一種可變焦光學(xué)系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種可變焦光學(xué)系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]抬頭顯示光學(xué)系統(tǒng)(HUD)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于車載顯示中，其作用是在人眼前方幾米遠(yuǎn)的地方呈現(xiàn)一個(gè)虛像，人眼在看清前方路況的同時(shí)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(fèi)的時(shí)間。
[0003]目前來說市面上的HUD系統(tǒng)均為定焦光學(xué)系統(tǒng)，即虛像位置不動(dòng)，這樣的產(chǎn)品有一個(gè)缺點(diǎn):由于駕駛員在開車的時(shí)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(yuǎn)，而HUD虛像位置不動(dòng)，人眼很容易在變換焦點(diǎn)的時(shí)候由于虛像離焦而造成視線模糊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種可變焦光學(xué)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]本發(fā)明提供了一種可變焦光學(xué)系統(tǒng)，所述可變焦光學(xué)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(dòng)以調(diào)節(jié)所述可變焦光學(xué)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(xué)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(xiàng)所述的可變焦光學(xué)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(shí)時(shí)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(dāng)前速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述可變焦光學(xué)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(dāng)前速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述可變焦光學(xué)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(dòng)調(diào)節(jié)所述可變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明提供的一種可變焦光學(xué)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(dòng)，因此該光學(xué)系統(tǒng)的焦距可調(diào)節(jié)。
[0023]將本發(fā)明的可變焦光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到本發(fā)明的抬頭顯示系統(tǒng)中，本發(fā)明提供的一種抬頭顯示系統(tǒng)，通過速度獲取模塊實(shí)時(shí)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(yuǎn)，通過焦距調(diào)節(jié)模塊根據(jù)車輛當(dāng)前速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述可變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距，例如可通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡與發(fā)光屏之間的距離來實(shí)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(diǎn)移動(dòng)而引起的離焦和視線模糊。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)的光路圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)在焦距123mm下的傳遞函數(shù)曲線；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)的多重結(jié)構(gòu)參數(shù)；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的抬頭顯示光學(xué)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(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)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(xué)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14。
[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(dòng)，以改變所述光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的可變焦光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，示出了在光軸上各光學(xué)表面的曲率半徑(Radius);各光學(xué)表面與相鄰下一個(gè)光學(xué)表面之間的厚度(Thickness);各光學(xué)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(shí)施例中，菲涅爾面的面型半徑為33.8mm，材料是zk7光學(xué)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(shí)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(shí)施例中，人眼瞳孔15的活動(dòng)范圍是130_*65_，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(dāng)該可變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距為123mm時(shí)，透鏡12與發(fā)光屏11的距離為6.9mm，此時(shí)虛像位置為2mm。如讓虛像距離變遠(yuǎn)，一種實(shí)施例是增大透鏡12和發(fā)光屏11之間的間距，例如當(dāng)增大透鏡12和發(fā)光屏11之間的距離至21.5mm時(shí)，虛像位置為5m，此時(shí)該可變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距為141mm。
[0041]圖3為本發(fā)明實(shí)施