CN117148588A - 一种透镜模组及抬头显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜模组及抬头显示***，其中，透镜模组包括第一透镜组和第二透镜组；第一透镜组位于第二透镜组的出光侧；第一透镜组中各透镜相邻的表面相互结合，第二透镜组中各透镜相邻的表面相互结合；第一透镜组的物方表面为凹面，第一透镜组的像方表面为凸面；第二透镜组的物方表面为凸面，第二透镜组的像方表面为凹面。本发明提供的透镜模组兼具成像质量好和体积小的特点。

Description

一种透镜模组及抬头显示***

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种透镜模组及抬头显示***。

背景技术

抬头显示(Head Up Display，简称HUD)，也称汽车平视显示，是指利用光学反射原理，将时速、导航等重要的行车信息投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，使驾驶员尽量做到视线不离开前方即可获得驾驶信息的技术，对于行车安全起着很好的辅助作用。

AR-HUD是增强现实(Augmented Reality，AR)技术和HUD抬头显示相结合的一种新型的车用HUD，拥有更大的视场角和更远的成像距离，而且可以直接将显示效果叠加到现实路面。

当前AR-HUD的体积大是限制HUD不能安装在汽车仪表盘下的一个主要原因，并且在白天虚像与外界环境需要较高的对比度以便人眼观察，因此减小AR-HUD的体积和提高虚像亮度是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种透镜模组及抬头显示装置，可以具有较好的成像质量和较小的体积。

本发明一方面提供一种透镜模组，包括：第一透镜组和第二透镜组；所述第一透镜组位于所述第二透镜组的出光侧；所述第一透镜组中各所述透镜相邻的表面相互结合，所述第二透镜组中各所述透镜相邻的表面相互结合；

所述第一透镜组的物方表面为凹面，所述第一透镜组的像方表面为凸面；所述第二透镜组的物方表面为凸面，所述第二透镜组的像方表面为凹面。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜组包括相互结合的第三透镜和第四透镜，所述第二透镜组包括相互结合的第五透镜和第六透镜；所述透镜模组还包括第一透镜、第二透镜、第七透镜和第八透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜依次排列；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的光焦度依次为正、负、负、正、正、正、正、正。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜的物方表面为凸面，所述第一透镜的像方表面为凸面；所述第二透镜的物方表面为凹面，所述第二透镜的像方表面为凸面；所述第三透镜的物方表面为凸面，所述第三透镜的像方表面为凸面；所述第四透镜的物方表面为凹面，所述第四透镜的像方表面为凹面；所述第五透镜的物方表面为凸面，所述第五透镜的像方表面为凹面；所述第六透镜的物方表面为凸面，所述第六透镜的像方表面为凹面；所述第七透镜的物方表面为凸面，所述第七透镜的像方表面为凹面；所述第八透镜的物方表面为平面，所述第八透镜的像方表面为凸面。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜组中的所述第三透镜和所述第四透镜满足如下关系：

-0.5<R5/R6<0.5；

-16<R6/R7<-15；

其中，R5表示所述第三透镜的像方表面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的物方表面的曲率半径以及所述第四透镜的像方表面的曲率半径，R7表示所述第四透镜的物方表面的曲率半径；

所述第二透镜组中的所述第五透镜和所述第六透镜满足如下关系：

0<R8/R9<1；

1.5<R9/R10<2.5；

其中，R8表示所述第五透镜的像方表面的曲率半径，R9表示所述第五透镜的物方表面的曲率半径以及所述第六透镜的像方表面的曲率半径，R10表示所述第六透镜的物方表面的曲率半径。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜满足如下关系：

-1<R1/R2<0；

0<R3/R4<1；

19.5<R11/R12<20.5；

0<R13/R14<1；

其中，R1表示所述第一透镜的像方表面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的物方表面的曲率半径；R3表示所述第二透镜的像方表面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的物方表面的曲率半径；R11表示所述第七透镜的像方表面的曲率半径，R12表示所述第七透镜的物方表面的曲率半径；R13表示所述第八透镜的像方表面的曲率半径，R14表示所述第八透镜的物方表面的曲率半径。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜组中的所述第三透镜和所述第四透镜满足如下关系：

-1<f3/f<1；

-0.5<f4/f<0；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f3表示所述第三透镜的有效焦距；f4表示所述第四透镜的有效焦距；

所述第二透镜组中的所述第五透镜和所述第六透镜满足如下关系：

-1<f5/f<0.5；

0.5<f6/f<1；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f5表示所述第五透镜的有效焦距；f6表示所述第六透镜的有效焦距。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜满足如下关系：

2<f1/f<2.5；

6.5<f2/f<7.3；

1.5<f7/f<2；

1.5<f8/f<2；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f1表示所述第一透镜的有效焦距；f2表示所述第二透镜的有效焦距；f7表示所述第七透镜的有效焦距；f8表示所述第八透镜的有效焦距。

本发明的一些实施例中，所述透镜模组满足如下关系：

6<TTL/IH<6.5；

其中，TTL表示所述透镜模组在光轴上的长度，IH表示所述透镜模组的成像半径。

本发明的一些实施例中，所述透镜模组满足如下关系：

2<f/IH<2.5；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距，IH表示所述透镜模组的成像半径。本发明的一些实施例中，所述透镜模组满足如下关系：

f/ENPD<2；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距，ENPD表示所述透镜模组的入瞳直径。

本发明的一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为球面透镜。

本发明的一些实施例中，还包括光阑，所述光阑位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间。

本发明另一方面还提供一种抬头显示***，所述抬头显示***包括上述任一种透镜模组；

所述抬头显示***还包括：图像显示模组，用于显示图像；所述透镜模组位于所述图像显示模组的出光侧；

反射镜组，位于所述透镜模组的出光侧；

风挡玻璃，位于所述反射镜组的出光侧；

所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述第二反射镜的出光侧；所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述风挡玻璃均为球面、非球面、自由曲面镜片中的一种；所述第一反射镜的光焦度为正；所述第二反射镜的光焦度为正。

本发明的一些实施例中，所述风挡玻璃的曲率半径为-2000mm～-4000mm，与水平方向的倾斜角度为-55°～-65°；所述第一反射镜的曲率半径为-1500mm～-2000mm，与水平方向的倾斜角度为30°～40°；所述第二反射镜的曲率半径为-100mm～-150mm，与水平方向的倾斜角度为-40°～-30°；所述第一反射镜和所述第二反射镜的尺寸小于或等于300mm。

本发明的一些实施例中，所述抬头显示***的成像距离大于7.5m；所述抬头显示***的成像视场角大于10°×3°。

本发明的一些实施例中，所述抬头显示***的眼盒范围为120mm×60mm～130mm×50mm；所述抬头显示***的眼盒在竖直方向的移动范围为±50mm；所述抬头显示***的眼盒与所述风挡玻璃的距离为650mm～800mm；所述抬头显示***的眼盒视场的下视角为3.5°～4.5°。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种透镜模组及抬头显示***，其中，透镜模组包括：第一透镜组和第二透镜组；第一透镜组位于第二透镜组的出光侧；第一透镜组中各透镜相邻的表面相互结合，第二透镜组中各透镜相邻的表面相互结合；第一透镜组的物方表面为凹面，第一透镜组的像方表面为凸面；第二透镜组的物方表面为凸面，第二透镜组的像方表面为凹面。本发明提供的透镜模组兼具成像质量好和体积小的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的透镜模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的抬头显示***的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一次成像部分的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一次成像部分的调制函数曲线图；

图5为本发明实施例提供的二次成像部分的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的二次成像部分在眼盒中心成像的调制函数曲线图；

图7为本发明实施例提供的二次成像部分在眼盒中心成像的畸变图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

抬头显示装置中通常包括图像显示模组、折射镜组和反射镜组，图像显示模组显示的图像通过折射镜组进行一次成像，再经反射镜组和风挡玻璃的二次成像后反射至人眼中。抬头显示装置通常需要安装在汽车仪表盘下，安装空间较小，有鉴于此，本发明实施例提供一种透镜模组，该透镜模组具有成像质量好和体积小的特点，可以应用于抬头显示装置中，实现抬头显示装置的小型化。

图1为本发明实施例提供的透镜模组的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的透镜模组10中包括第一透镜组T1和第二透镜组T2，其中，第一透镜组T1位于第二透镜组T2的出光侧，即第二透镜组T2位于透镜模组10中靠近物方的一侧，第一透镜组T1位于透镜模组10中靠近像方的一侧。第一透镜组T1和第二透镜组T2中各透镜相邻的表面结合，从而第一透镜组T1和第二透镜组T2可以分别形成整体结构。透镜的结合方法可以采取胶合法，即采用透明胶将相邻的透镜表面相互粘合形成透镜组，或者，可以采用光胶法，即对透镜表面进行抛光，利用相邻表面之间分子的吸引力将透镜结合成透镜组，或者，还可以依靠外部的固定物使透镜结合为透镜组。本发明实施例在此对第一透镜组T1和第二透镜组T2中透镜结合的方式不做限定，以下将以第一透镜组T1和第二透镜组T2中透镜相互胶合的情形为例进行说明。

本发明实施例中，透镜模组10中部分相邻的透镜结合形成透镜组，有利于缩小透镜模组10在光轴上的长度，减小透镜模组10的体积，并且透镜组中相邻的透镜的折射率和阿贝数不同，透镜的色散相互补偿，有利于消除色差，提升透镜模组10的成像质量。并且，将透镜胶合在一起，可以减少空气与玻璃的分界面的个数，从而有利于减少光能损失，增加成像亮度。

本发明实施例中，第一透镜组T1和第二透镜组T2之间还可以设置光阑STO，第一透镜组T1和第二透镜组T2设置于光阑STO附近，还可以有利于消除球差和彗差等像差。

如图1所示，透镜模组10中可以包括依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8，其中，第一透镜组T1包括第三透镜3和第四透镜4，第二透镜组T2包括第五透镜5和第六透镜6，第一透镜1位于透镜模组10中靠近像方的一侧，第八透镜8位于透镜模组10中靠近物方的一侧。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的光焦度依次为正、负、负、正、正、正、正、正。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8均可以为球面透镜，透镜模组10的制作工艺较为简单，有利于节省成本。

具体来说，第一透镜1的物方表面为凸面、像方表面为凸面。第一透镜1的面型满足如下关系：

-1<R1/R2<0；

其中，R1表示第一透镜1的像方表面的曲率半径，R2表示第一透镜1的物方表面的曲率半径。本发明实施例中各透镜的面型参数均满足几何光学中的符号规则，由左指向右为正，由下指向上为正，反之为负，以图1为例，透镜各表面的曲率半径由球面顶点指向球心的方向若为由左指向右即为正，反之为负。

第一透镜1的有效焦距满足如下关系：

2<f1/f<2.5；

其中，f1表示第一透镜1的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

第二透镜2的物方表面为凹面、像方表面为凸面。第二透镜2的面型满足如下关系：

0<R3/R4<1；

其中，R3表示第二透镜2的像方表面的曲率半径，R4表示第二透镜2的物方表面的曲率半径。

第二透镜2的有效焦距满足如下关系：

6.5<f2/f<7.3；

其中，f2表示第二透镜2的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

本发明实施例中，第一透镜1和第二透镜2位于透镜模组10的像方一侧，第一透镜组T1出射的光线经第二透镜2和第一透镜1的折射后可以以更大的视场角出射，从而扩大透镜模组10的成像视场角。

第三透镜3的物方表面为凸面、像方表面为凸面。第三透镜3的面型满足如下关系：

-0.5<R5/R6<0.5；

其中，R5表示第三透镜3的像方表面的曲率半径，R6表示第三透镜3的物方表面的曲率半径。

第三透镜3的有效焦距满足如下关系：

-1<f3/f<1；

其中，f3表示第三透镜3的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

第四透镜4的物方表面为凹面、像方表面为凹面。第四透镜4的面型满足如下关系：

-16<R6/R7<-15；

其中，R6表示第四透镜4的像方表面的曲率半径，R7表示第四透镜4的物方表面的曲率半径。

第四透镜4的有效焦距满足如下关系：

-0.5<f4/f<0；

其中，f4表示第四透镜4的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

本发明实施例中，第三透镜3的物方表面和第四透镜4的像方表面结合，第三透镜3的物方表面和第四透镜4的像方表面的曲率半径相等，第一透镜组T1的物方表面为凹面、像方表面为凸面。第一透镜组T1有助于消除球差、彗差、像差等像差，提升成像质量和成像亮度。

第五透镜5的物方表面为凸面、像方表面为凹面。第五透镜5的面型满足如下关系：

0<R8/R9<1；

其中，R8表示第五透镜5的像方表面的曲率半径，R9表示第五透镜5的物方表面的曲率半径。

第五透镜5的有效焦距满足如下关系：

-1<f5/f<0.5；

其中，f5表示第五透镜5的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

第六透镜6的物方表面为凸面、像方表面为凹面。第六透镜6的面型满足如下关系：

1.5<R9/R10<2.5；

其中，R9表示第六透镜6的像方表面的曲率半径，R10表示第六透镜6的物方表面的曲率半径。

第六透镜6的有效焦距满足如下关系：

0.5<f6/f<1；

其中，f6表示第六透镜6的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

本发明实施例中，第五透镜5的物方表面和第六透镜6的像方表面结合，第五透镜5的物方表面和第六透镜6的像方表面的曲率半径相等，第二透镜组T2的物方表面为凸面、像方表面为凹面。第二透镜组T2有助于消除球差、彗差、像差等像差，提升成像质量和成像亮度。

第七透镜7的物方表面为凸面、像方表面为凹面。第七透镜7的面型满足如下关系：

19.5<R11/R12<20.5；

其中，R11表示第七透镜7的像方表面的曲率半径，R12表示第七透镜7的物方表面的曲率半径。

第七透镜7的有效焦距满足如下关系：

1.5<f7/f<2；

其中，f7表示第七透镜7的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

第八透镜8的物方表面为平面、像方表面为凸面。第八透镜8的面型满足如下关系：

0<R13/R14<1；

其中，R13表示第八透镜8的像方表面的曲率半径，R14表示第八透镜8的物方表面的曲率半径。

第八透镜8的有效焦距满足如下关系：

1.5<f8/f<2；

其中，f8表示第八透镜8的有效焦距，f表示透镜模组10的有效焦距。

本发明实施例中，第七透镜7和第八透镜8位于透镜模组10的物方一侧，可以使不同视场的主光线与光轴近似平行，提高入射光线的远心度，便于后续的透镜组进一步减小像差。

本发明实施例中，透镜模组10可以满足如下关系：

6<TTL/IH<6.5；

其中，TTL表示透镜模组10在光轴上的长度，IH表示透镜模组10的成像半径。

透镜模组10还可以满足如下关系：

2<f/IH<2.5；

其中，f表示透镜模组10的有效焦距，IH表示透镜模组10的成像半径。透镜模组10还可以满足如下关系：

f/ENPD<2；

其中，f表示透镜模组10的有效焦距，ENPD表示透镜模组10的入瞳直径。

通过对透镜模组10中多个透镜的面型以及间距等进行设计，使其满足上述关系，可以使透镜模组10具有较好成像质量的同时使透镜模组10具有较小的体积，将本发明实施例提供的透镜模组10应用于抬头显示装置中，有利于实现抬头显示装置的小型化。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种抬头显示***。

图2为本发明实施例提供的抬头显示***的结构示意图。

如图2所示，抬头显示***包括上述的透镜模组10、图像显示模组20、反射镜组30和风挡玻璃40。其中，图像显示模组20用于显示图像，透镜模组10位于图像显示模组20的出光侧，反射镜组30位于透镜模组10的出光侧，风挡玻璃40位于反射镜组30的出光侧。图像显示模组20显示的图像经透镜模组10一次成像后入射至反射镜组30，经反射镜组30和风挡玻璃40的多次反射进行二次成像后入射至人眼中，风挡玻璃40所成的像为虚像，该虚像可以投射至远处的路面上，从而驾驶员在行驶过程中直视前方即可获取信息，保证行车安全。

具体来说，图像显示模组20可以包括至少一个显示面板，显示面板可以采用液晶(Liquid Crystal Display，简称LCD)显示面板、发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示面板、Mini LED显示面板、Micro LED显示面板、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)显示面板、Micro OLED显示面板等。显示面板可以为单色或彩色的显示面板。显示面板的尺寸可以为0.49～3.2inch。本发明实施例在此对图像显示模组20的具体结构和组成等不做限定，以图像显示模组20中包括三个单色显示面板及用于对三个单色显示面板合光的合束棱镜为例进行说明。

反射镜组30包括第一反射镜31和第二反射镜32，其中，第一反射镜31位于第二反射镜32的出光侧，风挡玻璃40位于第一反射镜31的出光侧。第一反射镜31、第二反射镜32和风挡玻璃40均可以为球面、非球面、自由曲面镜片中的一种。第一反射镜31、第二反射镜32的材料可以采用塑料、玻璃或铝中的一种，第一反射镜31和第二反射镜32的表面可以镀反射膜，其反射率大于99.5％，风挡玻璃40的材料可以采用塑料或玻璃中的一种。

本发明实施例中，抬头显示***还可以包括散射膜50，散射膜设置于透镜模组10的像面处，散射膜50的表面具有微结构，可以对入射光线的角度进行扩展，以使透镜模组10出射光线的角度可以满足反射镜组30对光线入射角度的需求。光线经微结构后的出射角度满足如下关系：

其中，β表示光线的出射角度，α表示光线的入射角度，Δ表示散射膜的散射角度。

在具体实施时，散射膜50的尺寸可以为1inch～5inch，可选的，散射膜50的尺寸为4.1inch。

本发明实施例中，图像显示模组20显示的图像先经透镜模组10进行一次成像，图3为本发明实施例提供的一次成像部分的结构示意图。

参照图2和图3，在一次成像部分中，各显示面板21的出射光线经合束棱镜22合光后入射至透镜模组10，在透镜模组10中依次经第八透镜8的物方平面、第八透镜8的像方凸面、第七透镜7的物方凸面、第七透镜7的像方凹面、第六透镜6的物方凸面、第六透镜6的像方凹面、第五透镜5的物方凸面、第五透镜5的像方凹面、第四透镜4的物方凹面、第四透镜4的像方凹面、第三透镜3的物方凸面、第三透镜3的像方凸面、第二透镜2的物方凹面、第二透镜2的像方凸面、第一透镜1的物方凸面和第一透镜1的像方凸面的折射后向二次成像部分出射。

在一种可能的实施方式中，透镜模组10中各透镜的面型参数如下表所示：

基于上述参数，本发明实施例利用光学设计软件对透镜模组10的光路进行了模拟，并对其成像进行了像质评价。

图4为本发明实施例提供的一次成像部分的调制函数曲线图。

图4示出了波长0.5300μm的光线在不同视场中的调制传递函数(ModulationTransfer Function，简称MTF)曲线图，其中，横坐标表示空间频率，单位为lp/mm、纵坐标表示MTF数值。MTF值可以表征透镜模组10的解析情况，空间频率较低时的MTF值可以代表***能分辨物体的轮廓，空间频率位于中间值大小时的MTF值可以代表***能分辨物体的层次，空间频率较高时的MTF值可以代表***能分辨物体的细节。如图4所示，本发明实施例提供的透镜模组10在14lp/mm边缘视场的MTF值大于0.7，可见透镜模组10具有很好的解析能力。

透镜模组10的出射光线经散射膜50、第二反射镜32、第一反射镜31和风挡玻璃40进行二次成像，图5为本发明实施例提供的二次成像部分的结构示意图。

参照图2和图5，在二次成像部分中，从透镜模组10出射的光线经散射膜50散射后依次经第二反射镜32、第一反射镜31和风挡玻璃40的反射后进入人眼。

本发明实施例中，第一反射镜31的光焦度为正，第一反射镜31的曲率半径为-1500mm～-2000mm，与水平方向的倾斜角度为30°～40°；第二反射镜32的光焦度为正，第二反射镜32的曲率半径为-100mm～-150mm，与水平方向的倾斜角度为-40°～-30°。第一反射镜31和第二反射镜32的尺寸小于或等于300mm。风挡玻璃40的曲率半径为-2000mm～-4000mm，与水平方向的倾斜角度为-55°～-65°。第一反射镜31、第二反射镜32和风挡玻璃40的面型参数同样满足符号规则。

通过上述设置方式，二次成像部分可以将光线反射至驾驶员眼睛所在的区域内，驾驶员无需低头就可以观察到视线前方的虚像，保证了行车安全。人眼可以清楚的观察到成像的范围即为眼盒(eyebox)的范围，本发明实施例中，抬头显示***的眼盒范围为120mm×60mm～130mm×50mm，眼盒在竖直方向的移动范围为±50mm，眼盒与风挡玻璃40的距离为650mm～800mm，眼盒视场的下视角为3.5°～4.5°。

在一种可能的实施方式中，二次成像部分的面型参数如下表所示：

其中，第一反射镜31和第二反射镜32的面型满足XY多项式：

其中，c表示曲率，即半径的倒数，r表示径向坐标，k表示圆锥系数，N表示级数中多项式系数的总数，A_i表示第i项扩展多项式的系数。

第一反射镜31和第二反射镜32所满足的XY多项式中的高次项系数如下表所示：

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基于上述参数，本发明实施例利用光学设计软件对抬头显示***中二次成像部分的光路进行了模拟，并对其成像进行了像质评价。

图6为本发明实施例提供的二次成像部分在眼盒中心成像的调制函数曲线图。

图6示出了光线在不同视场下的MTF曲线图，其中，横坐标表示空间频率，单位为lp/mm、纵坐标表示MTF数值。如图6所示，本发明实施例中二次成像部分在眼盒中心成像的全视场MTF曲线基本接近衍射极限曲线，说明二次成像部分成像质量较好。

图7为本发明实施例提供的二次成像部分在眼盒中心成像的畸变图。

图7示出了波长0.5300μm的光线经二次成像部分在眼盒中心成像的畸变图，由图7可知，二次成像在眼盒中心的最大畸变为-3.3359％，成像畸变较小，抬头显示***的成像质量较好。

基于上述设计参数，本发明实施例中抬头显示***的成像距离大于7.5m，可选的，抬头显示***的成像距离为10m；本发明实施例中抬头显示***的成像视场角大于10°×3°，可选的，抬头显示***的成像视场角为12°×4°，本发明实施例提供的抬头显示***可以在较远的距离成像且具有较大的成像视场角，符合车载抬头显示***的使用需求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种透镜模组，其特征在于，包括第一透镜组和第二透镜组；所述第一透镜组位于所述第二透镜组的出光侧；所述第一透镜组中各所述透镜相邻的表面相互结合，所述第二透镜组中各所述透镜相邻的表面相互结合；

所述第一透镜组的物方表面为凹面，所述第一透镜组的像方表面为凸面；所述第二透镜组的物方表面为凸面，所述第二透镜组的像方表面为凹面。

2.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜组包括相互结合的第三透镜和第四透镜，所述第二透镜组包括相互结合的第五透镜和第六透镜；所述透镜模组还包括第一透镜、第二透镜、第七透镜和第八透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜依次排列；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的光焦度依次为正、负、负、正、正、正、正、正。

3.如权利要求2所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜的物方表面为凸面，所述第一透镜的像方表面为凸面；所述第二透镜的物方表面为凹面，所述第二透镜的像方表面为凸面；所述第三透镜的物方表面为凸面，所述第三透镜的像方表面为凸面；所述第四透镜的物方表面为凹面，所述第四透镜的像方表面为凹面；所述第五透镜的物方表面为凸面，所述第五透镜的像方表面为凹面；所述第六透镜的物方表面为凸面，所述第六透镜的像方表面为凹面；所述第七透镜的物方表面为凸面，所述第七透镜的像方表面为凹面；所述第八透镜的物方表面为平面，所述第八透镜的像方表面为凸面。

4.如权利要求3所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜组中的所述第三透镜和所述第四透镜满足如下关系：

-0.5<R5/R6<0.5；

-16<R6/R7<-15；

其中，R5表示所述第三透镜的像方表面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的物方表面的曲率半径以及所述第四透镜的像方表面的曲率半径，R7表示所述第四透镜的物方表面的曲率半径；

所述第二透镜组中的所述第五透镜和所述第六透镜满足如下关系：

0<R8/R9<1；

1.5<R9/R10<2.5；

其中，R8表示所述第五透镜的像方表面的曲率半径，R9表示所述第五透镜的物方表面的曲率半径以及所述第六透镜的像方表面的曲率半径，R10表示所述第六透镜的物方表面的曲率半径。

5.如权利要求4所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜满足如下关系：

-1<R1/R2<0；

0<R3/R4<1；

19.5<R11/R12<20.5；

0<R13/R14<1；

其中，R1表示所述第一透镜的像方表面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的物方表面的曲率半径；R3表示所述第二透镜的像方表面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的物方表面的曲率半径；R11表示所述第七透镜的像方表面的曲率半径，R12表示所述第七透镜的物方表面的曲率半径；R13表示所述第八透镜的像方表面的曲率半径，R14表示所述第八透镜的物方表面的曲率半径。

6.如权利要求2所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜组中的所述第三透镜和所述第四透镜满足如下关系：

-1<f3/f<1；

-0.5<f4/f<0；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f3表示所述第三透镜的有效焦距；f4表示所述第四透镜的有效焦距；

所述第二透镜组中的所述第五透镜和所述第六透镜满足如下关系：

-1<f5/f<0.5；

0.5<f6/f<1；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f5表示所述第五透镜的有效焦距；f6表示所述第六透镜的有效焦距。

7.如权利要求6所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜满足如下关系：

2<f1/f<2.5；

6.5<f2/f<7.3；

1.5<f7/f<2；

1.5<f8/f<2；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距；f1表示所述第一透镜的有效焦距；f2表示所述第二透镜的有效焦距；f7表示所述第七透镜的有效焦距；f8表示所述第八透镜的有效焦距。

8.如权利要求1～7任一项所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜模组满足如下关系：

6<TTL/IH<6.5；

其中，TTL表示所述透镜模组在光轴上的长度，IH表示所述透镜模组的成像半径。

9.如权利要求1～7任一项所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜模组满足如下关系：

2<f/IH<2.5；

其中，IH表示所述透镜模组的成像半径，f表示所述透镜模组的有效焦距。

10.如权利要求1～7任一项所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜模组满足如下关系：

f/ENPD<2；

其中，f表示所述透镜模组的有效焦距，ENPD表示所述透镜模组的入瞳直径。

11.如权利要求2～7任一项所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为球面透镜。

12.如权利要求1～7任一项所述的透镜模组，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间。

13.一种抬头显示***，其特征在于，包括如权利要求1～12任一项所述的透镜模组；

所述抬头显示***还包括：

图像显示模组，用于显示图像；所述透镜模组位于所述图像显示模组的出光侧；

反射镜组，位于所述透镜模组的出光侧；

风挡玻璃，位于所述反射镜组的出光侧；

所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述第二反射镜的出光侧；所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述风挡玻璃均为球面、非球面、自由曲面镜片中的一种；所述第一反射镜的光焦度为正；所述第二反射镜的光焦度为正。

14.如权利要求13所述的抬头显示***，其特征在于，所述风挡玻璃的曲率半径为-2000mm～-4000mm，与水平方向的倾斜角度为-55°～-65°；所述第一反射镜的曲率半径为-1500mm～-2000mm，与水平方向的倾斜角度为30°～40°；所述第二反射镜的曲率半径为-100mm～-150mm，与水平方向的倾斜角度为-40°～-30°；所述第一反射镜和所述第二反射镜的尺寸小于或等于300mm。

15.如权利要求13所述的抬头显示***，其特征在于，所述抬头显示***的成像距离大于7.5m；所述抬头显示***的成像视场角大于10°×3°。

16.如权利要求13所述的抬头显示***，其特征在于，所述抬头显示***的眼盒范围为120mm×60mm～130mm×50mm；所述抬头显示***的眼盒在竖直方向的移动范围为±50mm；所述抬头显示***的眼盒与所述风挡玻璃的距离为650mm～800mm；所述抬头显示***的眼盒视场的下视角为3.5°～4.5°。