CN218995765U - 车载投影光学系统和机动车 - Google Patents

车载投影光学系统和机动车 Download PDF

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李石辉
鲍昭汉
全丽伟
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Abstract

本实用新型公开一种车载投影光学系统和机动车，车载投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置有光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、振镜、棱镜，通过第一透镜具有的大口径，对同等焦距情况下可收集更多的光信息，达到弱光下清晰成像的效果，同时矫正轴向色差，通过后面六个透镜能够矫正系统色差、球差以及像面弯曲，增大系统光圈，并保证光学系统在高温下的成像性能，不虚焦，以使得车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内，以提供了一种低成本、高温状态下不虚焦、大光圈、体积小的车载投影光学系统。

Description

车载投影光学系统和机动车
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及车载投影光学系统和机动车。
背景技术
目前车载投影光学系统普遍存在这样的缺点：成本高，光圈小、体积大、高温状态下会虚焦。
目前市场上一般会牺牲其它方面的情况下改善某些方面，比如为了实现超低成本，使用了全塑料镜头，导致高温环境中虚焦。也有镜头为了实现解像要求和保证极端环境的使用采取多枚玻璃镜片，致使成本上升，影响了镜头的普及和推广。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种车载投影光学系统和机动车，旨在提供了一种低成本、高温状态下不虚焦、大光圈、体积小的车载投影光学系统。
为实现上述目的，本实用新型提出的一种车载投影光学系统，其中所述车载投影光学系统所述车载投影光学系统具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述车载投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、振镜、棱镜和感光芯片，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内。
可选地，所述第一透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000011
所述第二透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000012
所述第三透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000013
所述第四透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000014
第五透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000015
第六透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000016
第七透镜的光焦度为
Figure BDA0004018087420000017
所述车载投影光学系统满足下列条件：
Figure BDA0004018087420000018
且
Figure BDA0004018087420000019
且
Figure BDA00040180874200000110
且
Figure BDA0004018087420000021
且
Figure BDA0004018087420000022
且
Figure BDA0004018087420000023
且
Figure BDA0004018087420000024
可选地，所述第一透镜和所述第七透镜为非球面透镜，所述第一透镜和所述第七透镜的表面形状满足公式：
Figure BDA0004018087420000025
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
可选地，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为球面透镜。
可选地，所述第一透镜的材质为塑料材质。
可选地，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜的材质为玻璃。
可选地，所述第七透镜的材质低软化玻璃材质。
可选地，所述第四透镜与所述第五透镜之间设有光阑。
可选地，所述车载投影光学系统还包括保护玻璃，所述保护玻璃设于所述第七透镜和所述感光芯片之间。
本实用新型还提供一种机动车，机动车包括车载投影光学系统，所述车载投影光学系统所述车载投影光学系统具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述车载投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、振镜、棱镜和感光芯片，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内。
本实用新型提供的技术方案中，由物侧到像侧依次布置有光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、振镜、棱镜，通过所述第一透镜具有的大口径，对同等焦距情况下可收集更多的光信息，达到弱光下清晰成像的效果，同时矫正轴向色差，通过所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜能够矫正系统色差、球差以及像面弯曲，增大系统光圈，并保证光学系统在高温下的成像性能，不虚焦，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内，以提供了一种低成本、高温状态下不虚焦、大光圈、体积小的车载投影光学系统。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
图1为本实用新型提供的车载投影光学系统一实施例的结构示意图；
图2为图1中车载投影光学系统在可见光波段的MTF曲线图；
图3为图1中车载投影光学系统在可见光波段环境温度20℃时离焦曲线图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 第一透镜 7 第七透镜
2 第二透镜 8 振镜
3 第三透镜 9 棱镜
4 第四透镜 10 感光芯片
5 第五透镜 11 光阑
6 第六透镜 12 保护玻璃
本实用新型目的的实现、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
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型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。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
目前车载投影光学系统普遍存在这样的缺点：成本高，光圈小、体积大、高温状态下会虚焦。目前市场上一般会牺牲其它方面的情况下改善某些方面，比如为了实现超低成本，使用了全塑料镜头，导致高温环境中虚焦。也有镜头为了实现解像要求和保证极端环境的使用采取多枚玻璃镜片，致使成本上升，影响了镜头的普及和推广。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种车载投影光学系统，图1为本实用新型提供的车载投影光学系统的具体实施例。
请参阅图1，所述车载投影光学系统所述车载投影光学系统具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述车载投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜1、光焦度为负的第二透镜2、光焦度为负的第三透镜3、光焦度为正的第四透镜4、光焦度为负的第五透镜5、光焦度为正的第六透镜6、光焦度为正的第七透镜7、振镜8、棱镜9和感光芯片10，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内。
本实用新型提供的技术方案中，由物侧到像侧依次布置有光焦度为负的第一透镜1、光焦度为负的第二透镜2、光焦度为负的第三透镜3、光焦度为正的第四透镜4、光焦度为负的第五透镜5、光焦度为正的第六透镜6、光焦度为正的第七透镜7、振镜8、棱镜9，通过所述第一透镜1具有的大口径，对同等焦距情况下可收集更多的光信息，达到弱光下清晰成像的效果，同时矫正轴向色差，通过所述第二透镜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和所述第七透镜7能够矫正系统色差、球差以及像面弯曲，增大系统光圈，并保证光学系统在高温下的成像性能，不虚焦，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内，以提供了一种低成本、高温状态下不虚焦、大光圈、体积小的车载投影光学系统。
需要说明的是，光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。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和所述第七透镜7能够将光束按照所需设计的方向进行投射。
具体地，在本实施例中，所述第一透镜1的光焦度为φ1，所述第二透镜2的光焦度为φ2，所述第三透镜3的光焦度为φ3，所述第四透镜4的光焦度为φ4，第五透镜5的光焦度为φ5，第六透镜6的光焦度为φ6，第七透镜7的光焦度为φ7，所述车载投影光学系统满足下列条件：
Figure BDA0004018087420000051
且
Figure BDA0004018087420000052
且
Figure BDA0004018087420000053
且
Figure BDA0004018087420000054
且
Figure BDA0004018087420000055
且
Figure BDA0004018087420000056
且
Figure BDA0004018087420000057
具体地，在本实施例中，所述第一透镜1和所述第七透镜7为非球面透镜，所述第一透镜1和所述第七透镜7的表面形状满足公式：
Figure BDA0004018087420000058
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，至分别表示各径向坐标所对应的系数。可以理解的是，y其单位和透镜长度单位相同，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。
需要说明的是，非球面镜片的特点是：从镜片中心到镜片周边，曲率是连续变化的，与从镜片中心到镜片周边具有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片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，采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。如此，采用非球面透镜，不仅可以修正影像，解决视界歪曲等问题，同时能使镜片更轻、更薄、更平、保持优异的抗冲击性能。
具体地，在本实施例中，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为球面透镜。通过设置球面透镜，在保证像质和可靠性的前提下，组装敏感度较低，提升了成品良率。
进一步地，因现有技术中，同类型的车载投影光学系统，为了做到共焦，控制成本，采用塑料非球面，这就导致镜头可靠性差，无法适应温差较大的环境，为了使得所述车载投影光学系统具有较好的稳定性，并且兼顾成本的考虑，在本实施例中，因塑料镜头的抗冲击能力较强，重量较轻，同时成本也低，所述第一透镜1的材质为塑料材质。但是因塑胶材料受环境温度影响的化学特性较为不稳定，其折射率相较全玻璃镜头较弱，导致画面还原度上差于玻璃镜头，为了保证所述车载投影光学系统受温度变化的稳定性，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的材质为玻璃。因玻璃透镜不容易受热胀冷缩的影响出现跑焦现象，因此玻璃透镜可以很好的抵抗镜头受热变形的问题，长时间保持镜头的高精度。所述车载投影光学系统采用玻塑混合材质，不仅节省成本，抗冲击能力也较强，还保证了系统的稳定性和高低温的适用性。
具体地，在本实施例中，所述第七透镜7的材质低软化玻璃材质。低软化玻璃一般为添加碱金属或者碱土金属的玻璃，或者添加B2O3，P2O5等形成体原料也可以降低玻璃软化点，使用软化玻璃，适宜于精密模压成型，延长模具寿命，降低生产成本。
如此，通过合理的设计各透镜的光学参数、材质，从而实现所述车载投影光学系统在高温环境中不虚焦，保证解像清晰，系统采用了吸水率极低的塑料材质同时充分考虑各种镜片材料折射率、阿贝数高低温的变化量匹配面型和空气间隔的变化量，实现了高低温和湿度各要素变化量的正负搭配，保证高低温和不同湿度环境中像面的同步和清晰。
进一步地，为了提升成像质量，在本实施例中，所述第四透镜4与所述第五透镜5之间设有光阑11。所述光阑11限制轴上光束通光口径在变焦过程中拦掉部分光线，减少了光斑、提高了图像对比度，并有助于提升像质。
进一步地，在本实施例中，所述车载投影光学系统还包括保护玻璃12，所述保护玻璃12设于所述第七透镜7和所述感光芯片10之间。
具体地，所述感光芯片10朝向所述物侧的表面为成像面，即可以为CCD或者CMOS等摄像元件的表面，可以理解的是，携带被摄物体信息的光线能够依次经过所述第一透镜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、所述振镜8和所述棱镜9，最终成像于所述成像面上。
需要说明的是，在所述车载投影光学系统支持的光圈数为F1.7时，使用距离为0.74m，放大率为95.8倍时的基本参数表如表1所示，其中曲率半径、厚度单位均为毫米(mm)。
表1
Figure BDA0004018087420000071
Figure BDA0004018087420000081
其中，第一透镜和第七透镜各个面的非球面系数如下表所示：
表2第一透镜的第一面S1的系数
S1
k 1.122151
a1 0
a2 0.0013149064
a3 -3.1584965e-005
a4 6.1154119e-007
a5 -7.3669325e-009
a6 4.0402583e-011
a7 4.3086764e-014
a8 -1.008754e-015
表3第一透镜的第二面S2的系数
Figure BDA0004018087420000082
Figure BDA0004018087420000091
表4第七透镜的第一面S13的系数
S2
k -2.157682
a1 0
a2 -7.6870038e-006
a3 7.0737527e-008
a4 1.6159394e-010
a5 -2.1938971e-010
a6 7.2626139e-012
a7 -9.1557073e-014
a8 4.1459458e-016
表5第七透镜的第二面S14的系数
S2
k -1.610618
a1 0
a2 4.3601572e-006
a3 3.0062353e-007
a4 -2.0821641e-008
a5 4.0865372e-010
a6 -3.185758e-012
a7 1.3421287e-015
a8 7.2513745e-017
图2为所述车载投影光学系统在可见光波段的MTF曲线图；其中，横坐标为空间频率，纵坐标为对比度；TS Diff.Limit为子午和弧矢方向的衍射极限，TS 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线。
图3为所述车载投影光学系统在可见光波段环境温度20℃时离焦曲线图；其中，横坐标为离焦量，以毫米为单位，纵坐标为对比度；TS 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线。
由图2和图3可知，本实施例中的所述车载投影光学系统的可见光波段中心(0，0)视场MTF可接近0.8，离焦曲线集中，解像高。
本实用新型还提供一种机动车，所述机动车包括上述的车载投影光学系统，因所述机动车包括所述车载投影光学系统，该车载投影光学系统的具体结构参照上述实施例，由于本机动车的车载投影光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种车载投影光学系统，其特征在于，所述车载投影光学系统具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述车载投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、振镜、棱镜和感光芯片，以使得所述车载投影光学系统能支持F1.7的光圈，且光学总长控制在64.2mm内。
2.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第一透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000012
所述第二透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000013
所述第三透镜的光焦度为
Figure FDA00040180874100000111
所述第四透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000014
第五透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000015
第六透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000016
第七透镜的光焦度为
Figure FDA0004018087410000017
所述车载投影光学系统满足下列条件：
Figure FDA0004018087410000018
且
Figure FDA0004018087410000019
且
Figure FDA00040180874100000110
且
Figure FDA00040180874100000112
且
Figure FDA00040180874100000113
且
Figure FDA00040180874100000114
且
Figure FDA00040180874100000115
3.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第七透镜为非球面透镜，所述第一透镜和所述第七透镜的表面形状满足公式：
Figure FDA0004018087410000011
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
4.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为球面透镜。
5.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第一透镜的材质为塑料材质。
6.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜的材质为玻璃。
7.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第七透镜的材质低软化玻璃材质。
8.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述第四透镜与所述第五透镜之间设有光阑。
9.如权利要求1所述的车载投影光学系统，其特征在于，所述车载投影光学系统还包括保护玻璃，所述保护玻璃设于所述第七透镜和所述感光芯片之间。
10.一种机动车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的车载投影光学系统。
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