提升PGU与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块的制作方法

提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块
技术领域
1.本实用新型涉及光学显示设备，特别是一种在扩散片前增设一凸透镜、从而能控制从pgu出发投射到扩散片上光线的发散角、进而提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块。


背景技术：

2.传统的抬头显示器设计中，为了在有限制的车体空间里摆进体积最小化的面镜并且达到大视场角及高影像质量的设计， pgu系统与抬头显示光学系统在扩散片上的发散角会产生很大的角度差，且会需要较大尺寸的扩散片，以此来达成合理的光路结构。
3.如图2，为传统pgu的光路设计，它包括沿成像光路依次设置的图像生成单元pgu1’、平面镜一81’、 平面镜二82’、凸透镜、扩散片3’、自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜、汽车挡风玻璃、眼盒，a1’与a2’之间的夹角为pgu投射到扩散片上的发散角，从pgu出发的光线经由两片平面镜投射到扩散片，投射至扩散片上的光线发散角度由pgu的视场角(fov)决定，因此当抬头显示光学系统为了高影像质量、大视角、小体积而设计出的pgu系统发散角度与实际pgu视场角不同时，会产生两个很大的缺陷：
4.第一、由于pgu投射到扩散片上的发散角与抬头显示光学系统所需的角度差异大，造成通过抬头显示光学系统后的光学效率差；
5.第二、由于在扩散片上每个位置的发散角度差异不同,造成通过抬头显示光学系统后的均匀度差,影响驾驶者观看虚拟图像的视觉舒适度。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，该光学模块在扩散片前增设一凸透镜，从而能控制从pgu出发投射到扩散片上光线的发散角，并能提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性，能实现高光学效率、高均匀度的hud系统。
7.为了解决上述现有技术问题,本实用新型的技术方案是:
8.本实用新型提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，所述光学模块为hud抬头显示光学系统，它包括沿成像光路依次设置的图像生成单元pgu、平面镜单元、凸透镜、扩散片、自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜、汽车挡风玻璃、眼盒；
9.所述平面镜单元设置于图像生成单元pgu的下方，用于反射图像生成单元pgu出射的图像光线并改变图像光线方向，所述图像生成单元pgu、平面镜单元组成pgu图像模块；
10.所述扩散片设置于pgu图像模块的出射口，用于图像光线的发射，所述凸透镜设置于pgu图像模块与扩散片之间且靠近扩散片设置，所述图像生成单元pgu的图像光线经平面镜单元反射，然后图像光线依次穿过凸透镜、扩散片，所述凸透镜用于聚光，控制从pgu图像模块投射到扩散片上的图像光线的发散角，即将图像光线的发散角与扩散片尺寸相匹配，实现最佳的抬头显示光学系统的光效率；
11.所述自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜设置于汽车挡风玻璃下方且位于扩散片上方，图像光线经凸透镜聚光并经扩散片发散后向上投射至自由曲面凸面镜，图像光线经自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜进行广角反射后向上投射至汽车挡风玻璃，所述眼盒位于汽车挡风玻璃的后方，图像光线经汽车挡风玻璃反射，经汽车挡风玻璃反射后的图像光线投射至眼盒位置，位于眼盒位置的人眼通过图像光线的反向延长线看到位于汽车挡风玻璃前方的虚像，实现光学模块的图像显示。
12.进一步，所述平面镜单元包括平面镜一、平面镜二，经图像生成单元pgu出射的图像光线依次经平面镜一、平面镜二反射；
13.进一步，所述光学模块还包括用于防尘的防尘罩，所述防尘罩为一透光罩体，所述防尘罩设置于自由曲面凹面镜与汽车挡风玻璃之间，经自由曲面凹面镜反射的图像光线透过防尘罩投射到汽车挡风玻璃上。
14.本实用新型提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块,其有益效果有：
15.1、该光学模块在扩散片前增设一凸透镜，从而能控制从pgu出发投射到扩散片上光线的发散角，同时能提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性，实现高光学效率、高均匀度的hud系统；
16.2、加入了凸透镜聚光，能有效的缩小扩散片尺寸，减小hud系统的体积。
附图说明
17.图1，为本实用新型提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块的结构图；
18.图2，为传统的光学模块的pgu投射到扩散片上形成发散角的示意图；
19.图3，为本实用新型提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块的pgu投射到扩散片上形成发散角的示意图。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明：
21.实施例：
22.如图1~图3，图3中，a1与a2之间的夹角为pgu图像模块投射到扩散片3上的发散角，本实用新型提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，所述光学模块为hud抬头显示光学系统，它包括沿成像光路依次设置的图像生成单元pgu1、平面镜单元、凸透镜2、扩散片3、自由曲面凸面镜4、自由曲面凹面镜5、汽车挡风玻璃6、眼盒7；
23.所述平面镜单元设置于图像生成单元pgu的下方，用于反射图像生成单元pgu出射的图像光线并改变图像光线方向，所述图像生成单元pgu、平面镜单元组成pgu图像模块；所述平面镜单元包括平面镜一81、平面镜二82，经图像生成单元pgu出射的图像光线依次经平面镜一、平面镜二反射；
24.所述扩散片3设置于pgu图像模块的出射口，用于图像光线的发射，所述凸透镜2设置于pgu图像模块与扩散片3之间且靠近扩散片设置，所述图像生成单元pgu的图像光线经平面镜单元反射，然后图像光线依次穿过凸透镜、扩散片，所述凸透镜用于聚光，控制从pgu
图像模块投射到扩散片上的图像光线的发散角，即将图像光线的发散角与扩散片尺寸相匹配，实现最佳的抬头显示光学系统的光效率；
25.所述自由曲面凸面镜4、自由曲面凹面镜5设置于汽车挡风玻璃6下方且位于扩散片3上方，图像光线经凸透镜聚光并经扩散片发散后向上投射至自由曲面凸面镜，图像光线经自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜进行广角反射后向上投射至汽车挡风玻璃，所述眼盒7位于汽车挡风玻璃6的后方，图像光线经汽车挡风玻璃反射，经汽车挡风玻璃反射后的图像光线投射至眼盒位置，位于眼盒位置的人眼通过图像光线的反向延长线看到位于汽车挡风玻璃前方的虚像，实现光学模块的图像显示；所述光学模块还包括用于防尘的防尘罩9，所述防尘罩为一透光罩体，所述防尘罩设置于自由曲面凹面镜5与汽车挡风玻璃6之间，经自由曲面凹面镜反射的图像光线透过防尘罩投射到汽车挡风玻璃上。
26.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，即凡依本申请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。


技术特征：
1.提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，其特征在于：所述光学模块为hud抬头显示光学系统，它包括沿成像光路依次设置的图像生成单元pgu、平面镜单元、凸透镜、扩散片、自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜、汽车挡风玻璃、眼盒；所述平面镜单元设置于图像生成单元pgu的下方，用于反射图像生成单元pgu出射的图像光线并改变图像光线方向，所述图像生成单元pgu、平面镜单元组成pgu图像模块；所述扩散片设置于pgu图像模块的出射口，用于图像光线的发射，所述凸透镜设置于pgu图像模块与扩散片之间且靠近扩散片设置，所述图像生成单元pgu的图像光线经平面镜单元反射，然后图像光线依次穿过凸透镜、扩散片，所述凸透镜用于聚光，控制从pgu图像模块投射到扩散片上的图像光线的发散角，即将图像光线的发散角与扩散片尺寸相匹配，实现最佳的抬头显示光学系统的光效率；所述自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜设置于汽车挡风玻璃下方且位于扩散片上方，图像光线经凸透镜聚光并经扩散片发散后向上投射至自由曲面凸面镜，图像光线经自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜进行广角反射后向上投射至汽车挡风玻璃，所述眼盒位于汽车挡风玻璃的后方，图像光线经汽车挡风玻璃反射，经汽车挡风玻璃反射后的图像光线投射至眼盒位置，位于眼盒位置的人眼通过图像光线的反向延长线看到位于汽车挡风玻璃前方的虚像，实现光学模块的图像显示。2.根据权利要求1所述的提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，其特征在于，所述平面镜单元包括平面镜一、平面镜二，经图像生成单元pgu出射的图像光线依次经平面镜一、平面镜二反射。3.根据权利要求1所述的提升pgu与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块，其特征在于，所述光学模块还包括用于防尘的防尘罩，所述防尘罩为一透光罩体，所述防尘罩设置于自由曲面凹面镜与汽车挡风玻璃之间，经自由曲面凹面镜反射的图像光线透过防尘罩投射到汽车挡风玻璃上。

技术总结
提升PGU与抬头显示光学系统光效率匹配性的光学模块。所述光学模块为HUD抬头显示光学系统，它包括沿成像光路依次设置的图像生成单元PGU、平面镜单元、凸透镜、扩散片、自由曲面凸面镜、自由曲面凹面镜、汽车挡风玻璃、眼盒；所述平面镜单元设置于图像生成单元PGU的下方，所述图像生成单元PGU、平面镜单元组成PGU图像模块；所述扩散片设置于PGU图像模块的出射口，所述凸透镜设置于PGU图像模块与扩散片之间且靠近扩散片设置。该光学模块在扩散片前增设一凸透镜，从而能控制从PGU出发投射到扩散片上光线的发散角，同时能提升PGU与抬头显示光学系统光效率匹配性，能实现高光学效率、高均匀度的HUD系统。度的HUD系统。度的HUD系统。


技术研发人员：陳欣吟 王秀丞 黄曙光 卢睿 王应君
受保护的技术使用者：深圳市锐思华创技术有限公司
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2022/3/8