CN220491109U - 一种投影镜头及抬头显示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种投影镜头及抬头显示系统，其中投影镜头包括：多个透镜和光阑，光阑位于多个透镜的出光侧，用以限制投影镜头的出光范围，使投影镜头可以与光波导匹配；通过限制投影镜头中有效焦距f与TTL×F.NO的比值，可以使投影镜头在具有大孔径特性的同时有效降低投影镜头的尺寸，有利于实现投影镜头的超薄化和小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影镜头及抬头显示系统。
背景技术
激光投影显示技术，也称激光投影技术或者激光显示技术，是以红、绿、蓝三基色激光作为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富的色彩。随着激光投影技术的发展，其应用需求也越来越多样化，在不同的应用场景之下，对于投影镜头的性能需求也不同。
在抬头显示(Head Up Display，简称HUD)系统中，投影镜头出射的投影图像投射至风挡玻璃上，再被风挡玻璃反射至人眼，从而人眼可以看到前方的虚像。通常为了减小HUD系统的体积，可以在投影镜头出光侧设置光波导，但目前的投影镜头存在体积较大且难以与光波导匹配的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种投影镜头及抬头显示系统，其中，投影镜头具有小型化的特点，且可以匹配光波导及多样化的投影系统。
本实用新型一方面提供一种投影镜头，包括：多个透镜和光阑；所述光阑位于所述多个透镜的出光侧；
所述投影镜头满足以下关系：
其中，f表示所述投影镜头的有效焦距，TTL表示所述投影镜头在光轴上的长度，F.NO表示所述投影镜头的光圈数值。
本实用新型的一些实施例中，所述投影镜头包括三个透镜，所述三个透镜包括沿逐渐远离所述光阑方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的屈光度依次为正、负、正。
本实用新型的一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为非球面透镜。
本实用新型的一些实施例中，所述第一透镜满足以下关系：
2≤ct1/et1≤4；
f1≤22；
其中，ct1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
本实用新型的一些实施例中，所述第二透镜满足以下关系：
0.2≤ct2/et2≤0.6；
f2≥-11；
其中，ct2表示所述第二透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et2表示所述第二透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f2表示所述第二透镜的有效焦距。
本实用新型的一些实施例中，所述第三透镜满足以下关系：
80≤|c36-c37|≤110；
其中，c36表示所述第三透镜物侧表面的曲率半径，c37表示所述第三透镜像侧表面的曲率半径。
本实用新型的一些实施例中，所述投影镜头满足以下关系：
0.6≤(CT1+CT3)/∑CT≤0.9；
其中，CT1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，CT3表示所述第三透镜在沿光轴方向上的中心厚度，∑CT表示所述三个透镜在沿光轴方向上的中心厚度之和。
本实用新型的一些实施例中，所述投影镜头的成像距离为2m至无穷远处。
本实用新型的一些实施例中，所述第一透镜的像侧表面至所述第三透镜的物侧表面在光轴上的长度小于或等于26mm，所述投影镜头的色差小于0.6个像素。
本实用新型另一方面提供一种抬头显示系统，包括上述任一种投影镜头，所述抬头显示系统还包括：
光源装置，用于出射投影光线；
照明系统，位于所述光源装置的出光侧，所述照明系统包括匀光部件和光调制部件；所述投影镜头位于所述光调制部件的出光侧；
光波导，位于所述投影镜头的出光侧，所述光波导包括耦入区域和耦出区域，所述投影镜头靠近所述耦入区域设置；所述光波导用于接收所述投影镜头出射的光线，经传导向风挡玻璃出射，以使所述风挡玻璃将所述光波导的出射光反射至驾驶员眼中。
本实用新型有益效果如下：
本实用新型提供一种投影镜头及抬头显示系统，其中投影镜头包括：多个透镜和光阑，光阑位于多个透镜的出光侧，用以限制投影镜头的出光范围，使投影镜头可以与光波导匹配。投影镜头满足以下关系：
其中，f表示投影镜头的有效焦距，TTL表示投影镜头在光轴上的长度，F.NO表示投影镜头的光圈数值。通过限制投影镜头中有效焦距f与TTL×F.NO的比值，可以使投影镜头在具有大孔径特性的同时有效降低投影镜头的尺寸，有利于实现投影镜头的超薄化和小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍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获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的投影镜头的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的光线追迹图；
图3为本实用新型实施例提供的调制传递函数曲线图；
图4为本实用新型实施例提供的离焦曲线图；
图5为本实用新型实施例提供的点列图；
图6为本实用新型实施例提供的垂轴色差图；
图7为本实用新型实施例提供的场曲曲线示意图；
图8为本实用新型实施例提供的畸变曲线示意图；
图9为本实用新型实施例提供的远心度曲线示意图；
图10为本实用新型实施例提供的抬头显示系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本实用新型中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本实用新型保护范围内。本实用新型的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
抬头显示(HUD)系统实质上是一个投影系统，投影设备将显示图像投影至汽车的风挡玻璃上，投影光线再被风挡玻璃反射至人眼中，从而驾驶员可以看到形成于视线前方的投影图像，无需低头即可在行驶过程中获取车辆相关的信息。其中，投影设备通常包括三个组成部分：光源装置、照明系统和投影镜头，光源装置中可以包括用于出射投影光线的投影光源以及用于合光的部件，照明系统中可以包括匀光部件和光调制部件，光源装置出射的投影光线进入照明系统中，经照明系统的匀化和调制后再入射至投影镜头，由投影镜头成像后出射。
由于HUD系统需要在车辆前方一定距离的路面之上形成虚像，而为了达到该虚像距离，需要建立一定长度的光路，传统的HUD系统中通常采用自由曲面反射镜组来缩短光路，但会带来HUD系统体积较大的问题，在投影设备的出光侧设置光波导可以有助于减小HUD系统的体积，然而由于光波导的耦入区域面积较小，目前的投影镜头出光面积容易大于光波导耦入区域的面积，难以与光波导相匹配。
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种投影镜头，该投影镜头具有小尺寸的优点，且可以与光波导相匹配。
图1为本实用新型实施例提供的投影镜头的结构示意图。
如图1所示，投影镜头包括多个透镜和光阑STO，且光阑STO位于多个透镜的出光侧，将投影镜头的光阑STO前置使其与投影镜头的出瞳重合，可以限制投影镜头出射光束的大小，从而可以使投影镜头的出光范围适应于光波导耦入区域的大小。
本实用新型实施例中，光波导的耦入区域可以为一个直径14mm～16mm的圆形光栅，且光波导的耦入区域要求入射光线平行入射。在上述投影镜头中，光阑STO在垂直于光轴方向上的孔径尺寸为14mm～16mm，即可以将投影镜头的出瞳直径限制在14mm～16mm，另外，通过对投影镜头中各透镜的面型及排布进行设计，本实用新型实施例提供的投影镜头的成像距离范围为2m至无穷远处，从而投影镜头的出射光线均可以耦入至上述光波导，具有较高的光线利用率，实现投影镜头与光波导匹配。
可选的，投影镜头的出瞳直径可以小于光波导的耦入区域直径1mm，投影镜头的出瞳与光波导的耦入区域的距离可以设置为1mm左右，投影镜头的视场角设置为与光波导的视场角一致，从而可以提升投影镜头与光波导的匹配程度，有利于达到更好的投影显示效果。
本实用新型实施例中，投影镜头整体满足以下关系：
其中，f表示投影镜头的有效焦距，TTL表示投影镜头在光轴上的长度，F.NO表示投影镜头的光圈数值。通过限制投影镜头的有效焦距f与TTL×F.NO的比值，可以保证投影镜头具有大孔径特性的同时有效降低投影镜头的尺寸，有利于实现投影镜头的超薄化和小型化。
如图1所示，投影镜头包括三个透镜，三个透镜包括沿逐渐远离光阑STO方向设置的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，光阑STO所在的一侧为投影镜头的像侧，第三透镜3所在的一侧为投影镜头的物侧。
本实用新型实施例中，第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均为非球面透镜。第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的屈光度分别为正、负、正。
具体的，第一透镜1满足以下关系：
2≤ct1/et1≤4；
f1≤22；
其中，ct1表示第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et1表示第一透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f1表示第一透镜的有效焦距。通过控制第一透镜1的参数满足上述公式，可以保证镜片的可加工性，避免曲率过大。
第二透镜2满足以下关系：
0.2≤ct2/et2≤0.6；
f2≥-11；
其中，ct2表示第二透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et2表示第二透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f2表示所述第二透镜的有效焦距。通过控制第二透镜2的参数满足上述公式，可以适当增大光线高度，同时该透镜承担了比较大的光焦度，主要用于平衡像差和场曲。
第三透镜3满足以下关系：
80≤|c36-c37|≤110；
其中，c36表示第三透镜物侧表面的曲率半径，c37表示第三透镜像侧表面的曲率半径。通过控制第三透镜3的参数满足上述公式，可有效降低系统尺寸，使系统光焦度得到合理分配，同时有利于其他镜片的像差控制，同时保持镜片的加工工艺性。
由上述三个透镜组成的投影镜头还满足以下关系：
0.6≤(CT1+CT3)/∑CT≤0.9；
其中，CT1表示第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，CT3表示第三透镜在沿光轴方向上的中心厚度，∑CT表示三个透镜在沿光轴方向上的中心厚度之和。通过合理控制第一透镜1及第三透镜3在沿光轴方向上的中心厚度在投影镜头中三个透镜在沿光轴方向上的中心厚度之和的占比，有利于合理分配各个透镜的光焦度，改善投影镜头的球差和像差，同时可以增强投影镜头整体结构的稳固性。
本实用新型实施例中，通过对投影镜头中三个透镜的面型及其组合方式进行设计，可以使得第一透镜1的像侧表面至第三透镜3的物侧表面在光轴上的长度小于或等于26mm，即投影镜头的镜头总长小于或等于26mm，投影镜头具有小尺寸的优点。投影镜头的色差可以达到小于0.6个像素即0.0041mm，投影镜头具有小色差的优点，适用于全色激光投影系统。投影镜头的投射比为2.8，投射比为投影镜头投射的投影图像与投影距离的比值，上述投射比可以使用户较为舒适地观看投影图像。投影镜头的光圈数值(F.NO值)为2.4，F.NO值表征了投影镜头的收光能力，投影镜头的F.NO值越大，其收光角度越小，上述F.NO值表示本实用新型实施例提供的投影镜头可以具有较强的收光能力和较大的光通量。投影镜头的相对照度大于85％，其投影图像可以具有较高的亮度。
本实用新型实施例提供的投影镜头内各个光学部件的面型参数和各光学部件之间的间距如下表所示：
| 面号 | 面型 | 曲率半径 | 厚度 | 材料 | 半孔径 | |
| OBJ | 球面 | 无限 | 无限 | |||
| 光阑 | 球面 | 无限 | 1.00 | 7.00 | ||
| S2 | 非球面 | 15.44 | 3.25 | 1.64；49.6 | 折射 | 7.52 |
| S3 | 非球面 | -52.5 | 8.7 | 折射 | 7.34 | |
| S4 | 非球面 | -45.3 | 1.5 | 1.79；24.2 | 折射 | 5.53 |
| S5 | 非球面 | 12.2 | 8.02 | 折射 | 5.35 | |
| S6 | 非球面 | 16.02 | 3 | 1.88；40.1 | 折射 | 8.67 |
| S7 | 非球面 | -102.4 | 2.12 | 折射 | 8.68 | |
| S8 | 球面 | 无限 | 16 | 1.74；45.339 | 折射 | 8.14 |
| S9 | 球面 | 无限 | 0.35 | 折射 | 6.33 | |
| S10 | 球面 | 无限 | 0.7 | 1.51；52.911 | 折射 | 6.233 |
| S11 | 球面 | 无限 | 0.3 | 折射 | 6.161 | |
| S12 | 球面 | 无限 | 6.15 |
非球面系数为：
| 表面 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 |
| 圆锥曲面常数 | -0.45 | -41.808 | -96.377 | -0.717 | -4.03 | 56.8 |
| 1阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4阶系数 | 4.352E-06 | 4.326E-06 | 2.161E-05 | -2.181E-05 | 1.021E-05 | -2.49E-05 |
| 5阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6阶系数 | 4.324E-08 | 1.248E-07 | -2.257E-07 | 1.364E-06 | -2.28E-07 | -1.3E-05 |
| 7阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8阶系数 | 2.239E-10 | -6.793E-10 | -2.139E-08 | -3.687E-08 | -2.1E-10 | 3.25E-10 |
| 9阶系数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10阶系数 | 4.610E-13 | -5.902E-13 | 4.804E-12 | 3.217E-12 | -1.23E-13 | 2.08E-13 |
基于上述参数，该投影镜头为一微型长焦镜头，投影镜头的投射比为2.8，有效焦距为34.2mm，投影镜头的偏移量即投影镜头与光调制部件中心的偏移量范围为0，投影镜头的解析能力可以达到66lp/mm，投影距离可以在2m至无穷远的范围，投影镜头的视场角可以达到20°(此处视场角指投影镜头的对角视场角DFOV)，投影镜头的色差达到小于0.6pixel。
基于上述参数，本实用新型实施例利用光学设计软件对投影镜头中的光路进行了模拟。图2为本实用新型实施例提供的光线追迹图。
如图1和图2所示，光调制部件200位于投影镜头100的入光侧，对于不同的投影技术，光调制部件200具体可以采用液晶(Liquid Crystal，简称LC)光阀、硅基液晶(LiquidCrystal On Silicon，简称LCOS)光阀、数字微镜器件(Digital Micro Device，简称DMD)等，本实用新型实施例以采用DMD芯片作为光调制部件为例进行说明。当光调制部件200采用DMD芯片时，投影镜头100和光调制部件200之间还可以设置全反射棱镜210，全反射棱镜210用于接收投影光线反射至光调制部件200，并将光调制部件200调制后的光线向投影镜头100出射。
如图2所示，经DMD芯片调制后的芯片经全反射棱镜210后入射至投影镜头100，依次经投影镜头100中的各透镜折射后从光阑STO出射。
本实用新型实施例还基于上述光线追迹结果对投影镜头进行了像质评价。
图3为本实用新型实施例提供的调制传递函数曲线图。
图3示出了波长0.4650μm～0.6430μm的光线在不同视场中的调制传递函数(Modulation Transfer Function，简称MTF)曲线图，其中，横坐标表示空间频率，单位为周期/mm、纵坐标表示MTF数值，MTF值可以表征投影镜头的解析情况。由图3可见，光线的MTF值均在0.6以上且曲线较平坦，说明投影镜头边缘和中心的成像差距小、成像质量达到设计标准。
图4为本实用新型实施例提供的离焦曲线图。
图4示出了波长0.4650μm～0.6430μm的光线在空间频率为50.0000周期/mm时在不同视场中的离焦曲线，其中横坐标表示焦移(离焦位置)，单位为mm、纵坐标表示MTF数值。由图4可见，光线在光轴处的MTF值均在0.7以上，并且像面偏移程度在合理范围内。
图5为本实用新型实施例提供的点列图。
点列图可以反应投影镜头成像的清晰程度，图中的点越集中表示投影镜头成像时的拖影少、锐度更好，图5示出了波长分别为0.643μm、0.525μm和0.465μm的光线在六个视场中的成像点列图(Spot Size图)，由图5可知，投影镜头在不同视场中所成的像可以在一个合理范围内。本实用新型实施例模拟的六个视场所成的像对应的均方根(RNS)半径和几何(GEO)半径数据如下表所示：
| 视场 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| RNS半径(μm) | 2.005 | 4.550 | 2.768 | 2.968 | 3.144 | 2.817 |
| GEO半径(μm) | 4.051 | 9.739 | 6.066 | 5.894 | 7.371 | 7.773 |
图6为本实用新型实施例提供的垂轴色差图。
图6示出了波长为0.643μm、0.525μm和0.465μm的光线在一定视场范围内成像时的垂轴色差，其中横坐标体现垂轴色差的大小，单位为μm、纵坐标为视场角，单位为度，图中虚线为艾里斑的范围，由图6可知，在艾里斑范围内，投影镜头所成像的垂轴色差在合理的范围内。
图7为本实用新型实施例提供的场曲曲线示意图。
图7示出了波长为0.643μm、0.525μm和0.465μm的光线所成的像在不同视场下的子午方向和弧矢方向的场曲曲线，其中横坐标表示场曲大小，单位为mm，纵坐标表示像高(视场)，图7中最大视场为10.000度，此时弧矢场曲为0.0350mm，子午场曲为0.0166mm，投影镜头的场曲在合理范围内。
图8为本实用新型实施例提供的畸变曲线示意图。
图8示出了波长为0.643μm、0.525μm和0.465μm的光线在一定视场范围内所成像的畸变曲线，其中横坐标表示畸变百分比，纵坐标表示像高(视场)，图8中最大视场为10.000度，最大畸变为0.8124％，投影镜头的畸变在合理范围内。
图9为本实用新型实施例提供的远心度曲线示意图。
图9示出了投影镜头的出射光线在不同视场下的远心度的柱状图，其中横坐标表示视场大小，纵坐标表示不同视场对应的主光线偏离光轴的角度即远心度，具体数据如下表所示，其远心度均小于1度，投影镜头性能较好。
| 视场 | 0.00 | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.45 | 0.50 |
| 远心度 | 0.00 | 0.06 | 0.13 | 0.19 | 0.25 | 0.31 | 0.36 | 0.41 | 0.45 | 0.49 | 0.51 |
| 视场 | 0.55 | 0.60 | 0.65 | 0.70 | 0.75 | 0.80 | 0.85 | 0.90 | 0.95 | 1.00 | |
| 远心度 | 0.53 | 0.54 | 0.54 | 0.53 | 0.50 | 0.45 | 0.38 | 0.34 | 0.68 | 1.00 |
综合图3～图9的像质评价结果可知，本实用新型实施例提供的投影镜头成像时的各种像差较小，可以具有较好的成像质量。
基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种抬头显示系统。
图10为本实用新型实施例提供的抬头显示系统的结构示意图。
如图10所示，抬头显示系统包括投影设备T、光波导300和风挡玻璃400。参照图1、图2和图10，投影设备T包括光源装置、照明系统和投影镜头100。
具体来说，光源装置用于出射投影光线，光源装置中包括投影光源，投影光源具体可以采用激光光源，由于激光高亮度和单色性强的特点，可以使得投影图像具有更好的亮度和色彩表现。为实现全彩投影显示，投影光源可以采用出射不同颜色激光的激光器，也可以采用多个出射不同颜色激光的激光器组合而成，投影光源的出光侧可以设置合光部件用以将不同颜色的激光合成一束后出射，对合光部件的具体结构进行设计，可以使光束均匀度和亮度等得到提高。
照明系统位于光源装置的出光侧，照明系统包括匀光部件和光调制部件，其中，匀光部件可以采用光导管或者复眼透镜组等，匀光部件可以用于对光源装置的出射光线进行整形和匀化。光调制部件200根据不同的投影技术可以采用LC光阀、LCOS光阀或者DMD光阀等，光调制部件用于对入射光线进行调制后出射至投影镜头，使投影图像的成像质量更佳。照明系统中还可以包括透镜组，透镜组的作用可以为聚焦、发散、整形等，透镜的数量、种类以及排布方式可以根据具体使用需求进行光学设计得到，本实用新型实施例在此不做限定。
投影镜头位于光调制部件的出光侧，投影镜头可以用于对投影光线进行成像，本实用新型实施例提供的投影镜头具有小体积和小色差的优点，应用于抬头显示系统中可以有效减小抬头显示系统的体积，同时实现较高质量的全彩显示。
在一些实施例中，也可以采用显示屏提供所需的图像，再由投影镜头进行成像后入射至后续部件中。
光波导300具体可以采用几何光波导或衍射光波导等，光线在光波导300中可以进行多次全反射，有利于降低系统体积，光波导300包括耦入区域和耦出区域，通过对光波导300的耦入区域和耦出区域的具体结构进行设计，有助于改善投影光线的成像质量，光波导300对于抬头显示系统的视场角、成像距离、眼盒(eyebox)等参数具有决定作用。
本实用新型实施例提供的投影镜头出瞳范围合适且投影镜头出射平行光，可以满足光波导的耦入要求，从而该投影镜头可以匹配光波导300，投影镜头100靠近光波导300的耦入区设置以使投影镜头的出射光束耦入至光波导300中，光线在光波导300中进行多次全反射后耦出，随后入射至风挡玻璃400，风挡玻璃400则可以将光波导300的出射光反射至驾驶员眼中，从而驾驶员可以看到成像于一定距离处的虚像，上述抬头显示系统具有小体积的优点。
可以理解的是，在一些实施例中，上述投影镜头也可以应用于其他投影系统中，由于该投影镜头具有小体积和小色差的优点，将其应用于投影系统中，可以减小投影系统体积，并实现更好的彩色投影显示效果，满足更多样化的产品需求。
根据第一实用新型构思，投影镜头包括多个透镜和光阑，且光阑位于多个透镜的出光侧，将投影镜头的光阑前置使其与投影镜头的出瞳重合，可以限制投影镜头出射光束的大小，从而可以使投影镜头的出光范围适应于光波导耦入区域的大小。
根据第二实用新型构思，投影镜头的出瞳直径限制在14mm～16mm，投影镜头的成像距离范围为2m至无穷远处，从而投影镜头的出射光线均可以耦入光波导，具有较高的光线利用率，实现投影镜头与光波导匹配。
根据第三实用新型构思，投影镜头的出瞳直径可以小于光波导的耦入区域直径1mm，投影镜头的出瞳与光波导的耦入区域的距离可以设置为1mm左右，投影镜头的视场角设置为与光波导的视场角一致，从而可以提升投影镜头与光波导的匹配程度，有利于达到更好的投影显示效果。
根据第四实用新型构思，通过限制投影镜头的有效焦距f与TTL×F.NO的比值，使其满足公式可以保证投影镜头具有大孔径特性的同时有效降低投影镜头的尺寸，有利于实现投影镜头的超薄化和小型化。
根据第五实用新型构思，投影镜头包括沿逐渐远离光阑方向设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，三片透镜均为非球面透镜，减小投影镜头尺寸。
根据第六实用新型构思，通过控制第一透镜的参数满足公式2≤ct1/et1≤4；f1≤22，可以保证镜片的可加工性，避免曲率过大。
根据第七实用新型构思，通过控制第二透镜的参数满足公式0.2≤ct2/et2≤0.6；f2≥-11，可以适当增大光线高度，同时该透镜承担了比较大的光焦度，主要用于平衡像差和场曲。
根据第八实用新型构思，通过控制第三透镜的参数满足公式80≤|c36-c37|≤110，可有效降低系统尺寸，使系统光焦度得到合理分配，同时有利于其他镜片的像差控制，同时保持镜片的加工工艺性。
根据第九实用新型构思，通过合理控制第一透镜及第三透镜在沿光轴方向上的中心厚度在投影镜头中三个透镜在沿光轴方向上的中心厚度之和的占比，使其满足公式0.6≤(CT1+CT3)/∑CT≤0.9，有利于合理分配各个透镜的光焦度，改善投影镜头的球差和像差，同时可以增强投影镜头整体结构的稳固性。
根据第十实用新型构思，通过对投影镜头中三个透镜的面型及其组合方式进行设计，可以使得投影镜头的镜头总长小于或等于26mm，投影镜头具有小尺寸的优点。
根据第十一实用新型构思，投影镜头的色差可以达到小于0.6个像素即0.0041mm，投影镜头具有小色差的优点，适用于全色激光投影系统。
根据第十二实用新型构思，投影镜头的投射比为2.8，可以使用户较为舒适地观看投影图像。
根据第十三实用新型构思，投影镜头的光圈数值(F.NO值)为2.4，投影镜头可以具有较强的收光能力和较大的光通量。投影镜头的相对照度大于85％，其投影图像可以具有较高的亮度。
根据第十四实用新型构思，投影镜头出瞳范围合适且投影镜头出射平行光，可以满足光波导的耦入要求，从而该投影镜头可以匹配光波导并应用于抬头显示系统中，可以有效减小抬头显示系统的体积，同时实现较高质量的全彩显示。
根据第十五实用新型构思，该投影镜头也可以应用于其他投影系统中，由于该投影镜头具有小体积和小色差的优点，将其应用于投影系统中，可以减小投影系统体积，并实现更好的彩色投影显示效果，满足更多样化的产品需求。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种投影镜头，其特征在于，包括多个透镜和光阑；所述光阑位于所述多个透镜的出光侧；
所述投影镜头满足以下关系：
其中，f表示所述投影镜头的有效焦距，TTL表示所述投影镜头在光轴上的长度，F.NO表示所述投影镜头的光圈数值。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头包括三个透镜，所述三个透镜包括沿逐渐远离所述光阑方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的屈光度依次为正、负、正。
3.如权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为非球面透镜。
4.如权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下关系：
2≤ct1/et1≤4；
f1≤22；
其中，ct1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
5.如权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜满足以下关系：
0.2≤ct2/et2≤0.6；
f2≥-11；
其中，ct2表示所述第二透镜在沿光轴方向上的中心厚度，et2表示所述第二透镜在沿光轴方向上的边缘厚度，f2表示所述第二透镜的有效焦距。
6.如权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜满足以下关系：
80≤|c36-c37|≤110；
其中，c36表示所述第三透镜物侧表面的曲率半径，c37表示所述第三透镜像侧表面的曲率半径。
7.如权利要求2～6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下关系：
0.6≤(CT1+CT3)/∑CT≤0.9；
其中，CT1表示所述第一透镜在沿光轴方向上的中心厚度，CT3表示所述第三透镜在沿光轴方向上的中心厚度，∑CT表示所述三个透镜在沿光轴方向上的中心厚度之和。
8.如权利要求1～6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的成像距离为2m至无穷远处。
9.如权利要求2～6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧表面至所述第三透镜的物侧表面在光轴上的长度小于或等于26mm，所述投影镜头的色差小于0.6个像素。
10.一种抬头显示系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的投影镜头，所述抬头显示系统还包括：
光源装置，用于出射投影光线；
照明系统，位于所述光源装置的出光侧，所述照明系统包括匀光部件和光调制部件；所述投影镜头位于所述光调制部件的出光侧；
光波导，位于所述投影镜头的出光侧，所述光波导包括耦入区域和耦出区域，所述投影镜头靠近所述耦入区域设置；所述光波导用于接收所述投影镜头出射的光线，经传导向风挡玻璃出射，以使所述风挡玻璃将所述光波导的出射光反射至驾驶员眼中。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321896091.2U CN220491109U (zh) | 2023-07-18 | 2023-07-18 | 一种投影镜头及抬头显示系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN220491109U true CN220491109U (zh) | 2024-02-13 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-07-18 CN CN202321896091.2U patent/CN220491109U/zh active Active
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