CN219179687U - 一种投影镜头及hud车载模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投影镜头及HUD车载模组，一种投影镜头包括：成像机构及像差校正机构；像差校正机构包括后组镜头(110)、中组镜头(120)及前组镜头(130)；物侧光线依次经过成像机构、后组镜头(110)、中组镜头(120)及前组镜头(130)传播至前组镜头(130)成像；后组镜头(110)包括依次设置的第一镜片(111)、第二镜片(112)、第三镜片(113)及第四镜片(114)；中组镜头(120)包括依次设置的第五镜片(121)、第六镜片(122)、光阑(123)、第七镜片(124)及第八镜片(125)；前组镜头(130)包括依次设置的第九镜片(131)、第十镜片(132)、第十一镜片(133)及第十二镜片(134)。本实用新型具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。

Description

一种投影镜头及HUD车载模组

技术领域

本实用新型涉及投影设备技术领域，尤其涉及一种投影镜头及HUD车载模组。

背景技术

随着科技发展，汽车导航由最初的后装HUD(head-up display抬头显示设备)逐渐过渡为前装HUD，这对投影光机的可靠性要求有所增加，二次光学的设计也更为复杂，好处则是显示内容让驾驶员感觉更为舒适，视野更宽。

HUD模组主要由光机照明、投影镜头、扩散片以及其后的二次光学反射系统组成，本实用新型专利涉及到投影镜头。市场上现有的HUD显示技术主要有两种，一种是借助液晶的TFT显示，另一种是DLP显示，前者成本低，但像素低，亮度差，显示内容有限，后者则成本高昂，但是亮度、对比度、清晰度和显示范围相当不错。DLP显示的一个弊端是国外的技术垄断，为实现国产化，以LCOS作为显示芯片的技术方案应运而生。

目前LCOS应用于HUD显示方案的其中一个难点是镜头的分辨率难以匹配芯片的精度，造成芯片分辨率的浪费。LCOS芯片像素点的物理尺寸为4.5μm，应用于车载的DLP芯片这个参数为7.6μm，前者对镜头的解析力显然是要更高的。因此，发明一种可以匹配LCOS并且在-40℃～85℃下表现良好的高像质镜头成为该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种投影镜头及HUD车载模组，本方案中，后组镜头中第一镜片及第二镜片用于承担着主要的光焦度、远心以及孔径像差的校正作用，第二镜片同时承担着光线高度由高降低减小高阶像差的过渡作用，第三镜片及第四镜片用于校正色差；中组镜头中第五镜片及第六镜片用于承接后组过来的较为平缓的光束以进行有效色差校正，第七镜片及第八镜片用于增大镜头光圈，提升亮度效率；前组镜头中第九镜片及第十镜片用于为整体提供大的正光焦度，第十一镜片及第十二镜片用于为整体提供大的负光焦度，从而本申请具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种投影镜头,包括成像机构及像差校正机构；所述像差校正机构包括后组镜头、中组镜头及前组镜头；

物侧光线依次经过所述成像机构、所述后组镜头、所述中组镜头及所述前组镜头传播至所述前组镜头成像；

所述后组镜头包括依次设置的第一镜片、第二镜片、第三镜片及第四镜片；

所述中组镜头包括依次设置的第五镜片、第六镜片、光阑、第七镜片及第八镜片；

所述前组镜头包括依次设置的第九镜片、第十镜片、第十一镜片及第十二镜片。

优选地，所述成像机构包括依次设置的显示芯片、显示芯片保护玻璃、1/4波片、PBS等效平板及偏振片。

优选地，所述第一镜片及所述第二镜片均为球面正透镜，所述第三镜片及所述第四镜片组成一个胶合透镜，其中，所述第三镜片为球面负透镜，所述第四镜片为球面正透镜。

优选地，所述第五镜片为球面负透镜，所述第六镜片为球面正透镜，所述第七镜片为球面正透镜，所述第八镜片为球面负透镜。

优选地，所述第九镜片及所述第十镜片均为球面正透镜，所述第十一镜片为球面负透镜，所述第十二镜片为非球面负透镜。

优选地，所述第四镜片靠近所述中组镜头，所述第四镜片为折射率Nd≤1.65及阿贝数Vd≥60的材质。

优选地，所述第五镜片为球面负透镜及所述第六镜片、所述第七镜片及所述第八镜片分布设置在所述光阑两侧。

优选地，所述第十一镜片为双凹形的球面负透镜，所述第十二镜片为弯月形的非球面负透镜。

优选地，所述第九镜片及所述第十镜片中至少有一个透镜为折射率Nd≥1.80的材质。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种HUD车载模组，包括所述的一种投影镜头。

本实用新型的一种投影镜头及HUD车载模组具有如下有益效果，本实用新型公开的一种投影镜头包括成像机构及像差校正机构；像差校正机构包括后组镜头、中组镜头及前组镜头；物侧光线依次经过成像机构、后组镜头、中组镜头及前组镜头传播至前组镜头成像。后组镜头包括依次设置的第一镜片、第二镜片、第三镜片及第四镜片；中组镜头包括依次设置的第五镜片、第六镜片、光阑、第七镜片及第八镜片；前组镜头包括依次设置的第九镜片、第十镜片、第十一镜片及第十二镜片。后组镜头中第一镜片及第二镜片用于承担着主要的光焦度、远心以及孔径像差的校正作用，第二镜片同时承担着光线高度由高降低减小高阶像差的过渡作用，第三镜片及第四镜片用于校正色差；中组镜头中第五镜片及第六镜片用于承接后组过来的较为平缓的光束以进行有效色差校正，第七镜片及第八镜片用于增大镜头光圈，提升亮度效率；前组镜头中第九镜片及第十镜片用于为整体提供大的正光焦度，第十一镜片及第十二镜片用于为整体提供大的负光焦度，从而本申请具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。因此，本实用新型具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。

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，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，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获得其他附图：

图1是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的结构示意图；

图2是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的后组镜头的结构示意图；

图3是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的中组镜头的结构示意图；

图4是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的前组镜头的结构示意图；

图5是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的光线路径示意图；

图6是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的实际场景示意图；

图7是本实用新型较佳实施例的一种投影镜头的扩展结构示意图；

图8、图9及图10是本实用新型较佳实施例的一种MTF图。图8、图9及图10分别是在20℃、-40℃以及85℃下的MTF。该投影距离下，LCOS处的111lp/mm相当于投影面的12.5lp/mm。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种投影镜头及HUD车载模组，本方案中，后组镜头中第一镜片及第二镜片用于承担着主要的光焦度、远心以及孔径像差的校正作用，第二镜片同时承担着光线高度由高降低减小高阶像差的过渡作用，第三镜片及第四镜片用于校正色差；中组镜头中第五镜片及第六镜片用于承接后组过来的较为平缓的光束以进行有效色差校正，第七镜片及第八镜片用于增大镜头光圈，提升亮度效率；前组镜头中第九镜片及第十镜片用于为整体提供大的正光焦度，第十一镜片及第十二镜片用于为整体提供大的负光焦度，从而本申请具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的一种投影镜头的结构示意图，包括成像机构及像差校正机构；像差校正机构包括后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130；

物侧光线依次经过成像机构、后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130传播至前组镜头130成像。

后组镜头110包括依次设置的第一镜片111、第二镜片112、第三镜片113及第四镜片114；

中组镜头120包括依次设置的第五镜片121、第六镜片122、光阑123、第七镜片124及第八镜片125；

前组镜头130包括依次设置的第九镜片131、第十镜片132、第十一镜片133及第十二镜片134。

现有技术中，LCOS应用于HUD显示方案的其中一个难点是镜头的分辨率难以匹配芯片的精度，造成芯片分辨率的浪费。LCOS芯片像素点的物理尺寸为4.5μm，应用于车载的DLP芯片这个参数为7.6μm，前者对镜头的解析力显然是要更高的。

针对上述缺点，本申请中通过成像机构及像差校正机构；像差校正机构包括后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130的配合实现了高质量成像，有开模成本低，高温下不失焦的优点。

具体地，本申请中像差校正机构由后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130三个部分有机结合完成，每个部分具有不同的功能，功能之间形成互补关系，可最大程度减少非球面透镜的使用。

具体地，后组镜头110中第一镜片111及第二镜片112用于承担着主要的光焦度、远心以及孔径像差的校正作用，第二镜片112同时承担着光线高度由高降低减小高阶像差的过渡作用，第三镜片113及第四镜片114用于校正色差；中组镜头120中用于承接后组过来的较为平缓的光束以进行有效色差校正，第七镜片124及第八镜片125用于增大镜头光圈，提升亮度效率；前组镜头130中第九镜片131及第十镜片132用于为整体提供大的正光焦度，第十一镜片133及第十二镜片134用于为整体提供大的负光焦度。

综上，本申请提供了一种投影镜头，在本方案中，包括成像机构及像差校正机构；像差校正机构包括后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130；物侧光线依次经过成像机构、后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130传播至前组镜头130成像。后组镜头110包括依次设置的第一镜片111、第二镜片112、第三镜片113及第四镜片114；中组镜头120包括依次设置的第五镜片、第六镜片122、光阑123、第七镜片124及第八镜片125；前组镜头130包括依次设置的第九镜片131、第十镜片132、第十一镜片133及第十二镜片134。因此，本实用新型具有成像质量高，开模成本低，高温下不失焦的优点。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本申请提供的一种后组镜头110的结构示意图。

作为一种优选地实施例，成像机构包括依次设置的显示芯片101、显示芯片保护玻璃102、1/4波片103、PBS等效平板104及偏振片105。

作为一种优选地实施例，第一镜片111及第二镜片112均为球面正透镜，第三镜片113及第四镜片114组成一个胶合透镜，其中，第三镜片113为球面负透镜，第四镜片114为球面正透镜。

具体地，在本实施例中，第一镜片111位于透镜组的最左侧，靠近显示芯片101，为折射系统的第一球面正透镜，它与第二镜片112共同组成一个大光焦度透镜组，承担起后组镜头的光焦度和光线平滑过渡。第一镜片111与第二镜片112承担着主要的光焦度、远心以及孔径像差的校正作用。第二镜片112同时承担着光线高度由高降低减小高阶像差的过渡作用。第三镜片113以及第四镜片114胶合，校正色差。第三镜片113的左表面背向光阑123，可提供异号的像散，辅助像差校正。

请参照图3，图3为本申请提供的一种中组镜头120的结构示意图。

作为一种优选地实施例，第五镜片121为球面负透镜，第六镜片122为球面正透镜，第七镜片124为球面正透镜，第八镜片125为球面负透镜。

具体地，在本实施例中，中组镜头120承接后组镜头110过来的较为平缓的光束，由于各个视场的光束在此处的入射角度均不大，因此最适合进行色差的校正。第五镜片121和第六镜片122粘合为胶合透镜，为整个系统中色差校正的主力。光阑123的右侧依次为第七镜片124和第八镜片125，第七镜片123为球面正透镜，第八镜片124为球面负透镜，位于光阑123附近的第七镜片124可以增大镜头光圈，提升亮度效率，同时，第七镜片124和第八镜片125由于光焦度异号，所产生的初级像差种类绝大多数也是异号，加上两者之间小的空气间隔造成不同表面的光线高度差异，正负光焦度表面上的像差不会完全抵消，而会残留一部分的高阶像差，通过空气间隔的调整，可以灵活地调整残留像差的值，从而更好地匹配镜头其他部分的像差要求。

请参照图4，图4为本申请提供的一种前组镜头130的结构示意图。

作为一种优选地实施例，第九镜片131及第十镜片132均为球面正透镜，第十一镜片133为球面负透镜，第十二镜片134为非球面负透镜。

具体地，在本实施例中，第九镜片131和第十镜片132整体提供大的正光焦度，第十一镜片133和第十二镜片134则提供大的负光焦度。两者的光焦度大部分会被内部消耗，换取而来的是场曲的校正，光束在正光焦度表面处具有最大的光束口径，而在负光焦度表面具有最小的光束口径，这样正透镜组对整个镜头的光焦度贡献就会超过同等光焦度的负透镜组，起到减小场曲的作用。第十二镜片134采用弯月负透镜，减小光线的入射和出射角度，并利用远离光阑的位置优势，实现对彗差、像散和畸变的校正。

请参照图5，图5为本申请提供的一种投影镜头的光线路径示意图。

具体地，在本实施例中，物侧光线依次经过成像机构、后组镜头110、中组镜头120及前组镜头130传播至前组镜头130成像。

请参照图6，图6为本申请提供的一种投影镜头的实际场景示意图。

请参照图7，图7为本申请提供的一种投影镜头的扩展结构示意图。

具体地，作为该实用新型专利的延伸，在不违背以上像差校正模式的基础上，将中组的胶合透镜组拆分以及将分离的正负光焦度透镜胶合，同时将前组的胶合透镜分裂，可获得类似的像质和效果。

作为一种优选地实施例，第四镜片114靠近中组镜头120，第四镜片114为折射率Nd≤1.65及阿贝数Vd≥60的材质。

作为一种优选地实施例，第五镜片121为球面负透镜及第六镜片122、第七镜片123及第八镜片124分布设置在光阑两侧。

作为一种优选地实施例，第十一镜片133为双凹形的球面负透镜，第十二镜片134为弯月形的非球面负透镜。

作为一种优选地实施例，第九镜片131及第十镜片132中至少有一个透镜为折射率Nd≥1.80的材质。

具体地，本申请通过选取热膨胀系数较为接近的玻璃材质作为胶合透镜，避免宽温度范围下的开胶风险，由此产生的额外色差由多个胶合透镜或密接正负光焦度透镜组补偿。

具体地，用于色差校正的胶合透镜(整体为正光焦度)其正光焦度透镜材质一般是低折射率高阿贝数，负光焦度透镜则是高折射率低阿贝数，这两种材质一种是冕玻璃，另一种是火石玻璃，这两种类型材质的热膨胀系数大多存在比较大的差异，这导致透镜材质在不同的温度下膨胀或者收缩程度不同，胶合面容易出现开胶。这里通过材料的筛选，将胶合透镜材质的TCE控制在3.1(X10-6)以内,并且分别在镜头的后组、中组和前组均布置一个胶合透镜，对色差进行分段式校正，由于胶合透镜不是对色差进行严格的校正，因此可以调整出资源对单色像差进行辅助校正，最大程度地提升性价比。

具体地，镜头后组110使用一个双凸以及一个弯月正光焦度透镜来承担光焦度，并且将光束自然平滑过渡到胶合透镜，可以最大限度地减小球差，镜头后组110的胶合透镜作用之一是色差以及单色像差的校正，作用之二是与中组的胶合透镜共同搭建出光束的极小口径，辅助场曲的校正。

具体地，镜头中组120的胶合透镜也具有色差校正功能，其后的正负光焦度透镜组利用中间的弯月空气间隔，形成不同视场孔径光束上下边缘光线的入射角度差异，有利于对冲掉由系统不对称引起的彗差和像散。

具体地，镜头前组130连续使用两个正光焦度透镜和两个负光焦度透镜的目的是构成光束的另一个极小口径和极大口径，同样也是出于场曲的校正。镜头最外端的透镜使用了非球面，则主要是考虑到畸变的校正。

请参照图8、图9及图10，图8、图9及图10为本申请提供的一种投影镜头的屏幕处的MTF图。图8、图9及图10分别是在20℃、-40℃以及85℃下的MTF。该投影距离下，LCOS处的111lp/mm相当于投影面的12.5lp/mm。

上述设计例的光学参数值显示如下表1。

图8、图9及图10为屏幕处的MTF图，MTF观察线对为12.5lp/mm。MTF图，代表光学系统的综合解析能力，图中横轴表示空间频率，单位：圈数每毫米(cycles/mm)，纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0～1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强，各个视场的曲线重合程度越好，像质的一致性就越好，从图8、图9及图10可以看出，在可见光波段，空间频率为12.5lp/mm时，全视场的MTF≥0.4，像质良好。

以下案例为适用于0.39英寸LCOS，投射比TR＝1.55，偏移量OFFSET＝100％，F#＝2.1的投影镜头，其实际设计参数参考表1。

表1：

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表2：

非球面系数	S29	S30
			r4	-4.81E-05	3.07E-06
r6	-1.61E-07	1.02E-07
			r8	3.32E-10	9.66E-11

本申请还提供了一种HUD车载模组，包括所述的一种投影镜头。

对于本申请提供的一种投影镜头的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种投影镜头，其特征在于，包括成像机构及像差校正机构；所述像差校正机构包括后组镜头(110)、中组镜头(120)及前组镜头(130)；

物侧光线依次经过所述成像机构、所述后组镜头(110)、所述中组镜头(120)及所述前组镜头(130)传播至所述前组镜头(130)成像；

所述后组镜头(110)包括依次设置的第一镜片(111)、第二镜片(112)、第三镜片(113)及第四镜片(114)；

所述中组镜头(120)包括依次设置的第五镜片(121)、第六镜片(122)、光阑(123)、第七镜片(124)及第八镜片(125)；

所述前组镜头(130)包括依次设置的第九镜片(131)、第十镜片(132)、第十一镜片(133)及第十二镜片(134)。

2.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述成像机构包括依次设置的显示芯片(101)、显示芯片保护玻璃(102)、1/4波片(103)、PBS等效平板(104)及偏振片(105)。

3.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第一镜片(111)及所述第二镜片(112)均为球面正透镜，所述第三镜片(113)及所述第四镜片(114)组成一个胶合透镜，其中，所述第三镜片(113)为球面负透镜，所述第四镜片(114)为球面正透镜。

4.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第五镜片(121)为球面负透镜，所述第六镜片(122)为球面正透镜，所述第七镜片(124)为球面正透镜，所述第八镜片(125)为球面负透镜。

5.根据权利要求1所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第九镜片(131)及所述第十镜片(132)均为球面正透镜，所述第十一镜片(133)为球面负透镜，所述第十二镜片(134)为非球面负透镜。

6.根据权利要求4所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第四镜片(114)靠近所述中组镜头(120)，所述第四镜片(114)为折射率Nd≤1.65及阿贝数Vd≥60的材质。

7.根据权利要求4所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第五镜片(121)为球面负透镜及所述第六镜片(122)、所述第七镜片(124)及所述第八镜片(125)分布设置在所述光阑两侧。

8.根据权利要求5所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第十一镜片(133)为双凹形的球面负透镜，所述第十二镜片(134)为弯月形的非球面负透镜。

9.根据权利要求5所述的一种投影镜头，其特征在于，所述第九镜片(131)及所述第十镜片(132)中至少有一个透镜为折射率Nd≥1.80的材质。

10.一种HUD车载模组，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的一种投影镜头。

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