CN216411740U

CN216411740U - 一种用于arhud的dlp投影光学系统

Info

Publication number: CN216411740U
Application number: CN202122617505.0U
Authority: CN
Inventors: 刘超
Original assignee: Jiangsu Zejing Automobile Electronic Co ltd
Current assignee: Jiangsu Zejing Automobile Electronic Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2031-10-29

Abstract

本实用新型公开了一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，包括扩展屏，所述扩展屏的一侧靠近其近处设有第一透镜，所述第一透镜一侧且位于其远处设有第二透镜，所述第二透镜的一侧设有第三透镜，所述第三透镜的一侧设有第四透镜，所述第四透镜上位于第三透镜的一侧安装有光阑，第四透镜的另一侧安装有第五透镜，所述第五透镜的一侧设有第六透镜，所述第六透镜的一侧安装有第七透镜，所述第七透镜的一侧设有合光棱镜，所述合光棱镜的一侧设有DMD保护玻璃，所述DMD保护玻璃的一侧设有DMD有效像面；本实用新型的第一透镜贴近扩展屏，保证物方孔径角接近0°，投影光学系统体积减小，结构紧凑，ARHUD图像均匀性高，光学系统分体式装配，公差敏感性低。

Description

一种用于ARHUD的DLP投影光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种用于ARHUD的DLP投影光学系统。

背景技术

目前ARHUD因为其视场角大，投影距离远的特点，相较于传统的HUD使用的LCD作为图像源，在日常行车使用中，太阳光穿过风挡玻璃照射到HUD上时，因为HUD属于放大系统，所以太阳光线会汇聚与HUD系统的像面，即LCD表面，类似于放大镜效果，使得LCD表面的温度急剧升高，会造成LCD屏幕烧毁，轻则影响HUD使用功能，重则会导致电路系统起火，从而发生严重事故，故而为了解决日光行车下LCD烧屏问题，使用DLP投影系统作为图像输出源，使用扩展屏取代LCD，将投影系统在扩展屏表面形成图像，因为扩展屏的耐高温性能强于LCD，故而可以改善HUD烧屏的风险。

就目前DLP投影系统的方案来说，光学系统大都采用了像方远心，而保证了投影到扩展屏上的亮度均匀性，但是根据扩展屏的特性，入射到扩展屏上的光线角度不一致时，扩展屏另一面出射光线角度也不一致，无法保证图像均匀性，故而单方向的像方远心投影系统会导致HUD图像不均匀，为了保证HUD图像均匀性采用双远心的镜头，但是为了兼顾HUD系统设计难度，双远心镜头需要将视场设计的比较大，一般的双远心方案镜头体积会比较大，很难满足小体积设计思路。

现有技术缺点是：

1.投影在扩展屏上的光线角度不一致，导致扩展屏发光不均匀，影响HUD画面均匀性；

2.一般双远心投影系统，体积过大。

为此，我们提出一种用于ARHUD的DLP投影光学系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，包括扩展屏，所述扩展屏的一侧靠近其近处设有第一透镜，所述第一透镜一侧且位于其远处设有第二透镜，所述第二透镜的一侧设有第三透镜，所述第三透镜的一侧设有第四透镜，所述第四透镜上位于第三透镜的一侧安装有光阑，第四透镜的另一侧安装有第五透镜，所述第五透镜的一侧设有第六透镜，所述第六透镜的一侧安装有第七透镜，所述第七透镜的一侧设有合光棱镜，所述合光棱镜的一侧设有DMD保护玻璃，所述DMD保护玻璃的一侧设有DMD有效像面。

进一步的，所述扩展屏、第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、合光棱镜、DMD保护玻璃、DMD有效像面沿轴线同轴设置。

进一步的，所述第一透镜为球面平凸透镜，所述第二透镜为凹面朝向光阑的球面正弯月透镜，所述第三透镜为凹面朝向光阑的球面负弯月透镜，所述第四透镜为球面双凸透镜，所述第五透镜为球面双凹透镜，所述第六透镜为非球面镜片，所述第七透镜为球面双凸透镜。

进一步的，所述第一透镜的焦距满足3.1<f1/f<5.4，第一透镜中心厚度满足：0.1<T1/f<0.2；第一透镜的曲率半径满足：|R1/f|>2.98，|R2/f|>3.71；所述f为光学系统的焦距，所述R1为第一透镜靠近物面侧的曲率半径，所述R2为第一透镜靠近光阑侧的曲率半径。

本实用新型提供一种新的双远心设计思路，结合扩展屏，将第一透镜非常靠近扩展屏，第一透镜与第二透镜距离较远，而保证投影镜头的放大率，同时可以减小后面镜片的体积，从而达到小体积的设计目的，同时在装配过程中可以将光学系统的第一片镜片与扩展屏装配在一个结构中，光学系统的后面部分以及投影模块形成一个装配体，最后将两个结构拼接即可，该类型光学系统第一透镜贴近扩展屏，保证物方孔径角接近0°，投影光学系统体积减小，结构紧凑，ARHUD图像均匀性高，光学系统分体式装配，公差敏感性低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的系统光路图；

图3是本实用新型的复色光衍射MTF图；

图4是本实用新型的场曲和畸变图；

图5是本实用新型的垂直色差图；

图6是本实用新型的第一透镜模拟公差后的MTF图。

图中标号说明：1-扩展屏、2-第一透镜、3-第二透镜、4-第三透镜、5-光阑、6-第四透镜、7-第五透镜、8-第六透镜、9-第七透镜、10-合光棱镜、11-DMD保护玻璃、12-DMD有效像面。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实施例提供一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，包括扩展屏1，扩展屏1的一侧靠近其近处设有第一透镜2，第一透镜2一侧且位于其远处设有第二透镜3，第二透镜3的一侧设有第三透镜4，第三透镜4的一侧设有第四透镜6，第四透镜6上位于第三透镜4的一侧安装有光阑5，第四透镜6的另一侧安装有第五透镜7，第五透镜7的一侧设有第六透镜8，第六透镜8的一侧安装有第七透镜9，第七透镜9的一侧设有合光棱镜10，合光棱镜10的一侧设有DMD保护玻璃11，DMD保护玻璃11的一侧设有DMD有效像面12；使得组成的光学系统的物方孔径角接近0°，像方孔径角接近0°，使得扩展屏上接受到的光线角度接近一致，均匀发光，并且该镜片组成的光学系统的像方空间NA满足：0.187<NA<0.221,物方空间NA满足：0.0185<NA<0.0225，其中NA为数值孔径。

扩展屏1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、光阑5、第四透镜6、第五透镜7、第六透镜8、第七透镜9、合光棱镜10、DMD保护玻璃11、DMD有效像面12沿轴线同轴设置。

第一透镜2为球面平凸透镜，第二透镜3为凹面朝向光阑5的球面正弯月透镜，第三透镜4为凹面朝向光阑5的球面负弯月透镜，第四透镜6为球面双凸透镜，第五透镜7为球面双凹透镜，第六透镜8为非球面镜片，第七透镜9为球面双凸透镜。

第一透镜2的焦距满足3.1<f1/f<5.4，第一透镜2中心厚度满足：0.1<T1/f<0.2；第一透镜2的曲率半径满足：|R1/f|>2.98，|R2/f|>3.71；f为光学系统的焦距，R1为第一透镜2靠近物面侧的曲率半径，R2为第一透镜2靠近光阑5侧的曲率半径。

该光学系统的放大率为10:1，焦距为80mm,系统总长为277mm；第一透镜2远离光阑5中心，靠近物面，使得其装配公差敏感度降低，有利于光学系统的分开装配，同时可以保证第二透镜3到第七透镜9的体积减小，使得整个投影模组的体积减小。

光学系统参数如下表：

其中非球面公式：

其中Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，r表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，a4，a6，a8，表示非曲面高次项系数。

非球面系数如下表：

c	k	a4	a6	a8
					1/66.429	11.0473	-8.6183E-06	-3.94118E-08	6.620416E-10
-1/30.037	-0.41803	2.178065E-5	-1.06390E-07	1.202234E-09

由上表的数据可得到系统光路图如图2所示，由上表的数据可得到复色光衍射MTF图如图3所示，由上表的数据可得到场曲和畸变图如图4所示，由上表的数据可得到垂直色差图如图5所示。

第一透镜安装公差仿真数据如下表：

X偏心	Y偏心	X倾斜	Y倾斜
				±0.5mm	±0.5mm	±1°	±1°

根据上表得到第一透镜模拟公差后MTF图如图6所示。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims

1.一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，包括扩展屏，其特征在于：所述扩展屏的一侧靠近其近处设有第一透镜，所述第一透镜一侧且位于其远处设有第二透镜，所述第二透镜的一侧设有第三透镜，所述第三透镜的一侧设有第四透镜，所述第四透镜上位于第三透镜的一侧安装有光阑，第四透镜的另一侧安装有第五透镜，所述第五透镜的一侧设有第六透镜，所述第六透镜的一侧安装有第七透镜，所述第七透镜的一侧设有合光棱镜，所述合光棱镜的一侧设有DMD保护玻璃，所述DMD保护玻璃的一侧设有DMD有效像面。

2.根据权利要求1所述的一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，其特征在于：所述扩展屏、第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、合光棱镜、DMD保护玻璃、DMD有效像面沿轴线同轴设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，其特征在于：所述第一透镜为球面平凸透镜，所述第二透镜为凹面朝向光阑的球面正弯月透镜，所述第三透镜为凹面朝向光阑的球面负弯月透镜，所述第四透镜为球面双凸透镜，所述第五透镜为球面双凹透镜，所述第六透镜为非球面镜片，所述第七透镜为球面双凸透镜。

4.根据权利要求1所述的一种用于ARHUD的DLP投影光学系统，其特征在于：所述第一透镜的焦距满足3.1<f1/f<5.4，第一透镜中心厚度满足：0.1<T1/f<0.2；第一透镜的曲率半径满足：|R1/f|>2.98，|R2/f|>3.71；所述f为光学系统的焦距，所述R1为第一透镜靠近物面侧的曲率半径，所述R2为第一透镜靠近光阑侧的曲率半径。