CN208654446U - 一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其技术方案的要点是包括有发光屏，所述发光屏的斜前方设有次反射镜，所述次反射镜的斜前方设有主反射镜，所述主反射镜的斜上方设有保护玻璃，挡风玻璃设在保护玻璃的上方。本实用新型通过合理的角度偏移达到理想的成像效果，并且使结构较紧凑，减小整个车载显示装置所占用的空间，提高顾客对于汽车大空间的使用需求。本实用新型相比于普通HUD来说，本实用新型所有视场的畸变都控制较好，各个视场在畸变网络中子午和弧矢方向畸变值都较小，保证了高质量的使用效果。

Description

一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统。

【背景技术】

随着科学技术的发展，汽车行业正在进行日新月异的变化，与此同时汽车安全问题也越来越重要，可以避免驾驶员低头观看车载仪表信息而导致视线离开前方的车载抬头显示装置即HUD已经广泛应用于汽车领域。它主要通过光学系统中的反射将发光屏的画面投影在挡风玻璃上，使得驾驶员无需转移视线就可以读取仪表中的信息，从而大大地提高了驾驶的安全性。

目前市面上的HUD虽然做到了较好的成像质量，但很难保证大范围的眼箱直径，即人眼可使用的范围只固定在较小的空间范围内，当身体发生上下左右方向上的移动时，将出现画面模糊的现象。同时当汽车速度变化，人眼进行前后移动时，焦点发生偏移，也会产生成像质量不佳的问题。

本实用新型就是基于这种情况作出的。

【实用新型内容】

本实用新型目的是克服了现有技术的不足，提供一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，主要目的是通过设计上的优化保证较大的入瞳直径即眼箱直径，以及当车速变化时人体前后移动均能保持较清晰的成像质量，提高HUD的使用性能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：包括有发光屏L7，所述发光屏L7的斜前方设有次反射镜L6，所述次反射镜L6的斜前方设有主反射镜L5，所述主反射镜L5的斜上方设有保护玻璃L4，挡风玻璃L3设在保护玻璃L4的上方。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：所述保护玻璃L4为无光焦度的透镜；主反射镜L5为具有正光焦度的凹面反射镜且由塑胶材料制成；次反射镜L6为具有正光焦度的反射镜。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：主反射镜L5反射面为XY多项式的自由曲面，且满足表达式：530mm≤R₅≤550mm，其中R₅为主反射镜L5的Y半径。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：130mm≤D₂≤160mm，其中，D₂为入瞳L2的直径，即可使用的眼箱直径。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：

-3％≤Rad Dist≤10％；

-4％≤Tan Dist≤10％；

其中，Rad Dist为畸变网络中各视场弧矢方向畸变值，Tan Dist为畸变网络中各视场子午方向畸变值。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：

1.5°≤θ₂≤2.5°，其中θ₂为入瞳L2相对于光轴的偏移量。

与现有技术相比，本实用新型有如下优点：

1、本实用新型通过合理的角度偏移达到理想的成像效果，并且使结构较紧凑，减小整个车载显示装置所占用的空间，提高顾客对于汽车大空间的使用需求。

2、本实用新型相比于普通HUD来说，本实用新型所有视场的畸变都控制较好，各个视场在畸变网络中子午和弧矢方向畸变值都较小，保证了高质量的使用效果。

3、本实用新型设计时采用较大的入瞳直径，入瞳L2的直径D₂可达130mm-160mm；具有更大的眼箱直径，即人身体轻微挪动时，依然具有较清晰的成像质量。

4、本实用新型当物面L1到入瞳L2在光轴上的距离T₁₂和入瞳L2到挡风玻璃L3在光轴上的距离T₂₃同时变化，且变化范围在±200mm内时，MTF曲线良好，成像清晰。即当车速变化，人身体在前后方向上移动±200mm内时，均能保证清晰使用，达到了变焦系统的使用效果。

【附图说明】

图1是本实用新型HUD光学系统的结构示意图；

图2是本实用新型HUD光学系统的畸变网络图；

图3是本实用新型HUD光学系统的MTF曲线图。

图中：L1为物面；L2为入瞳；L3为挡风玻璃；L4为保护玻璃；L5为主反射镜；L6为次反射镜；L7为发光屏。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型技术特征作进一步详细说明以便于所述领域技术人员能够理解。

一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，包括有发光屏L7，所述发光屏L7的斜前方设有次反射镜L6，所述次反射镜L6的斜前方设有主反射镜L5，所述主反射镜L5的斜上方设有保护玻璃L4，挡风玻璃L3设在保护玻璃L4的上方。

在图1中，发光屏L7上为驾驶员所需的车载信息，发光屏L7发散的光到达次反射镜L6,经次反射镜L6反射汇聚在主反射镜L5,光线经主反射镜L5反射后透过保护玻璃L4显示在挡风玻璃L3上，再被入瞳(人眼)L2接收。

本实用新型通过合理的角度偏移达到理想的成像效果，并且使结构较紧凑，减小整个车载显示装置所占用的空间，提高顾客对于汽车大空间的使用需求。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，所述保护玻璃L4为无光焦度的透镜；主反射镜L5为具有正光焦度的凹面反射镜且由塑胶材料制成；次反射镜L6为具有正光焦度的反射镜。

因此除挡风玻璃L3外，只有两个光学元件具有光焦度，极大地降低了加工成本，并且主反射镜L5使用塑胶材料，也极大地节约了原材料成本。相比于市面上HUD在保证成像质量的前提下占有很强的成本优势。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，主反射镜L5反射面为XY多项式的自由曲面，且满足表达式：530mm≤R₅≤550mm，其中R₅为主反射镜L5的Y半径。

本实用新型使用自由曲面进行优化设计，相比于其它使用球面进行优化设计的HUD，可以更好地校正像差，在元件数量较少的情况下即能达到高质量的成像效果。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，该光学系统满足表达式：130mm≤D₂≤160mm，其中，D₂为入瞳L2的直径，即可使用的眼箱直径。

实现了相比市面一般HUD更大的眼箱直径，即人眼在该范围进行移动时均可以得到清晰的成像画面，解决了普通HUD当人身体轻微移动后画面就不清晰的问题。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，该光学系统满足表达式：

-3％≤Rad Dist≤10％；

-4％≤Tan Dist≤10％；

其中，Rad Dist为畸变网络中各视场弧矢方向畸变值，Tan Dist为畸变网络中各视场子午方向畸变值。可以提高驾驶员的使用质量，保证在挡风玻璃上投影画面与原所需显示画面的一致性，避免了因较大畸变而产生的画面变形，使用异常问题。

当T₁₂，T₂₃同时变化±200mm范围内时，MTF曲线良好。其中，T₁₂为物面L1到入瞳L2在光轴上的距离；T₂₃为入瞳L2到挡风玻璃L3在光轴上的距离。T₁₂和T₂₃同时变化一定距离即模拟人眼前后移动一定距离，因此当车速发生变化，身体前后移动在±200mm内时，画面依然清晰，从而在刹车或提速过程中都能保证较好的使用效果。

如上所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，该光学系统满足表达式：1.5°≤θ₂≤2.5°，其中θ₂为入瞳L2相对于光轴的偏移量。

此偏移量的设计是为了契合在开车过程中的人体特征进行设计，保证驾驶员使用HUD时与正常驾驶视线角度一致，提高使用过程中的舒适性和安全性。

该实施方案相比于其它HUD具有以下优点：

设计时采用较大的入瞳直径，入瞳L2的直径D₂可达130mm-160mm；具有更大的眼箱直径，即人身体轻微挪动时，依然具有较清晰的成像质量。

当物面L1到入瞳L2在光轴上的距离T₁₂和入瞳L2到挡风玻璃L3在光轴上的距离T₂₃同时变化，且变化范围在±200mm内时，MTF曲线良好，成像清晰。即当车速变化，人身体在前后方向上移动±200mm内时，均能保证清晰使用，达到了变焦系统的使用效果。

相比于普通HUD来说，本实用新型所有视场的畸变都控制较好，各个视场在畸变网络中子午和弧矢方向畸变值都较小，保证了高质量的使用效果。

以下为本实用新型实施例的参数表。

下表1为本实用新型的结构参数：

表1

下表2为本实用新型的偏心设置参数：

表面编号	α	β	γ	偏心方法
					光阑	2.0000	0.0000	0.0000	偏心和回归
2	58.3700	0.0000	10.0000	偏心和弯曲
					3	0.0000	0.0000	0.0000	无
4	-33.0000	0.0000	0.0000	偏心和回归
					5	-33.0000	0.0000	0.0000	偏心和回归
6	0.0000	0.0000	0.0000	无
					7	17.0238	-1.4900	0.0000	偏心和弯曲
8	-45.4291	0.0000	0.0000	偏心和弯曲
					像面	-1.0673	0.0000	3.5000	偏心和回归

表2

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：包括有发光屏(L7)，所述发光屏(L7)的斜前方设有次反射镜(L6)，所述次反射镜(L6)的斜前方设有主反射镜(L5)，所述主反射镜(L5)的斜上方设有保护玻璃(L4)，挡风玻璃(L3)设在保护玻璃(L4)的上方。

2.根据权利要求1所述车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：所述保护玻璃(L4)为无光焦度的透镜；主反射镜(L5)为具有正光焦度的凹面反射镜且由塑胶材料制成；次反射镜(L6)为具有正光焦度的反射镜。

3.根据权利要求1或2所述车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于：主反射镜(L5)反射面为XY多项式的自由曲面，且满足表达式：530mm≤R₅≤550mm，其中R₅为主反射镜(L5)的Y半径。

4.根据权利要求1或2所述的车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：130mm≤D₂≤160mm，其中，D₂为入瞳(L2)的直径，即可使用的眼箱直径。

5.根据权利要求1或2所述车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：

-3％≤Rad Dist≤10％；

-4％≤Tan Dist≤10％；

其中，Rad Dist为畸变网络中各视场弧矢方向畸变值，Tan Dist为畸变网络中各视场子午方向畸变值。

6.根据权利要求1或2所述车载抬头显示装置的纵向离轴三反光学系统，其特征在于该光学系统满足表达式：

1.5°≤θ₂≤2.5°，其中θ₂为入瞳(L2)相对于光轴的偏移量。