一种大视场车载抬头显示系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种大视场车载抬头显示系统。它的光学元件呈平面对称的离轴三反结构，包括微图像显示器、凹面第一反射镜、凸面第二反射镜和凹面形半透半反面的代显示屏；第一反射镜、第二反射镜和代显示屏的面型为6次XY多项式自由曲面。微图像显示器发出的光线，依次经第一反射镜反射，第二反射镜反射和代显示屏反射，形成发散光束射向人眼，在代显示屏的另一侧形成虚像，人眼可透过代显示屏在其前方观察到由发散光束反向延长形成的虚像。本实用新型专利技术提供的光学系统具有眼动范围大，视场大的特点，在满足结构紧凑的前提下，有着较好的成像质量。像质量。像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种大视场车载抬头显示系统


[0001]本技术属于光学
，特别是涉及一种结构紧凑、视场大的用于车载抬头显示的虚像成像系统。

技术介绍

[0002]车载抬头显示器(Head Up Display,HUD)将驾驶最需要的车速、油量等重要的信息投射入人眼，投影图像位于驾驶员前方的适宜位置上，从而使驾驶员始终保持抬头的姿态，避免了因低头观看仪表上显示信息而引起的安全隐患，减少了引起交通事故的可能性，也缓解了交替观察车内和车外不同远近的景物信息而引起的眼部疲劳。中国的交通和路况复杂，导航信息对大部分驾驶员来说至关重要，车载HUD还能将导航信息显示在挡风玻璃，提高行车可靠性和安全性。未来的车载HUD还能与互联网连接，承载更多信息的显示，例如增强现实的显示。
[0003]因此，对于车载抬头显示器的研究具有很大的应用意义。
[0004]在本技术作出之前，文献《Design of a head
‑
up display based on freeform reflective systems for automotive applications》(Applied Optics，Volume 58,Issue 7)提出了一种基于自由曲面的车载抬头显示器，实现了紧凑的体积，但视场和眼动范围较小。

技术实现思路

[0005]本技术针对现有技术存在的不足，提供一种具有较大视场角和眼动范围，结构紧凑，高成像质量，有助于观察者舒适清晰观察驾驶信息的车载抬头显示光学系统。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案为提供一种大视场车载抬头显示系统，它的光学元件呈平面对称的离轴三反结构，包括微图像显示器、第一反射镜、第二反射镜和代显示屏；所述第一反射镜为凹面形反射面，第二反射镜为凸面形反射面，代显示屏为凹面形半透半反面；微图像显示器发出的光线，依次经第一反射镜反射，第二反射镜反射和代显示屏反射，形成发散光束射向人眼，在代显示屏的另一侧形成虚像；
[0007]所述第一反射镜、第二反射镜和代显示屏的面型为6次XY多项式自由曲面，自由曲面的面型表达式z为：
[0008][0009]各自由曲面的曲率c、二次曲面系数k及各项系数A
i
的值分别为：
[0010] 第一反射镜第二反射镜代显示屏c0.002600.004140.00260k
‑
4.084E
‑
032.43563
‑
1.29612A1000A2‑
24.438205.63220
‑
0.43848A33.74121
‑
14.19174
‑
26.17876A4000A530.7191396.55296
‑
7.43495A6000A7‑
4.21885
‑
5.85286
‑
5.07326A8000A9‑
10.38426
‑
44.24378
‑
7.25735A
10
23.5549811.110087.19367A
11
000A
12
0.42851
‑
63.992771.21633A
13
000A
14
‑
0.6472118.330041.72278A
15
000A
16
‑
7.534794.90223
‑
0.37365A
17
000A
18
0.2191852.23818
‑
0.20997A
19
000A
20
‑
7.16105
‑
99.940320.73750A
21
‑
43.10060
‑
135.76648
‑
20.40487A
22
000A
23
‑
11.72434
‑
179.83612
‑
6.89791A
24
000A
25
75.07879782.2715410.25554A
26
000A
27
166.110288243.3625622.99025。
[0011]本技术的优化方案为：所述代显示屏相对于人眼所在平面的倾斜角为3.7
°
；所述第二反射镜相对于代显示屏的倾斜角为10
°
；所述第一反射镜相对于第二反射镜的倾斜角为11
°
～12
°
；所述微图像显示器相对于第一反射镜的倾斜角为1
°
～2
°
；所述微图像显示器的图像分辨率为800
×
480，完全尺寸为60mm
×
36mm，像元尺寸为75μm。
[0012]本技术所述的一种大视场车载抬头显示系统，它的眼动范围为120mm
×
60mm；它的入瞳直径为8mm，虚像显示距离为2.7m，视场角为7
°×3°
，下视角为3.7
°
。
[0013]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0014]1.本技术采用多片自由曲面反射面结构，相互平衡像差，提升了像质，增大了
视场和眼动范围，使用户拥有一个更大的观察范围。
[0015]2.本技术采用平面对称的离轴三反结构，由多片自由曲面反射面，缩短了成像所需的光程，减小了系统的体积，实现了结构的紧凑。
附图说明
[0016]图1是本技术实施例提供的一种大视场车载抬头显示系统的结构示意图；
[0017]图2是本技术实施例提供的显示系统的光学元件所在坐标系的示意图；
[0018]图3是本技术实施例提供的光学系统的点列图；
[0019]图4是本技术实施例提供的光学系统的场区曲线图；
[0020]图5是本技术实施例提供的光学系统的像散曲线图；
[0021]图6是本技术实施例提供的光学系统的传递函数曲线MTF曲线图。
[0022]图中，1.微图像显示器；2.第一反射镜；3.第二反射镜；4.代显示屏；5.人眼。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本技术技术方案作进一步详细的说明。
[0024]参见附图1，它是本实施例提供的一种大视场车载抬头显示系统的结构示意图。它的光学元件主要包括微图像显示器1、第一反射镜2、第二反射镜3和代显示屏4。光学元件呈平面对称的离轴三反结构，第一反射镜2为凹面形反射面，第二反射镜3为凸面形反射面，代显示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场车载抬头显示系统，其特征在于：它的光学元件呈平面对称的离轴三反结构，包括微图像显示器(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)和代显示屏(4)；所述第一反射镜为凹面形反射面，第二反射镜为凸面形反射面，代显示屏为凹面形半透半反面；微图像显示器发出的光线，依次经第一反射镜反射，第二反射镜反射和代显示屏反射，形成发散光束射向人眼(5)，在代显示屏的另一侧形成虚像；所述第一反射镜、第二反射镜和代显示屏的面型为6次XY多项式自由曲面，自由曲面的面型表达式z为：各自由曲面的曲率c、二次曲面系数k及各项系数A
i
的值分别为：
2.根据权利要求1所述的一种大视场车载抬头显示系统，其特征在于：所述代显示屏(4)相对于人眼(5)所在平面的倾斜角为3.7
°
。3.根据权利要求1所述的一种大视场车载抬头显示系统，其特征在于：所述第二反射镜(3)相对于代显示屏(4)的倾斜角为10
°
。4.根据权利要求1所述的一种大视场...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红军，季轶群，韩继周，
申请(专利权)人：丹阳市检验检测中心，
类型：新型
国别省市：