一種可變焦光學系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光學系統(tǒng)，尤其涉及一種可變焦光學系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]抬頭顯示光學系統(tǒng)(HUD)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用于車載顯示中，其作用是在人眼前方幾米遠的地方呈現(xiàn)一個虛像，人眼在看清前方路況的同時也能看到顯示器中的東西，這樣可以有效地減少觀察儀表盤和GPS所浪費的時間。
[0003]目前來說市面上的HUD系統(tǒng)均為定焦光學系統(tǒng)，即虛像位置不動，這樣的產(chǎn)品有一個缺點:由于駕駛員在開車的時候眼睛的對焦距離是隨著車速的變化而變化的，車速越快人眼的對焦距離就越遠，而HUD虛像位置不動，人眼很容易在變換焦點的時候由于虛像離焦而造成視線模糊。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于上述問題，本實用新型提供了一種可變焦光學系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)，以解決上述問題或者至少部分地解決上述問題。
[0005]本實用新型提供了一種可變焦光學系統(tǒng)，所述可變焦光學系統(tǒng)沿著光線出射方向依次包括:發(fā)光屏、透鏡、次反射鏡和主反射鏡；
[0006]所述透鏡，適于校正所述發(fā)光屏的出射光線的方向，并將校正后的光出射到所述次反射鏡上；
[0007]所述次反射鏡，適于將出射到其上的光反射后出射到所述主反射鏡上；
[0008]所述主反射鏡，適于將出射到其上的光反射并匯聚；
[0009]其中，所述透鏡、次反射鏡或者主反射鏡中的任一組鏡片可沿著光軸前后移動以調(diào)節(jié)所述可變焦光學系統(tǒng)的焦距。
[0010]可選地，所述透鏡為具有正光焦度的菲涅爾透鏡，其面向所述次反射鏡的一面為菲涅爾面，另一面為凹面的非球面。
[0011]可選地，所述透鏡的材料是zk7光學玻璃。
[0012]可選地，所述次反射鏡為無光焦度的平面反射鏡。
[0013]可選地，所述主反射鏡是透明的具有正光焦度的凹面反射鏡。
[0014]可選地，所述主反射鏡的面型為二次曲面，所述二次曲面的中心相對于光軸有一定的偏移距離。
[0015]一種抬頭顯示系統(tǒng)，包括上述任一項所述的可變焦光學系統(tǒng)。
[0016]可選地，所述抬頭顯示系統(tǒng)還包括速度獲取模塊和焦距調(diào)節(jié)模塊，
[0017]所述速度獲取模塊，用于實時獲取車輛的車速信息；
[0018]所述焦距調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述速度獲取模塊獲取到的車輛當前速度實時調(diào)節(jié)所述可變焦光學系統(tǒng)的焦距，以改變所述抬頭顯示系統(tǒng)所成虛像的位置。
[0019]可選地，所述焦距調(diào)節(jié)模塊，具體用于根據(jù)所述速度獲取模塊獲取到的車輛當前速度實時調(diào)節(jié)所述可變焦光學系統(tǒng)中的透鏡與發(fā)光屏之間的距離。
[0020]可選地，所述焦距調(diào)節(jié)模塊，還用于用戶根據(jù)需求手動調(diào)節(jié)所述可變焦光學系統(tǒng)的焦距。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022]本實用新型提供的一種可變焦光學系統(tǒng)，沿著光線出射方向依次包括:發(fā)光屏、透鏡、次反射鏡和主反射鏡，由于透鏡、次反射鏡或者主反射鏡中的任一組鏡片可沿著光軸前后移動，因此該光學系統(tǒng)的焦距可調(diào)節(jié)。
[0023]將本實用新型的可變焦光學系統(tǒng)應用到本實用新型的抬頭顯示系統(tǒng)中，本實用新型提供的一種抬頭顯示系統(tǒng)，通過速度獲取模塊實時獲取車輛的車速信息，由于車速越慢像面越近，車速越快像面越遠，通過焦距調(diào)節(jié)模塊根據(jù)車輛當前速度實時調(diào)節(jié)所述可變焦光學系統(tǒng)的焦距，例如可通過實時調(diào)節(jié)所述光學系統(tǒng)中的透鏡與發(fā)光屏之間的距離來實現(xiàn)變焦，從而改變所述抬頭顯示系統(tǒng)所成虛像的位置，這樣可以有效地減少駕駛員因車速變化視線焦點移動而引起的離焦和視線模糊。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的光路圖；
[0025]圖2為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的光學參數(shù)；
[0026]圖3為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)在焦距123mm下的傳遞函數(shù)曲線；
[0027]圖4為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的點列圖；
[0028]圖5為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的多重結(jié)構參數(shù)；
[0029]圖6為本實用新型實施例的抬頭顯示光學系統(tǒng)示意圖；
[0030]圖中:11、發(fā)光屏；12、透鏡；13、次反射鏡；14、主反射鏡；15、人眼瞳孔。
【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0032]圖1示出了根據(jù)本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，沿著光線出射方向，該可變焦光學系統(tǒng)依次包括:發(fā)光屏11、透鏡12、次反射鏡13和主反射鏡14ο
[0033]透鏡12適于校正發(fā)光屏I的出射光線的方向，并將校正后的光出射到次反射鏡13上。次反射鏡13適于將出射到其上的光反射后出射到主反射鏡14上。主反射鏡14適于將出射到其上的光反射在人眼瞳孔15處匯聚成像。
[0034]其中，透鏡12、次反射鏡13或者主反射鏡14中的任一組鏡片可沿著光軸前后移動，以改變所述光學系統(tǒng)的焦距。
[0035]圖2為本實用新型實施例的可變焦光學系統(tǒng)的光學參數(shù)，示出了在光軸上各光學表面的曲率半徑(Radius);各光學表面與相鄰下一個光學表面之間的厚度(Thickness)；各光學元件的材質(zhì)(Glass)、口徑(Sem1-diameter)和二次曲面系數(shù)(Conic)。優(yōu)選地，透鏡12為具有正光焦度的菲涅爾透鏡，透鏡12面向次反射鏡13的一面為菲涅爾面，另一面為非球面。
[0036]在一種實施例中，菲涅爾面的面型半徑為33.8_，材料是zk7光學玻璃，非球面為凹面，半徑為144.5mm。
[0037]優(yōu)選地，次反射鏡13為100%反射鏡，且為無光焦度的平面反射鏡。次反射鏡13的主要作用是折轉(zhuǎn)光路縮短系統(tǒng)長度，讓系統(tǒng)更加緊湊。
[0038]優(yōu)選地，主反射鏡14是透明的、具有正光焦度的凹面反射鏡。在一種實施例中，主反射鏡14的面型為二次曲面，二次曲面系數(shù)為0.581，半徑為400mm。主反射鏡14中心相對于光軸偏移55mm。
[0039]在一種實施例中，人眼瞳孔15的活動范圍是130111111*65111111，發(fā)光屏11的對角線長度為10.8mm，投影距離為2m至5m，視場角為水平8°、豎直4°。
[0040]當該可變焦光學系統(tǒng)的焦距為123mm時，透鏡12與發(fā)光屏11的距離為6.9mm，此時虛像位置為2mm。如讓虛像距離變遠，一種實施例是增大透鏡12和發(fā)光屏11之間的間距，例如當增大透鏡12和發(fā)光屏11之間的距離至21.5mm時，虛像位置為5m，此時該可變焦光學系統(tǒng)的焦距為141mm。
[0041]圖