[发明专利]用于摩托车头盔的折叠光学系统

说明书

一种用于摩托车头盔的抬头显示装置的折叠光学系统由准直光源、微型显示器、照明模块、成像系统、平面半透半反镜、球面半透半反镜和孔径光阑组成，本发明采用大口径的球面半透半反镜和平面半透半反镜对光路进行折叠，同时增大视场和光学系统分辨率，具有结构简单、加工成本低、亮度高、损耗小和成像质量高等特点。

技术领域

本发明涉及摩托车头盔，特别是一种用于摩托车头盔的抬头显示装置的折叠光学系统，。

背景技术

摩托车头盔是驾驶员的头部保护装置，在摩托车行驶过程中受到外来冲击时可以减轻驾驶者的伤害甚至挽救生命。随着科技和通信技术的发展，传统的摩托车头盔已经无法满足现在驾驶员的需求，如驾驶员在驾驶过程中无法及时接听语音信息，获取速度信息以及前方道路的实时导航信息，因此多功能性头盔得到越来越多的应用。

多功能性头盔通常采用抬头显示装置(HUD)将显示屏幕上的信息成像到驾驶者的视野范围内，并同时保证不遮挡驾驶者对外部真实世界的场景观察。一个典型的抬头显示装置由微型显示器和光学系统组成，由微型显示器产生的图像经过光学系统呈放大的虚像，供驾驶者观察。抬头显示装置的光学系统为目视光学系统，其在设计过程中必须考虑人眼的实际需求。为了避免人眼转动使瞳孔与系统出瞳失配过多造成渐晕或像面丢失，光学系统的出瞳直径设计值比人眼瞳孔的直径大很多，一般穿透式抬头显示装置的光学系统出瞳直径设计值为10—15mm，其出瞳位置与人眼瞳孔位置重合。除了入瞳直径，光学系统的设计值还包括视场大小Fov和焦距f，这些参数决定了光学系统的性能和成像质量。在抬头显示装置中，微型显示器的分辨率R’与光学系统分辨率R存在以下关系：R＝R’/Fov，其中光学系统分辨率R由光学系统的出瞳直径D和焦距f确定。对于确定的微型显示器，光学系统的分辨率和视场大小相互制约，增大光学系统的视场角必然会引起系统分辨率的降低。同时，为了保证抬头显示装置的轻便小型化，光学系统的视场设计值必须控制在一定范围内，并缩短光学系统的整体长度以确保结构的紧促性。但光学系统的视场太小，会影响驾驶者对观察图像的沉浸感。因此，增大光学系统视场提高用户体验，并同时保证结构的小型化和光学系统的高成像质量，为抬头显示装置的光学系统设计带来挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种用于摩托车头盔抬头显示装置的折叠光学系统，。该折叠光学系统采用一片大口径的球面半透半反镜和平面半透半反镜对光路进行折叠，可以同时增大视场和光学系统分辨率，具有结构简单、加工成本低、亮度高、损耗小和成像质量高等特点，可应用于摩托车头盔的抬头显示装置中。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于摩托车头盔抬头显示装置的折叠光学系统，其特点在于由准直光源、微型显示器、照明模块、成像系统、平面半透半反镜、球面半透半反镜和孔径光阑组成，其位置关系为：沿所述的准直光源的激光输出方向是所述的照明模块，在该照明模块的反射光方向是所述的微型显示器，沿所述的微型显示器的反射光束方向，即光轴依次是所述的照明模块、成像系统和平面半透半反镜；在所述的平面半透半反镜的反射方向上是所述的球面半透半反镜，在所述的球面半透半反镜的反射光方向上并距离所述的平面半透半反镜左边一定距离处放置所述的孔径光阑；所述的孔径光阑和所述的球面半透半反镜关于光轴呈轴对称放置，所述的孔径光阑位置与人眼瞳孔位置重合，所述的平面半透半反镜的法线与所述的光轴所成的角度范围为35°～45°；

所述的准直光源的激光器为半导体激光器或气体激光器。

所述的微型显示器为反射式液晶微显示屏，分辨率为720P或1080P。

所述的照明模组为分光棱镜，或镀有分光膜的分光镜。

所述的成像系统由一系列球面透镜、非球面透镜和/或菲涅尔透镜透镜组组成。

所述的成像系统的各透镜前后表面均镀有抗反膜。

所述的平面半透反射镜为镀分光薄膜的平面分光镜或具有一定厚度的立方棱镜。