CN108508597B - 平视显示器 - Google Patents

Abstract

一平视显示器，其包括至少一反射镜和至少一可调反射镜组，其中所述可调反射镜组被设置有至少一投影状态和至少一非投影状态，当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，所述可调反射镜组配合所述反射镜反射成像光，并且反射至一光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射以使使用者能够感知所述被光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的一虚像，当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，成像光直接被所述反射镜反射而形成所述虚像，从而形成至少两种可选择的投影效果。

Description

平视显示器

技术领域

本发明涉及机动车辆的车载装置，更进一步，涉及一投影距离可调的平视显示器(Head-Up Display，HUD)。

背景技术

随着汽车工业的不断发展，汽车的拥有量以及汽车的性能等各方面不断提高。而对于人们最常见的一种出行交通工具，安全性是其发展中需要注意的一个及其重要的方面。

众所周知，汽车、飞机等各种交通都由各种部件组成，而各种仪表盘显示的信息，比如车辆速度、引擎RPM、温度和燃油量等等，可以帮助驾驶人员更好地进行驾驶。但是，人们在驾驶的过程中，经常需要同时需要注意好几个地方，比如仪表盘、GPS、手机、前方路况、后视镜等等。这些信息被显示在不同位置，因此驾驶者可能需要进行低头、抬头或分散注意力，这需要耗费较多的精力，且驾驶者需要更加专注，同时造成驾驶的不安全性。近些年来，发展起来了用于确保驾驶者的方便和安全的不同种类的装置，比如平视显示器(或抬头显示器，HUD)，它就是一种驾驶者在正常的行驶过程中不用低头就能获取所有安全信息(如车辆速度、引擎RPM、温度和燃油量)的显示装置。

目前的HUD按安装位置可以区分为内嵌式和外置式两类，但是不管是内嵌式和外置式，其都存在一些不能满足人们需求的地方。

在现有的抬头显示器的结构中，HUD的投影距离往往是固定的，而且距离较短，驾驶者无法对投影距离进行调节，也就无法根据自己的实际情况自由选择最舒适的投影距离，舒适度较差，不够人性化。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种投影距离可调的平视显示器，其在投影的过程中，可以提供至少两种可以选择的投影光程，从而形成至少两种投影距离，从而实现投影距离的可调节、可选择。

本发明的一个目的在于提供一投影距离可调的平视显示器，其中所述平视显示器包括至少一可调反射镜和至少一控制单元，所述控制单元可以控制所述可调反射镜的位置，从而控制所述可调反射镜片是否参与到反射光路中，从而改变光线反射光程。

本发明的一个目的在于提供一投影距离可调的平视显示器，其中所述平视显示可以包括一复合自由曲面，所述可调反射镜相结合投影，从而提供更多可选择投影距离。

本发明的一个目的在于提供一投影距离可调的平视显示器，其中所述可调反射镜组被设有一投影状态和一非投影状态，从而当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，投影光线经过所述可调反射镜组，当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，投影光线不经过所述可调镜反射镜组。

本发明的一个目的在于提供一投影距离可调的平视显示器，其中所述可调反射镜组可以通过轴向转动的方式被调整。

本发明的一个目的在于提供一投影距离可调的平视显示器，其中通过调整所述可调反射镜组的反射角度，可以改变经过所述可调反射镜组反射后的光程长短，从而改变投影距离。

为了实现以上至少一目的，本发明的一方面提供一平视显示器，其包括至少一反射镜和至少一可调反射镜组，其中所述可调反射镜组被设置有至少一投影状态和至少一非投影状态，当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，所述可调反射镜组配合所述反射镜反射成像光，并且反射至一光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射以使使用者能够感知所述被光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的一虚像，当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，成像光直接被所述反射镜反射而形成所述虚像，从而形成至少两种可选择的投影距离。

根据一些实施例，所述平视显示器包括一第一反射镜和一第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜的设置能够实现光路的转折，所述成像光依次经过所述第一反射镜和所述第二反射镜反射形成所述虚像。

根据一些实施例，所述第一反射镜和所述第二反射镜至少有一曲面反射镜。

根据一些实施例，所述第一反射镜为平面反射镜，所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述可调反射镜组包括一可调反射镜和一配合反射镜，其中所述配合反射镜配合所述可调反射镜设置，从而实现光路的调节，所述成像光选择性地经过所述可调反射镜和所述配合反射镜反射。

根据一些实施例，所述可调反射镜被设置有至少一投影位置和至少一非投影位置，当所述可调镜片处于所述投影位置时，所述成像光依次经过所述可调反射镜和所述配合反射镜，当所述可调反射镜处于所述非投影位置时，所述成像光不经过所述可调反射镜和所述配合反射镜。

根据一些实施例，所述可调反射镜和所述配合反射镜为平面反射镜。

根据一些实施例，所述可调反射镜的反射角度能够调整，从而提供更多可选择的投影距离以及放大倍率。

根据一些实施例，所述可调反射镜可轴向转动地被调整。

本发明的另一方面提供一平视显示器的投射方法，其包括如下步骤：

设置至少一反射镜；

设置至少一可调反射镜组；和

设置一成像光，其中所述可调反射镜组可被调节，所述可调反射镜组配合所述反射镜选择性地反射所述成像光至一光线接收面并使所述成像光被所述光线接收面反射；

所述成像光通过所述光线接收面形成至少两种位置不同虚像并能够被使用者感知，从而提供至少两个可选择的投影距离。

附图说明

图1是根据本发明的第一个优选实施例的一种投影状态示意图。

图2是根据本发明的第一个优选实施例的另一种投影状态示意图。

图3是根据本发明的第一个优选实施例的另一种投影状态示意图。

图4是根据本发明的第二个优选实施例的一种投影状态示意图。

图5是根据本发明的第二个优选实施例的另一种投影状态示意图。

图6是根据本发明的第二个优选实施例的另一种投影状态示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一平视显示器，所述平视显示器包括至少一反射镜和至少一可调反射镜组，其中所述反射镜和所述可调反射镜组相结合反射成像光至一光线接收面并使所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的一虚像。

进一步，所述可调反射镜组被设置有至少一投影状态和至少一非投影状态，当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，所述可调反射镜组能够反射成像光至所述反射镜，进而所述反射镜反射所述成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像。当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，所述反射镜能够直接反射成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像。

换句话说，当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，所述可调反射镜组参与所述成像光的反射投影过程，而当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，所述可调反射镜组不参与所述成像光的反射投影过程，从而提供至少两种不同的反射光程，从而形成至少两种投影距离。

如图1至图3所示，在本发明的第一个优选实施例中，所述平视显示器包括两反射镜11a、12a和一可调反射镜组13a。一待显示图像14a能够通过所述反射镜和/或所述可调反射镜组13a被放大显示，并且所述成像光为所述待显示图像14a提供，且被所述平视显示器成像于一光线接收面的前方，在本发明的第一个实施例中，所述光线接收面被实施为一挡风玻璃41a。

具体地，所述两反射镜分别为一第一反射镜11a和一第二反射镜12a，所述第一反射镜11a和所述第二反射镜12a分别被设置于所述待显示图像14a(即物面)的成像光路径上，从而将所述待显示图像14a实现光线传播方向的转换。在本发明的这个实施例中，所述第一反射镜11a为平面反射镜和所述第二反射镜12a为自由曲面反射镜。当然在其他的实施方式中，所述第一反射镜11a也可以为曲面反射镜，所述第二反射镜12a也可以为平面反射镜。当然在其他的实施方式中，所述第一反射镜11a和第二反射镜12a也可以都为曲面反射镜。

所述可调反射镜组13a包括两反射镜，分别为一可调反射镜131a和一配合反射镜132a，所述配合反射镜132a和所述可调反射镜131a与所述第一反射镜11a以及所述第二反射镜12a呈预定的角度设置，从而方便实现光线传播方向的转换。其中所述配合反射镜132a配合所述可调反射镜131a而设置，当所述可调反射镜131a被调整时，形成所述投影状态或所述非投影状态。

所述可调反射镜131a被设置有一投影位置和一非投影位置。参照图1，当所述可调反射镜131a处于所述投影位置时，由所述待显示图像14a反射的成像光投射至所述可调反射镜131a，经过所述可调反射镜131a反射后到达所述配合反射镜132a，经过所述配合反射镜132a反射后到达所述第一反射镜11a，经过第一反射镜11a后到达第二反射镜12a，所述第二反射镜12a反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31a。当所述平时显示器被设置于一机动车时，所述虚像31a经过一机动车的前挡风玻璃41a反射，被驾驶者(或使用者，下同)在出瞳处51a所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为La₁，放大倍率为βa₁。此时，所述平视显示器的出瞳距离为La₁’,出瞳直径为D_a1。

参照图2，当所述可调反射镜131a处于所述非投影位置时，由所述待显示图像14a反射的成像光直接投射至所述第一反射镜11a，经过第一反射镜11a后到达第二反射镜12a，所述第二反射镜12a反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31a。当所述平视显示器被设置于一机动车时，所述虚像31a经过一机动车的前挡风玻璃41a反射，被驾驶者在出瞳处51a所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为La₂，放大倍率为βa₂，此时，所述平视显示器的出瞳距离为La₂’,出瞳直径为D_a2。

也就是说，通过上述的调整方式，所述平视显示器提供至少两种投影距离，以及至少两种放大倍率，从而增大所述驾驶者的投影可视范围，提高所述平视显示器的舒适度，更加人性化。

进一步，参照图3，在预定范围内调整所述可调镜片，使得所述可调反射镜131a处于另一所述投影位置，此由所述待显示图像14a反射的成像光投射至所述可调反射镜131a，经过所述可调反射镜131a反射后到达所述配合反射镜132a，经过所述配合反射镜132a反射后到达所述第一反射镜11a，经过第一反射镜11a后到达第二反射镜12a，所述第二反射镜12a反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31a。当所述平时显示器被设置于一机动车时，所述虚像31a经过一机动车的前挡风玻璃41a反射，被驾驶者(或使用者，下同)在出瞳处51a所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为L_a3，放大倍率为β_a3，此时，所述平视显示器的出瞳距离为La₃’，出瞳直径为D_a3。

换句话说，在预定角度范围内调整所述可调反射镜131a，使得成像光经过所述可调反射镜131a的反射，但是当所述可调反射镜131a处于不同角度时，对应不同的反射角度，因此对应不同的反射光程，从而可以提供更多个可以选择的投影距离以及放大倍率。也就是说，本发明的所述的平视显示器可以提供两种以上可供选择的投影距离以及放大倍率。

在本发明的这个实施例中，所述可调反射镜131a和所述配合反射镜132a都为平面反射镜。举例地，所述可调反射镜131a可以通过轴向转动的方式被调整。

进一步，本发明的所述平视显示器包括一控制单元(图中未示出)，所述控制单元控制所述可调反射镜组13a的状态，从而提供不同投影距离以及放大倍率。

综上所述，在本发明的所述平视显示器的第一个优选实施例中，通过采用所述反射镜组(一平面反射镜一曲面反射镜，所述第一反射镜11a和所述第二反射镜12a)和所述可调反射镜组13a(两平面反射镜，所述可调反射镜131a和所述配合反射镜132a)的结构，能够在低成本、小型化的要求下，实现投影距离可调，提供多个可选择的投影距离以及放大倍率，特别适于提高驾驶安全性的汽车或飞机HUD系统。

如图4至图6所示，在本发明的第二个优选实施例中，所述平视显示器包括两反射镜11b、12b和一可调反射镜组13b。一待显示图像14b能够通过所述反射镜和/或所述可调反射镜组13b被放大显示，并且所述成像光为所述待显示图像14b提供，且被所述平视显示器成像于一光线接收面的前方，在本发明的第一个实施例中，所述光线接收面被实施为一挡风玻璃41b。

具体地，所述两反射镜分别为一第一反射镜11b和一第二反射镜12b，所述第一反射镜11b和所述第二反射镜12b分别被设置于所述待显示图像14b(即物面)的成像光传播路径上，从而将所述待显示图像14b实现光线传播方向的转换。在本发明的这个实施例中，所述第一反射镜11b为一平面反射镜，所述第二反射镜12b为一复合自由曲面反射镜。当然在其他实施例中，所述第一反射镜11b可以为一曲面反射镜。

所述可调反射镜组13b包括两反射镜，分别为一可调反射镜131b和一配合反射镜132b，所述配合反射镜132b和所述可调反射镜131b与所述第一反射镜11b以及所述第二反射镜12b呈预定的角度设置，从而方便实现光线传播方向的转换。其中所述配合反射镜132b配合所述可调反射镜131b而设置，当所述可调反射镜131b被调整时，形成所述投影状态或所述非投影状态。

所述可调反射镜131b被设置有一投影位置和一非投影位置。参照图4，当所述可调反射镜131b处于所述投影位置时，由所述待显示图像14b反射的成像光投射至所述可调反射镜131b，经过所述可调反射镜131b反射后到达所述配合反射镜132b，经过所述配合反射镜132b反射后到达所述第一反射镜11b，经过第一反射镜11b后到达第二反射镜12b，所述第二反射镜12b反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31b。当所述平时显示器被设置于一机动车时，所述虚像31b经过一机动车的前挡风玻璃41b反射，被驾驶者(或使用者，下同)在出瞳处51b所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为L_b1，放大倍率为β_b1，此时，所述平视显示器的出瞳距离为L_b1’,出瞳直径为D_b1。

参照图5，当所述可调反射镜131b处于所述非投影位置时，由所述待显示图像14b反射的成像光直接投射至所述第一反射镜11b，经过第一反射镜11b后到达第二反射镜12b，所述第二反射镜12b反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31b。当所述平视显示器被设置于一机动车时，所述虚像31b经过一机动车的前挡风玻璃41b反射，被驾驶者在出瞳处51b所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为L_b2，放大倍率为β_b2，此时，所述平视显示器的出瞳距离为L_b2’,出瞳直径为D_b2。

也就是说，通过上述的调整方式，所述平视显示器提供至少两种投影距离，以及至少两种放大倍率，从而增大所述驾驶者的投影可视范围，提高所述平视显示器的舒适度，更加人性化。

进一步，参照图6，在预定范围内调整所述可调镜片，使得所述可调反射镜131b处于另一所述投影位置，此由所述待显示图像14b反射的成像光投射至所述可调反射镜131b，经过所述可调反射镜131b反射后到达所述配合反射镜132b，经过所述配合反射镜132b反射后到达所述第一反射镜11b，经过第一反射镜11b后到达第二反射镜12b，所述第二反射镜12b反射的成像光至所述光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射，以使使用者能够感知所述光线接收面反射的成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的所述虚像31b。当所述平视显示器被设置于一机动车时，所述虚像31b经过一机动车的前挡风玻璃41b反射，被驾驶者(或使用者，下同)在出瞳处51b所接收。此时所述平视显示器的投影距离记录为L_b3，放大倍率为β_b3，此时，所述平视显示器的出瞳距离为L_b3’,出瞳直径为D_b3。

换句话说，在预定角度范围内调整所述可调反射镜131b，使得成像光经过所述可调反射镜131b的反射，但是当所述可调反射镜131b处于不同角度时，对应不同的反射角度，因此对应不同的反射光程，从而可以提供更多个可以选择的投影距离以及放大倍率。也就是说，本发明的所述的平视显示器可以提供两种以上可供选择的投影距离以及放大倍率。

在本发明的这个实施例中，所述可调反射镜131b和所述配合反射镜132b都为平面反射镜。举例地，所述可调反射镜131b可以通过轴向转动的方式被调整。

进一步，在本发明的这个实施例中，所述第二反射镜12b为复合自由曲面反射镜，因此所述第二反射镜12b可以提供多个光线反射面，而当所述复合自由反射镜选择不同的反射面时，形成不同的光线反射状态，从而形成不同的投影距离以及不同的放大倍率。当所述复合自由曲面提供的可选择投影距离与所述可调反射镜组13b结合时，可以提供更多可以选择的投影距离以及放大倍率。

进一步，本发明的所述平视显示器包括一控制单元(图中未示出)，所述控制单元控制所述可调反射镜组13b的状态及控制所述复合自由曲面反射镜的反射面的选择，从而提供不同投影距离以及放大倍率，以便于所述平视显示器得以在多个投影距离间切换。所述控制单元可以是电动传动机构也可以是其他传动机构。本发明对所述控制单元不限定，凡是能够实现所需的控制效果的均可。

综上所述，在本发明的所述平视显示器的第二个优选实施例中，通过采用所述反射镜组(一平面反射镜和一复合自由曲面反射镜，所述第一反射镜11b和所述第二反射镜12b)和所述可调反射镜组13b(两平面反射镜，所述可调反射镜131b和所述配合反射镜132b)的结构，能够在低成本、小型化的要求下，实现投影距离可调，提供多个可选择的投影距离以及放大倍率，特别适于提高驾驶安全性的汽车或飞机HUD系统。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (14)

1.一平视显示器，其特征在于，包括一反射镜和至少一可调反射镜组，其中所述可调反射镜组被设置有至少一投影状态和至少一非投影状态，当所述可调反射镜组处于所述投影状态时，所述可调反射镜组配合所述反射镜反射成像光，并且反射至一光线接收面并使得所述成像光被所述光线接收面反射以使使用者能够感知被光线接收面反射的所述成像光以及所述成像光通过所述光线接收面形成的一虚像，当所述可调反射镜组处于所述非投影状态时，成像光直接被所述反射镜反射而形成所述虚像，其中所述反射镜包括一第一反射镜和一第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜的设置能够实现光路的转折，所述成像光依次经过所述第一反射镜和所述第二反射镜反射形成所述虚像，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜，且由该复合自由曲面反射镜提供多个光线反射面，通过采用所述反射镜组和所述可调反射镜组的结合，提供多个可选择的投影距离和放大倍率。

2.根据权利要求1所述的平视显示器，其中所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。

3.根据权利要求1所述的平视显示器，其中所述可调反射镜组包括一可调反射镜和一配合反射镜，其中所述配合反射镜配合所述可调反射镜设置，从而实现光路的调节，所述成像光选择性地经过所述可调反射镜和所述配合反射镜反射。

4.根据权利要求3所述的平视显示器，其中所述可调反射镜被设置有至少一投影位置和至少一非投影位置，当所述可调镜片处于所述投影位置时，所述成像光依次经过所述可调反射镜和所述配合反射镜，当所述可调反射镜处于所述非投影位置时，所述成像光不经过所述可调反射镜和所述配合反射镜。

5.根据权利要求3所述的平视显示器，其中所述可调反射镜和所述配合反射镜为平面反射镜。

6.根据权利要求3所述的平视显示器，其中所述可调反射镜的反射角度能够调整，从而提供更多可选择的投影距离以及放大倍率。

7.根据权利要求3所述的平视显示器，其中所述可调反射镜可轴向转动地被调整。

8.一平视显示器的投射方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置一反射镜；

设置至少一可调反射镜组；和

设置一成像光，其中所述可调反射镜组可被调节，所述可调反射镜组配合所述反射镜选择性地反射所述成像光至一光线接收面并使所述成像光被所述光线接收面反射，其中所述反射镜包括一第一反射镜和一第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜的设置能够实现光路的转折，所述成像光依次经过所述第一反射镜和所述第二反射镜反射形成虚像，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜，且所述复合自由曲面反射镜提供多个光线反射面，通过采用所述反射镜组和所述可调反射镜组的结合，提供多个可选择的投影距离和放大倍率；

所述成像光通过所述光线接收面形成虚像并能够被使用者感知。

9.根据权利要求8所述的平视显示器的投射方法，其中所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。

10.根据权利要求8所述的平视显示器的投射方法，其中所述可调反射镜组包括一可调反射镜和一配合反射镜，其中所述配合反射镜配合所述可调反射镜设置，从而实现光路的调节，所述成像光选择性地经过所述可调反射镜和所述配合反射镜。

11.根据权利要求10所述的平视显示器的投射方法，其中所述可调反射镜被设置有至少一投影位置和至少一非投影位置，当所述可调镜片处于所述投影位置时，所述成像光依次经过所述可调反射镜和所述配合反射镜，当所述可调反射镜处于所述非投影位置时，所述成像光不经过所述可调反射镜和所述配合反射镜。

12.根据权利要求10所述的平视显示器的投射方法，其中所述可调反射镜和所述配合反射镜为平面反射镜。

13.根据权利要求10所述的平视显示器的投射方法，其中所述可调反射镜的反射角度能够调整，从而提供更多可选择的投影距离以及放大倍率。

14.根据权利要求10所述的平视显示器的投射方法，其中所述可调反射镜可轴向转动地被调整。

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