一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及车载光学显示设备，特别是一种采用自由曲面分光镜阵镜方式实现上中下三种视角光路的图像显示、进而实现抬头显示器视角扩展且结构更精简的抬头显示光学系统。


背景技术：

2.随着汽车行业的发展，辅助驾驶的技术日新月异，车载抬头显示设备的应用也日益广泛，其结构主要包括发光源、曲面镜、汽车挡风玻璃、眼盒。
3.车载抬头显示设备显然给驾驶员带来了很多便利，比如查看时速、导航等重要的行车信息时更方便，不用低头就能看到，或者查看汽车的下方、后方也不用扭头、低头，大大方便了驾驶员，更能集中精力驾驶汽车，舒适度也相应增加。
4.现有车载抬头显示设备的不足有：在设计上都有视角过小的问题，现有车载抬头显示设备主要采用单一成像光路，只能显示一定视角的发光源图像，如果车载抬头显示设备需要实现较大视角的发光源图像显示或将发光源图像进行视角放大显示，现有抬头显示器则存在一定的局限；也有采用双屏显示的抬头显示设备，主要通过两个发光源实现，能实现一定的视角扩展，但其光路结构设计不便，同时其视角扩展仍存在局限性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统，该抬头显示光学系统采用自由曲面分光镜阵镜方式，进行上视角、中视角、下视角三种光路的图像显示，实现较大的视角扩展，同时相对于平面分光镜阵镜方式，结构更精简，光路效率更高。
6.为了解决上述现有技术问题,本实用新型的技术方案是:
7.本实用新型一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统，它包括依次设置的发光源、扩散片、自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三、汽车挡风玻璃、眼盒、成虚像位置，所述扩散片设置于发光源的光线出射端，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三设置于汽车挡风玻璃的下方，所述成虚像位置位于眼盒的正前方；
8.所述抬头显示光学系统的成像光路包括上视角路径、中视角路径、下视角路径；
9.所述上视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自由曲面分光镜一反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示；
10.所述中视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二，由自由曲面分光镜二反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示；
11.所述下视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三，由自由曲面分光镜三反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示。
12.进一步，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三与z轴方向的夹角分别为θ1、θ2、θ3，其夹角量测基线与z轴平行且与y轴垂直，所述θ1、θ2、θ3等值或不等值，所述θ1、θ2、θ3不等值时，所述θ1、θ2、θ3角度间的差距为
±5°
；
13.进一步，所述抬头显示光学系统为用于缩小体积且采用阵镜设计方式的抬头显示光学系统，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三的反射率分别为r1、r2、r3，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三的穿透率分别为t1、t2、t3，所述反射率满足条件：r1>r2>r3，所述穿透率满足条件：t3>t2>t1。
14.本实用新型一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统,其有益效果有：
15.1、该抬头显示光学系统采用自由曲面分光镜阵镜方式，进行上视角、中视角、下视角三种光路的图像显示，实现较大的视角扩展；
16.2、相对于之前采用平面分光镜阵镜和自由曲面镜片进行视角扩展的技术方案，本方案结构更精简，光路效率更高。
附图说明
17.图1，为本实用新型一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统（包含上视角路径、中视角路径、下视角路径）的结构图；
18.图2，为图1所示实施例中的上视角路径的成像光路图；
19.图3，为图1所示实施例中的中视角路径的成像光路图；
20.图4，为图1所示实施例中的下视角路径的成像光路图；
21.图5，为图1所示实施例中的自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三与z轴夹角的示意图；
22.图6，为图1所示实施例中的自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三的反射率和穿透率示意图。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明：
24.实施例：
25.如图1~图6，本实用新型一种采用自由曲面阵镜进行视角扩展的抬头显示光学系统，它包括依次设置的发光源1、扩散片、自由曲面分光镜一2、自由曲面分光镜二3、自由曲面分光镜三4、汽车挡风玻璃5、眼盒6、成虚像位置，所述扩散片设置于发光源的光线出射端，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三设置于汽车挡风玻璃的下方，所述成虚像位置位于眼盒的正前方；
26.所述抬头显示光学系统的成像光路包括上视角路径、中视角路径、下视角路径；
27.所述上视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自
由曲面分光镜一反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示；
28.所述中视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二，由自由曲面分光镜二反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示；
29.所述下视角路径的成像光路为：成像光线由发光源出发，经过扩散片，然后经过自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三，由自由曲面分光镜三反射至汽车挡风玻璃，并经由汽车挡风玻璃反射至眼盒位置，眼盒位置的人眼通过成像光线的反向延长线看到成虚像位置的图像，实现上视角路径的图像显示。
30.进一步，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三与z轴方向的夹角分别为θ1、θ2、θ3，其夹角量测基线与z轴平行且与y轴垂直，所述θ1、θ2、θ3等值或不等值，所述θ1、θ2、θ3不等值时，所述θ1、θ2、θ3角度间的差距为
±5°
；
31.进一步，所述抬头显示光学系统为用于缩小体积且采用阵镜设计方式的抬头显示光学系统，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三的反射率分别为r1、r2、r3，所述自由曲面分光镜一、自由曲面分光镜二、自由曲面分光镜三的穿透率分别为t1、t2、t3，所述反射率满足条件：r1>r2>r3，所述穿透率满足条件：t3>t2>t1。
32.以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。