投影镜头、车载HUD以及车辆的制作方法

投影镜头、车载hud以及车辆
技术领域
1.本技术实施例涉及光学成像技术领域，更具体地，本技术实施例涉及一种投影镜头、车载hud以及车辆。


背景技术：

2.抬头显示系统(head up display，hud系统)，是将图像源在车前若干米处投出一个虚像，显示各类仪表盘上的各类信息、导航、辅助驾驶、自动驾驶等，使得驾驶者在开车时几乎完全不用低头，极大地提升驾驶安全性。
3.hud的核心部件主要包括pgu(图像生成单元)，pgu用以产生图形、控制亮度，其通常由tft系统或者投影系统构成。其中，投影系统又分成dlp投影、lbs投影以及lcos投影。基于图像生成单元的类型不同，投影镜头也是各不相同，也即现有的投影镜头的光学设计无法适配不同类型的图像生成单元，导致其通用性差。而且，车辆内的使用环境较为严苛，如若镜头的光学性能不佳，将会影响成像效果，导致用户的体验感较低。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种投影镜头、车载hud以及车辆的新技术方案，解决了现有投影镜头光学性能不佳及无法适配不同类型的图像源的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种投影镜头。所述投影镜头由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑；其中，所述光阑位于所述前透镜组与所述后透镜组之间；
6.所述前透镜组包括第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜，所述第二镜组包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述光阑之间，所述后透镜组包括一胶合透镜，所述胶合透镜至少包括两片透镜；
7.其中，所述第一透镜的光焦度为负，经所述第一透镜出射的光线在射入所述第二透镜时，光线的高度抬升。
8.可选地，所述第一透镜包括第一表面及第二表面，所述第二表面靠近所述第二透镜，所述第二表面的曲率半径r
12
与所述第一镜组和所述第二镜组之间的空气间隔a的比值为：4＜r
12
/a＜7。
9.可选地，所述第二透镜包括第三表面及第四表面，所述第一透镜的第二表面与所述第二透镜的第三表面为相邻且间隔设置；其中，所述第二表面为凹面，且所述第二表面的曲率半径r
12
为-30mm～-70mm。
10.可选地，所述投影镜头的有效焦距为17mm～28mm。
11.可选地，所述第三表面的有效口径大于所述第二表面的有效口径。
12.可选地，所述第二镜组还包括第三透镜，所述第三透镜包括第五表面和第六表面，且所述第五表面背离所述光阑，所述第六表面靠近所述光阑。
13.可选地，所述前透镜组还包括第三镜组，所述第三镜组包括第四透镜，且所述第四
透镜位于所述第二镜组与所述光阑之间。
14.可选地，所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜的曲率半径为r4，所述第四透镜的口径为l4，则满足：f4＞5r4、l4/r4＞1.2。
15.可选地，所述第四透镜包括第七表面和第八表面，且所述第七表面背离所述光阑，所述第八表面靠近所述光阑；
16.其中，所述第七表面为凸面，所述第八表面为凹面，所述第八表面的球心靠近所述光阑的中心。
17.可选地，所述后透镜组包括依次设置的第四镜组、第五镜组及第六镜组。
18.可选地，所述胶合透镜位于所述第四镜组内，所述胶合透镜包括第五透镜、第六透镜及第七透镜，且所述第五透镜、所述第六透镜与所述第七透镜的胶合面的球心位于所述光阑的一侧。
19.可选地，所述第五镜组包括第八透镜及第九透镜，且所述第八透镜及所述第九透镜的光焦度均为正；
20.所述第六镜组包括第十透镜。
21.可选地，所述前透镜组的焦距f
前
为：f
前
＞70mm，所述后透镜组的焦距f
后
为：12mm≤f
后
≤25mm。
22.可选地，所述投影镜头还包括棱镜及图像发生器，所述棱镜及所述图像发生器依次位于所述后透镜组背离所述光阑的一侧，在所述棱镜与所述图像发生器之间设置有保护玻璃。
23.第二方面，本技术实施例提供了一种车载hud。所述车载hud包括如第一方面所述的投影镜头。
24.第三方面，本技术实施例提供了一种车辆。所述车辆包括第二方面所述的车载hud。
25.本技术的有益效果在于：
26.本技术实施例提供了一种投影镜头，该投影镜头可应用于例如车载hud以及其他车载投影领域，在本技术实施例提供的投影镜头中，由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑，光阑位于前透镜组与后透镜组之间，前透镜组包括第一镜组和第二镜组，第一镜组包括第一透镜，第二镜组包括第二透镜，第二透镜位于第一透镜和光阑之间，光线在透过第一透镜并入射至第二透镜时，光线在第二透镜表面的光线高度有所抬升，该设计可以更好的矫正像差，提高投影图像的清晰度，使得整个投影镜头具有较佳的投影成像性能；并且，本技术实施例提供的投影镜头可适配多种类型的图像源，且投影成像效果均较佳。
27.通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
28.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。
29.图1为本技术实施例提供的投影镜头的结构示意图；
30.图2为本技术实施例1提供的投影镜头的光路图；
31.图3为本技术实施例1提供的投影镜头的场曲和畸变图；
32.图4为本技术实施例1提供的投影镜头的mtf曲线图；
33.图5为本技术实施例1提供的投影镜头的离焦mtf图；
34.图6为本技术实施例1提供的投影镜头的焦深图；
35.图7为本技术实施例1提供的投影镜头的垂轴色差图；
36.图8为本技术实施例2提供的投影镜头的光路图；
37.图9为本技术实施例2提供的投影镜头的场曲和畸变图；
38.图10为本技术实施例2提供的投影镜头的mtf曲线图；
39.图11为本技术实施例2提供的投影镜头的离焦mtf图；
40.图12为本技术实施例2提供的投影镜头的焦深图；
41.图13为本技术实施例2提供的投影镜头的垂轴色差图。
42.附图标记说明：
43.1、第一透镜；101、第一表面；102、第二表面；2、第二透镜；201、第三表面；202、第四表面；3、第三透镜；301、第五表面；302、第六表面；4、第四透镜；401、第七表面；402、第八表面；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、第八透镜；9、第九透镜；10、第十透镜；11、光阑；12、棱镜；13、保护玻璃；14、图像发生器。
具体实施方式
44.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
45.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
46.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
47.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
48.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种投影镜头，其可以应用在车载投影装置中，例如车载hud，以及其他车载投影领域。本技术实施例提供的所述投影镜头具有良好的光学性能，能够满足车载投影装置的发展需求。
50.本技术实施例提供的投影镜头，参见图1，所述投影镜头由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑11；其中，所述光阑11位于所述前透镜组与所述后透镜组之间。
51.所述前透镜组包括第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜1，所述第二镜组包括第二透镜2，所述第二透镜2位于所述第一透镜1和所述光阑11之间，所述后透镜组包括一胶合透镜，所述胶合透镜至少包括两片透镜；所述第一透镜1的光焦度为负，经所述
第一透镜1出射的光线在射入所述第二透镜2时，光线的高度抬升。
52.根据本技术上述实施例提供的投影镜头，以光阑11为界分为前透镜组及后透镜组。其中，所述前透镜组例如包括有上述的第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜1，所述第二镜组包括第二透镜2；所述第一透镜1位于靠近物方的一侧，所述第二透镜2相对于所述第一透镜1更加靠近所述光阑11设置。需要说明的是，所述前透镜组中第一镜组并不限于包括上述的第一透镜1，所述第二镜组包括第2透镜2，还可以包括其他的透镜，本技术中对此不做限制。所述后透镜组包括一胶合透镜，所述胶合透镜至少包括两片透镜，也就是说还可以包括三片透镜甚至大于三片透镜，且后透镜组不仅仅包括胶合透镜，还可以包括其他镜组。
53.在本技术实施例的技术方案中，将所述第一透镜1设计为负透镜，也即具有一定的负光焦度。采用这一设计是考虑到，可以使光线经所述第一透镜1出射之后形成发散的状态，光线在射入所述第二透镜2时光线的高度就被抬高，如此就可以在投影成像的过程中矫正像差，且适当的增大光学模组的fov值，可以提升用户的沉浸体验感。
54.具体地，参见图2示出的光路图，光线从所述第一透镜1出射，再入射至所述第二透镜2时，光线高度的变化趋势明显为在所述第一透镜1的第二表面102(靠近所述第二透镜2的表面)的高度低于所述第二透镜2的第三表面201(靠近所述第一透镜1的表面)光线的高度，也即上述实施例中提及的，经所述第一透镜1出射的光线在入射至所述第二透镜2时光线的高度升高，这一设计能够更好的矫正像差，从而提高投影图像的清晰度。
55.根据本技术实施例提供的投影镜头，其适用于车载、消费品等领域。本技术实施例提供的投影镜头不仅适用于dlp系统，还适用于lcos系统。
56.具体而言，lcos系统具有偏振特性，仅偏振相符的光可以通过，对光效率影响相对较大。dlp系统是基于空间光调制器dmd的数字光处理系统，其中每个像素相当于一面小镜子，通过瞬间使小镜子处于某个方向将光通过镜头，在投影像面处形成一亮点，小镜子再次反转将光投射在另外一个方向，使光完全不通过镜头，在像面处形成暗点，光通过镜头的频次代表了该像素的灰阶。由于像素反光对偏振特性没有要求。一般dlp系统的光效都会大于tft系统和lcos系统。本技术实施例提供的投影镜头对于dlp系统和lcos系统均适用，具有良好的通用性。
57.本技术实施例提供了一种投影镜头，该投影镜头可应用于例如车载hud以及其他车载投影领域，在本技术实施例提供的投影镜头中，光线在透过第一透镜1并入射至第二透镜2时，光线在第二透镜2表面(具体地，靠近所述第一透镜1的表面)的光线高度有所抬升，该设计可以更好的矫正像差，提高投影图像的清晰度，使得整个投影镜头具有较佳的投影成像性能。并且，本技术实施例提供的投影镜头可适配多种类型的图像源，且投影成像效果均较佳。
58.需要说明的是，在本技术上述的实施例中，其中的像方是指投影过程中，投影图像(或称投影画面)的光源所在的一侧，如图1及图2中最右侧示出的图像发生器14(也即图像源例如为显示屏)。其中的物方是指投影图像成像于投影面所在的一侧，如图1及图2中的最左侧。
59.其中，所述光阑11例如为孔径光阑。所述光阑11可用于限制通过的投影光线的直径，调节射出所述投影镜头的光通量，同时能够减少其他透镜经过反射产生的杂散光干扰，
从而使得投影光线的成像更加清晰。
60.例如，所述光阑11的孔径为一个固定值。
61.当然，为了灵活调整投影成像的清晰度，使得形成的投影镜头能够更好的适应高低分辨率的切换，还可以将所述光阑11设置为可以调整孔径大小的方式。
62.根据本技术实施例提供的投影镜头，投影光线可由图1中右侧示出的图像发生器14(也即图像源，例如显示屏)发出，可以自像方朝向物方发射，依次经过所述后透镜组、所述光阑11及所述前透镜组之后，最终输出至物方的投影面上，从而可以呈现出投影画面。
63.本技术实施例提供的投影镜头，在所述后透镜组背离所述光阑11的一侧可以设置上述的图像发生器14，其可以发射用于投影的光线。
64.本技术上述实施例提供的投影镜头，所述前透镜组包括第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜1，所述第二镜组包括第二透镜2，所述第一透镜1位于近人眼01的一侧，所述第二透镜2则位于靠近所述光阑11的一侧，所述第一镜组与所述第二镜组之间具有一定的空气间隔a，通过控制所述第一透镜1的第二表面102的曲率半径r
12
与上述空气间隔a的比值范围在上述实施例中的4～7，可以在保证投影镜头小体积的情况下，兼顾成像的质量，还能适当增大光学模组的视场角度。
65.在本技术的一些示例中，参见图1，所述第一透镜1包括第一表面101及第二表面102，所述第二透镜2包括第三表面201及第四表面202，所述第一透镜1的第二表面102与所述第二透镜2的第三表面201为相邻且间隔设置；其中，所述第二表面102为凹面，且所述第二表面102的曲率半径r
12
为-30mm～-70mm。
66.也就是说，本技术实施例提供的投影镜头中，将位于物方一侧的第一透镜1设计为负透镜，能够使得经过该透镜的光线发散，较为优选的一种方式为，将所述第一透镜1的第二表面102设计为凹面，且凹面的凹陷程度应当设计的比较大，这样才能使得光线发散，而所述第一透镜1的第一表面101可以为平面、凸面或凹面。
67.但是，若光线过于发散，则可能会增加后方的所述第二透镜2的有效口径的尺寸，进而可能会影响到透镜的整体口径，这将影响光学模组的体积和重量，所以也需要进行合理控制。将所述第二表面102的曲率半径r
12
控制在上述的-30mm～-70mm这一范围内，可以在保证投影成像质量的同时，还可以使所述第二透镜2的有效口径值不会过大。
68.根据本技术上述实施例提供的投影镜头，因从所述第一透镜1出射并入射至所述第二透镜2的光线高度被抬高，因此，可以在一定程度上增加投影镜头的视场角度，也即fov值。
69.可选的是，在所述第一透镜1的第二表面102为凹面的情况下，所述投影镜头的fov值可增大4
°
～8
°
。
70.也就是说，本技术实施例提供的投影镜头可以具有更大的视场角，这样，可以使用户获得更好的视觉体验感。根据本技术上述实施例提供的投影镜头，该投影镜头的有效焦距为17mm～28mm。
71.根据本技术实施例提供的投影镜头，其光学结构设计较为简单。整个投影镜头的有效焦距例如设计为17mm～28mm，这使得投影光线能够实现合理距离的聚焦，可以提高投影画面的品质。
72.而且，上述的有效焦距的范围，使得形成的投影镜头适用于车辆，可以在车前合适
的距离处(例如挡风玻璃)投出一个清晰的画面，画面上例如显示车速、油表等各类信息，使得驾驶员无须低头观看仪表盘，可以通过清晰的虚像了解车辆的各类信息。
73.需要说明的是，本技术实施例提供的投影镜头的有效范围，可以在保证投影成像质量的前提下，形成较大尺寸且清晰的投影画面。
74.根据本技术实施例提供的投影镜头，参见图1，所述第一透镜1包括第一表面101及第二表面102，所述第二透镜2包括第三表面201及第四表面202，所述第二表面102与所述第三表面201为相邻且间隔设置，所述第三表面201的有效口径大于所述第二表面102的有效口径。
75.需要强调的是，在所述投影镜头中，所述第二透镜2的第三表面201的有效口径及所述第一透镜1的第二表面102的有效口径指的是参与光成像部分，并非为整个透镜的物理尺寸。可选的是，所述第三表面201的有效口径a与所述第二表面102的有效口径b的比值为：1＜a/b≤1.3。
76.在本技术实施例提供的投影镜头中，经所述第一透镜1出射的光线在射入第二透镜2时光线是被抬升的，为了使光线能尽可能多的射入所述第二透镜2，提高光效，所述第二透镜2要比所述第一透镜1的尺寸大一些，特别是，所述第二透镜2的第三表面201的光学口径b要大于所述第一透镜1的第二表面102的光学口径a，例如可以将二者的口径比值控制在上述的范围，这不仅可以合理控制所述第一透镜1及所述第二透镜2的尺寸，从而控制生产成本，还利于提升投影画面的品质。
77.例如，所述第三表面201的光学口径a与所述第二表面102的光学口径b的比值为：1.02、1.05或者1.1。
78.另外，所述第二透镜2为双凸透镜。
79.在本技术的一些示例中，参见图1，所述第二镜组还包括第三透镜3，所述第三透镜3包括第五表面301和第六表面302，且所述第五表面301背离所述光阑11，所述第六表面302靠近所述光阑11。所述第三透镜3为双凸透镜或平凸透镜，所述第二镜组的有效焦距范围为22mm～32mm。
80.在本技术的一些示例中，参见图1，所述前透镜组还包括第三镜组，所述第三镜组包括第四透镜4，且所述第四透镜4位于所述第二镜组与所述光阑11之间。所述第四透镜4为凸凹透镜，所述第四透镜4的焦距为f4，所述第四透镜4的曲率半径为r4，所述第四透镜4的口径为l4，则满足：f4＞5r4、l4/r4＞1.2。
81.例如，参见图1，在所述前透镜组中，位于所述光阑11左侧的所述第四透镜4的面型为凸凹面型。此时，所述第四透镜4的光焦度可以为正，也可以为负，本技术实施例中对此可以不做限制。
82.根据上述示例，所述第四透镜4的面型为凸凹面型，且凸面为较为凸，同时凹面设计为较凹，参见图1中示出的第四透镜4。该设计利于提高投影成像的质量。
83.另外，所述第四透镜4包括第七表面401和第八表面402，且所述第七表面401背离所述光阑11，所述第八表面402靠近所述光阑11；其中，所述第七表面401为凸面，所述第八表面402为凹面，所述第八表面402的球心靠近所述光阑11的中心。
84.在所述投影镜头中，所述第四透镜4靠近所述光阑11的表面(也即第八表面402)被设计为凹面，且凹度较大，其背离所述光阑11的表面(也即第七表面401)被设计为凸面，且
凸的程度也较大；同时，本技术中还设计其靠近所述光阑11的凸面(也即第七表面401)位于所述光阑11的中心附近，此时，所述第四透镜4相当于为一齐明透镜。
85.在整个投影镜头内引入齐明透镜，可以很好的解决镜头内存在的残余像差的问题。具体地，当齐明透镜略微偏离齐明点位置时，可产生与原投影镜头数量相近，但符号相反的像差，从而可以抵消原投影镜头的像差，从而能够大大降低残余像差，这利于提高投影镜头的光学性能。
86.在本技术的一些示例中，所述的投影镜头包括前透镜组，所述前透镜组包括第一镜组、第二镜组及第三镜组；参见图1，所述第一透镜1位于所述第一镜组内，所述第二透镜2位于所述第二镜组，所述第三透镜3位于所述第三镜组内。
87.其中，所述前透镜组例如包括上述的三个组透镜组，每个透镜组中透镜的实际数量可以根据需要灵活设置，本技术实施例中不做限制。
88.例如，所述第二镜组可以包括两个镜片，也即仅具有第二透镜2。这是投影镜头的基本构架，也不会增加生产成本。
89.又例如，所述第二镜组还可以包括第二透镜2和第三透镜3，或者包括两个以上的镜片。这样的设计可以提高整个投影镜头的性能。
90.需要说明的是，对于所述第一镜组和所述第三镜组，其分别包括但并不限于仅有一个镜片，具体的数量可以根据对投影成像的质量要求等进行调整。随着每个镜组中镜片数量的增加可以适当的提高投影成像质量。
91.可选的是，所述第一镜组的有效焦距为-29mm～-38mm，所述第二镜组的有效焦距为-29mm～-38mm，所述第三镜组的有效焦距为-48mm～-60mm。
92.可选的是，所述的投影镜头还包括后透镜组，所述后透镜组包括依次设置的第四镜组、第五镜组及第六镜组；所述第四镜组的有效焦距为50mm～200mm，所述第五镜组的有效焦距为27mm～45mm，所述第六镜组的有效焦距为40mm～120mm。
93.通过控制所述前透镜组和所述后透镜组中各个镜组的有效焦距，利于控制整个投影镜头的有效焦距，使得投影光线能够实现合理距离的聚焦，进而利于提升投影画面的品质。
94.在本技术的一些示例中，参见图1，所述胶合透镜位于所述第四镜组内，所述胶合透镜包括第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，且所述第五透镜5、所述第六透镜6与所述第七透镜7的胶合面的球心位于所述光阑11的一侧。
95.本技术实施例提供的投影镜头，请继续参见图1，在所述光阑11的右侧设置了第四镜组，且所述第四镜组例如包括三片镜片，也即上述的第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，所述第五透镜5、所述第六透镜6与所述第七透镜7相互胶合，这一设计利于降低色散，从而可以提高投影镜头的光学性能。
96.具体地，所述第四镜组包括胶合在一起的第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，两两透镜相互胶合的胶合面例如为曲面，胶合面的球心可以设计位于所述光阑11的一侧，这一设计也可以消除像差，以提高最终投影成像的质量。
97.具体地，所述第五透镜5靠近所述光阑11，所述第七透镜7相对于所述第五透镜5远离所述光阑11，所述第六透镜6在所述第五透镜5和所述第七透镜7之间。其中，所述第五透镜5靠近所述光阑11的表面为凹面，所述第五透镜5、所述第六透镜6与所述第七透镜7中两
两相互胶合的胶合面为凹凸或双凹面型，所述第七透镜7背离所述光阑11的表面为凸面，所述第七透镜7的口径l7与所述第七透镜7的曲率半径r7的比值满足：l7/r7《0.7，这样设置的好处在于可以减小光线的入射角，从而降低像差。
98.在本技术的一些示例中，参见图1，所述第五镜组包括第八透镜8及第九透镜9，且所述第八透镜8及所述第九透镜9的光焦度均为正，这样设置的好处在于多个透镜来分担光焦度，从而降低像差。所述第八透镜8为双凸透镜，所述第九透镜9为双凸透镜或凸凹透镜。所述第六镜组包括第十透镜10，所述第十透镜10为凸凹透镜或双凸透镜或凸平透镜。
99.另外，第五镜组和第六镜组中可以通过增加镜片的数量，从而提高投影镜头的光学性能。
100.需要说明的是，在整个投影镜头的光路结构中，所述前透镜组中各透镜的面型选择可以进一步保证前透镜组的光线有效发散。为了保证后透镜组的会聚投影光线实现合理距离投影的效果。在投影镜头的后透镜组中，对所述第四镜组、所述第五镜组及第六镜组中各个透镜的面型进行了合理设计。这样所述前透镜组与所述后透镜组配合，使得在投影面上可以投影出清晰的图像。
101.根据本技术实施例提供的投影镜头，其中可以包括十片镜片，分别为图1中示出的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9以及第十透镜10，上述的这十片透镜为形成整个投影镜头的基本光学构架。也就是说，本技术实施例提供的投影镜头可以由十片镜片构成。
102.其中，所述前透镜组及所述后透镜组中的各个透镜例如可以玻璃镜片。进一步地，所有的透镜例如可以为球面玻璃镜片。
103.由于玻璃材质价格优势，这样可以降低投影镜头的制作成本。同时，利用玻璃材质还具有耐高温的特性。玻璃材料的受热畸变率较低，具有较高的稳定性，因此，可以将光路中的各透镜设计为玻璃材质。特别是，靠近图像源的后透镜组中的各透镜设置为玻璃材质，从而可以避免高温对投影镜头的影响。
104.当然，本领域技术人员可以根据具体需要对投影镜头中各个透镜的材质进行合理的选择，本技术实施例中对此不作限制。
105.可选的是，所述第一透镜1的光焦度为负。所述第二透镜2的光焦度为正，所述第三透镜3的光焦度为正。
106.具体地，所述第一透镜1为双凹透镜，具有负光焦度，能够使经所述第一透镜1出射光线发射。
107.具体地，所述第二透镜2为双凸透镜，具有正光焦度，能够汇聚光线。
108.在本技术的一些示例中，所述前透镜组的焦距f
前
为：f
前
＞70mm，所述后透镜组的焦距f
后
为：12mm≤f
后
≤25mm。
109.在保证所述投影镜头体积紧凑的情况下，可以使得投影图像清晰。
110.在本技术的一些示例中，参见图1，所述投影镜头还包括棱镜12及图像发生器14，所述棱镜12及所述图像发生器14依次位于所述后透镜组背离所述光阑11的一侧，在所述棱镜12与所述图像发生器14之间设置有保护玻璃13。
111.所述图像发生器14例如包括dlp、lcos构成的图像源。也就是说，所述投影镜头不仅适用于dlp系统，同样适用于lcos系统，通用性强。
112.以下通过实施例1和实施例2进一步介绍本技术提供的投影镜头。
113.实施例1
114.参见图2，所述投影镜头由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑11；其中，所述光阑11位于所述前透镜组与所述后透镜组之间。
115.所述前透镜组包括依次设置的第一镜组、第二镜组及第三镜组。所述第一镜组具有第一透镜1。所述第二镜组具有第二透镜2和第三透镜3，所述第二透镜2的光焦度为正，所述第三透镜的光焦度为正。所述第一透镜1包括第一表面101及第二表面102，所述第二透镜2包括第三表面201及第四表面202，经所述第二表面102出射的光线在入射至所述第三表面201时光线的高度升高。
116.所述第一透镜1的光焦度为负，其焦距范围为-25mm～-40mm，所述第二表面102靠近所述第二透镜2，所述第二表面102的曲率半径r
12
与所述第一镜组和所述第二镜组之间的空气间隔a(也即所述第一透镜1和所述第二透镜2之间的空气间隔)的比值满足：1.5＜r
12
/a＜3.3。
117.所述第二表面102与所述第三表面201为相邻且间隔设置，所述第三表面201的有效口径大于所述第二表面102的有效口径。
118.所述第三透镜3包括第五表面301和第六表面302，且所述第五表面301背离所述光阑11，所述第六表面302靠近所述光阑11。
119.所述第三镜组具有第四透镜4，所述第四透镜4为凸凹透镜，所述第四透镜4包括第七表面401和第八表面402，所述第七表面401背离所述光阑11，所述第八表面402靠近所述光阑11；所述第七表面401为凸面，所述第八表面402为凹面，所述第八表面402的球心靠近所述光阑11的中心。所述第四透镜4的焦距为f4，所述第四透镜4的曲率半径为r4，所述第四透镜4的口径为l4，则满足：f4＞5r4，l4/r4＞1.2。
120.所述后透镜组包括依次设置的第四镜组、第五镜组及第六镜组。所述第四镜组包括第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，所述第五透镜5、所述第六透镜6与所述第七透镜7相互胶合形成胶合镜组。所述第五镜组包括至少第八透镜8和第九透镜9，且所述第八透镜8及所述第九透镜9的光焦度均为正。所述第六镜组包括第十透镜10。
121.所述投影镜头还包括棱镜12及图像发生器14，所述棱镜12及所述图像发生器14依次位于所述后透镜组背离所述光阑11的一侧，在所述棱镜12与所述图像发生器14之间设置有保护玻璃13。
122.针对上述的实施例1，所述投影镜头的有效焦距为22.8mm，f数为2.4，fov为41.8
°
，所述棱镜12的厚度为16mm。
123.表1示出的投影镜头的光学设计基本参数，其中包含面形类型、曲率半径、透镜中心厚、度空气间隔、材料、口径。
124.表1光学设计基本参数
[0125][0126][0127]
需要说明的是，在上述表1中，所述第一透镜1两个表面分别为s1和s2，二者对于图1中的第一表面101和第二表面102，所述s3和s4分别对应所述第二透镜2的第三表面201及第四表面202，依次类推，在此不再详细说明，值得说明的是s9为所述第五透镜5的第九表面501，s10为所述第五透镜5和所述第六透镜6之间的胶合面—第十表面502或第十一表面
601，s11为所述第六透镜6和所述第七透镜7之间的胶合面—第十二表面602或第十三表面701。
[0128]
针对上述实施例1提供的投影镜头，其光学性能如图3至图7所示：
[0129]
畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，参见图3右侧视图，畸变最大发生在20
°
视场，绝对值小于1.21％。场曲图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，参见图3左侧视图，场曲最大发生在最大视场附近，最大值小于0.08mm。可见，投影镜头的场曲和畸变都较小，成像质量好。
[0130]
mtf曲线图是调制传递函数图，通过黑白线对的对比度表征近眼显示模组的成像清晰度。参见图4所示，投影镜头的mtf在67lp/mm下》0.52，成像清晰。
[0131]
为了均衡像面清晰度，小视场做了离焦处理，参见图5所示，从离焦mtf图可以看出：离焦
±
0.02，像质下降不明显，即投影镜头对象面位置要求不明显。
[0132]
参见图6，图6反应的是焦深，也就是像面(或投影的dmd)沿光轴前后移动对投影图像的影响，从图6中看影响并不大。
[0133]
垂轴色差又称为倍率色差，参见图7，投影镜头的最大色差值小于4.8μm。
[0134]
由此可以看出，上述实施例1提供的投影镜头具有良好的光学性能。
[0135]
实施例2
[0136]
实施例2与实施例1示出的投影镜头的整体光学架构相同，其光学构架以及光路图可参见图8。实施例2提供的投影镜头的光学设计参数与实施例1不同，可参见如下的表2。
[0137]
表2示出了本实施例2的投影镜头的光学设计基本参数，其中包含面形类型、曲率半径、透镜中心厚、度空气间隔、材料、口径。
[0138]
针对实施例2，所述投影镜头的有效焦距为23.3mm，f数为2.4，fov为42
°
，所述棱镜12的厚度为16mm。
[0139]
表2光学设计基本参数
[0140][0141][0142]
畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，参见图9右侧视图，畸变最大发生在最大视场，绝对值小于3.5％。场曲图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，参见图9左侧视图，场曲最大发生在最大视场附近，最大值小于0.07mm。可见，投影镜头的场曲和畸变都较小，成像质量好。
[0143]
mtf曲线图是调制传递函数图，通过黑白线对的对比度表征近眼显示模组的成像清晰度。参见图10所示，mtf在67p/mm下》0.5，成像清晰。
[0144]
为了均衡像面清晰度，小视场做了离焦处理，参见图11，从示出的离焦mtf图可以看出：离焦
±
0.02，mtf下降不明显，即系统投影镜头对像面位置要求不敏感。
[0145]
参见图12，图12反应的是焦深，也就是像面(或投影的dmd)沿光轴前后移动对投影图像的影响，从图12中看影响并不大。
[0146]
垂轴色差又称为倍率色差，参见图13，投影镜头的最大色差值小于3.45μm。
[0147]
由此可以看出，上述实施例2提供的投影镜头具有良好的光学性能。
[0148]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种车载hud。所述车载hud包括如上所述的投影镜头。
[0149]
根据本技术实施例的又一方面，还提供了一种车辆。所述车辆包括如上所述的车载hud。
[0150]
其中，所述车辆例如为电动力汽车等多种形式的车辆。
[0151]
本技术实施例的车载hud及车辆的具体实施方式可以参照上述投影镜头各实施例，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。
[0152]
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
[0153]
虽然已经通过示例对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑(11)；其中，所述光阑(11)位于所述前透镜组与所述后透镜组之间；所述前透镜组包括第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜(1)，所述第二镜组包括第二透镜(2)，所述第二透镜(2)位于所述第一透镜(1)和所述光阑(11)之间，所述后透镜组包括一胶合透镜，所述胶合透镜至少包括两片透镜；其中，所述第一透镜(1)的光焦度为负，经所述第一透镜(1)出射的光线在射入所述第二透镜(2)时，光线的高度抬升。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(1)包括第一表面(101)及第二表面(102)，所述第二表面(102)靠近所述第二透镜(2)，所述第二表面(102)的曲率半径r
12
与所述第一镜组和所述第二镜组之间的空气间隔a的比值为：4＜r
12
/a＜7。3.根据权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜(2)包括第三表面(201)及第四表面(202)，所述第一透镜(1)的第二表面(102)与所述第二透镜(2)的第三表面(201)为相邻且间隔设置；其中，所述第二表面(102)为凹面，且所述第二表面(102)的曲率半径r
12
为-30mm～-70mm。4.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的有效焦距为17mm～28mm。5.根据权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，所述第三表面(201)的有效口径大于所述第二表面(102)的有效口径。6.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二镜组还包括第三透镜(3)，所述第三透镜(3)包括第五表面(301)和第六表面(302)，且所述第五表面(301)背离所述光阑(11)，所述第六表面(302)靠近所述光阑(11)。7.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述前透镜组还包括第三镜组，所述第三镜组包括第四透镜(4)，且所述第四透镜(4)位于所述第二镜组与所述光阑(11)之间。8.根据权利要求7所述的投影镜头，其特征在于，所述第四透镜(4)的焦距为f4，所述第四透镜(4)的曲率半径为r4，所述第四透镜(4)的口径为l4，则满足：f4＞5r4、l4/r4＞1.2。9.根据权利要求7所述的投影镜头，其特征在于，所述第四透镜(4)包括第七表面(401)和第八表面(402)，且所述第七表面(401)背离所述光阑(11)，所述第八表面(402)靠近所述光阑(11)；其中，所述第七表面(401)为凸面，所述第八表面(402)为凹面，所述第八表面(402)的球心靠近所述光阑(11)的中心。10.根据权利要求1-8中任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述后透镜组包括依次设置的第四镜组、第五镜组及第六镜组。11.根据权利要求10所述的投影镜头，其特征在于，所述胶合透镜位于所述第四镜组内，所述胶合透镜包括第五透镜(5)、第六透镜(6)及第七透镜(7)，且所述第五透镜(5)、所述第六透镜(6)与所述第七透镜(7)的胶合面的球心位于所述光阑(11)的一侧。12.根据权利要求10所述的投影镜头，其特征在于，所述第五镜组包括第八透镜(8)及第九透镜(9)，且所述第八透镜(8)及所述第九透镜(9)的光焦度均为正；所述第六镜组包括第十透镜(10)。13.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述前透镜组的焦距f
前
为：f
前
＞
70mm，所述后透镜组的焦距f
后
为：12mm≤f
后
≤25mm。14.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括棱镜(12)及图像发生器(14)，所述棱镜(12)及所述图像发生器(14)依次位于所述后透镜组背离所述光阑(11)的一侧，在所述棱镜(12)与所述图像发生器(14)之间设置有保护玻璃(13)。15.一种车载hud，其特征在于，包括如权利要求1-14中任一项所述的投影镜头。16.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求15所述的车载hud。

技术总结
本申请实施例提供了一种投影镜头、车载HUD以及车辆；所述投影镜头由物方至像方沿同一光轴包括前透镜组、后透镜组以及光阑；所述光阑位于所述前透镜组与所述后透镜组之间；所述前透镜组包括第一镜组和第二镜组，所述第一镜组包括第一透镜，所述第二镜组包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述光阑之间，所述后透镜组包括一胶合透镜，所述胶合透镜至少包括两片透镜；所述第一透镜的光焦度为负，经所述第一透镜出射的光线在射入所述第二透镜时，光线的高度抬升。本申请实施例的投影镜头具有良好的镜头性能。影镜头具有良好的镜头性能。影镜头具有良好的镜头性能。


技术研发人员：张廷瑞 淡昆 郑骁
受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/6