CN107357040A - 一种紧凑型抬头显示装置以及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型抬头显示装置以及显示方法，显示装置包括：成像系统和照明系统，所述照明系统，包括：光源组件、复眼透镜阵列、透镜组以及液晶显示器，由所述光源组件发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列、所述透镜组后照射至所述液晶显示器，所述成像系统，用以将所述液晶显示器图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方的虚像。本发明的紧凑型抬头显示装置，可提高光能利用率、降低系统功耗、降低整个装置体积。此外，整个装置结构紧凑有利于安装在汽车有限的空间中。

Description

一种紧凑型抬头显示装置以及显示方法

技术领域

本发明涉及光学领域、车载智能硬件领域，特别涉及一种紧凑型抬头显示装置以及显示方法。

背景技术

为方便驾驶员在驾驶过程中，观看车辆信息、导航信息等，利用抬头显示装置，将图像信息通过光学方式投影在驾驶员视线附近，避免低头观看仪表盘。抬头显示器将液晶显示图像投射于车辆前方形成虚像。而在抬头显示装置中要求驾驶员观看到的虚像具有如下特点：

1)虚像亮度可调，白天高亮度环境下，能够投射高亮度画面，夜间低亮度环境下，能够投射低亮度画面。

2)抬头显示器功耗低。

3)体积小，结构紧凑。

在现有技术中，采用大家已知的复眼透镜阵列照明系统(复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。复眼透镜在微显示器及投影显示领域有广阔的应用前景。利用双排复眼透镜阵列实现均匀照明的关键在于提高其均匀性和照明亮度)，能够提高液晶显示器均匀性。当采用一个复眼透镜阵列作为照明系统时，输入端限于平行光，对于非平行光输入，往往需要采用两个复眼阵列，从而增加了照明系统的体积。

由于在抬头显示装置中主要包括：照明系统和成像系统。为了使照明系统和成像系统之间匹配，照明系统的光学长度长，即光源与被照明的液晶显示器之间有较大间隔，会造成照明系统体积大，造成抬头显示装置内部结构复杂，无法满足所述特征3)的要求。此外，在现有技术中，针对所述特征1)，虽然虚像亮度可以调整，但是在虚像亮度达到阈值(最高)时，整个照明系统功耗往往很大，无法满足所述特征2)的要求。

目前所采用的技术方案都不能兼顾：均匀性、高亮度以及体积。如何实现照明均匀且可保证降低功耗，同时体积小且结构紧凑的新型抬头显示装置，是本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可兼顾照明系统光照均匀性、成像系统高亮度以及成像系统和照明系统相对体积的紧凑型抬头显示装置。

解决所述技术问题，本发明提供了一种紧凑型抬头显示装置，包括：成像系统和照明系统，所述照明系统，包括：光源组件、复眼透镜阵列、透镜组以及液晶显示器，

由所述光源组件发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列、所述透镜组后照射至所述液晶显示器，

所述成像系统，用以将所述液晶显示器图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方的虚像。

本发明的有益效果：

1)本发明提供的紧凑型抬头显示装置，由于所述照明系统中的照明面积与所述成像系统中的液晶显示器大小一致；所述照明系统中的出射窗与所述成像系统中的入瞳匹配，所述液晶显示器上的照明光线的孔径角与所述成像系统中的孔径角一致，用以将光能量集中于所述驾驶员眼盒区域。照明面积与液晶显示器大小一致，可提高光能利用率。光源组件发出光线，大部分最后进入眼盒区域，光能量集中于驾驶员眼盒区域，照明效率高。

2)由于将所述液晶显示器划分为多个显示区域，在同样的所述光源组件输出面积下，能够减小所述透镜组与所述液晶显示器之间距离。由于液晶显示器采用分区域控制光源组件的开关，有利于降低系统功耗，进一步地有利于控制散热。

3)由于所述照明系统和所述成像系统匹配设计，所述照明系统作为单独可拆卸组件，与形成单独密闭空间的所述成像系统安装在同一个壳体上。从而整个装置结构紧凑，有利于安装在汽车有限的空间中。照明系统与成像系统分离，有利于拆卸。成像系统为隔离的密闭空间，避免了灰尘进入，有利于成像。

4)由于所述光源组件中输出平行光和/或固定发散角的近平行光至所述复眼透镜阵列，其中所述发散角不大于30°。即光源组件发出的光束不要求为平行光，可以为带一定角度的发散光，有利于降低光源组件设计难度，进而有利于提高能量利用率，降低整个装置体积。

附图说明

图1是本发明一实施例中的紧凑型抬头显示装置结构示意图；

图2是图1中照明系统和成像系统的内部结构示意图；

图3是图1中照明系统按照成像系统匹配设计的原理示意图；

图4是图1中的复眼透镜阵列与透镜组的光学成像关系示意图；

图5是图1中照明系统和成像系统的光路示意图；

图6是图1中照明系统与成像系统可分离连接关系示意图；

图7是图1中的一优选实施例中液晶显示器划分为多个区域的示意图；

图8是本发明一实施例中的紧凑型抬头显示装置的显示方法流程示意图。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

在本申请中的驾驶员眼睛区域称为眼盒区域。

在本申请中的复眼透镜阵列系统实现均匀照明的原理是：与光轴平行的光束通过第一块透镜后聚焦在第二块透镜的中心处，第一排复眼透镜交光源形成多个光源像进行照明，第二排复眼透镜的每个小透镜将第一排复眼透镜对应的小透镜重叠成像于照明面上。由于第一排复眼透镜将光源的整个宽光束分为多个细光束照明，且每个细光束范围内由于处于对称位置细光束的相互叠加，使细光束的垂轴不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用。从第二排复眼透镜的出射的光斑通过聚光镜聚焦在照明屏上，这样，照明屏上光斑的每一点均受到光源所有点所有点发出的光线照射，同时，光源上每一点发出的光束又都交会重叠到照明光斑上的同一视场范围内，所以得到一个均匀的方形光斑。

在本申请中的复眼透镜对LD阵列(激光二极管阵列)或LED阵列光束的分割原理是：对复眼透镜单光束光源均匀化机制的分析表明,复眼透镜光束均匀化的一个重要的前提是将光束进行分割和叠加。在采用复眼透镜的LD阵列光束均匀化的过程中,需要使用复眼透镜对LD阵列中的子光束进行分割,破坏这种相似性。通过让复眼透镜离开LD阵列足够的距离l使单个LD的光束能够覆盖多个复眼透镜的子孔径,从而每个发光点的光束被数个子透镜孔径所分割并在积分透镜后焦面叠加。由于LD阵列中单个发光点的光束是相干的,对单个发光点的分割叠加还不能得到均匀化的目的。但是LD阵列是由许多非相干的发光点组成的,每个发光点分割叠加后的非均匀光斑在积分透镜的后焦面重合,其内部不均匀性将会通过叠加得到减小甚至消除。

在本申请中的液晶显示器包括但不限于，LCD显示器。

在本申请中的光源组件包括但不限于，在激光二极管和发光二极管。

在本申请中的入瞳位置是指，入射光束的位置，对应的出瞳位置位于眼盒区域位置。

在本申请中的发散角是指，是用来衡量光束平行度。

复眼透镜阵列的长宽比是指，小透镜阵列合成区域的长度与宽度比。

请参考图1是本发明一实施例中的紧凑型抬头显示装置结构示意图，本实施例中的一种紧凑型抬头显示装置，包括：成像系统和照明系统，所述照明系统，包括：光源组件1、复眼透镜阵列2、透镜组(3,4)以及液晶显示器5，由所述光源组件1发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列2、所述透镜组(3,4)后照射至所述液晶显示器5，所述成像系统，用以将所述液晶显示器5图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方的虚像。

作为本实施例中的优选，所述照明系统中的照明面积与所述成像系统中的液晶显示器5大小一致。从而能够较好地提高光能利用率。与现有技术中的不同之处在于：为了使照明系统和成像系统之间匹配，照明系统光学长度长，即光源与被照明的液晶显示器之间有较大间隔，造成照明系统体积大，结构复杂。本实施例实现均匀照明，且体积小，结构紧凑。

作为本实施例中的优选，所述照明系统中的出射窗与所述成像系统中的入瞳匹配，所述液晶显示器5上的照明光线的孔径角与所述成像系统中的孔径角一致，用以将光能量集中于所述驾驶员眼盒区域。从而能够使得光能量集中于驾驶员眼盒区域。

作为本实施例中的优选，照明系统与成像系统安装于同一个壳体上，照明系统可单独拆卸。成像系统形成单独密闭空间，避免灰尘进入成像系统，在虚像位置形成杂光。

作为本实施例中的优选，所述光源组件1中输出平行光和/或固定发散角的近平行光至所述复眼透镜阵列2，其中所述发散角不大于30°。为了使抬头显示装置结构紧凑，压缩体积，不限定光源组件1输出光束为平行光，允许存在一定发散角。具体而言，光源组件1输出平行光或一定发散角的近平行光至复眼透镜阵列2，具体实现方式为在LED前加准直光路，或激光束经扩束镜。为了使抬头显示装置结构紧凑，压缩体积，不限定光源组件1输出光束为平行光，允许存在一定发散角，发散角≤30°。

作为本实施例中的优选，所述复眼透镜阵列2包括：多个小透镜组成的阵列，每个所述小透镜的长宽比例被配置为与所述液晶显示器5的被照明面比例接近，用以将所述光源组件1中输出的不均匀平行光划分为接近均匀分布的多个小区域，每个所述小区域的光束经后续透镜组(3,4)放大叠加后，照射至所述液晶显示器5。光源组件1输出的不均匀平行光被划分为一系列的小区域，每个小区域光束经透镜组(3,4)放大，照射至整个液晶显示器5。每个小区域内光线接近均匀分布，所有小区域的光束叠加后，液晶显示器5被均匀照明。

作为本实施例中的优选，所述复眼透镜阵列2，具有厚度且前、后表面的曲率半径不相等。当斜入射光线经复眼透镜阵列2后，与垂直入射光束出射方向基本一致，最终照明至液晶显示器5上的区域基本一致，避免被照明面形成旁瓣，提高能量利用率。具体而言，复眼透镜阵列2特殊设计，有一定厚度。前后表面曲率半径按需求设计，一般情况下不相等。对于光源组件1出射的发散光束，如图中虚线所示，斜入射光线经复眼透镜阵列2后，与垂直入射光束出射方向基本一致，最终照明至液晶显示器5上的区域基本一致，避免被照明面形成旁瓣，提高能量利用率。利用这种复眼透镜阵列2，压缩了照明系统演光轴方向的长度，有利于减小系统体积。

作为本实施例中的优选，所述透镜组(3,4)，还用以将所述复眼透镜阵列2成像于所述成像系统入瞳处，并照明至所述液晶显示器5上的光束孔径角与该成像系统一致，以及，还用将所述液晶显示器5上的照明光束角度配置为与所述成像系统一致。将整个复眼透镜阵列2成像于成像系统入瞳处，照明至液晶显示器5上的光束孔径角与成像系统一致，实现最佳匹配。此时液晶显示器5上的照明光束角度，与成像系统一致。具体而言，透镜组(3,4)将整个复眼透镜阵列2成像于成像系统入瞳处，照明至液晶显示器5上的光束孔径角与成像系统一致，实现最佳匹配。此时液晶显示器5上的照明光束角度，与成像系统一致。优选地，复眼透镜阵列2长宽比与眼盒区域长宽比一致，照明光束照射至眼盒区域时，与眼盒大小一致。透镜组(3,4)一般由2个或2个以上的透镜组成，靠近复眼透镜阵列2的透镜3为正透镜，靠近液晶显示器5的透镜4，起场镜作用。

作为本实施例中的优选，所述复眼透镜阵列2中的长宽比与所述眼盒区域长宽比一致，当照明光束照射至所述眼盒区域时，与眼盒大小一致。

作为本实施例中的优选，所述透镜组(3,4)至少包括2个透镜，靠近所述复眼透镜阵列2的透镜作为正透镜，靠近所述液晶显示器5的透镜作为场镜。

作为本实施例中的优选，将所述液晶显示器5划分为多个显示区域，用以在同样的所述光源组件1输出面积下，减小所述透镜组(3,4)与所述液晶显示器5之间距离。

作为本实施例中的优选，通过分区域控制所述光源组件开关，用以在白天高亮度环境下，一部分区域显示常用信息时，只打开第一光源组件，照明对应的显示区域。

具体设计时，由于透镜组(3,4)将照明光束与液晶显示器5、成像系统相匹配，此时复眼阵列至液晶显示器5距离无法压缩。尤其对于大面阵液晶显示面板，光源组件1面积较大，造成此距离进一步增加，使得整个抬头显示装置体积变大、结构复杂。提出如下方案，将液晶显示器5划分为多个区域，如划分为2个区域，分别的采用上述方案照明。该方案一方面有利于压缩抬头显示装置体积。另一方面，可以分区域控制光源组件1的开关，白天高亮度环境下，只照明有虚像信息的区域，有利于降低功耗，有利于控制光源组件1散热。

作为本实施例中的优选，上述紧凑型抬头显示装置中还包括：控制系统，与所述光源组件1相连，

用以根据环境光亮度实时调整所述光源组件1输出光通量，进而调整位于该驾驶员前方的虚像亮度。现有技术中虚像亮度可以调整，虚像亮度最高时，系统功耗往往很大，不同之处在于，本实施例中有利于降低功耗。采用分区域控制光源组件开关，有利于降低系统功耗，进一步有利于控制散热。

作为本实施例中的优选，所述照明系统和所述成像系统匹配设计，所述照明系统作为单独可拆卸组件，与形成单独密闭空间的所述成像系统安装在同一个壳体上。

作为本实施例中的优选，在所述成像系统与所述照明系统的连接处增设泡沫海绵或垫圈。

作为本实施例中的优选，所述成像系统由光学镜片组成，所述光学镜片包括：自由曲面镜和挡风玻璃，驾驶员对所述虚像的张角为4°×1°-15°×5°的范围。

作为本实施例中的优选，所述光学镜片包括：球面反射镜、透镜、挡风玻璃、自由曲面反射镜中的一种或者多种。光学镜片的功能为将液晶显示器5图像进行投影，在眼盒区域观看到位于驾驶员前方的低畸变、放大的图像。

作为本实施例中的优选，在所述光源组前增设准直光路或激光束扩束镜。从而使得光源组件1输出平行光或一定发散角的近平行光至复眼透镜阵列2。

本实施例中将液晶显示器5图像投影至驾驶员前方，驾驶员观看到亮度可调的虚像，白天高亮环境下能看到虚像信息，夜间黑暗环境下虚像不刺眼。抬头显示装置中包括：成像系统和照明系统，成虚像于驾驶员前方，驾驶员眼睛区域称为眼盒区域。成像系统由光学镜片组成。光学镜片的功能为将液晶显示器5图像进行投影，在眼盒区域观看到位于驾驶员前方的低畸变、放大的图像。具体实现方式较多，可以为球面反射镜、透镜、挡风玻璃、自由曲面反射镜等，本发明采用一片自由曲面反射镜。照明系统由光源组件1、复眼透镜阵列2、透镜组(3,4)、液晶显示器5、控制系统组成。光源组件1发出的光束，经复眼透镜阵列2、透镜组(3,4)后，照射至液晶显示器5。照明系统与成像系统合理匹配：1)照明面积与液晶显示器5大小一致，提高光能利用率。2)照明系统的出射窗与成像系统入瞳匹配，液晶显示器5上的照明光线孔径角与成像系统孔径角一致，光能量集中于驾驶员眼盒区域。

优选地，照明系统与成像系统安装于同一个壳体上，照明系统可单独拆卸。成像系统形成单独密闭空间，避免灰尘进入成像系统，在虚像位置形成杂光。

请参考图2是图1中照明系统和成像系统的内部结构示意图，该装置如图所示，放置于汽车仪表台上，或放置于汽车蒙皮下方。将液晶显示器图像投影至驾驶员前方，驾驶员观看到亮度可调的虚像，白天高亮环境下能看到虚像信息，夜间黑暗环境下虚像不刺眼。该装置由照明系统和成像系统组成。

成像系统将液晶显示器5上的图像，成像于图中虚像位置，驾驶员在眼盒区域观看到虚像信息。成像系统由光学镜片组成，本实施例中，光学镜片包括图2中的自由曲面镜6和挡风玻璃7。所看到的虚像为一个放大的像，人眼对虚像的张角一般为4°×1°～15°×5°范围。

请参考图3是图1中照明系统按照成像系统匹配设计的原理示意图，照明系统由光源组件1、复眼透镜阵列2、透镜3和4组成的透镜组、液晶显示器5、控制系统组成。照明系统按照成像系统匹配设计，由此提高均匀性、能量利用率，如图3中为成像系统孔径角A，以及入瞳位置10。

请参考图4是图1中的复眼透镜阵列与透镜组的光学成像关系示意图，光源组件1输出平行光或一定发散角的近平行光至复眼透镜阵列，一般要求发散角B≤30°，光源组件输出光入射至复眼透镜阵列。复眼透镜为一系列小透镜组成的阵列，平行光入射至单个小透镜后光线输出方向如图4中实线所示。对于斜入式光束，输出光束方向与垂直入射光束的输出方向基本一致。通过合理设计复眼透镜阵列厚度、前后表面曲率半径实现。图4中复眼透镜阵列中的小透镜数目为示意用，实际中的小透镜数目根据光源组件输出面积决定，小透镜数目越多，最终虚像均匀性越好。

请参考图5是图1中照明系统和成像系统的光路示意图，小透镜的长宽比例与被照明面液晶显示器比例接近。光源组件输出的不均匀平行光被划分为一系列的小区域，每个小区域光束经后续透镜组放大，照射至整个液晶显示器。每个小区域内光线接近均匀分布，所有小区域的光束叠加后，液晶显示器被均匀照明。最终照明系统和成像系统匹配后光路示意如图5所示。光源组件输出光能量均按照成像系统要求照射至液晶显示器上，最终照明光线大部分进入眼盒区域，提高照明效率。

请参考图6是图1中照明系统与成像系统可分离连接关系示意图，如图6所示为照明系统和成像系统匹配设计，照明系统作为一个组件，与成像系统安装在同一个壳体上。在连接处加包括但不限于：泡沫海绵、或垫圈，使得成像系统作为一个隔离的密闭空间，避免外界灰尘进入。

请参考图7是是图1中的一优选实施例中液晶显示器划分为多个区域的示意图，控制系统根据外观环境光亮度，实时调整光源组件输出光通量，进而调整虚像亮度。图7所示的照明至液晶显示器上的光束孔径角A、光源组件输出面积S确定时，透镜组与液晶显示器之间距离L1确定。对于较大面阵液晶显示器，比如有：1.8寸、2.6寸规格的液晶显示器，L1值较大，整个照明系统体积大。

采用如下图7方案，将液晶显示器划分为多个区域，比如划分为2个区域S21和S22。对每个区域分别的采用上述方法照明。对于同样的光源面积，S＝S12+S11，该方案L1减小，有利于压缩抬头显示装置体积。

另一方面，可以分区域控制光源组件的开关。白天高亮度环境下，只有S21区域显示常用信息，此时只打开光源组件S11，只照明S21区域，有利于降低功耗。

请参考图8是本发明一实施例中的紧凑型抬头显示装置的显示方法流程示意图。本实施例中的一种紧凑型抬头显示装置的显示方法，包括如下步骤：

步骤S100设置一成像系统和一照明系统，将所述照明系统配置为：光源组件、复眼透镜阵列、透镜组以及液晶显示器，

步骤S101由所述光源组件发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列、所述透镜组后照射至所述液晶显示器，并将光源组件的光能量集中于驾驶员眼盒区域，

步骤S102在所述成像系统，将所述液晶显示器图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方亮度可调的虚像，在白天高亮环境下能看到虚像信息，同时在夜间黑暗环境下虚像不刺眼。

在一些实施例中，所述步骤S101中还包括：将所述照明系统中的照明面积与所述成像系统中的液晶显示器大小一致。

在一些实施例中，所述步骤S101中还包括：将所述照明系统中的出射窗与所述成像系统中的入瞳匹配，所述液晶显示器上的照明光线的孔径角与所述成像系统中的孔径角一致，用以将光能量集中于所述驾驶员眼盒区域。

在一些实施例中，所述步骤S102还包括：将所述光源组件中输出平行光和/或固定发散角的近平行光至所述复眼透镜阵列，其中所述发散角不大于30°。

在一些实施例中，在所述步骤S101中所述复眼透镜阵列包括：多个小透镜组成的阵列，每个所述小透镜的长宽比例被配置为与所述液晶显示器的被照明面比例接近，用以将所述光源组件中输出的不均匀平行光划分为接近均匀分布的多个小区域，每个所述小区域的光束经后续透镜组放大叠加后，照射至所述液晶显示器。

在一些实施例中，在所述步骤S100中所述复眼透镜阵列，具有厚度且前、后表面的曲率半径不相等。

在一些实施例中，在所述步骤S100中所述透镜组，还用以将所述复眼透镜阵列成像于所述成像系统入瞳处，并照明至所述液晶显示器上的光束孔径角与该成像系统一致，以及，还用将所述液晶显示器上的照明光束角度配置为与所述成像系统一致。

在一些实施例中，在所述步骤S100中所述复眼透镜阵列中的长宽比与所述眼盒区域长宽比一致，当照明光束照射至所述眼盒区域时，与眼盒大小一致。

在一些实施例中，在所述步骤S100中所述透镜组至少包括2个透镜，靠近所述复眼透镜阵列的透镜作为正透镜，靠近所述液晶显示器的透镜作为场镜。

在一些实施例中，在所述步骤S100中将所述液晶显示器划分为多个显示区域，用以在同样的所述光源组件输出面积下，减小所述透镜组与所述液晶显示器之间距离。

在一些实施例中，所述步骤S100通过分区域控制所述光源组件开关，用以在白天高亮度环境下，一部分区域显示常用信息时，只打开第一光源组件，照明对应的显示区域。

在一些实施例中，上述显示方法中还包括：配置控制系统，与所述光源组件相连，用以根据环境光亮度实时调整所述光源组件输出光通量，进而调整位于该驾驶员前方的虚像亮度。

在一些实施例中，上述显示方法中将所述照明系统和所述成像系统匹配设计，所述照明系统作为单独可拆卸组件，与形成单独密闭空间的所述成像系统安装在同一个壳体上。

在一些实施例中，所述所述步骤S102中在所述成像系统与所述照明系统的连接处增设泡沫海绵或垫圈。

在一些实施例中，所述所述步骤S102中，将所述成像系统配置为光学镜片组成，所述光学镜片包括：自由曲面镜和挡风玻璃，驾驶员对所述虚像的张角为4°×1°-15°×5°的范围。

在一些实施例中，所述步骤S100中还包括：所述光学镜片包括：球面反射镜、透镜、挡风玻璃、自由曲面反射镜中的一种或者多种。

在一些实施例中，所述步骤S100中还包括：在所述光源组前增设准直光路或激光束经扩束镜。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在所述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

总体而言，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合实施。一些方面可以以硬件实施，而其它一些方面可以以固件或软件实施，该固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行。虽然本公开的各种方面被示出和描述为框图、流程图或使用其它一些绘图表示，但是可以理解本文描述的框、设备、系统、技术或方法可以以非限制性的方式以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其一些组合实施。

此外，虽然操作以特定顺序描述，但是这不应被理解为要求这类操作以所示的顺序执行或是以顺序序列执行，或是要求所有所示的操作被执行以实现期望结果。在一些情形下，多任务或并行处理可以是有利的。类似地，虽然若干具体实现方式的细节在上面的讨论中被包含，但是这些不应被解释为对本公开的范围的任何限制，而是特征的描述仅是针对具体实施例。在分离的一些实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地执行。相反对，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实施或是以任何合适的子组合的方式实施。

Claims (15)

1.一种紧凑型抬头显示装置，其特征在于，包括：成像系统和照明系统，所述照明系统，包括：光源组件、复眼透镜阵列、透镜组以及液晶显示器，

由所述光源组件发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列、所述透镜组后照射至所述液晶显示器，

所述成像系统，用以将所述液晶显示器图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方的虚像。

2.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述照明系统中的照明面积与所述成像系统中的液晶显示器大小一致。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述照明系统中的出射窗与所述成像系统中的入瞳匹配，所述液晶显示器上的照明光线的孔径角与所述成像系统中的孔径角一致，用以将光能量集中于所述驾驶员眼盒区域。

4.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述光源组件中输出平行光和/或固定发散角的近平行光至所述复眼透镜阵列，其中所述发散角不大于30°。

5.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述复眼透镜阵列包括：多个小透镜组成的阵列，

每个所述小透镜的长宽比例被配置为与所述液晶显示器的被照明面比例接近，用以将所述光源组件中输出的不均匀平行光划分为接近均匀分布的多个小区域，每个所述小区域的光束经后续透镜组放大叠加后，照射至所述液晶显示器。

6.根据权利要求1或5所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述复眼透镜阵列，具有厚度且前、后表面的曲率半径不相等，用以使得当斜入射光线经复眼透镜阵列后，与垂直入射光束出射方向基本一致。

7.根据权利要求1或5所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述复眼透镜阵列的长宽比与所述眼盒区域长宽比一致，当照明光束照射至所述眼盒区域时，与眼盒大小一致。

8.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述透镜组至少包括2个透镜，靠近所述复眼透镜阵列的透镜作为正透镜，靠近所述液晶显示器的透镜作为场镜。

9.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，将所述液晶显示器划分为多个显示区域，用以在同样的所述光源组件输出面积下，减小所述透镜组与所述液晶显示器之间距离。

10.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，通过分区域控制所述光源组件开关，用以在白天高亮度环境下，一部分区域显示常用信息时，只打开第一光源组件，照明对应的显示区域。

11.根据权利要求1、2、4、5、9任一项所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，还包括：控制系统，与所述光源组件相连，

用以根据环境光亮度实时调整所述光源组件输出光通量，进而调整位于该驾驶员前方的虚像亮度。

12.根据权利要求1、2、4、5、9任一项所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，所述照明系统和所述成像系统匹配设计，所述照明系统作为单独可拆卸组件，与形成单独密闭空间的所述成像系统安装在同一个壳体上。

13.根据权利要求12所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，在所述成像系统与所述照明系统的连接处增设泡沫海绵或垫圈。

14.根据权利要求1所述的紧凑型抬头显示装置，其特征在于，在所述光源组前增设准直光路或激光束经扩束镜。

15.一种紧凑型抬头显示装置的显示方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置一成像系统和一照明系统，将所述照明系统配置为：光源组件、复眼透镜阵列、透镜组以及液晶显示器，

由所述光源组件发出的光束，依次经过所述复眼透镜阵列、所述透镜组后照射至所述液晶显示器，并将光源组件的光能量集中于驾驶员眼盒区域，

在所述成像系统，将所述液晶显示器图像进行投影，在驾驶员眼盒区域可观看到位于该驾驶员前方亮度可调的虚像，在白天高亮环境下能看到虚像信息，同时在夜间黑暗环境下虚像不刺眼。