一种车载抬头显示系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种车载抬头显示系统，包括：用于放大图像源的短距投影光学系统；短距投影光学系统位于成像面板与汽车的前挡风玻璃之间，短距投影光学系统接收成像面板出射的图像源并将图像源投影于汽车的前挡风玻璃上；短距投影光学系统包括多个同轴排列的双凸透镜、双凹透镜、弯月透镜以及胶合透镜；短距投影光学系统的投射比范围为1.2至0.53，后工作距离大于10毫米，视场角大于或等于45度。通过本实用新型，能够在汽车有限空间内显示出大小适中、且清晰的图像。
【专利说明】一种车载抬头显示系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光电投影【技术领域】，特别是涉及一种车载抬头显示系统。
【背景技术】
[0002]平视显示器(Head Up Display，HUD)是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器，平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到需要的重要资讯。汽车设计者借鉴飞机上的平视显示器的构思，将平视显示的方式也应用到了汽车上，设计出了车载抬头显示系统，利用玻璃成像，将驾驶员所需的主要信息以图标或文字的方式投射于汽车前挡风玻璃上；通过车载抬头显示系统驾驶员在抬头注意车前路况的同时，可以平视观测所需要的信息，避免了视线的偏移，增加了行车的安全性。
[0003]现有的一种车载抬头显示系统，采用简单的以前挡风玻璃为反射面的一次反射结构，即直接投影的结构。这种车载抬头显示系统包括车载信息采集系统，通过车载信息采集系统将驾驶员所需要的主要信息进行搜集，再将搜集到的信息以图标或文字的方式直接投射于汽车的前挡风玻璃上。可是这种系统成像范围小，也就是说在汽车有限空间内，呈现在汽车前挡风玻璃上的图像小，不便于驾驶员观察。
[0004]现有的另一种车载抬头显示系统，其应用于高端汽车上，该系统通过物像关系将要显示的图像源即搜集到的信息成像于汽车前挡风玻璃外特定距离处，该系统可以通过调节成像的距离将所成的图像放大；但是，随着成像距离的增大，光能损失也会增大，导致所成的图像不清晰，不便于驾驶员察看。
[0005]可见，现有的车载抬头显示系统无法在汽车有限空间内显示出大小适中、且清晰的图像以便于驾驶员察看。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供了一种车载抬头显示系统，以解决目前的车载显示系统存在的无法在汽车有限空间内显示出大小适中、且清晰的图像的问题。
[0007]为了解决上述问题，本实用新型公开了一种车载抬头显示系统，该车载抬头显示系统包括:用于放大图像源的短距投影光学系统；所述短距投影光学系统位于成像面板与汽车的前挡风玻璃之间，所述短距投影光学系统接收成像面板出射的图像源并将所述图像源投影于所述汽车的前挡风玻璃上；所述短距投影光学系统包括多个同轴排列的双凸透镜、双凹透镜、弯月透镜以及胶合透镜；所述短距投影光学系统的投射比范围为1.2至
0.53，后工作距离大于10毫米，视场角大于或等于45度；其中，所述后工作距离为所述短距投影光学系统靠近所述成像面板的一侧与所述成像面板之间的距离。
[0008]优选地，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一双凸透镜、第二双凸透镜与双凹透镜组合成的胶合透镜、光阑、第一弯月形透镜、第二弯月形透镜和第三弯月形透镜；其中，所述胶合透镜中的第二双凸透镜位于靠近所述第一双凸透镜的一侧，所述胶合透镜中的双凹透镜位于靠近所述光阑的一侧。[0009]优选地，所述第一双凸透镜与所述第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为
1.010毫米；所述胶合透镜中的双凹透镜与所述第一弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为6.350毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.803毫米；所述第二弯月形透镜与第三弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.204晕米。
[0010]优选地，所述第一双凸透镜的厚度为1.524毫米；所述第二双凸透镜的厚度为
2.500毫米；所述双凹透镜的厚度为0.602毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为0.762毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为2.100毫米；所述第三弯月形透镜的厚度为2.667毫米。
[0011]优选地，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一双凸透镜、第二双凸透镜与第一双凹透镜组成的胶合透镜、第二双凹透镜、光阑、第三双凸透镜、第四双凸透镜、第一弯月形透镜、第二弯月形透镜以及第五双凸透镜；其中，组成所述胶合透镜的第二双凸透镜位于靠近所述第一双凸透镜的一侧，组成所述胶合透镜的第一双凹透镜位于靠近所述第二双凹透镜的一侧。
[0012]优选地，所述第一双凸透镜与组成所述胶合透镜的第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为5.091毫米；组成所述胶合透镜的第一双凹透镜与所述第二双凹透镜的相对面上的顶点间的距离为3.051毫米；所述第二双凹透镜与所述第三双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为6.000毫米；所述第三双凸透镜与所述第四双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为2.423毫米；所述第四双凸透镜与所述第一弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.320毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为11.983毫米；所述第二弯月形透镜与所述第五双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为0.599晕米。
[0013]优选地，所述第一双凸透镜的厚度为2.975毫米；组成所述胶合透镜的第二双凸透镜的厚度为5.671毫米，组成所述胶合透镜的第一双凹透镜的厚度为1.200毫米；所述第二双凹透镜的厚度为1.200毫米；所述第三双凸透镜与所述第四双凸透镜的厚度均为5.000毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为3.603毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为
2.819毫米；所述第五双凸透镜的厚度为3.150毫米。
[0014]优选地，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一胶合透镜、第二双凸透镜、第二双凹透镜、光阑、第二胶合透镜、第二弯月形透镜、第三弯月形透镜、第四弯月形透镜、第五弯月形透镜以及第六弯月形透镜。其中，所述第一胶合透镜由第一双凸透镜与第一双凹透镜组成，所述第一双凸透镜位于靠近所述成像面板的一侧，所述第一双凹透镜位于靠近所述第二双凸透镜的一侧；所述第二胶合透镜由第三双凸透镜与第一弯月形透镜组成，所述第三双凸透镜位于靠近所述第二双凹透镜的一侧，所述第一弯月形透镜位于靠近所述第二弯月形透镜的一侧。
[0015]优选地，所述第一双凹透镜与所述第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为
0.416毫米；所述第二双凸透镜与所述第二双凹透镜的相对面上的顶点间的距离为0.800毫米；所述第二双凹透镜与所述第三双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为3.000毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为1.288毫米；所述第二弯月形透镜与所述第三弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.592毫米；所述第三弯月形透镜与所述第四弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为1.652毫米；所述第四弯月形透镜与所述第五弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为3.911毫米；所述第五弯月形透镜与所述第六弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.306毫米。
[0016]优选地，所述第一双凸透镜的厚度为1.882毫米；所述第一双凹透镜的厚度为
1.748毫米；所述第二双凸透镜的厚度为1.153毫米；所述第二双凹透镜的厚度为0.425毫米；所述第三双凸透镜的厚度为1.011毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为1.087毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为2.201毫米；所述第三弯月形透镜的厚度为2.402毫米；所述第四弯月形透镜的厚度为1.250毫米；所述第五弯月形透镜的厚度为0.708毫米；所述第六弯月形透镜的厚度为2.503毫米。
[0017]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0018]本实用新型提供的车载抬头显示系统包括一个投射比范围为1.2至0.53，后工作距离大于10毫米，视场角大于等于45度的短距投影光学系统；通过该短距投影光学系统可以将成像面板出射的图像源放大投影于汽车的前挡风玻璃上。由于短距投影光学系统的投射比可达到0.53，那么也就是说当短距投影光学系统与汽车前挡风玻璃间的距离为0.53米时，投影到汽车前挡风玻璃上的图像宽度可达到I米；并且还可以通过调整短距投影光学系统与汽车前挡风玻璃间的距离以获取宽度不同的图像，来满足驾驶员的不同需求。可见，通过本实用新型提供的车载抬头显示系统可以在汽车的有限空间内显示出大小适中的图像；并且，由于本实用新型提供的车载抬头显示系统是将图像投影于汽车前挡风玻璃上，相对于现有的车载抬头显示系统将图像成像于汽车前挡风玻璃外特定距离处损失的光能小，所投影的图像更清晰。因此，通过本实用新型提供的车载抬头显示系统，可以在汽车的有限空间内显示大小适中且清晰的图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是根据本实用新型实施例一的一种车载抬头显示系统的结构示意图；
[0020]图2是根据本实用新型实施例二的一种短距投影光学系统的结构示意图；
[0021]图3是根据本实用新型实施例三的一种短距投影光学系统的结构示意图；
[0022]图4是根据本实用新型实施例四的一种短距投影光学系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]实施例一
[0025]参照图1，示出了根据本申请实施例一的一种车载抬头显示系统的结构示意图。
[0026]如图1所示，本实施例中的车载抬头显示系统包括:用于放大图像源的短距投影光学系统102 ;短距投影光学系统102位于成像面板104与汽车的前挡风玻璃106之间，短距投影光学系统102接收成像面板104出射的图像源并将图像源投影于汽车的前挡风玻璃106 上。
[0027]本实施例中的短距投影光学系统102包括多个同轴排列的双凸透镜、双凹透镜、弯月透镜以及胶合透镜，其投射比范围为1.2至0.53，后工作距离大于10毫米，视场角大于或等于45度。[0028]其中，后工作距离为短距投影光学系统102靠近成像面板的一侧与成像面板104之间的距离；投射比为投影距离与投影的图像的宽度之比，具体应用中，投影距离即为短距投影光学系统与汽车前挡风玻璃间的距离；视场角是被测目标的物象即图像源可通过短距投影光学系统102的最大范围的两条边缘构成的夹角，视场角的大小决定了短距投影光学系统102的视野范围，视场角越大，则短距投影光学系统102的视野就越大。
[0029]在对本实施例中的车载抬头显示系统进行具体安装时，可以结合汽车驾驶室构造，将整个短距投影光学系统的各透镜进行组装固定，置于车内合适的位置处，一种优选的放置位置为汽车仪表盘上方，放置时使短距投影光学系统的出射方向为汽车前挡风玻璃的右侧；然后再在短距投影光学系统的另一侧，在短距投影光学系统的后工作距离内安装成像面板；这样就可以将成像面板104上的图像源通过短距投影光学系统102放大投影于汽车前挡风玻璃上。一种优选的安装成像面板的方式为，在短距投影光学系统的后工作距离内安装可固定凹槽，然后将成像面板放置于凹槽中进行安装。
[0030]除了上述这种分别对短距投影光学系统102以及成像面板104进行安装的方式夕卜，本领域技术人员在设计时，还可以预先将短距投影光学系统102与成像面板104进行组装，将其组装为一个整体；然后将组装后的这个整体安装到汽车驾驶室内的合适的位置进行投影。
[0031]需要说明的是，本实施例中对成像面板的材质不作具体的限制，例如成像面板可以为LCOS即硅基微晶面板，还可以为IXD即液晶显示器，还可以是其他可以显示信息的材质的面板，成像面板的主要作用就是将驾驶员所需要的主要信息进行展示即提供图像源。
[0032]通过本实施例提供的车载抬头显示系统，可以将成像面板上的图像源放大投影到汽车的前挡风玻璃上。由于车载抬头显示系统中的短距投影光学系统的投射比可达到0.53，也就是说当短距投影光学系统与汽车前挡风玻璃间的距离为0.53米时，投影到汽车前挡风玻璃上的图像宽度可达到I米，可以在短距离内投射出大画面的图像；并且还可以通过调整短距投影光学系统与汽车前挡风玻璃间的距离以获取宽度不同的图像，来满足驾驶员的不同需求；因此，通过本实施例提供的车载抬头显示系统可以在汽车的有限空间内显示出大小适中的图像。在显示出大小适中的图像的同时，由于本实施例提供的车载抬头显示系统是将图像投影于汽车前挡风玻璃上，相对于现有的车载抬头显示系统将图像成像于汽车前挡风玻璃外特定距离处损失的光能小，因此所投影的图像更清晰。可见，通过本实施例提供的车载抬头显示系统，可以在汽车的有限空间内显示大小适中且清晰的图像。
[0033]实施例二
[0034]参照图2，示出了根据本申请实施例二的一种短距投影光学系统的结构示意图。
[0035]本实施例中详细描述了一种车载抬头显示系统中的短距投影光学系统，在本实施例中对该短距投影光学系统的组成，以及组成该系统的各个透镜的位置、厚度、材料、曲率半径进行了具体的介绍。
[0036]本实施例中的短距投影光学系统为反远距结构，其由正、负两组透镜组成，正、负两组透镜分别位于光阑的两侧与光阑同轴排列。图像源通过正组透镜进行光的会聚，再通过负组透镜进行光线的发散。
[0037]如图2所示，本实施例中的短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一双凸透镜201、第二双凸透镜202与双凹透镜203组合成的胶合透镜、光阑204、第一弯月形透镜205、第二弯月形透镜206和第三弯月形透镜207。其中，正组透镜包括第一双凸透镜201、第二双凸透镜202与双凹透镜203组合成的胶合透镜；负组透镜包括第一弯月形透镜205、第二弯月形透镜206和第三弯月形透镜207。
[0038]胶合透镜中的第二双凸透镜202位于靠近第一双凸透镜201的一侧，胶合透镜中的双凹透镜203位于靠近光阑204的一侧。光阑距双凹透镜203面向光阑的面与第一弯月形透镜205面向光阑的一面的距离相等。
[0039]上面参照图2对短距投影光学系统中的各个透镜的位置关系进行了具体的说明。下面以表的形式，对组成本实施例中的短距投影光学系统的各个透镜的曲率半径、厚度、各透镜间的距离进行详细的列举。
[0040]表I为短距投影光学系统的各个透镜的曲率半径、厚度、各透镜相对面上的顶点间的距离的数据表。其中，表I中的表面编号是以图2为参照标准，从第一双凸透镜201的右表面开始至第三弯月形透镜207的左表面为止依次排列的。由于胶合透镜是将两个双透镜进行胶合后组成的，因此，两个双透镜相胶合的表面是重合的，故第二双凸透镜202与双凹透镜203组合成的胶合透镜共有三个表面，即对应三个曲率半径，而其他的双透镜都对应两个曲率半径。
[0041]由于表I中已经详细的列举了各个透镜的各的各个面的曲率半径值，因此本实施例中不再一一对各个透镜的各个面的曲率半径进行描述，相关数据可以从表I的第三栏中查找获得。
[0042]表I
[0043]
【权利要求】
1.一种车载抬头显示系统，其特征在于，包括:用于放大图像源的短距投影光学系统； 所述短距投影光学系统位于成像面板与汽车的前挡风玻璃之间，所述短距投影光学系统接收成像面板出射的图像源并将所述图像源投影于所述汽车的前挡风玻璃上； 所述短距投影光学系统包括多个同轴排列的双凸透镜、双凹透镜、弯月透镜以及胶合透镜；所述短距投影光学系统的投射比范围为1.2至0.53，后工作距离大于10毫米，视场角大于或等于45度；其中，所述后工作距离为所述短距投影光学系统靠近所述成像面板的一侧与所述成像面板之间的距离。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一双凸透镜、第二双凸透镜与双凹透镜组合成的胶合透镜、光阑、第一弯月形透镜、第二弯月形透镜和第三弯月形透镜； 其中，所述胶合透镜中的第二双凸透镜位于靠近所述第一双凸透镜的一侧，所述胶合透镜中的双凹透镜位于靠近所述光阑的一侧。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一双凸透镜与所述第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为1.010毫米；所述胶合透镜中的双凹透镜与所述第一弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为6.350毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.803毫米；所述第二弯月形透镜与第三弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.204毫米。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一双凸透镜的厚度为1.524毫米；所述第二双凸透镜的厚度为2.500毫米；所述双凹透镜的厚度为0.602毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为0.762毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为2.100毫米；所述第三弯月形透镜的厚度为2.667毫米。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一双凸透镜、第二双凸透镜与第一双凹透镜组成的胶合透镜、第二双凹透镜、光阑、第三双凸透镜、第四双凸透镜、第一弯月形透镜、第二弯月形透镜以及第五双凸透镜； 其中，组成所述胶合透镜的第二双凸透镜位于靠近所述第一双凸透镜的一侧，组成所述胶合透镜的第一双凹透镜位于靠近所述第二双凹透镜的一侧。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一双凸透镜与组成所述胶合透镜的第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为5.091毫米；组成所述胶合透镜的第一双凹透镜与所述第二双凹透镜的相对面上的顶点间的距离为3.051毫米；所述第二双凹透镜与所述第三双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为6.000毫米； 所述第三双凸透镜与所述第四双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为2.423毫米；所述第四双凸透镜与所述第一弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.320毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为11.983毫米；所述第二弯月形透镜与所述第五双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为0.599毫米。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一双凸透镜的厚度为2.975毫米；组成所述胶合透镜的第二双凸透镜的厚度为5.671毫米，组成所述胶合透镜的第一双凹透镜的厚度为1.200毫米；所述第二双凹透镜的厚度为1.200毫米；所述第三双凸透镜与所述第四双凸透镜的厚度均为5.000毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为3.603毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为2.819毫米；所述第五双凸透镜的厚度为3.150毫米。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短距投影光学系统包括同轴顺序排列的第一胶合透镜、第二双凸透镜、第二双凹透镜、光阑、第二胶合透镜、第二弯月形透镜、第三弯月形透镜、第四弯月形透镜、第五弯月形透镜以及第六弯月形透镜； 其中，所述第一胶合透镜由第一双凸透镜与第一双凹透镜组成，所述第一双凸透镜位于靠近所述成像面板的一侧，所述第一双凹透镜位于靠近所述第二双凸透镜的一侧；所述第二胶合透镜由第三双凸透镜与第一弯月形透镜组成，所述第三双凸透镜位于靠近所述第二双凹透镜的一侧，所述第一弯月形透镜位于靠近所述第二弯月形透镜的一侧。
9.根据权利要求8所述 的系统，其特征在于，所述第一双凹透镜与所述第二双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为0.416毫米；所述第二双凸透镜与所述第二双凹透镜的相对面上的顶点间的距离为0.800毫米；所述第二双凹透镜与所述第三双凸透镜的相对面上的顶点间的距离为3.000毫米；所述第一弯月形透镜与所述第二弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为1.288毫米； 所述第二弯月形透镜与所述第三弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.592毫米；所述第三弯月形透镜与所述第四弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为1.652毫米；所述第四弯月形透镜与所述第五弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为3.911毫米；所述第五弯月形透镜与所述第六弯月形透镜的相对面上的顶点间的距离为0.306毫米。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一双凸透镜的厚度为1.882毫米；所述第一双凹透镜的厚度为1.748毫米；所述第二双凸透镜的厚度为1.153毫米；所述第二双凹透镜的厚度为0.425毫米；所述第三双凸透镜的厚度为1.011毫米；所述第一弯月形透镜的厚度为1.087毫米；所述第二弯月形透镜的厚度为2.201毫米；所述第三弯月形透镜的厚度为2.402毫米；所述第四弯月形透镜的厚度为1.250毫米；所述第五弯月形透镜的厚度为0.708毫米；所述第六弯月形透镜的厚度为2.503毫米。
【文档编号】G02B27/01GK203773159SQ201420092119
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】杜水荣, 冉浩, 常军, 马爱民, 张志平, 夏曙东 申请人:北京北大千方科技有限公司