阀调制部件300，位于光源200的出光侧，用于对入射光线进行调制后反射。上述DMD芯片集成于光阀调制部件300内。

投影镜头100，位于光阀调制部件300的反射光路上，用于对光阀调制部件300的出射光进行成像。

为了提高投影系统10的能量利用率和输出功率，也就是为了提高投影系统10的光通量，可以通过大光圈的投影镜头100或者采用高功率的光源200来实现。

其中，通过合理的光学设计实现大光圈的投影镜头100，能够提高传输效率和解析力，进而提高光通量。然而，大光圈的投影镜头100设计难度高，不易实现。

另外，还可以采用高功率光源以提高能量利用率和输出功率，以提高光通量。然而，以LED为光源的车灯的光源功率密度较低，若要保证足够的输出功率就需要更大的发光面积，则需要具有更大靶面的投影系统10，就需要更为复杂和庞大的投影镜头100架构。

基于此，本申请实施例提供的投影系统10采用激光作为光源200。激光光源能够使投影系统10具备高能效、小体积、方向性好以及照射距离远等特点。同时，由于激光光源与普通光源产生相同光通量需要的靶面相对较小，因此可以适配结构简单、小体积的投影镜头100，进而降低投影镜头100的成本。

基于此，为了降低投影镜头100的成本，本申请实施例提供一种投影镜头，该投影镜头为具有三片透镜的三片式投影镜头。

如图3所示，投影镜头100包括：沿光轴方向，自物侧至像侧依次排列的第一透镜110、第二透镜210以及第三透镜310。

本申请实施例中，各透镜同轴设置。

此处释明的是，在实际情况下，各透镜可能会由于装配原因或者透镜制作工艺原因，各透镜之间的光轴会稍微错开，此时，各透镜也能够算作为各透镜同轴设置。

每片透镜包括朝向物侧的物侧面以及朝向像侧的像侧面。

可以理解的是，本申请实施例中的透镜均为具有正光焦度或负光焦度的透镜，当在多片透镜之间插入平面镜时，平面镜不算作为本申请的投影镜头的透镜。例如，在第一透镜110和第二透镜210之间设置平面镜时，平面镜不能算作本申请实施例的第二透镜。

其中，第一透镜110具有光焦度。

示例性的，第一透镜110具有正光焦度。也就是说，第一透镜110具有汇聚光线的作用。

在一些实施例中，如图3所示，第一透镜110的物侧面S1可以为凹面，第一透镜110的像侧面S2可以为凸面。

也就是说，第一透镜110为具有光焦度的弯月透镜。

可以理解的是，第一透镜110的物侧面S1可以为凸面、凹面或者平面中的任一种，第一透镜110的像侧面S2也可以为凸面、凹面或者平面中的任一种。本申请实施例对此不做限定，只需保证第一透镜110具有光焦度即可。

此处释明的是，本申请实施例里提到的凸面或者凹面均指的是近轴处为凸面或者凹面。需要说明的是，近轴处为凸面或者凹面是指在无限的接近于透镜的光轴位置为凸面还是凹面。即近轴是指无限接近于光轴的位置。需要说明的是，透镜的形状、物侧面与像侧面的凹凸程度仅仅示意性的，对本申请实施例不造成任何限定，本申请实施例对于物侧面与像侧面远离光轴的部分的凹凸不做任何限定。

其中，第一透镜110的物侧面S1和像侧面S2均为非球面。

又由于第一透镜110远离光源200，受温度影响较低，因此将第一透镜110设置为塑胶透镜，以降低成本。也就是说，第一透镜110为塑胶非球面透镜。

这样一来，塑胶非球面透镜能够降低投影镜头100的成本，还具有较好的成型性。另外，非球面透镜还可以增加投影镜头100的设计自由度，提高成像效果。

本申请实施例提供的投影镜头100中，第一透镜110采用的是低色散材料。这样一来，可以减弱大光圈带来的球差，提高投影镜头100的分辨率。也就说是，第一透镜110材料的色散系数(也称为阿贝数vd)较低。

示例性的，第一透镜110的阿贝数vd1满足：vd1≥52。

本申请实施例中，第二透镜210具有负光焦度，第三透镜310具有正光焦度。也就是说，第二透镜210具有分散光线的作用，第三透镜310具有汇聚光线的作用。

其中，第二透镜210的像侧面与第三透镜310的物侧面贴合。示例性的，第二透镜210和第三透镜310组成胶合透镜。这样一来，可以有效抑制投影镜头100的光学色差，进而使投影镜头100得到较好的成像效果。

如图3所示，第二透镜210的物侧面S3为凸面，第二透镜210的像侧面S4为凹面。这样一来，可以使投影镜头100的成像效果好，提高投影镜头100的成像质量。

也就是说，第二透镜210为具有负光焦度的弯月透镜。

可以理解的是，第二透镜210的物侧面S3可以为凸面、凹面或者平面中的任一种，第二透镜210的像侧面S4也可以为凸面、凹面或者平面中的任一种。本申请实施例对此不做限定，只需保证第二透镜210的像侧面S4和第三透镜310的物侧面S4贴合，且第二透镜210具有负光焦度即可。

由于第二透镜210的像侧面与第三透镜310的物侧面贴合，因此第三透镜310的物侧面S4为凸面，第三透镜310的像侧面S5为凸面。这样一来，可以使投影镜头100的成像效果好，提高投影镜头100的成像质量。

也就是说，第三透镜310为具有正光焦度的双凸透镜。

可以理解的是，第三透镜310的物侧面S4可以为凸面、凹面或者平面中的任一种，第三透镜310的像侧面S5也可以凸面、凹面或者平面中的任一种。本申请实施例对此不做限定，只需保证第三透镜310的物侧面S4和第二透镜210的像侧面S4贴合，且第三透镜310具有正光焦度即可。

其中，如图3所示，投影镜头100还包括光阑410。在这种情况下，第二透镜210的物侧面S3作为光阑410。光阑410可以用于限制投影镜头孔径，进而限制进光量，以改变成像亮度。

本申请实施例提供的投影镜头100中，具有正光焦度的透镜(例如：第一透镜110和第三透镜310)采用低色散系数的材料，具有负光焦度的透镜(例如：第二透镜210)采用高色散系数材料。也就是说，具有低折射率的透镜采用高阿贝数的材料，具有高折射率的透镜采用低阿贝数的材料，使得投影镜头100的各个透镜在色散能力方面进行互补，达到平衡，达到消色差的目的，进一步提升成像的质量。

其中，第二透镜210的阿贝数vd2和第三透镜310的阿贝数vd3满足：vd3/vd2≥2。

投影镜头100的总焦距为第一透镜110、第二透镜210以及第三透镜310形成的投影镜头100的有效焦距EFL，投影镜头100的有效焦距EFL与各个透镜的焦距有关。

本申请实施例中，第一透镜110的焦距f1与投影镜头100的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10。

第二透镜210的焦距f2和第三透镜310的焦距f3满足：1.7≤|f2/f3|≤3.7。

第二透镜210和第三透镜310组合起来的胶合透镜的组合焦距f23与投影镜头100的有效焦距EFL满足：0.8≤|f23/EFL|≤1.5。

这样一来，有利于提升投影镜头100的成像质量。

在一些实施例中，第一透镜110的物侧面S1和像侧面S2均为非球面。

在一些实施例中，第二透镜210和第三透镜310的物侧面和像侧面均为球面。球面透镜成本较低，能够降低投影镜头100的成本。

本申请实施例中，第一透镜110为塑胶镜片，第二透镜210和第三透镜310均为玻璃透镜。

第二透镜210和第三透镜310设置于第一透镜110靠近激光光源200一侧，容易受温度影响，因此将第二透镜210和第三透镜310设置为玻璃透镜，能够提高投影镜头100的可靠性。

本申请实施例提供的投影镜头100采用玻璃透镜与塑胶透镜搭配的方式能够有效降低成本，且兼顾可靠性。

另外，采用玻璃透镜与塑胶透镜搭配的方式，还能够校正投影镜头100的温漂，从而降低投影镜头100在任意温度的使用环境下的温漂，实现良好的光学成像效果。这是因为，塑胶透镜的折射率温度系数满足：DN/DT＜0，玻璃透镜的折射率温度系数满足：DN/DT>0，其中，DN为单位时间内折射率的变化量，DT为单位时间内温度的变化量。当温度升高时，玻璃透镜的折射率会相应的增加，而塑胶透镜的折射率则会相应的减小。

这样一来，利用透镜的折射率温度系数DN/DT的搭配补偿，实现相互补偿的消热差设计，提高投影镜头100的可靠性，满足投影系统10的高低温可靠性要求。投影镜头100常温下对焦后，在-40℃～105℃的环境温度下，均无需再次对焦，即可实现清晰成像，能够兼顾投影镜头100高可靠性和低成本。

本申请实施例中，投影镜头100的光学总长TTL与投影镜头100的有效焦距EFL满足：1.5≤TTL/EFL≤2.5，进而实现投影镜头100的小体积。

本申请实施例中，投影镜头100的后焦长BFL与投影镜头100的有效焦距EFL满足：0.5≤BFL/EFL≤1.5，进而实现投影镜头100的长后焦。

本申请实施例提供的投影镜头100包括：沿光轴方向，自物侧至像侧依次排布的具有光焦度的第一透镜110、具有负光焦度的第二透镜210以及具有正光焦度的第三透镜310。其中，第二透镜210的像侧面和第三透镜310的物侧面贴合。本申请实施例提供的投影镜头100按照特定的顺序由光轴方向，自物侧至像侧依次排列具有光焦度的第一透镜110、具有负光焦度的第二透镜210和具有正光焦度的第三透镜310，通过各个透镜之间相互配合，且投影镜头100满足：第一透镜110的焦距f1、第二透镜210的焦距f2、第三透镜310的焦距f3、第二透镜210和第三透镜310的组合焦距f23以及投影镜头100的有效焦距EFL满足：

|f1/EFL|≥10、1.7≤|f2/f3|≤3.7或者0.8≤|f23/EFL|≤1.5中的至少一个，有利于控制光线的偏折角度，平衡像差，提升投影镜头100的成像质量，实现大光圈的设计。因此，本申请实施例提供的投影镜头，能够实现具有大光圈、低成本、小体积以及高分辨率等特性的投影镜头，且投影镜头100的投影画面亮度均匀，实现百万像素级的清晰投影，提升投影系统10的能量传输效率。

同时，本申请实施例提供的投影镜头100满足在-40℃～105℃温度范围内的减弱热差设计，满足高温和低温下可靠性要求。

另外，本申请实施例提供的投影镜头100对场曲和畸变都能够得到有效修正，实现低畸变、画面不失真，且移动投影镜头时，能够清晰对焦，场曲无明显变化。

本申请实施例提供的投影镜头100仅由三片透镜组成，且投影镜头100的光学总长TTL与投影镜头100的有效焦距EFL的比值小于2.5，满足投影镜头100小体积、架构简单的需求。本申请实施例提供的投影镜头100的后焦长BFL与投影镜头100的有效焦距EFL的比值大于0.5，满足投影镜头100长后焦的使用情景。

下面将结合附图更加详细的描述本申请实施例提供的一些具体的而非限制性的例子。

实施例一

如图3所示，本申请实施例一提供的投影镜头100包括沿光轴方向，自物侧至像侧依次排布的第一透镜110、第二透镜210以及第三透镜310。

其中，第二透镜210的像侧面和第三透镜310的物侧面贴合。示例性的，第二透镜210和第三透镜310组成胶合透镜。这样一来，能够抑制投影镜头100的光学色差，进而使投影镜头100得到较好的成像效果。

第一透镜110的物侧面S1为凹面，第一透镜110的像侧面S2为凸面，第一透镜110为具有正光焦度的弯月透镜。第二透镜210的物侧面S3为凸面，第二透镜210的像侧面S4为凹面，第二透镜210为具有负光焦度的弯月透镜。第三透镜310的物侧面S4为凸面，第三透镜310的像侧面S5为凸面，第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜。

如图3所示，实施例一提供的投影镜头100还包括光阑510。光阑510设置于第二透镜210的物侧面S3上。

第一透镜110的焦距f1与投影镜头100的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10。

第一透镜110为塑胶透镜，第二透镜210和第三透镜310为玻璃透镜。采用玻璃透镜与塑胶透镜搭配的方式，利用透镜折射率温度系数DN/DT的搭配补偿，实现相互补偿的消热差设计，能够校正投影镜头100的温漂，从而降低投影镜头100在任意温度的使用环境下的温漂，实现良好的光学成像效果，提高投影镜头100的可靠性，满足投影系统10的高低温可靠性要求，能够兼顾投影镜头100高可靠性和低成本。

第一透镜110的阿贝数vd1满足：vd1≥52。第二透镜210的阿贝数vd2和第三透镜310的阿贝数vd3满足：vd3/vd2≥2。

投影镜头100的各个透镜，采用正光焦度透镜低色散、负光焦度透镜高色散的组合，达到消色差的目的。

下述表1-1示出了本申请实施例一提供的投影镜头100的光学参数。

其中，F#为投影镜头100的光圈数值；EFL为投影镜头100的有效焦距；FOV为投影镜头100的视场角；TTL为投影镜头100的光学总长；TTL/EFL为投影镜头100的光学总长TTL与投影镜头100的有效焦距EFL的比值；BFL/EFL为投影镜头100的后焦长BFL与投影镜头100的有效焦距EFL的比值。

表1-1

F#	1.32
		EFL	44.82mm
FOV	8.9°
		TTL	89.80mm
TTL/EFL	2.00
		BFL/EFL	1.07

下述表1-2示出了本申请实施例一提供的投影镜头100中各镜片的光学参数。

其中，R为曲率半径；Th为透镜的中心厚度；Nd为透镜的折射率；vd为透镜的阿贝数。

表1-2

下述表1-3示出了本申请实施例一提供的投影镜头100中第一透镜110的非球面系数。

其中，K为二次曲面常数，A2、A4、A6以及A8分别为二阶非球面系数、四阶非球面系数、六阶非球面系数以及八阶非球面系数。

表1-3

	K	A2	A4	A6	A8
						S1	-1.00E+00	0	-1.68E-05	-3.42E-08	3.40E-11
S2	-1.09E+00	0	-7.77E-06	-8.18E-09	5.90E-12

为方便理解本申请实施例一提供的投影镜头100，对其进行了仿真，下面对其仿真效果进行说明。

图4A所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100在常温(20℃)下的调制传递函数(MTF)曲线图。

图4B所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100在低温(-40℃)下的调制传递函数曲线图。

图4C所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100在高温(105℃)下的调制传递函数曲线图。

图4A、图4B以及图4C的横坐标为空间频率，单位为线对每毫米(LP/mm)，纵坐标为调制传递函数。

图中各条线分别表示不同视场角下的调制传递函数与空间频率关系。其中，T表示子午方向，S表示弧失方向。

从图4A所示的投影镜头100在常温下MTF曲线可以看出，在16.5LP/mm的空间频率下，中心视场(0.0000mm)对应的MTF在0.7以上，0.7倍像高IH视场(4.8680mm)对应的MTF在0.4以上，满足人眼极限角分辨率的需求。

从图4B和图4C所示的投影镜头100在低温和高温下MTF曲线可以看出，在16.5LP/mm的空间频率下，中心视场对应的MTF在0.7以上，0.7倍像高IH视场对应的MTF在0.3以上，从-40℃到105℃温度范围内均达到人眼极限角分辨率需求，本申请实施例一的投影镜头100实现了消热差效果。

从图4A、图4B以及图4C中可以看出，本申请实施例一的投影镜头100，在低温以及高温下的成像变形差异较小。在不同的温度下，投影镜头100的调制传递函数基本相同，温漂得到良好校正，在较宽的温度范围内均能够满足成像清晰的要求。也即是说，本申请实施例一的投影镜头100可以在宽温条件下清晰成像，即投影镜头100在较大的温度变化范围内温漂均较小，因而本申请实施例一的投影镜头100在不同的温度下均能够有较好的成像效果。

图4D所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100的场曲曲线图。

图4D的横坐标为场曲的大小，单位为mm，纵坐标为归一化像高。其中，T表示子午方向，S表示弧失方向。

由图4D可以看出，本申请实施例一提供的投影镜头100从波长为460nm的光到617nm的光，场曲比较小。

图4E所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100的畸变曲线图。

图4E的横坐标为畸变的大小，单位为％，纵坐标为归一化像高，没有单位。

由图4E可以看出，畸变小于1％。本申请实施例一提供的投影镜头100的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图4F所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100的相对照度曲线图。

相对照度(relative illumination，RI)是指成像面的边缘照度和中心照度之比。图4F的坐标原点(0，0)为成像面的中心。横坐标为边缘距中心的距离，纵坐标为相对照度。

图4F所示的投影镜头100的相对照度曲线可以看出，图4F的坐标原点(0，0)为成像面的中心，亮度为100％，随着向成像面的边缘移动，边缘的亮度逐渐变暗，直至在距离中心6.954mm处，亮度变为约90％。因此，本申请实施例一提供的投影镜头100的投影画面亮度均匀。

图4G所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表1-1、表1-2和表1-3所示的数据时，投影镜头100的离焦调制传递函数曲线图。

图4G的横坐标为焦点偏移量，单位为毫米(mm)，纵坐标为调制传递函数。

由图4G可以看出，本申请实施例一提供的投影镜头100，中心视场到1倍像高IH视场的MTF曲线的峰值较为集中，且峰宽较宽。当焦点偏移量介于-0.2和0.2之间时，调制传递函数仍然处于比较高的数值。

本申请实施例一提供的投影镜头100采用三片透镜相互配合，光圈可以达到F1.32，场曲和畸变都能被有效修正，能够得到较佳的光学性能，同时满足大光圈、高可靠性以及低成本。

实施例二

如图3所示，本申请实施例二提供的投影镜头100包括沿光轴方向，自物侧至像侧依次排布的第一透镜110、第二透镜210以及第三透镜310。

如图3所示，实施例二提供的投影镜头100还包括光阑510。光阑510设置于第二透镜210的物侧面S3上。

下述表2-1示出了本申请实施例二提供的投影镜头100的光学参数。

其中，每个光学参数所代表的物理意义同上述表1-1，在此不再赘述。

表2-1

下述表2-2示出了本申请实施例二提供的投影镜头100中各镜片的光学参数。

其中，每个光学参数所代表的物理意义同上述表1-2，在此不再赘述。

表2-2

下述表2-3示出了本申请实施例二提供的投影镜头100中第一透镜110的非球面系数。

其中，每个光学参数所代表的物理意义同上述表1-3，在此不再赘述。

表2-3

	K	A2	A4	A6	A8
						S1	-9.80E-01	0	-8.65E-05	-5.80E-07	1.89E-09
S2	-1.13E+00	0	-4.44E-06	-1.51E-07	3.68E-10

为方便理解本申请实施例二提供的投影镜头100，对其进行了仿真，下面对其仿真效果进行说明。

图5A所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100在常温(20℃)下的调制传递函数曲线图。

图5B所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100在低温(-40℃)下的调制传递函数曲线图。

图5C所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100在高温(105℃)下的调制传递函数曲线图。

图5A、图5B以及图5C的横坐标为空间频率，单位为线对每毫米(LP/mm)，纵坐标为调制传递函数。

从图5A所示的投影镜头100在常温下MTF曲线可以看出，在16.5LP/mm的空间频率下，中心视场(0.0000mm)对应的MTF在0.8以上，1倍像高IH视场(3.7700mm)对应的MTF在0.6以上，满足人眼极限角分辨率的需求。

从图5B和图5C所示的投影镜头100在低温和高温下MTF曲线可以看出，在16.5LP/mm的空间频率下，中心视场对应的MTF在0.8以上，1倍像高IH视场对应的MTF在0.5以上，从-40℃到105℃温度范围内均达到人眼极限角分辨率需求，本申请实施例二的投影镜头100实现了消热差效果。

从图5A、图5B以及图5C中可以看出，本申请实施例二的投影镜头100，在低温以及高温下的成像变形差异较小。在不同的温度下，投影镜头100的调制传递函数基本相同，温漂得到良好校正，在较宽的温度范围内均能够满足成像清晰的要求。也即是说，本申请实施例二的投影镜头100可以在宽温条件下清晰成像，即投影镜头100在较大的温度变化范围内温漂均较小，因而本申请实施例二的投影镜头100在不同的温度下均能够有较好的成像效果。

图5D所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100的场曲曲线图。

图5D的横坐标为场曲的大小，单位为mm，纵坐标为归一化像高。其中，T表示子午方向，S表示弧失方向。

由图5D可以看出，本申请实施例二提供的投影镜头100从波长为460nm的光到617nm的光，场曲比较小。

图5E所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100的畸变曲线图。

图5E的横坐标为畸变的大小，单位为％，纵坐标为归一化像高，没有单位。

由图5E可以看出，畸变小于1％。本申请实施例二提供的投影镜头100的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图5F所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100的相对照度曲线图。

相对照度是指成像面的边缘照度和中心照度之比。图5F的坐标原点(0，0)为成像面的中心。横坐标为边缘距中心的距离，纵坐标为相对照度。

图5F所示的投影镜头100的相对照度曲线可以看出，图5F的坐标原点(0，0)为成像面的中心，亮度为100％，随着向成像面的边缘移动，边缘的亮度逐渐变暗，直至在距离中心3.77mm处，亮度变为约90％。因此，本申请实施例二提供的投影镜头100的投影画面亮度均匀。

图5G所示的为采用图3所示的投影镜头100结构，并采用上述表2-1、表2-2和表2-3所示的数据时，投影镜头100的离焦调制传递函数曲线图。

图5G的横坐标为焦点偏移量，单位为毫米(mm)，纵坐标为调制传递函数。

由图5G可以看出，本申请实施例二提供的投影镜头100，中心视场到1倍像高IH视场的MTF曲线的峰值较为集中，且峰宽较宽。当焦点偏移量介于-0.2和0.2之间时，调制传递函数仍然处于比较高的数值。

本申请实施例二提供的投影镜头100采用三片透镜相互配合，适用于更小靶面，在提高解析力的同时进一步减小了投影镜头100的体积。光圈可以达到F1.31，场曲和畸变都能被有效修正，能够得到较佳的光学性能，同时满足大光圈、高可靠性以及低成本。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种投影镜头，其特征在于，包括：

沿光轴方向，自物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜以及第三透镜；

所述第一透镜，具有光焦度；

所述第二透镜，具有负光焦度；

所述第三透镜，具有正光焦度；所述第二透镜的像侧面和所述第三透镜的物侧面贴合；

其中，所述第一透镜的焦距f1、所述第二透镜的焦距f2、所述第三透镜的焦距f3、所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距f23以及所述投影镜头的有效焦距EFL满足：|f1/EFL|≥10、1.7≤|f2/f3|≤3.7或者0.8≤|f23/EFL|≤1.5中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜具有正光焦度。

3.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面为凹面；所述第一透镜的像侧面为凸面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面为凸面；所述第二透镜的像侧面为凹面。

5.根据权利要求1-4任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜的像侧面为凸面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜为塑胶透镜；所述第二透镜和所述第三透镜为玻璃透镜。

7.根据权利要求1-6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜组成胶合透镜。

8.根据权利要求1-7任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

9.根据权利要求1-8任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜的物侧面和像侧面均为球面。

10.根据权利要求1-9任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数vd1满足：vd1≥52。

11.根据权利要求1-10任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜的阿贝数vd2和所述第三透镜的阿贝数vd3满足：vd3/vd2≥2。

12.根据权利要求1-11任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的光学总长TTL与所述投影镜头的有效焦距EFL满足：1.5≤TTL/EFL≤2.5。

13.根据权利要求1-12任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的后焦长BFL与所述投影镜头的有效焦距EFL满足：0.5≤BFL/EFL≤1.5。

14.一种投影系统，其特征在于，包括：光源、光阀调制部件以及如权利要求1-13任一项所述的投影镜头；

所述光阀调制部件，位于所述光源的出光侧，用于对入射光线进行调制后反射；

所述投影镜头，位于所述光阀调制部件的反射光路上，用于对所述光阀调制部件的出射光进行成像。

15.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求14所述的投影系统和处理单元；所述处理单元用于控制所述投影系统。