CN117092823A - 光学成像系统及抬头显示器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光学成像系统及抬头显示器。光学成像系统包括图像生成单元与图像调整单元，图像生成单元用于发射图像光线，并将图像光线传输至图像调整单元。图像调整单元包括第一反射镜与第二反射镜，第一反射镜用于将来自图像生成单元的图像光线反射至第二反射镜，第二反射镜用于将来自第一反射镜的图像光线反射至成像屏，图像光线经成像屏反射后的反向延长线在第一预设位置形成目标虚像。其中，第一反射镜将图像光线先汇聚再发散地反射至第二反射镜，在第一反射镜与第二反射镜的光路之间形成一次像面。本公开的光学成像系统及抬头显示器，在第一反射镜与第二反射镜之间形成了交叉光路，有利于减小抬头显示器的体积。

Description

光学成像系统及抬头显示器

技术领域

本公开涉及抬头显示器技术领域，具体而言，涉及一种光学成像系统及抬头显示器。

背景技术

抬头显示器(Head Up Display)，又称平视显示系统，简称HUD。其原理是通过设计的光路将时速、导航等重要的行车信息投射成像于挡风玻璃的适宜位置或其他成像屏上以供驾驶员观看。避免了驾驶员低头观看仪表、导航仪或其他驾驶辅助设备的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，增加了行车安全性。

在现有技术中，为了降低驾驶员眼睛聚焦近距离的目标虚像引起的视觉疲劳，以及使目标虚像与现实世界具有更高的适配程度与贴合程度，将目标虚像与现实事物更完美地叠加，抬头显示器追求较大的虚像距离(Virtual Image Distance，VID)。然而，图像调整单元的第一反射镜与第二反射镜之间的光学距离以及第一反射镜与图像生成单元的光学距离会随着虚像距离的增大而变长，导致抬头显示器整机体积较大，影响抬头显示器整机布置。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种光学成像系统与抬头显示器，有利于控制抬头显示器的整机体积。

根据本公开的一个方面，提供一种光学成像系统，包括图像生成单元与图像调整单元，图像生成单元用于发射图像光线，并将图像光线传输至图像调整单元；

图像调整单元包括第一反射镜与第二反射镜，第一反射镜用于将来自图像生成单元的图像光线反射至第二反射镜，第二反射镜用于将来自第一反射镜的图像光线反射至成像屏，图像光线经成像屏反射后的反向延长线在第一预设位置形成目标虚像；

其中，第一反射镜将图像光线先汇聚再发散地反射至第二反射镜，以在第一反射镜与第二反射镜的光路之间形成一次像面，第二反射镜用于将来自第一反射镜的发散的图像光线反射至成像屏。

在本公开的一种示例性实施方式中，

第一反射镜在竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤150mm。

在本公开的一种示例性实施方式中，

图像调整单元用于在水平平面内与竖直平面内分别改变图像光线的传播路径；图像调整单元用于在水平平面内改变目标虚像的横向尺寸，图像调整单元还用于在竖直平面内改变目标虚像的纵向尺寸；

其中，第一反射镜的反射面为内凹的圆柱面，圆柱面的轴向子午线沿水平平面方向设置，圆柱面的屈光力子午线沿竖直平面方向设置，以使第一反射镜将图像光线在竖直平面内先汇聚再发散地反射至第二反射镜。

在本公开的一种示例性实施方式中，

第一反射镜在水平平面内的焦距F₁₁＝∞，

第一反射镜在竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤40mm。

在本公开的一种示例性实施方式中，

第二反射镜的反射面为内凹的自由曲面；

第二反射镜在水平平面内的焦距F₂₁≠0；

第二反射镜在竖直平面内的焦距F₂₂与第一反射镜在竖直平面内的焦距F₁₂满足3≤F₂₂/F₁₂≤7。

在本公开的一种示例性实施方式中，

在竖直平面内，图像生成单元的出光面到第一反射镜的反射面的光程L1、一次像面至第一反射镜的光程L2间的关系为：

且70mm≤L1≤90mm。

根据本公开的另一个方面，提供一种抬头显示器，抬头显示器包括壳体，以及上述任意一项的光学成像系统，光学成像系统设于壳体内部，光学成像系统用于将图像光线反射至设于壳体外部的成像屏。

在本公开的一种示例性实施方式中，抬头显示器还包括遮光罩，遮光罩包括遮光部以及位于遮光部上的开口部，遮光部用于吸收投射至遮光部的光线，开口部用于使光线透过；

其中，开口部设于第一反射镜与第二反射镜的光路之间，遮光部的至少部分设于第一反射镜与第二反射镜的光路之间。

在本公开的一种示例性实施方式中，开口部环绕一次像面设置。

在本公开的一种示例性实施方式中，遮光罩固定于壳体，图像生成单元固定连接于遮光罩，第一反射镜安装于遮光罩。

本公开的光学成像系统及抬头显示器，由于在第一反射镜与第二反射镜之间形成了交叉光路，可以减小第一反射镜与第二反射镜之间的光路尺寸，有利于减小抬头显示器的体积。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为了更好地理解本公开，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。其中：

图1为现有技术中一种抬头显示器的出光光路示意图；

图2为本公开光学成像系统的一种示例性实施方式在竖直平面内的光路示意图；

图3为本公开光学成像系统的一种示例性实施方式的光路的局部放大示意图；

图4为本公开抬头显示器的一种示例性实施方式的光路示意图；

图5为本公开光学成像系统的一种示例性实施方式在水平平面内的光路示意图；

图6为本公开光学成像系统的一种示例性实施方式的成像的MTF曲线图；

图7为本公开抬头显示器的一种示例性实施方式的壳体与遮光罩的示意图；

图8为本公开抬头显示器的一种示例性实施方式的在竖直平面内的光路示意图；

图9为本公开抬头显示器的一种示例性实施方式的休眠位置下的光路示意图。

附图标记说明如下：

1、图像生成单元；21、第一反射镜；22、第二反射镜；3、一次像面；4、成像屏；5、目标虚像；6、壳体；61、遮光罩；62、开口部。

具体实施方式

下面将结合本公开示例实施例中的附图，对本公开示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本公开的保护范围，因此应当理解，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。

除非另有规定或说明，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开使用“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量或重要性、顺序限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

进一步地，本公开的描述中，需要理解的是，本公开的示例性实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词仅仅用于表示相对位置关系。出于方便，根据抬头显示器实际工作时的位置和状态进行描述，或是根据附图所示的角度来进行描述，不应理解为对本公开的示例实施例的限定。本领域技术人员可以知晓的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变，将本公开示例性实施例中的结构进行旋转变换或更换观察的方向与视角后，“上”也可能变为“下”或“左”、“右”，这种变化不会对本领域的技术人员的理解造成障碍。

此外，本公开所述某一光学表面“内凹”或“外凸”，是相对于入射该表面的光线的方向。例如，某一光学表面“内凹”，则入射光线上的某一点在光轴上至该表面中心的距离大于该点至该表面外围的距离。

为了便于说明本公开的方案，本公开提供的一种可能的应用场景以抬头显示器应用于汽车为例，本领域技术人员应当理解的是，本公开示例性实施方式的抬头显示器也可以应用于例如环卫车、消防车、军用车辆上，当然，也可应用于船舶、航空等领域。例如可以应用于战斗机等飞行器，使得驾驶员可以基于抬头显示器的辅助对物体进行追踪与瞄准。

以下，对本申请中使用的部分用语进行解释说明。需要说明的是，这些解释是为了便于本领域技术人员理解，并不是对本申请所要求的保护范围构成限定。

1)视场角FOV(Field of View)

视场角是人眼所观察到的物体轮廓到人眼瞳孔中心连线的立体夹角，对于抬头显示器，视场角是指透过抬头显示器的光学成像系统形成的目标虚像5的边缘与人眼瞳孔中心连线的立体夹角。视场角包括水平视场角HFOV(Horizontal Field of View)与垂直视场角VFOV(Vertical Field of View)，水平视场角又称横向视场角，是目标虚像5在横向的最大可见范围，垂直视场角又称纵向视场角，是目标虚像5在纵向的最大可见范围。

本公开所述“水平平面”指用于形成抬头显示器的水平视场的图像光线所在的平面，本公开所述“竖直平面”指用于形成抬头显示器的竖直视场的图像光线所在的平面。

2)眼盒(Eyebox)

眼盒为驾驶员或观察者的双目所处的区域。在抬头显示器的设计中，眼盒范围可以根据驾驶员的身高、姿势等确定。眼盒规定了一个眼点的有效区域，当观察者的眼点位置在这个有效区域内移动时，观察者才可以看到满足要求的目标虚像5。超出眼盒的区域可能会呈现图像扭曲、显色错误，甚至不显示等问题。

3)虚像距(Virtual Image Distance，VID)

虚像距是指眼盒中心与抬头显示器生成的目标虚像5的中心之间的距离。

图1示出了一种现有技术中的抬头显示器的成像原理，抬头显示器通常包括由至少两枚反射镜组成的图像调整单元，图像调整单元用于将来自图像生成单元1的图像光线反射至抬头显示器外部的成像屏4。具体的，例如，可以将图像光线反射至驾驶员前方的特制的屏幕上，或直接反射至汽车前挡风玻璃的适当位置，图像光线经前挡风玻璃的反射后的光线的反向延长线在驾驶员前方第一预设位置形成目标虚像5。

抬头显示器可以是风挡式抬头显示器(Windshield-HUD,W-HUD)或增强现实抬头显示器(Augmented Reality-HUD，AR-HUD)。

风挡式抬头显示器出射的成像光线的反向延长线在汽车前方形成目标虚像5，又称为前装抬头显示器。通常，风挡式抬头显示器的虚像距在2m至3m，安装于汽车上时，显示位置在引擎盖边缘上方，从而避开正前方现实场景，避免遮挡，具有较高的安全性。

增强现实抬头显示器则可以与高级驾驶辅助系统结合，将导航等虚拟信息叠加在现实路面，实现虚实结合。当目标虚像5较近，虚像距较短时，驾驶员在观察较近的目标虚像5与较远的真实物体之间来回切换，容易导致眼部肌肉疲劳；同时，在较短虚像距下，驾驶员头部轻微的移动就会导致强烈视差，使得目标虚像5与现实世界大幅错位。因此，为了目标虚像5与真实场景更好的贴合，增强现实抬头显示器的虚像距通常在7.5m及以上，甚至可达10m～15m。

视场角与虚像距决定了抬头显示器可以覆盖的车前距离，车道范围和抬头显示器的显示效果等，目前，抬头显示器逐步向增大视场角，扩大虚像距的方向发展。然而，图像调整单元的第一反射镜21与第二反射镜22之间的光学距离以及第一反射镜21与图像生成单元1的光学距离会随着虚像距的增大而变长，导致抬头显示器整机体积较大，影响抬头显示器整机布置。尤其是对于增强现实抬头显示器，如何缩减整机体积，使之适应车体有限的预留空间，是增强现实抬头显示器在产业上推广应用的关键。

针对上述问题，本公开首先提供一种光学成像系统，可以应用于抬头显示器中。光学成像系统包括图像生成单元1与图像调整单元，图像生成单元1用于发射图像光线，并将图像光线传输至图像调整单元。例如，图像生成单元1可以包括显示芯片，显示芯片具体可以为液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)、数字微镜显示(Digital MicromirrorDisplay，DMD)、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)或激光光线扫描(laserbeam scanning，LBS)等显示芯片，只要可以出射亮度均匀、满足成像需求的成像光线即可，本公开对此不作特殊限定。

图像调整单元包括第一反射镜21与第二反射镜22，第一反射镜21用于将来自图像生成单元1的图像光线反射至第二反射镜22，第二反射镜22用于将来自第一反射镜21的图像光线反射至成像屏4，图像光线经成像屏4反射后的反向延长线在第一预设位置形成目标虚像5。其中，成像屏4可以为汽车仪表面板上安装的特制屏幕，也可以为汽车的前挡风玻璃，或其他可以实现反射功能的便于驾驶人员观察的光学表面。图像光线自图像生成单元1发出后的光路顺序为图像生成单元1-第一反射镜21-第二反射镜22-成像屏4-人眼。

在本公开的实施方式中，请参考图2、图3及图4，第一反射镜21将图像光线先汇聚再发散地反射至第二反射镜22，在第一反射镜21与第二反射镜22的光路之间形成一次像面3，第二反射镜22用于将来自第一反射镜21的发散的图像光线反射至成像屏4。第一反射镜21对图像光线起到汇聚作用，图像光线先在第一反射镜21与第二反射镜22的光路之间形成一次像面3，在继续向第二反射镜22传播过程中，图像光线发散，入射第二反射镜22。由此，在第一反射镜21与第二反射镜22之间形成了交叉光路，可以减小第一反射镜21与第二反射镜22之间的光路尺寸，有利于减小抬头显示器的体积。图2示出了图像光线自图像生成单元1至第二反射镜22的光路，图3为图2所示的光路的局部放大图，图4则示出了抬头显示器成像时整体的光路。

需要说明的是，本公开所述“在第一反射镜21与第二反射镜22的光路之间形成一次像面3”，意在说明图像光线在第一反射镜21与第二反射镜22之间先汇聚再发散，形成交叉光路，并结合附图更清晰地描述本公开的技术方案。一次像面3指光路的交汇处，而并不意指该位置一定具有可以观察到的图像。

发明人通过研究发现，抬头显示器成像的清晰度与第一反射镜21和第二反射镜22的焦距有关，特别是与第一反射镜21与第二反射镜22在竖直平面内的焦距有关。在光学成像系统中，受到衍射的影响，无法得到理想的像点，而是弥散的光斑，因而影响抬头显示器成像的清晰度。具体的，在竖直平面内，衍射角θ与第一反射镜21与第二反射镜22的焦距f之间满足关系：sinθ＝1.22λ/D，D为入瞳直径，或称光阑直径，λ为光的波长，由于θ较小，sinθ约等于tanθ，约等于d/f，其中d是最小分辨尺寸，f是第一反射镜21、第二反射镜22在竖直平面内的焦距。即，d/f＝1.22λ/D。在光学成像系统中，入瞳直径D、光的波长λ均为固定值，由此可以看出，当第一反射镜21与第二反射镜22的焦距较小时，对应的最小分辨尺寸d就越小，代表能够获得更高的成像清晰度。

而在本公开的实施方式中，由于第一反射镜21将图像光线先汇聚再发散，在第一反射镜21与第二反射镜22之间形成交叉光路，与现有技术中焦距较大，在竖直平面内的面型较为平缓的第一反射镜21与第二反射镜22相比，本公开的第一反射镜21与第二反射镜22在竖直平面内的弯曲程度更大，可以具有更小的焦距，从而减小最小分辨尺寸d，获得更高的成像清晰度。

例如，在本公开的一种示例性实施方式中，第一反射镜21在竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤150mm。第二反射镜22在竖直平面内的焦距满足90mm≤F₂₂≤210mm。本公开示例性实施方式可以将第二反射镜22在竖直平面内的焦距F₂₂缩减至约为传统光学成像系统中第二反射镜22在竖直平面内的焦距的1/3，因而能够提升成像清晰度。而且，第二反射镜22在竖直平面内的焦距缩小，则第二反射镜22在竖直平面内的曲率更大，还可以减小第二反射镜22在竖直方向的高度尺寸，减小抬头显示器Z轴上的高度尺寸。

在抬头显示器的使用过程中，由于光路的可逆性，阳光可能沿抬头显示器的出光光路反向进入抬头显示器，并被图像调整单元的第一反射镜21与第二反射镜22会聚于图像生成单元1，从而导致图像生成单元1温度升高，烧毁镜头、显示芯片等，因此，抬头显示器还具有停车保护功能。除了用于成像的工作位置之外，抬头显示器通常还具有休眠位置，当抬头显示器不工作时，转动第二反射镜22，使第一反射镜21与第二反射镜22之间的光路改变，外界阳光入射第二反射镜22后，无法经第二反射镜22反射至第一反射镜21，从而避免了阳光倒灌对图像生成单元1的破坏。第二反射镜22从工作位置旋转至休眠位置转过的角度，称为停车保护角。

进一步的，在本公开的示例性实施方式中，根据前述分析，由于第二反射镜22在竖直平面内焦距缩小，弯曲程度更高，因而，在太阳光角度不变的情况下，第二反射镜22仅需转动较小的角度，就可以使反射阳光的方向发生较大转折，实现工作位置与休眠位置的切换。即，本公开的示例性实施方式可以缩小停车保护角，从而可以降低抬头显示器的启动时间，并有利于减小抬头显示器启动与关闭时的噪音。

为了使图像生成单元1的图像光线经数次转折投射至抬头显示器外部，并将目标虚像5的大小放大至便于驾驶员观察的尺寸，图像调整单元用于在水平平面内与竖直平面内分别改变图像光线的传播路径；并在水平平面内改变目标虚像5的横向尺寸，在竖直平面内改变目标虚像5的纵向尺寸。例如，在发明人了解的技术中，第一反射镜21可以为平面反射镜，仅用于在水平平面内与竖直平面内转折光线，第二反射镜22的反射面可以为自由曲面，在水平和竖直方向均起到矫正成像的作用；或者，为了提高光学成像系统的放大倍率，第一反射镜21与第二反射镜22的面型均可以为自由曲面，在水平和竖直方向均起到折转光线方向及矫正成像的作用。

在本公开的一种示例性实施方式中，第一反射镜21的反射面为内凹的圆柱面，圆柱面的轴向子午线沿水平平面方向设置，圆柱面的屈光力子午线沿竖直平面方向设置。以使第一反射镜21将图像光线在竖直平面内先汇聚再发散地反射至第二反射镜22。第一反射镜21的反射面为内凹的圆柱面，即，以圆柱面的内侧作为反射面。圆柱面仅在屈光力子午线所在的竖直方向具有曲率，可以在竖直方向对光线进行发散或会聚，而在轴向子午线所在的水平方向，圆柱面不具有曲率，仅用于对光线进行反射。第一反射镜21在水平平面内的焦距F₁₁＝∞。请参考图5，示出了水平平面内由图像生成单元1的出光面至第二反射镜22的光路图，在水平平面内，第一反射镜21的反射面不具有曲率。

上述示例性实施方式的第一反射镜21与反射面的面型为自由曲面的第一反射镜21相比，可以简化反射面的面型，降低成本。而且，由于第一反射镜21在水平方向对光线没有发散或会聚作用，在水平平面内对目标虚像5的横向尺寸没有影响，因而本公开示例性实施方式的光学成像系统对第一反射镜21的安装公差的敏感度低。第一反射镜21的安装公差对光学成像系统整体成像效果影响较小，有利于控制光学成像系统的公差稳定性与成像质量稳定性。

相应的，在本公开的一种示例性实施方式中，第二反射镜22的反射面可以为内凹的自由曲面。第二反射镜22的反射面在水平平面内与竖直平面内的焦距均不为0。第一反射镜21与第二反射镜22在竖直平面内的焦距，可以参考前述实施例。

进一步的，在本公开的一种示例性实施方式中，第一反射镜21在竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤40mm。参考图3所示，第一反射镜21与第二反射镜22之间的光路汇聚位置，即一次像面3所在位置随第一反射镜21在竖直平面内的焦距F₁₂的变化而发生变化。

具体的，在竖直平面内，图像生成单元1的出光面到第一反射镜21的反射面的光程L1、一次像面3到第一反射镜21的反射面的光程L2与第一反射镜21的曲率半径R1之间满足关系：对于第一反射镜21的反射面，有/>因此，在一种示例性实施方式中，优选的，图像生成单元1的出光面到第一反射镜21的反射面在竖直平面内的光程L1满足70mm≤L1≤90mm，可以使成像效果较优。

在本公开的一种示例性实施方式中，第二反射镜22在竖直平面内的焦距F₂₂与第一反射镜21在竖直平面内的焦距F₁₂之间的关系满足3≤F₂₂/F₁₂≤7。例如，优选的，第一反射镜21在竖直平面内的焦距F₁₂为30mm,第二反射镜22在竖直平面内的焦距F₂₂为150mm。

实验获取上述实施例的光学成像系统的调制传递函数(Modulation TransferFunction,MTF)曲线图，如图6所示。调制传递函数是光学传递函数(Optical TransferFunction，OTF)的模值，可以理解为图像调制度对目标调制度之比，可以用于评价光学系统的成像质量。具体的，图示调制传递函数的横坐标是空间频率，用每毫米线对数(lp/mm)来定义；纵坐标MTF的变化范围为1～0，其中1为理想值。

从图示的MTF曲线可以看出，在空间频率达到6线对/毫米(lp/mm)时，MTF在全眼盒范围内均＞0.5，具体的，在空间频率为6线对/毫米(lp/mm)时MTF为0.52。与第一反射镜21与第二反射镜22之间不产生交叉光路，不存在一次像面3的对比方案的MTF相比，对比方案在空间频率为6线对/毫米(lp/mm)时的MTF为0.3。即，本公开示例性实施方式的方案可以将表征成像清晰度的MTF在6lp/mm处提高0.22。

根据本公开的第二个方面，还提供一种抬头显示器。抬头显示器包括壳体6以及采取前述任意实施方式及实施方式可能的组合的光学成像系统。图7示出了壳体6的示意图，图像生成单元1、第一反射镜21与第二反射镜22均设于壳体6内，壳体6顶部可以具有透明的防尘盖板，在使得图像光线可以由防尘盖板出射的同时，保护图像生成单元1、第一反射镜21与第二反射镜22避免受到灰尘、杂质的影响。

在一种示例性实施方式中，抬头显示器还包括遮光罩61，参考图7至图8所示。遮光罩61包括遮光部以及位于遮光部上的开口部62，遮光部用于吸收投射至遮光部的光线，开口部62用于使光线透过。其中，开口部62设于第一反射镜21与第二反射镜22的光路之间，遮光部的至少部分也设于第一反射镜21与第二反射镜22的光路之间。一方面，遮光罩61可以吸收抬头显示器内的杂散光，例如经过第一反射镜21与第二反射镜22多次反射的杂光；另一方面，当抬头显示器处于休眠位置时，第二反射镜22将外界阳光反射至遮光部，阻断阳光倒灌。遮光部的内侧可以设有消光层，例如涂覆有消光漆等。

遮光罩61固定于抬头显示器的壳体6，例如，遮光罩61可以通过螺栓连接件锁附于抬头显示器的壳体6，或者，在一些示例性实施方式中，遮光罩61可以与壳体6一体式设置。图像生成单元1可以扣合在遮光罩61底部，并与遮光罩61间设有密封垫，防止图像生成单元1与遮光罩61之间发生漏光。第一反射镜21可以固定在遮光罩61上，第二反射镜22可以直接连接于遮光罩61，也可以安装于抬头显示器的壳体6。

在本公开的一种示例性实施方式中，参考图8所示，开口部62设于一次像面3所在位置。一次像面3是第一反射镜21反射图像光线至第二反射镜22的光路中，图像光线的交汇位置，开口部62设于该位置，可以在不影响第一反射镜21向第二反射镜22出光光路的同时，使开口部62尽可能小，进一步减小了停车保护角以及阳光倒灌的风险。例如参考图9所示，开口部62环绕一次像面3设置，仅需第二反射镜22转过较小的角度，自第二反射镜22反射的阳光就将无法通过开口部62，从而投射至遮光部，被遮光部吸收；各方向的太阳光经第二反射镜22反射至第一反射镜21的角度范围也相应减小。

由此可见，本公开的光学成像系统与抬头显示器具有的有益效果至少还包括：可以采用开口部62更小的遮光罩61，减小停车保护角以及阳光倒灌的风险。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的保护范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括图像生成单元与图像调整单元，所述图像生成单元用于发射图像光线，并将所述图像光线传输至所述图像调整单元；

所述图像调整单元包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜用于将来自所述图像生成单元的所述图像光线反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将来自所述第一反射镜的所述图像光线反射至成像屏，所述图像光线经所述成像屏反射后的反向延长线在第一预设位置形成目标虚像；

其中，所述第一反射镜将所述图像光线先汇聚再发散地反射至所述第二反射镜，以在所述第一反射镜与所述第二反射镜的光路之间形成一次像面，所述第二反射镜用于将来自所述第一反射镜的发散的所述图像光线反射至所述成像屏。

2.根据权利要求1所示的光学成像系统，其特征在于，

所述第一反射镜在所述竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤150mm。

3.根据权利要求1所示的光学成像系统，其特征在于，所述图像调整单元用于在水平平面内与竖直平面内分别改变所述图像光线的传播路径；所述图像调整单元用于在水平平面内改变所述目标虚像的横向尺寸，所述图像调整单元还用于在竖直平面内改变所述目标虚像的纵向尺寸；

其中，所述第一反射镜的反射面为内凹的圆柱面，所述圆柱面的轴向子午线沿水平平面方向设置，所述圆柱面的屈光力子午线沿竖直平面方向设置，以使所述第一反射镜将所述图像光线在所述竖直平面内先汇聚再发散地反射至所述第二反射镜。

4.根据权利要求3所示的光学成像系统，其特征在于，

所述第一反射镜在所述水平平面内的焦距F₁₁＝∞，

所述第一反射镜在所述竖直平面内的焦距F₁₂满足20mm≤F₁₂≤40mm。

5.根据权利要求3所示的光学成像系统，其特征在于，

所述第二反射镜的反射面为内凹的自由曲面；所述第二反射镜在所述水平平面内的焦距F₂₁≠0；

所述第二反射镜在所述竖直平面内的焦距F₂₂与所述第一反射镜在所述竖直平面内的焦距F₁₂满足3≤F₂₂/F₁₂≤7。

6.根据权利要求1所示的光学成像系统，其特征在于，

在所述竖直平面内，所述图像生成单元的出光面到所述第一反射镜的反射面的光程L1、所述一次像面至所述第一反射镜的光程L2间的关系为：

7.一种抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器包括壳体，以及权利要求1至6中任一项所述的光学成像系统，所述光学成像系统设于所述壳体内部，所述光学成像系统用于将图像光线反射至设于所述壳体外部的所述成像屏。

8.根据权利要求7所示的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括遮光罩，所述遮光罩包括遮光部以及位于所述遮光部上的开口部，所述遮光部用于吸收投射至所述遮光部的光线，所述开口部用于使光线透过；

其中，所述开口部设于所述第一反射镜与所述第二反射镜的光路之间，所述遮光部的至少部分设于所述第一反射镜与所述第二反射镜的光路之间。

9.根据权利要求8所示的抬头显示器，其特征在于，所述开口部环绕所述一次像面设置。

10.根据权利要求8或9所示的抬头显示器，其特征在于，

所述遮光罩固定于所述壳体，所述图像生成单元固定连接于所述遮光罩，所述第一反射镜安装于所述遮光罩。