CN114420020A - 光学投影系统、投影模组以及迎宾灯 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种光学投影系统、投影模组以及迎宾灯。上述的光学投影系统，沿光轴从像侧至物侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面于光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜；所述光学投影系统满足以下关系式：0.9<|f2/f|<2.4，0.23<Φ11/TTL<0.45。通过对第二透镜的像侧面以及物侧面的形状进行限定，根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
Description
技术领域
本发明涉及光学投影技术领域，特别是涉及一种光学投影系统、投影模组以及迎宾灯。
背景技术
迎宾灯(又称照地灯)作为辅助照明用途，可用于地面照明或是于低环境光下的行进路线照明。例如，汽车使用的迎宾灯，通常安装于车门或是后视镜等位置，在开门时会开启照明功能而将影像投影于地面上，不仅产生独特炫目的影像光与投影影像，还能于夜间的低环境光下在开车门时也提供照亮地面的功能，使上、下车的人可注意地面状况，而不会误踩地面的脏污、水坑、或其它危险的地形。其中，传统的迎宾灯包括两部分，一部分为照明部分，用于将光源的光线聚焦，另一部分为投影部分，用于将照明部分聚焦的光线透射。
然而，传统的迎宾灯的投影部分为主，而且，投影部分的透镜数量较多，导致迎宾灯的长度较长，从而使得迎宾灯的体型过大，不便于进行拆装维护。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种有效地减小长度的光学投影系统、投影模组以及迎宾灯。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种光学投影系统，沿光轴从像侧至物侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面于光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜；所述光学投影系统满足以下关系式：0.9＜|f2/f|＜2.4，0.23＜Φ11/TTL＜0.45；其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统还满足以下关系式：8mm＜TTL＜12.1mm。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：0.17＜IH/TTL＜0.22；其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：0.55＜CTmax-CTmin＜1.8；其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：-3.8＜f1-f＜-1.4；其中，f1为所述第一透镜的焦距。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：-31＜f3-f2＜-4.5；其中，f3为所述第三透镜的焦距。
在其中一个实施例中，各透镜的材质为塑料。
一种投影模组，包括光阑以及上述任一实施例所述的光学投影系统，所述感光件位于所述第一透镜的像侧。
一种迎宾灯，包括照明组件、灯壳以及上述实施例所述的投影模组，所述照明组件以及所述投影模组位于所述灯壳内，且所述照明组件以及所述投影模组位于同一光轴上，所述照明组件位于所述第三透镜的物侧。
在其中一个实施例中，所述照明组件包括第四透镜以及第五透镜，所述第四透镜和所述第五透镜沿光轴从像侧至物侧依次分布，所述第四透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第四透镜的像侧面于光轴处为凸面，所述第五透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第五透镜的像侧面于光轴处为凸面。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过对第二透镜的像侧面以及物侧面的形状进行限定，即第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例1的光学投影系统的示意图；
图2A至图2F分别为实施例1的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图、相对照度图以及投影成像图；
图3为本申请实施例2的光学投影系统的示意图；
图4A至图4F分别为实施例2的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图、相对照度图以及投影成像图；
图5为本申请实施例3的光学投影系统的示意图；
图6A至图6E分别为实施例3的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图以及相对照度图；
图7为本申请实施例4的光学投影系统的示意图；
图8A至图8E分别为实施例4的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图以及相对照度图；
图9为本申请实施例5的光学投影系统的示意图；
图10A至图10E分别为实施例5的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图以及相对照度图；
图11为本申请实施例6的光学投影系统的示意图；
图12A至图12F分别为实施例6的光学投影系统的像散曲线、畸变曲线图、网格畸变图、MTF曲线图、相对照度图以及投影成像图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本说明书中，物体相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的物侧，对应的，物体所成的像相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的像侧。每个透镜中最靠近物体的表面称为物侧面，每个透镜中最靠近成像面的表面称为像侧面。并定义物侧至像侧为距离的正向。
另外，在下文的描述中，若出现透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少近光轴处为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少近光轴处为凹面。此处近光轴处是指光轴附近的区域。
以下将对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
请参阅图1，其为本发明实施例的光学投影系统的结构示意图，所述光学投影系统包括三片透镜，即第一透镜、第二透镜以及第三透镜，三片透镜沿光轴从物侧至像侧依次设置。
第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
在本实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：0.9＜|f2/f|＜2.4，0.23＜Φ11/TTL＜0.45；其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。|f2/f|可以是0.958、1.187、1.268、1.578、1.588或者2.334，Φ11/TTL可以是0.24、0.25、0.31、0.33、0.37或者0.42。通过对第二透镜的像侧面以及物侧面的形状进行限定，即第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统还满足以下关系式：8mm＜TTL＜12.1mm。在本实施例中，由于所述第一透镜的像侧面作为所述光学投影系统的最终透射面，即经过所述第三透镜以及所述第二透镜的光学折射处理后，光线将从所述第一透镜的像侧面投射出去，通过调整所述第一透镜的像侧面的口径，便于所述第一透镜的像侧面的出光范围进行调整，在确保所述光学投影系统的投影成像品质的前提下，便于将所述光学投影系统的总长度控制在指定长度范围内，即所述光学投影系统的总长度控制在8mm至12.1mm的范围内，便于实现所述光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：0.17＜IH/TTL＜0.22；其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。在本实施例中，IH/TTL可以是0.178、0.189、0.190、0.194、0.212或者0.216。第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。而对所述光学投影系统的投影图像的最大高度进行调整，通过对所述光学投影系统的最大像高与所述光学投影系统的总长度比的调整，可有效控制所述光学投影系统的光学总长度，即将最大像高与总长度比控制在指定范围内，从而在保证所述光学投影系统的成像品质的同时，有效地缩短镜头总长度，进一步便于实现所述光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：0.55＜CTmax-CTmin＜1.8；其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。在本实施例中，CTmax-CTmin可以是0.550、0.569、0.704、0.782、0.788或者1.799。第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。而通过对各透镜的镜片厚度进行差值比较，即将各透镜中的最大厚度与最小厚度进行求取差值的方式，便于将各透镜所在的空间范围进行控制，从而便于对所述光学投影系统的长度进行控制，使得所述光学投影系统的整体机械结构更加均匀，减少因为镜片厚度不均引起的信赖性风险，进而便于在保证投影成像的品质时，还能进一步减小所述光学投影系统的总长度，进一步便于实现所述光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：-3.8＜f1-f＜-1.4；其中，f1为所述第一透镜的焦距。在本实施例中，f1-f可以是-3.734、-2.890、-2.010、-1.972、-1.588或者-1.442。第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。而通过对第一透镜的焦距以及所述光学投影系统的总焦距的控制，即确定所述第一透镜的焦距与总焦距之间的差值，便于确定所述第一透镜的焦距与总焦距之间的偏差情况，从而便于确定所述第一透镜的焦距能够确保投影成像的品质，毕竟所述第一透镜作为最后一片投影成像的透镜。在调整所述第一透镜的焦距与总焦距之间的差值关系后，通过缩减第一枚镜片与总焦距差异，实现对所述光学投影系统的总长的控制，进一步有利于所述光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述光学投影系统满足以下关系式：-31＜f3-f2＜-4.5；其中，f3为所述第三透镜的焦距。在本实施例中，f3-f2可以是-30.799、-24.867、-19.948、-15.310、-6.168或者-4.822。第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。而通过提升所述第二透镜与所述第三透镜之间的焦距差异，便于调整所述第二透镜与所述第三透镜之间的间距，从而有效地控制光线的透射角度，改变并优化光线走向，有效地提高了所述光学投影系统的解像能力及色差控制能力。
在另一个实施例中，各透镜的材质为塑料，避免了采用玻璃材质的透镜而导致的加工难度大、成本高、畸变大以及重量大的情况，还有效地缩短的所述光学投影系统的总长度，以及减小了所述光学投影系统的整体体积，进一步便于所述光学投影系统的小型化。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的光学投影系统的具体实施例。
实施例1
以下参照图1至图2F描述本申请实施例1的光学投影系统。
图1示出了实施例1的光学投影系统的结构示意图。如图1所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表1示出了实施例1的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表1
由表1可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表2给出了可用于实施例1中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表2
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | -6.7358370E-04 | -1.0972788E-03 | -3.3863085E-04 | -2.4175251E-04 | 5.4674112E-07 |
| S2 | -1.7691347E-03 | -5.6913754E-03 | -2.5186933E-03 | -7.6674992E-04 | 5.2872316E-04 |
| S3 | -7.4548928E-03 | -5.6815393E-03 | -3.3374164E-03 | -1.9015417E-03 | 5.4831838E-04 |
| S4 | -4.8326658E-03 | 5.2294509E-03 | -7.4146507E-04 | 2.0098882E-04 | -3.1067586E-04 |
| S5 | -1.9496813E-02 | -4.3299972E-03 | 2.5235424E-03 | -2.4421976E-04 | -1.2520138E-04 |
| S6 | -2.8150134E-02 | -2.2611956E-03 | 2.6565483E-03 | -1.8417215E-03 | 3.0399723E-04 |
结合表1和表2中的数据可知，实施例1中的光学投影系统满足：
|f2/f|＝1.268，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.335，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.194，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝1.799，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-1.588，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-30.799，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图2A示出了实施例1的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图2B示出了实施例1的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图2C示出了实施例1的光学投影系统的网格畸变；图2D示出了实施例1的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图2E示出了实施例1的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图2A至图2E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对If2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。其中图2F示出了实施例1的光学投影系统的具体投影成像效果。
实施例2
以下参照图3至图4F描述本申请实施例2的光学投影系统。
图3示出了实施例2的光学投影系统的结构示意图。如图3所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表3示出了实施例2的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表3
由表3可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表3中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表4给出了可用于实施例2中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表4
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | -6.7358370E-04 | -1.0972788E-03 | -3.3863085E-04 | -2.4175251E-04 | 5.4674112E-07 |
| S2 | -1.7691347E-03 | -5.6913754E-03 | -2.5186933E-03 | -7.6674992E-04 | 5.2872316E-04 |
| S3 | -7.4548928E-03 | -5.6815393E-03 | -3.3374164E-03 | -1.9015417E-03 | 5.4831838E-04 |
| S4 | -4.8326658E-03 | 5.2294509E-03 | -7.4146507E-04 | 2.0098882E-04 | -3.1067586E-04 |
| S5 | -1.9496813E-02 | -4.3299972E-03 | 2.5235424E-03 | -2.4421976E-04 | -1.2520138E-04 |
| S6 | -2.8150134E-02 | -2.2611956E-03 | 2.6565483E-03 | -1.8417215E-03 | 3.0399723E-04 |
结合表3和表4中的数据可知，实施例2中的光学投影系统满足：
|f2/f|＝0.958，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.312，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.216，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝0.550，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-3.734，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-4.822，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图4A示出了实施例2的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图4B示出了实施例2的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图4C示出了实施例2的光学投影系统的网格畸变；图4D示出了实施例2的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图4E示出了实施例2的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图4A至图4E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对|f2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。其中图4F示出了实施例2的光学投影系统的具体投影成像效果。
实施例3
以下参照图5至图6E描述本申请实施例3的光学投影系统。
图5示出了实施例3的光学投影系统的结构示意图。如图5所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凹面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表5示出了实施例3的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表5
由表5可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表5中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表6给出了可用于实施例3中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表6
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | -2.1350705E-05 | 1.3291820E-04 | -1.4365705E-04 | -1.9675396E-05 | 9.0206303E-06 |
| S2 | 6.1272604E-05 | -1.5205138E-03 | -8.6234500E-04 | -8.4632336E-05 | 5.9940282E-05 |
| S3 | -5.2620854E-03 | -1.7875506E-03 | -5.3891476E-04 | -2.9639182E-04 | 8.3569159E-05 |
| S4 | -1.8317769E-04 | 4.5816620E-03 | 8.6301613E-05 | -2.5793776E-06 | -5.6843347E-05 |
| S5 | -1.0139088E-02 | 2.8872082E-03 | 2.9497063E-04 | 2.9498635E-06 | -5.3127320E-05 |
| S6 | -3.0754836E-02 | 3.8963495E-03 | -6.7367440E-04 | 1.0498520E-04 | -1.4739250E-05 |
结合表5和表6中的数据可知，实施例3中的光学投影系统满足：
|f2/f|＝1.187，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.373，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.212，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝0.569，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-2.890，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-6.168，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图6A示出了实施例3的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图6B示出了实施例3的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图6C示出了实施例3的光学投影系统的网格畸变；图6D示出了实施例3的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图6E示出了实施例3的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图6A至图6E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对|f2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。
实施例4
以下参照图7至图8E描述本申请实施例4的光学投影系统。
图7示出了实施例4的光学投影系统的结构示意图。如图7所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凹面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表7示出了实施例4的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表7
由表7可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用型料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表7中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表8给出了可用于实施例4中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表8
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | -2.1350705E-05 | 1.3291820E-04 | -1.4365705E-04 | -1.9675396E-05 | 9.0206303E-06 |
| S2 | 6.1272604E-05 | -1.5205138E-03 | -8.6234500E-04 | -8.4632336E-05 | 5.9940282E-05 |
| S3 | -5.2620854E-03 | -1.7875506E-03 | -5.3891476E-04 | -2.9639182E-04 | 8.3569159E-05 |
| S4 | -1.8317769E-04 | 4.5816620E-03 | 8.6301613E-05 | -2.5793776E-06 | -5.6843347E-05 |
| S5 | -1.0139088E-02 | 2.8872082E-03 | 2.9497063E-04 | 2.9498635E-06 | -5.3127320E-05 |
| S6 | -3.0754836E-02 | 3.8963495E-03 | -6.7367440E-04 | 1.0498520E-04 | -1.4739250E-05 |
结合表7和表8中的数据可知，实施例4中的光字投影系统满足：
|f2/f|＝1.578，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.424，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.189，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝0.788，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-1.972，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-19.948，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图8A示出了实施例4的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图8B示出了实施例4的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图8C示出了实施例4的光学投影系统的网格畸变；图8D示出了实施例4的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图8E示出了实施例4的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图8A至图8E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对|f2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。
实施例5
以下参照图9至图10E描述本申请实施例5的光学投影系统。
图9示出了实施例5的光学投影系统的结构示意图。如图9所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凹面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表9示出了实施例5的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表9
由表9可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表9中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表10给出了可用于实施例5中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表10
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | 6.3832830E-04 | -5.4752790E-04 | -1.5374371E-04 | 6.9456994E-05 | 1.3486421E-04 |
| S2 | -3.0195243E-03 | 4.0211729E-04 | 5.1215945E-04 | 1.0531002E-04 | -2.9627428E-05 |
| S3 | -2.6423980E-03 | 7.3223081E-04 | 2.0831885E-04 | -3.2834712E-04 | 2.7580000E-05 |
| S4 | 2.1513128E-04 | 2.8013662E-03 | 7.8758988E-05 | -1.7320606E-04 | -3.5004692E-05 |
| S5 | -1.3226388E-02 | 1.2422028E-03 | -9.9637752E-05 | -1.5995283E-05 | -7.7106613E-05 |
| S6 | -1.8816848E-02 | 2.5959318E-04 | 3.1498359E-07 | -7.6436154E-05 | -6.4590106E-06 |
结合表9和表10中的数据可知，实施例5中的光学投影系统满足：
|f2/f|＝1.588，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.249，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.190，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝0.782，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-2.010，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-15.310，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图10A示出了实施例5的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图10B示出了实施例5的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图10C示出了实施例5的光学投影系统的网格畸变；图10D示出了实施例5的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图10E示出了实施例5的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图10A至图10E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对|f2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。
实施例6
以下参照图11至图12F描述本申请实施例6的光学投影系统。
图11示出了实施例6的光学投影系统的结构示意图。如图11所示，光学投影系统沿着光轴从像侧至物侧依序包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，光阑位于第一透镜的像侧。
第一透镜L1具有负光焦度，其像侧面S1和物侧面S2均为非球面，而且，第一透镜L1的像侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第一透镜L1的物侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧面S3和物侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的像侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的物侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3具有正光焦度，其像侧面S5和物侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的像侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的物侧面S6为凹面，于圆周处为凹面；
光阑STO位于第一透镜L1的像侧，以进一步提高光学投影系统的图像的亮度，从而提高光学投影系统的成像清晰度。
表11示出了实施例6的光学投影系统的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，光学投影系统的总长度、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表11
由表11可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表11中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表12给出了可用于实施例6中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10以及A12。
表12
| 面号 | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 |
| S1 | 1.3957589E-03 | -2.0778049E-03 | -1.1285948E-03 | 3.9366903E-04 | 8.1881786E-04 |
| S2 | -2.8571476E-03 | 8.4173003E-04 | -4.8293623E-04 | -2.9142261E-04 | 1.8963005E-04 |
| S3 | -1.4522838E-03 | 4.1351388E-04 | 7.3812347E-04 | -2.0277131E-04 | -9.3829888E-04 |
| S4 | -6.0833705E-04 | 2.5787525E-03 | 2.9587647E-06 | -2.3047151E-04 | -1.0787781E-04 |
| S5 | -1.3540850E-02 | 8.9255118E-04 | -3.2663452E-04 | -1.3204933E-04 | -1.1387187E-04 |
| S6 | -1.9718551E-02 | 4.4003776E-05 | -8.2565953E-05 | -1.1522620E-04 | -2.6666208E-05 |
结合表11和表12中的数据可知，实施例6中的光字投影系统满足：
|f2/f|＝2.334，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距。
Φ11/TTL＝0.236，其中，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
IH/TTL＝0.178，其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
CTmax-CTmin＝0.704，其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
f1-f＝-1.442，其中，f1为所述第一透镜的焦距。
f3-f2＝-24.867，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
图12A示出了实施例6的光学投影系统的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图12B示出了实施例6的光学投影系统的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图12C示出了实施例6的光学投影系统的网格畸变；图12D示出了实施例6的光学投影系统的MTF曲线，其中对应多个半对角线视场角，包括0°、3.63°、9.37°、12.30°以及15.64°的MTF曲线；图12E示出了实施例6的光学投影系统的投影成像的相对照度。根据图12A至图12E可知，对第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系以及第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系进行调整，即对|f2/f|以及Φ11/TTL的数值进行了调整，在实现光学投影系统的小型化的情况下，还确保了投影成像的清晰度。其中图12F示出了实施例6的光学投影系统的具体投影成像效果。
在其中一个实施例中，本申请还提供一种投影模组，所述投影模组包括光阑以及上述任一实施例所述的光学投影系统，所述感光件位于所述第一透镜的像侧。在本实施例中，所述光学投影系统沿光轴从像侧至物侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面于光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜；所述光学投影系统满足以下关系式：0.9＜|f2/f|＜2.4，0.23＜dP11/TTL＜0.45；其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。通过对第二透镜的像侧面以及物侧面的形状进行限定，即第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，本申请还提供一种迎宾灯，包括照明组件、灯壳以及上述实施例所述的投影模组，所述照明组件以及所述投影模组位于所述灯壳内，且所述照明组件以及所述投影模组位于同一光轴上，所述照明组件位于所述第三透镜的物侧。在本实施例中，所述光学投影系统沿光轴从像侧至物侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面于光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜；所述光学投影系统满足以下关系式：0.9＜|f2/f|＜2.4，0.23＜Φ11/TTL＜0.45；其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。通过对第二透镜的像侧面以及物侧面的形状进行限定，即第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，第二透镜的像侧面于光轴处为凹面，并根据第二透镜的焦距与系统焦距之间的关系，有效地控制光学投影系统的光学总长度，即在保证投影成像的品质时还能减小光学投影系统的长度，以及根据第一透镜的像侧面的口径与系统总长的关系，有效地缩短光学投影系统的光学总长，以实现光学投影系统的小型化。
在其中一个实施例中，所述照明组件包括第四透镜以及第五透镜，所述第四透镜和所述第五透镜沿光轴从像侧至物侧依次分布，所述第四透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第四透镜的像侧面于光轴处为凸面，所述第五透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第五透镜的像侧面于光轴处为凸面。在本实施例中，所述第四透镜以及所述第五透镜对光源发出的光线进行处理，以使得透过所述光学投影系统的光线均匀性以及亮度提升。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光学投影系统，其特征在于，沿光轴从像侧至物侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面于光轴处为凹面；
具有正光焦度的第三透镜；
所述光学投影系统满足以下关系式：
0.9<|f2/f|<2.4，0.23<Φ11/TTL<0.45；
其中，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学投影系统的焦距，Φ11为所述第一透镜的像侧面的口径，TTL为所述光学投影系统的总长度。
2.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统还满足以下关系式：
8mm<TTL<12.1mm。
3.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统满足以下关系式：
0.17<IH/TTL<0.22；
其中，IH为所述光学投影系统的投影图像的最大像高。
4.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统满足以下关系式：
0.55<CTmax-CTmin<1.8；
其中，CTmax为各透镜的镜片最大厚度，CTmin为各透镜的镜片最小厚度。
5.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统满足以下关系式：
-3.8<f1-f<-1.4；
其中，f1为所述第一透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统满足以下关系式：
-31<f3-f2<-4.5；
其中，f3为所述第三透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，各透镜的材质为塑料。
8.一种投影模组，其特征在于，包括光阑以及如权利要求1至7中任一项所述的光学投影系统，所述感光件位于所述第一透镜的像侧。
9.一种迎宾灯，其特征在于，包括照明组件、灯壳以及如权利要求8所述的投影模组，所述照明组件以及所述投影模组位于所述灯壳内，且所述照明组件以及所述投影模组位于同一光轴上，所述照明组件位于所述第三透镜的物侧。
10.根据权利要求9所述的迎宾灯，其特征在于，所述照明组件包括第四透镜以及第五透镜，所述第四透镜和所述第五透镜沿光轴从像侧至物侧依次分布，所述第四透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第四透镜的像侧面于光轴处为凸面，所述第五透镜的物侧面于光轴处为平面，所述第五透镜的像侧面于光轴处为凸面。
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