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1.本实用新型涉及光学成像显示技术领域，具体涉及一种满足无热化和大偏置要求的车载投影镜头。


背景技术：

2.随着汽车智能化的发展，解决驾驶员在驾驶过程中不断低头看仪表信息的抬头显示（hud）技术不断成熟升级。近年来，采用微型投影机的技术以其亮度高、成像距离远、成像画面大等优势得到人们的认可。市场上现有微型投影机多为民用领域产品，为了减小体积、降低成本，投影镜头设计多采用玻璃镜片与塑料镜片混合的设计技术，无法满足车载产品对高抗震性及大工作温度范围的要求。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种满足无热化和大偏置要求的车载投影镜头，该镜头材料采用全玻璃镜片设计，不仅能够达到较宽的温度使用范围，而且较大的像高可使投影机满足大偏置的特殊需求。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种满足无热化和大偏置要求的车载投影镜头，从物方到像方依次包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、第四透镜组、分光棱镜及图像传感器；
5.所述第一透镜组包括具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜；
6.所述第二透镜组和第三透镜组均为胶合透镜组，其中第二透镜组由具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜胶合而成，第三透镜组由具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜胶合而成；
7.所述第四透镜组包括具有正光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；
8.所述光阑为椭圆形孔径，位于第二透镜组与第三透镜组之间；
9.所述分光棱镜位于第四透镜组与图像传感器之间，所述图像传感器包括传感器保护玻璃与像面，保护玻璃设置在分光棱镜与像面之间。
10.进一步地，将所述车载投影镜头的焦距定义为f’，后焦距定义为1f’，光学模组的像高定义为2y’， 第一透镜组的焦距定义为f
’1，第二透镜组的焦距定义为f
’2，第三透镜组的焦距定义为f
’3，第四透镜组的焦距定义为f
’4，
11.焦距f’与后焦距1f’满足关系式∣lf’/f’∣＞1；
12.光学模组的像高2y’与镜头的焦距f’满足关系式
13.∣2y’/f’∣＞0.8；
14.第一透镜组的焦距f
’1与镜头的焦距f’满足关系式
15.3＜∣f
’1/f’∣＜4；
16.第二透镜组的焦距f
’2与镜头的焦距f’满足关系式
17.∣f
’2/f’∣＞4.5；
18.第三透镜组的焦距f
’3与镜头的焦距f’满足关系式
19.1＜∣f
’3/f’∣＜1.5；
20.第四透镜组的焦距f
’4与镜头的焦距f’满足关系式
21.0.5＜∣f
’4/f’∣＜1。
22.光学模组的像高2y’与镜头的焦距f’之比大于0.8，这种较大的像高比设计可在投影过程中满足比较大的偏置要求；第二透镜组的较长焦距，能够把镜头的后焦距拉长，拉长的后焦距能够为分光棱镜的安装和镜头尾端的设计留下充足的空间。
23.所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜采用玻璃球面镜片，第八透镜采用玻璃非球面镜片，其中所述第一透镜和第三透镜均采用折射率大于1.9的重火石玻璃；所述第二透镜采用折射率介于1.75至1.85之间的重镧火石玻璃；所述第四透镜采用折射率介于1.6至1.7之间的火石玻璃；所述第五透镜和第七透镜采用折射率介于1.6至1.65之间的重磷冕玻璃；所述第六透镜采用折射率介于1.7至1.8之间的重火石玻璃；所述第八透镜采用折射率低于1.5、易模压成型的氟冕玻璃。
24.所述第五透镜和第七透镜采用的折射率介于1.6至1.65之间的重磷冕玻璃，该重磷冕玻璃在-40℃~85℃温度范围内，折射率温度系数一直小于零，有利于校正温度变化带来的像质下降，保持像质稳定，实现无热化设计效果。
25.所述第八透镜采用氟冕玻璃模压成型的玻璃非球面镜片，能够有效校正像面边缘像差，改善边缘视场像质，实现大像高比设计，满足大偏置工作的特殊需求。
26.本实用新型的有益效果在于：通过上述镜头采用的技术方案，使整个像面畸变小，像高比大，能满足大偏置工作的特殊需求，整个系统结构紧凑，密封、防震效果良好，能在-40℃~85℃的温度环境中长时间稳定工作，不虚焦，非常适合用于各种场所的投影系统中。
附图说明
27.下面结合附图及实施例，对本实用新型的结构和特征作进一步描述。
28.图1为本实用新型的光学系统示意图。
29.图2为本实用新型实施例的常温（20℃）的mtf（调制传递函数）示意图。
30.图3为本实用新型实施例的低温（-40℃）的mtf（调制传递函数）示意图。
31.图4为本实用新型实施例的高温（85℃）的mtf（调制传递函数）示意图。
32.图5为本实用新型实施例的畸变示意图。
33.具体实施方式：
34.参看附图1-5是本实用新型的一种实施例，公开了一种满足无热化和大偏置要求的车载投影镜头，从物方到像方依次包括：第一透镜组s01、第二透镜组s02、光阑stop、第三透镜组s03、第四透镜组s04、分光棱镜p及图像传感器dmd。
35.所述第一透镜组s01包括具有负光焦度的第一透镜l1和具有正光焦度的第二透镜l2；本实施例中，第一透镜l1采用弯月结构，第二透镜l2采用双凸结构。
36.所述第二透镜组s02和第三透镜组s03均为胶合透镜组，其中第二透镜组s02由具有正光焦度的第三透镜l3和具有负光焦度的第四透镜l4胶合而成，第三透镜组s03由具有正光焦度的第五透镜l5和具有负光焦度的第六透镜l6胶合而成，本实施例中，第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5及第六透镜l6均采用弯月结构。
37.所述第四透镜组s04包括具有正光焦度的第七透镜l7和具有正光焦度的第八透镜l8；本实施例中，第七透镜l7采用弯月结构，第八透镜l8采用双凸结构。
38.所述光阑stop为椭圆形孔径，位于第二透镜组s02与第三透镜组s03之间。
39.所述分光棱镜p在第四透镜组s04的第八透镜l8与图像传感器dmd之间，所述图像传感器（dmd）包括传感器保护玻璃与像面，保护玻璃设置在分光棱镜p与像面之间。
40.所述第一透镜l1至第七透镜l7均为球面玻璃镜片，所述第八透镜l8为玻璃非球面镜片，玻璃非球面的使用，可以有效降低图像畸变，并保证系统在高温和低温条件下的性能稳定。
41.将所述车载投影镜头的焦距定义为f’，后焦距定义为1f’，光学模组的像高定义为2y’， 第一透镜组的焦距定义为f
’1，第二透镜组的焦距定义为f
’2，第三透镜组的焦距定义为f
’3，第四透镜组的焦距定义为f
’4，
42.焦距f’与后焦距1f’满足关系式∣lf’/f’∣＞1；
43.光学模组的像高2y’与镜头的焦距f’满足关系式
44.∣2y’/f’∣＞0.8；
45.第一透镜组的焦距f
’1与镜头的焦距f’满足关系式
46.3＜∣f
’1/f’∣＜4；
47.第二透镜组的焦距f
’2与镜头的焦距f’满足关系式
48.∣f
’2/f’∣＞4.5；
49.第三透镜组的焦距f
’3与镜头的焦距f’满足关系式
50.1＜∣f
’3/f’∣＜1.5；
51.第四透镜组的焦距f
’4与镜头的焦距f’满足关系式
52.0.5＜∣f
’4/f’∣＜1。
53.第二透镜组s02的焦距长，可以把镜头的后焦距1f’拉长，使镜头的焦距f’与后焦距1f’满足关系式∣lf’/f’∣＞1，拉长的后焦距1f’为分光棱镜p的安装和镜头尾端的设计留下充足的空间。
54.所述第一透镜l1与第三透镜l3都采用折射率大于1.9的重火石玻璃；所述第二透镜l2采用折射率介于1.75至1.85之间的重镧火石玻璃；所述第四透镜l4采用折射率介于1.6至1.7之间的火石玻璃；所述第五透镜l5和第七透镜l7采用折射率介于1.6至1.65之间的重磷冕玻璃；所述第六透镜l6采用折射率介于1.7至1.8之间的重火石玻璃；所述第八透镜l8采用折射率低于1.5、易模压成型的氟冕玻璃。
55.所述第五透镜l5和第七透镜l7采用折射率介于1.6至1.65之间的重磷冕玻璃，该材料在-40℃~85℃温度范围内，折射率温度系数一直小于零，有利于校正温度变化带来的像质下降，保持像质稳定，实现无热化设计效果。
56.所述第八透镜l8采用氟冕玻璃模压成型的玻璃非球面镜片，可以有效校正像面边缘像差，改善边缘视场像质，实现大像高比设计，满足大偏置工作的特殊需求。
57.本实施例中，本实用新型所述透镜参数如下表所示：
58.。
59.本实施例中，非球面的面型方程如下：
[0060][0061]
其中，z为非球面的矢高；
[0062]
c为非球面顶点处的曲率，c=1/r，r为顶点处的曲率半径；
[0063]
k为圆锥系数；
[0064]
a4为四阶非球面系数，a6为六阶非球面系数，a8为八阶非球面系数，a
10
为十阶非球面系数。
[0065]
本实施例中，第八透镜l8非球面参数如下：
[0066]
。
[0067]
本实施例中，所述第一透镜l1后表面顶点至第二透镜l2前表面顶点的间距为10.1mm；所述第二透镜l2后表面顶点至第二透镜组s02前表面顶点的间距为0.1mm；所述第二透镜组s02后表面顶点至第三透镜组s03前表面顶点的间距为5.6mm，所述第三透镜组s03后表面顶点至第七透镜l7前表面顶点的间距为1.1mm，所述第七透镜l7后表面顶点至第八透镜l8前表面顶点的间距为0.2mm。
[0068]
上述实施例达到如下技术指标：
[0069]
焦距：16.7mm；
[0070]
f数：f1.7
×
f2.4；
[0071]
投射比：1:2；
[0072]
投影距离：0.13~0.15m；
[0073]
偏置：0~240%；
[0074]
工作环境：可在-40℃~85℃范围内长时间稳定工作，不虚焦。
[0075]
图1为本实用新型实施例的光学系统结构示意图，整个结构小巧紧凑。
[0076]
图2、图3、图4分别为本实用新型实施例在常温（20℃）、低温（-40℃）、高温（85℃）时的mtf（调制传递函数）曲线图，图中横坐标表示空间频率，单位：线对/毫米（lp/mm），纵坐标表示mtf值。从图中可以看出，该实施例mtf曲线集中度比较高，说明该实施例技术方案整个像面的成像一致性优良，在整个像面上都能得到高清晰度的图像。在-40℃低温和85℃高温条件下，所有视场mtf曲线在耐奎斯特频率处基本都能保持在50%以上，与常温20℃时相比，没有明显下降。
[0077]
图5为本实用新型的畸变图，图中横坐标表示畸变百分比，纵坐标表示视场范围。从图5可以可出，整个像面中的畸变都在0.8%以下。
[0078]
以上所述实施例，仅为本实用新型的一部分实施例，本实用新型的构思和范围不限于上述示范性实施例的细节。因此，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域其他技术人员根据本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的内容全部记载在权力要求书中。