一种hud光学系统及其在机动车上的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种HUD光学系统及其在机动车上的应 用。
【背景技术】
[0002] 随着汽车工业主动安全的发展，对车载安全信息的显示提出了更高的要求，传统 的车载信息往往显示在仪表盘上，使用者需低头才能看到信息，带来一定安全隐患。因此， 需要一种使用者不用低头，在正常驾驶过程中，就能获取所有安全信息的显示方式，HUD光 学系统即可满足此功能。
[0003]目前，公开的透射式HUD专利投影距离往往固定，且比较短，使用者无法自己选择 最舒适的投影距离；投影的出瞳直径比较小，人的头部轻微移动，就无法接收到HUD光学系 统投影的像，并且对投影虚像进行高度调节的反射镜往往设置不合理。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种HUD光学系统及其在机动车上的应用，该技术方案通 过前反射镜群组、透镜群组和后反射镜组合的方式，将显示在仪表盘上的车载信息清楚的 显示在挡风玻璃上。
[0005] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种HUD光学系统，包括前反射镜群组、透镜群组和后反射镜，所述前反射镜群 组、透镜群组、后反射镜按从所述光学系统的物方至所述光学系统的像方的顺序依次设置， 所述透镜群组可整体沿轴向移动。
[0007] 其中，所述透镜群组固定在保持架上，所述保持架安装在滑动平台上，丝杆驱动所 述保持架在所述滑动平台上沿轴向移动。
[0008] 其中，所述后反射镜为平面或曲面反射镜，所述后反射镜可调节角度，所述后反射 镜可调节的角度为α，|α|彡〇. 5°。
[0009] 其中，所述透镜群组投影的像为虚像，所述HUD光学系统满足以下公式：
[0010] 1. 5m彡L彡10m;2Χ彡β彡15χ
[0011] 其中，L为使用者的眼睛到所述虚像的距离，β为所述HUD光学系统的垂轴放大倍 率，所述X表示倍数。
[0012] 其中，所述透镜群组为分离式透镜或胶合透镜，所述透镜群组至少由两个镜片组 成。
[0013] 其中，所述透镜群组为一片式菲涅尔透镜。
[0014] 其中，所述透镜群组的材质为玻璃或塑料。
[0015] 其中，所述HUD光学系统的出瞳距离L10和出瞳直径D满足以下公式：
[0016] 700mm<L10<900mm;Φ120mm<D<Φ170mm
[0017] 其中，出瞳距离L10为使用者的眼睛到所述后反射镜的反射点的距离，出瞳直径D 为使用者的眼睛的可视范围直径。
[0018] 其中，所述透镜群组包括位于物方一侧的第一透镜，所述第一透镜相对所述透镜 群组进行光焦度合理分配；所述第一透镜为塑料镜片时，所述第一透镜位于物方一侧的的 第一表面为非球面。
[0019] 其中，所述前反射镜群组包括至少两片平面反射镜。
[0020] 上述HUD光学系统在机动车上的应用。
[0021] 本发明的有益效果为：本发明公开了一种HUD光学系统及其在机动车上的应用。 该光学系统包括前反射镜群组、透镜群组和后反射镜，所述前反射镜群组、透镜群组、后反 射镜按从所述光学系统的物方至所述光学系统的像方的顺序依次设置，所述透镜群组可整 体沿轴向移动。该技术方案通过前反射镜群组、透镜群组和后反射镜组合的方式，将显示在 仪表盘上的车载信息清楚的显示在挡风玻璃上。本发明中，通过透镜群组的移动可改变投 影距离，并且能实现大出瞳直径、大出瞳距离，增大使用者的可视范围。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明具体实施例1提供的一种HUD光学系统的结构示意图。
[0023] 图2是本发明具体实施例1中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。
[0024] 图3是本发明具体实施例2提供的一种HUD光学系统的结构示意图。
[0025] 图4是本发明具体实施例2中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。
[0026] 图5是本发明具体实施例3提供的一种HUD光学系统的结构示意图。
[0027] 图6是本发明具体实施例3中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。
[0028] 图7是本发明具体实施例4提供的一种HUD光学系统的结构示意图。
[0029] 图8是本发明具体实施例4中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。
[0030] 图9是本发明具体实施例5提供的一种HUD光学系统的结构示意图。
[0031] 图10是本发明具体实施例5中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。
[0032] 附图标记如下：
[0033] L1-显不器表面；L2-第一反射镜；L3-第二反射镜；L4-第一透镜；L5-第二透 镜；L6-第三反射镜；L7-机动车前风挡玻璃；L8-出瞳；L9-投影的虚像；L10-出瞳距离； L11-第三透镜；D-出瞳直径。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0035] 实施例1
[0036] 如图1所不，图1为一种HUD光学系统的结构不意图。本实施例中的HUD光学系 统，包括前反射镜群组、透镜群组和后反射镜，所述前反射镜群组、透镜群组、后反射镜按从 所述光学系统的物方至所述光学系统的像方的顺序依次设置，所述透镜群组可整体沿轴向 移动。
[0037] 具体的，所述透镜群组固定在保持架上，所述保持架安装在滑动平台上，丝杆驱动 所述保持架在所述滑动平台上沿轴向移动。
[0038] 如图2所示，图2是本实施例中HUD光学系统安装在机动车内部的整体示意图。其 中，本发明所述HUD光学系统安装在前挡风玻璃L7下方，人眼能在出瞳L8处观察到前挡风 玻璃前面的虚像L9。
[0039] 在本实施例中，所述前反射镜群组包括两片平面反射镜，分别为第一反射镜L2和 第二反射镜L3 ;所述透镜群组包括两个镜片，分别为第一透镜L4和第二透镜L5 ;所述后反 射镜包括一个平面反射镜，为第三反射镜L6。所述第一透镜L4相对所述透镜群组进行光焦 度合理分配。
[0040] 本实施例中，所述透镜群组可整体沿轴向移动，实现变倍投影功能，使用者通过调 节透镜群组的位置，从而调节投影像的距离，并且所投影的像为虚像L9,经前风挡玻璃L7 反射，被使用者在出瞳L8处所接收，所述透镜群组投影的像为虚像，所述HUD光学系统满足 以下公式：
[0041] 1. 5m^L^ 10m；2Χ^β^ 15x
[0042] 其中，L为使用者的眼睛到所述虚像的距离，β为所述HUD光学系统的垂轴放大倍 率，所述X表示倍数。
[0043] 所述HUD光学系统在增大投影距离的同时，放大倍率也随之增大，可以使得使用 者能清晰观察到较远投影距离的像。
[0044] 在本实施例中，所述后反射镜的角度调节范围为±5.5°，通过对反射镜角度调 节，可以改变投影虚像的高度，使得不同身高的使用者可以自主调节投影像的高度，并且可 以增大使用者的可视范围。
[0045] 具体的，角度调节功能通过角度调整模组实现，角度调整模组包括推动装置、预紧 装置及限位装置；其中，推动装置主要包括步进电机及推杆，电机驱动推杆，借助铰链机构， 实现后反射镜角度的自动调节，调节角度为α，且IαI彡0.5° ;其中，预紧装置主要由弹 性连接件及其附属件组成，用来消除铰链机构间隙，辅助定位后反射镜，防止因反射镜震动 而引起的投影图像抖动，保证HUD光学系统的投出影像的清晰度；限位装置主要通过位置 传感器，限制电机动作，以保护电机，防止其因过载而烧坏。
[0046] 本实施例中，所述透镜群组（L4+L5)为玻璃透镜，第一透镜L4具有正光焦度，第二 透镜L5具有负光焦度。第一透镜L4相对整透镜组（L4+L5)进行光焦度合理分配，光线经 整个透镜组后平稳的过渡到后反射镜，实现本发明所述HUD光学系统的大出瞳直径性能。
[0047] 本实施例中，所述HUD光学系统的出瞳距离L10和出瞳直径D满足以下公式：
[0048] 700mm<L10 < 900mm;Φ120mm<D<Φ170mm
[0049] 其中，出瞳距离L10为使用者的眼睛到所述后反射镜的反射点的距离，出瞳直径D 为使用者的眼睛的可视范围直径。
[0050] 需要说明的是，从物方到像方，Object表示物面L1，第一反射镜L2为S1，第二反射 镜L3为S2,第一透镜L4的两面为S3、S4,第二透镜L5的两面为S5、S6,第三反射镜为S7， 风挡玻璃L7为S8,出瞳L8为S9,IMA表示虚像面L9。所述S1-S9与下表中的面序号-- 对应。
[0051] 下表为实施例1所述HUD光学系统