CN110647001A - 成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法 - Google Patents

Abstract

一成像设备，包括：一发光单元、一光学单元以及一成像平面，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光，所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径，所述成像平面相对于所述光学单元的光轴倾斜，且成像光被投射至所述成像平面，其中所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于所述成像平面相对于所述光学元件的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。本发明还揭露了一投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法。

Description

成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法

技术领域

本发明涉及一投影领域，更详而言之的是一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法。

背景技术

随着交互技术地不断推进，成像技术作为交互技术中输出的重要部分也不断地发展，不断提高成像效果成为投影技术的重要挑战。

众所周知的是，人们在使用传统的投影仪器时最重要的一步是如何调节投影仪器和投影屏的匹配度，换言之，投影仪器的影像很难匹配投影屏，这对于使用者来说是一大难点，同时也是投影仪器使用体验的一大障碍。

举例来说，人们在使用传统的投影仪器时，投影屏往往相对于投影仪器射出的光束的中心线不垂直地设置，对于具有一定的倾斜程度的投影屏，投影屏和投影仪器不能够很好地匹配，尤其是投影屏存在一定倾斜程度时，成像设备不能够有效地解决像面倾斜的成像畸变。

更进一步地传统的投影仪器体积较大，使得投影仪器的应用场景非常的局限，在汽车领域无法合适地容置，尤其是现在的人们越来越追求生活的流动性和高效性，庞大的投影仪器不利于共享等现代社会的高效流通。

参考图1所示的所述成像设备，其包括一投射装置10`与一成像单元20`，所述投射装置10`向所述成像单元20`投射出携带一成像信息的成像光。自所述投射装置10`投射出的携带所述成像信息的成像光在所述成像单元20`成像，使得所述成像信息可被反射地被人接收，但是所述成像单元20`具有一定的倾斜度，使得所述携带所述成像信息的成像光被投射在所述成像单元20`存在一定的畸变误差，使得人不能很好地接收到所述成像信息。

优选地，所述投射装置10`包括一芯片11`，一棱镜12`，一光学透镜组13`以及一保护玻璃14`。所述芯片11`发射出成像光。从所述芯片11`所发出的成像光透过所述棱镜12`，并且至少一部分成像光发生折反射。也就是说，所述棱镜12`对成像光调向。经过所述棱镜12`折射的成像光穿过所述光学透镜组13`，所述光学透镜组13`折射至少一部分的成像光并调整成像光的光束通路的方向，使得被所述光学透镜组13`折射的成像光被调节光束通路的方向，并且所述光学透镜组13`投射出携带一成像信息的成像光。

值得一提的是，所述成像信息指的是至少一部分成像光被眼睛接收到的成像画面传递的信息，其可以是多种形式的，在此不受任何限制。

由于所述成像单元20`相对于所述投射装置10`射出成像光的中心线有一定倾斜，使得所述投射装置10`投射的所述成像画面效果较差，使用者不能准确地判断所述成像信息，严重影响使用者的客户体验，甚至在特别的场景中可能会对使用者造成危害。

此外，现有的所述光学透镜组13`采用多块凹凸透镜的组合实现对成像光的调向，体积较大，使得光学透镜组13`如何减小体积成为所述成像设备减小体积的环节。

进一步地，所述成像单元20`相对于所述投射装置10`射出成像光的中心线具有一定的倾斜，所述投射装置10`向所述成像单元20`投影的所述成像信息被拉伸，使得投影在挡风玻璃上时产生畸变误差较大，成像画面质量较差。

现在的所述投射装置10`如何减小投射光方向的长度与体积，以及所述成像设备如何改善所述成像单元20`倾斜而导致的成像畸变误差是现在急需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述成像设备包括一投射装置和一成像单元，所述投射装置将携带一成像信息的成像光投向所述成像单元，使得携带所述成像信息的成像光成像于所述成像单元。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述投射装置包括一发光单元和一光学单元，所述发光单元发射出成像光，所述光学单元透射自所述发光单元发出的成像光并调整成像光的投射路径，使得成像光被投射至所述成像单元。所述发光单元和/或光学单元具有一像面倾斜畸变矫正机制，用于矫正由于成像平面相对于所述光学单元的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述像面倾斜畸变矫正机制包括调整所述光学透镜组的曲面面型或者厚度等特性调整而减小画面畸变误差，增强投影画面的稳定性以及信息的传递的有效性。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述像面倾斜畸变矫正机制包括调整所述发光单元倾斜，进而调整成像光的光路径的方向，以平衡投影画面畸变误差。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述光学单元包括一光学透镜组和一折反射元件，所述光学透镜组包括多个所述透镜元件，所述像面倾斜畸变矫正机制包括其中一个所述透镜元件被实施为一自由曲面镜，被投射出的成像光被所述自由曲面镜和其他的所述透镜元件调整成像光的通行路径，并能够有效地平衡像面倾斜畸变。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，所述投射装置包括所述折反射元件，所述折反射元件被设置于所述发光单元和所述光学透镜组轴向方向之间，使得所述折反射元件对被所述发光单元投射的成像光折反射地转向。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，其中所述发光单元、所述折反射元件以及所述光学透镜组被一体式地整合，极大地缩小了镜头长度及安装所需空间。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，其中所述发光单元倾斜地设置，能够用较少的成本改善投影画面畸变误差，降低了所述投射装置的制造难度，更加节省成本。

本发明的另一个目的在于提供一成像设备、投射装置以及减少成像画面畸变误差的方法，其中所述投射装置包括一保护玻璃、所述发光单元、所述折反射元件、与所述光学透镜组。所述保护玻璃被设置于所述发光单元，且保护所述发光单元。所述发光单元投射出成像光，且被所述发光单元投射的成像光通过所述折反射元件并发生折反射。通过所述折反射元件的成像光透过所述光学透镜组，并且成像光被所述光学透镜组扩散或者汇聚并射出携带所述成像信息的成像光，携带所述成像信息的成像光成像于所述成像单元，被使用者接收。

依本发明的一个方面，本发明提供一成像设备，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径；以及

一成像平面，其中所述成像平面相对于所述光学单元的光轴倾斜，且成像光被投射至所述成像平面，其中所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于所述成像平面相对于所述光学元件的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述光学单元包括一棱镜元件和多个透镜元件，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，多个所述透镜元件中的一个透镜元件为一自由曲面镜。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述自由曲面镜是非球面镜或者Biconic面镜。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中多个所述透镜元件包括所述自由曲面镜和五片其他所述透镜元件。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴倾斜。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述成像平面相对于所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述成像设备是投影式成像设备。

根据本发明的一个实施例所述的成像设备，其中所述投影式成像设备是车载平视显示设备。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一投射装置，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；和

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径，且所述光学单元包括一棱镜元件和多个透镜元件，其中多个所述透镜元件包括所述自由曲面镜和五片其它的所述透镜，其中所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，多个所述透镜元件中的一个透镜元件为一自由曲面镜。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一投射装置，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；和

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径，其中所述发光单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中所述像面倾斜畸变校正机制包括所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴倾斜，且所述发光单元的发光平面相对于可调整角度，且所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一减少成像画面畸变误差的方法，所述减少成像画面畸变误差的方法包括以下步骤：

(1)设置一发光单元，其中所述发光单元定向地投射包括成像信息的成像光；

(2)设置一光学单元，其中所述光学单元透射成像光一改变成像光的光束路径；以及

(3)藉由所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变矫正机制，所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于一成像平面相对于所述光学元件的光轴之间的倾斜。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(21)设置所述光学单元的多片的透镜元件中的一片透镜元件包括一自由曲面镜，矫正像面倾斜误差。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(22)相对于所述光学单元的光轴，倾斜所述发光单元的发光平面。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(22)进一步地包括：

(221)调节所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴之间的倾斜角度。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像的畸变误差的方法，步骤(2)和(3)之间进一步地包括：

(4)设置一倾斜的成像平面，所述成像平面相对于所述发光单元的光轴倾斜。

附图说明

图1是根据本发明的现有技术的所述成像设备的光线投射示意图。

图2是根据本发明的第一优选实施例的所述成像设备的光线投射示意图。

图3是根据本发明的第一优选实施例的所述成像设备的应用示意图。

图4是根据本发明的第二优选实施例的所述成像设备的光线投射示意图。

图5是根据本发明的第二优选实施例的所述成像设备的应用示意图。

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。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考图2所示的第一优选实施例，所述成像设备包括一投射装置10与一成像单元20。所述成像单元20具有一成像平面，所述成像单元20的成像平面相对于所述投射装置10的投射成像光的光轴倾斜。所述投射装置10定向地投射携带一成像信息的成像光，所述投射装置10调节成像光的光路径的方向，使得成像光被投射的光路径的中心线匹配所述成像单元20的倾斜程度，继而平衡了像面的畸变。

值得一提的是，所述投射装置10投射的成像光可以是可见光，红外光或紫外光，以及其中的组合。进一步地所述成像信息被成像光携带，且所述成像信息可导通地被使用者接收。优选地，所述成像信息可以被实施为多种形式，在本实施例中不受限制。

优选地，所述投射装置10包括一发光单元11和一光学单元120，所述发光单元11定向地投射出携带所述成像信息的成像光，所述光学单元120透射成像光并改变成像光的光路径，并将成像光投射至所述成像单元20的成像平面，通过所述光学单元120调整成像光的光路径可矫正像面倾斜畸变的误差。

优选地，所述光学单元120包括一折反射元件12和一光学透镜组13，所述折反射元件12和所述光学透镜组13调整被成像光并将成像光可导通地投射至所述成像单元20。

优选地，所述折反射元件12折反射自所述发光单元11投射的成像光，所述光学透镜组13透射被所述折反射元件12转向的成像光并将其投射至所述发光单元11。值得一提的是，所述光学透镜组13透射被转向的成像光并调整其光路径，成像光通过所述光学透镜组13的调整，使得成像光被投射至所述成像单元20时，成像光能够平衡相对于所述光学单元13的光轴倾斜的所述成像单元20的倾斜畸变。

优选地，所述成像单元20相对于所述光学单元120的光轴倾斜一定的角度，沿着所述光学单元120的光轴投射出去的成像光被投射至所述成像单元20的成像平面。换言之，当所述成像单元20的成像平面相对于所述光学单元120的光轴倾斜一定角度时，被投射出去的成像光被投影至倾斜的所述成像单元20会使得像质产生像面倾斜畸变。值得一提的是，所述光学单元120调整成像光被投射出去的成像光的光路径的中心线方向，以使得成像光的光路径的中心线垂直于所述成像单元20的成像平面，以平衡像面倾斜畸变。

所述投射装置10包括所述发光单元11、所述折反射元件12与所述光学透镜组13。优选地，所述发光单元11、所述折反射元件12以及所述光学透镜组13被依次排列地设置。

优选地，所述发光单元11向外发射成像光。自所述发光单元11发射的成像光通过所述折反射元件12，并被所述折反射元件12折反射。通过所述折反射元件12并被折反射的成像光透过所述光学透镜组13，所述光学透镜组13透射并调整成像光的光路径，并向外射出携带所述成像信息的成像光至所述成像单元20。值得一提的是，通过所述光学透镜组13对成像光的光路径的调整，使得被投射出去的光束矫正相对于所述光学单元120的光轴与所述光学单元的光轴倾斜的所述成像单元20，以使得实现平衡像面误差并且能够很好地保证像质的目的。

优选地，通过指的是成像光可能是透过，可能部分地被反射。通过具有更大的活动性，成像光如何通过所述折反射元件12，本实施例不受任何限制。

值得一提的是，成像光被所述发光单元11与所述光学透镜组13调整，使得成像光的光路径方向的中心线以匹配所述成像单元20的成像平面的倾斜角度，以使成像光被投射于所述成像单元20时，携带所述成像信息的成像光可平衡所述成像单元20的倾斜度，减小像面畸变误差，并提高成像画面的质量。

优选地，所述发光单元11和所述光学单元120一体式地被制备，有效地减小了所述投射装置10的组装空间，提高了所述成像设备的轻便性。更详而言之地说，所述发光单元11、所述折反射元件12以及所述光学透镜组13一体式地被制备，使得所述投射装置10的组装空间变小。

可选地，所述发光单元11被实施为一芯片，所述芯片定向地发射成像光，成像光通过所述折反射元件12与所述光学透镜组13并被调节成像光的光束通路的方向。更进一步地所述投射装置10向外投射出携带所述成像信息的成像光，当被投射装置10投射的携带所述成像信息的成像光投影于所述成像单元20时，所述成像信息被使用者获取。

优选地，所述发光单元11可被实施为其他的投射出成像光的元件，如光源，自发光体等。

优选地，所述折反射元件12可被实施为一棱镜12，成像光被所述棱镜12折反射并被可导通地传播至所述光学透镜组13，所述光学透镜组13透射携带所述成像信息的成像光并可导通地调向成像光，使得成像光可以平衡倾斜的所述成像单元20，减小像面畸变误差并保证所述成像画面的质量。

值得一提的时，所述光学单元11具有一像面倾斜畸变矫正机制，用于矫正由于所述成像单元20的成像平面相对于所述光学单元120的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

优选地，所述光学透镜组13包括一自由曲面镜131和至少一透镜元件132，所述自由曲面镜131和所述透镜元件132匹配地被装备，所述自由曲面镜131调整成像光，以使被投射出去的成像光的光路径的中心线与所述成像单元20的成像平面垂直，平衡由于所述成像单元20的成像平面倾斜而造成的平衡像面畸变。更详而言之地说，所述自由曲面镜131和所述透镜元件132的配合调整成像光并改变成像光的光路径方向以平衡像面畸变的误差。

值得一提的是，所述像面倾斜畸变矫正机制被实施为多个所述透镜元件中的一个透镜元件为自由曲面镜131，其中所述自由曲面镜131调整成像光以平衡像面倾斜畸变。优选地，自所述折反射元件12折反射的成像光被所述自由曲面镜131和所述透镜元件132折射地汇聚或者扩散以平衡像面畸变，并向外投射出携带所述成像信息的成像光。

值得一提的是，所述光学透镜组13包括所述自由曲面镜131与其他面型的透镜元件132。在本实施例中，优选地，所述透镜元件132可被实施为透镜132，使得所述透镜132与所述自由曲面镜131可匹配地透射成像光并调整成像光的光路径的方向，所述透镜132的面型可被实施为球面镜，使得所述自由曲面镜131和其他面镜的透镜元件132共同地配合调整成像光的光路径方向。

优选地，所述光学透镜组13为六片透镜，有效地减小了所述光学透镜组13的体积。换言之，所述光学透镜组13包括所述自由曲面镜131和五片所述透镜元件132。

值得一提的是，所述自由曲面镜131可以被设置于透镜的排列中的任何一位置，在本实施例中不受任何限制，使得所述自由曲面镜131和其他的所述透镜元件132匹配地调节成像光的光束通路的方向。

可选地，所述光学透镜组13不限于六片式系统，亦包括其他多片式系统。

进一步地所述自由曲面镜131包括非球面和Biconic面，在本实施例中所述自由曲面镜131的面型不受限制，本领域人员知晓。

优选地，所述光学透镜组13加入所述自由曲面镜131能有效减小成像单元20倾斜引起的畸变像差，实现较好的成像质量。

进一步地所述棱镜12、所述自由曲面镜131以及所述球面镜132构成了所述光学单元120，在本实施例中，所述棱镜12、所述自由曲面镜131以及所述球面镜132配合紧凑大幅缩减了镜头长度，进而解决了体积小和成像大难以兼顾的问题,增强了整个光学系统的灵活性。

值得一提的是，通过合理的镜片材料的选择、镜片形状以及光焦度的合理分配，能够适应较大范围的环境温度，优选地，环境温度的范围为-40℃到105℃(包括-40℃和105℃)，并使得所述成像设备能够得到较高的成像质量。优选地，所述投射装置20包括一保护玻璃14，所述保护玻璃14被设置于所述发光单元11。所述保护玻璃14保护所述发光单元11受到外力等破坏。此外，所述保护玻璃14定位所述发射元件11，进而保证所述发光单元11能够稳定地向外发射成像光。

优选地，所述保护玻璃14、所述发光单元11、所述折反射元件12以及所述光学透镜组13依次排列地被设置，使得所述发光单元11发出的成像光通过所述折反射元件12并被转向。被转向的成像光透过所述光学透镜组13并被所述光学透镜组13调整以平衡像面畸变，使得所述光学透镜组13透射成像光并向外投射出携带所述成像信息的成像光。优选地，转向指的是成像光偏离原来的光束通路的方向，可被实施为偏向或者折向。

优选地，所述保护玻璃14、所述发光单元11、所述折反射元件12以及所述光学透镜组13轴向地排列，使得被发出的成像光可依次地通过所述折反射元件12和所述光学透镜组13而从所述光学透镜组13被投射出去。

可选地，所述发光单元11与所述光学透镜组13可对成像光进行成像光通路的调整，还可以被实施为一调向装置30，所述调向装置30实现对成像光的光束通路的方向的调整，使得被所述发光单元11投射的成像光可平衡像面畸变而可能获取更好地成像画面的质量。

值得一提的是，通过所述光学透镜组13对成像光的光束通路的调整和分配，可适配于其他的光学领域解决像面倾斜误差。

优选地，所述成像设备是投影式成像设备，所述成像设备不仅可以应用于投影领域，同时可以被应用于其他的光学领域中。

优选地，所述投影式成像设备是车载平视显示设备，通过所述投射装置10调整成像光的光路径方向进而匹配倾斜的所述成像单元20。优选地，在车载平视显示设备中所述成像单元20被实施为前挡风玻璃。

参考图3所示的所述成像设备的应用图，本发明的所述成像设备可以被应用于汽车领域，所述投射装置10向一车辆的前挡风玻璃投射携带所述成像信息的成像光，通过所述前挡风玻璃的反射，驾驶者接收到所述投射装置10投射的所述成像信息，使得驾驶者可以不通过低头看机械刻度表就可以直接地接收到一行驶信息，有效地缓解了使用者在长时间匹配外面的路况信息和所述行驶信息的疲劳感，提高了驾驶者驾车的舒适感受。

优选地，所述行驶信息指的是在行驶过程中检测的信息，可以包括车速、前方的路况、导航信息、室内和/或室外温度、所述车辆的各个状态信息以及车内娱乐信息等车辆行驶过程中的各个信息。

所述投射装置10优选地被设置于所述车辆的一总控台，所述总控台向所述投射装置10发送所述成像信息，所述成像信息被所述投射装置10投射的成像光携带地发射出去，且被所述成像单元20反射。被反射的至少一部分成像光携带的所述成像信息被驾驶者的接收，即，驾驶者可接收到所述行驶信息。

优选地，所述成像单元20被设置于驾驶者的前方，使得驾驶者平视所述成像单元20就可以看到所述投射画面，驾驶者可平视地获取所述行驶信息，同时透过所述成像单元20看到路况信息，使得将前方的路况与所述行驶信息可叠合地被驾驶者的眼睛接收。

值得一提的是，所述成像单元20被实施为前挡风玻璃，其中前挡风玻璃具有一定的倾斜程度。值得一提的，所述投射装置10通过所述像面倾斜畸变矫正机制调节成像光的光路径方向以平衡相对于所述光学单元120的光轴倾斜的所述成像单元20，进而使得成像光被矫正地投射至所述前挡风玻璃，以便于驾驶者可接收到至少一部分的被反射的成像光所携带的所述成像信息。

更详而言之的是，由于驾驶者透过前挡风玻璃可以看到前方的路况，驾驶者接收到的所述成像信息可以与外面的路况叠合，减少了驾驶者匹配所述成像信息和路况的思考时间，更加直观方便地获得所述成像信息携带的行使信息和前方的路况。

更优选地，所述行驶信息可包括所述车辆与前车的车距s、行驶的车速v以及导航的指向信息，投射的所述行驶信息可直接地与外面的路况相结合，使得驾驶者可直接将所述行驶信息与路况相匹配，减少了使用者在所述行驶信息与所述路况信息匹配过程中的错误，保证了使用者在使用过程中更加轻松便利地驾车。

一减少成像画面畸变误差的方法，所述减少成像画面畸变误差的方法包括以下步骤：

(1)设置一发光单元10，其中所述发光单元10定向地投射包括成像信息的成像光；

(2)设置一光学单元120，其中所述光学单元120透射成像光一改变成像光的光束路径；以及

(3)藉由所述光学单元120具有一像面倾斜畸变矫正机制，其中所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于一成像平面相对于所述光学元件120的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(21)设置所述光学单元120的多片的透镜元件132中的一片透镜元件132为一自由曲面镜131，矫正像面倾斜误差。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像的畸变误差的方法，步骤(2)和(3)之间进一步地包括：

(4)设置一倾斜的成像平面，所述成像平面相对于所述发光单元10的光轴倾斜。参考图4所示的所述成像设备，一投射装置10A与一成像单元20A。所述成像单元20A具有成像平面，所述成像单元20A的成像平面相对于所述投射装置10A的投射成像光的光轴倾斜。所述投射装置10A定向地投射携带一成像信息的成像光，所述投射装置10A可调节成像光的光路径的方向，使得成像光被投射的光路径的中心线方向匹配所述成像单元20A的成像平面的倾斜程度，继而平衡了像面的畸变。

优选地，所述成像单元20A相对于所述投射装置10A的射出方向的光轴可调节地倾斜一定的角度，使得成像光被所述投射装置10A沿着光线的射出方向投射至所述成像单元20A时存在一定的像面倾斜误差。换言之，所述成像单元20A的倾斜程度可变。

优选地，所述投射装置10A包括一发光单元11A和一光学单元120A。所述发光单元11A投射出携带所述成像信息的成像光，所述光学单元120A透射成像光并改变成像光的光路径，并将成像光投射至所述成像单元20A的成像平面，通过所述发光单元11A倾斜式地调整成像光投射的方向，矫正像面倾斜畸变的误差。

优选地，所述发光单元11A、所述折反射元件12A以及所述光学透镜组13A被依次地封装于一体，使得所述投射装置10A的厚度减小以及其安装空间变小。

值得一提的是，所述成像单元20A相对所述投射装置10A具有一定的倾斜角度，使得携带所述成像信息的成像光投射于所述成像单元20A的投射面积变大，使得一投射的画面投射于倾斜的所述成像单元20A时被拉伸，进而增大了畸变误差，而成为所述成像设备较大的难点，也是所述成像设备的显示效果的关键要点。

优选地，通过调整所述投射装置10A的成像光的投射路径的方向，使得投射光被投影于所述成像单元20A的像面畸正误差变小，其中所述投射路径指的是投射装置10A向外投射出成像光的路径。

值得一提的是，所述投射装置10A的所述发光单元11A相对于所述光学单元120A倾斜一定角度，使得所述发光单元11A倾斜式地调整成像光的光束通路的方向，矫正像面倾斜畸变并可有效地保证所述成像画面的质量。

值得一提的是，所述发光单元11A具有一像面倾斜畸变矫正机制，用于平衡由于所述成像单元的成像平面相对于所述光学元件120A的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

优选地，所述像面倾斜畸变矫正机制被实施为所述发光单元11A被倾斜地设置，以平衡像面倾斜畸变。

更优选地，所述像面倾斜畸变矫正机制被实施为所述发光单元11A被可调节地倾斜，所述发光单元11A根据所述成像单元20A的成像平面的倾斜程度可调节地倾斜，使得被投射的成像光被调整其光路径的方向以平衡像面倾斜畸变。

优选地，所述光学单元120A包括所述折反射元件12A和所述光学透镜组13A，所述折反射元件12A和所述光学透镜组13A调整被投射的携带所述成像信息的成像光并可导通地投射至所述成像单元20A。

优选地，所述折反射元件12A折反射来自所述发光单元11A投射的成像光，所述光学透镜组13A透射被所述折反射元件12A转向的成像光并被可导通地发送至所述发光单元11A，所述光学透镜组13A透射被转向的成像光并调整其光路径，成像光通过所述光学透镜组13A的调整，使得成像光被投射至所述成像单元20A时，成像光能够平衡相对于所述光学单元13A的光轴倾斜的所述成像单元20A的倾斜畸变。

优选地，当所述成像单元20A的成像平面相对于所述光学单元120A的光轴倾斜一定角度时，被投射出去的成像光被投影至倾斜的所述成像单元20A会使得像质产生像面倾斜畸变。值得一提的是，通过所述发光单元11A倾斜式地调整其位置以平衡成像光投射至倾斜的所述成像单元20A的像面畸变。

优选地，所述光学单元120A包括所述折反射元件12A和所述光学透镜组13A，所述折反射元件12A和所述光学透镜组13A调整被投射的携带所述成像信息的成像光并可导通地投射至所述成像单元20A。

优选地，所述发光单元11A倾斜式地设置，并向外投射出携带所述成像信息的成像光。所述折反射元件12A折反射来自所述发光单元11A投射的成像光。所述光学透镜组13A透射被转向的成像光并调整其光路径，成像光通过所述光学透镜组13A的调整，使得成像光被投射至所述成像单元20A时，成像光能够平衡相对于所述光学单元13A的光轴倾斜的所述成像单元20A的倾斜畸变。

优选地，所述投射装置10A包括所述发光单元11A、所述折反射元件12A以及所述光学透镜组13A。所述发光单元11A向外发射成像光，所述发光单元11A发射的成像光通过所述折反射元件12A并被所述折反射元件12A转向，所述折反射元件12A转向的成像光透过所述光学透镜组13A，所述光学透镜组13A对成像光的通路进行调整与分配，并向外射出携带所述成像信息的成像光。

可选地，所述发光单元11A被实施为一芯片11A，所述芯片11A发射成像光，使得成像光通过所述折反射元件12A与所述光学透镜组13A的调节而投射出携带所述成像信息的投射光，当携带所述成像信息的投射光投影于所述成像单元20A并生成一成像画面，所述成像画面匹配所述成像单元20A的倾斜度，使得所述发光单元11A的倾斜而矫正了像面倾斜畸变，使得使用者可接收到更加良好的所述成像画面。

优选地，通过所述发光单元11A与所述光学透镜组13A的相对位置关系变化，使得成像光的通路的方向变化，以平衡畸变误差。

可选地，所述像面倾斜畸变矫正机制包括所述发光单元11A倾斜式地调节和/或所述光学元件120A采用不同的面型的所述透镜元件132A以使平衡像面误差。

值得一提的时，所述发光单元11A可适配所述成像单元20A的倾斜角度可相应地调节，经济有效地解决所述成像设备的像面倾斜畸变的问题。

可选地，所述芯片11A相对于所述光学透镜组13A调整位置，使得所述芯片11A可导通向所述光学透镜组13A投射所述调整一定投射角度的成像光，使得成像光经过所述折反射元件12A的转向、所述光学透镜组13A的扩散或者汇聚后被投射出去，使得携带所述成像信息的成像光被投射至所述成像单元20A，并可平衡所述成像单元20A倾斜而造成的畸变误差，实现了减小畸变像差，且在不改变透镜面型增加成本的情况下，很大程度上的能实现较好的成像质量。

优选地，所述折反射元件12A对成像光调向。优选地，所述折反射元件12A可被实施为一棱镜12A，成像光通过所述棱镜12A并发生折反射。

可选地，所述发光单元11A被实施为一芯片11A，所述芯片11A发射成像光，使得成像光通过所述折反射元件12A与所述光学透镜组13A的调节而被投射出携带所述成像信息的成像光，当所述投射光投影于所述成像单元20A时，使用者可直接方便地获取携带所述成像信息的成像光携带的所述成像信息。

值得一提的是，所述发光单元11A的实施方式不仅限于所述芯片，其还可以有其他的实施方式，本发明不受限制。

优选地，通过所述芯片11A与所述光学透镜组13A的相对位置关系可操作地变化，继而改变成像光的光束通路方向，以平衡畸变误差。

可选地，所述芯片11A调整一定的倾斜角度，进而调整向所述光学透镜组13A投射的成像光的光束通路方向，使得成像光经过所述折反射元件12A转向和所述光学透镜组13A扩散或者汇聚地调整，并被向外投射出去，且被投射的携带所述成像信息的成像光可平衡所述成像单元20A倾斜而造成的畸变误差，实现了减小畸变像差且在不改变透镜面型增加成本的情况下，很大程度上的能实现较好的成像质量。

优选地，通过所述发光单元11A的倾斜式的调整，使得所述投射装置10A可适配地匹配所述成像单元20A的倾斜程度，提高了所述成像设备的清晰性，更值得一提的是，所述发光单元11A可根据成像单元20A的倾斜程度可适配地调整，提高了所述成像设备的适配性。

优选地，所述折反射元件12A可被实施为一棱镜12A，成像光通过所述棱镜12A并被折反射，以使成像光被转向后沿着光束通路被辐射。优选地，转向指代的是自原来的光束通路偏移一定的角度，其可被实施为被折向或者偏向。

优选地，所述光学透镜组13A对成像光的通路进行分配与调整，并向外发射出一携带成像信息的成像光，携带所述成像信息的成像光被投影至所述成像单元20A，使得所述成像信息被使用者接收。

优选地，所述光学透镜组13A采用小焦距，增长景深，使扫描成像光斑大小均匀，成像质量较好。

优选地，所述投射装置20A包括一保护玻璃14A，所述保护玻璃14A被设置于所述发光单元11A，且所述保护玻璃14A保护所述发光单元11A受到外力等破坏，定位所述发射元件11A，以保证所述发光单元11A能够稳定地向外发射成像光。

优选地，所述发光单元11A、所述保护玻璃14A、所述折反射元件12A以及所述光学透镜组13A被依次地封装于一体，使得所述投射装置10A的厚度减小以及其安装空间变小，使得所述投射装置10A被设置于所述车辆的所述主控台时可实施性更强，减少了所述车辆的其他设备的调整。

优选地，所述发光单元11A、所述保护玻璃14A、所述折反射元件12A以及所述光学透镜组13A依次排列地被设置，使得所述发光单元11A发出的成像光通过所述折反射元件12A并发生折反射，再透过所述光学透镜组13A并被所述光学透镜组13A调整与分布，使得成像光透过所述光学透镜组13A而投射出投射光。

优选地，所述发光单元11A、所述保护玻璃14A、所述折反射元件12A以及所述光学透镜组13A轴向地排列，使得被发出的成像光可通过所述折反射元件12A，所述光学透镜组13A而从所述光学透镜组13A发出。

值得一提的是，所述发光单元11调整一定的角度时，所述保护玻璃14可适配地与之调整一定的角度，并保护所述发光单元11。

参照图5所示的第二优选实施例的应用图，本发明的所述成像设备可以被应用于一车辆，所述投射装置10A向所述车辆的前挡风玻璃投射携带所述成像信息的成像光，通过所述前挡风玻璃的反射，驾驶者接收到所述投射装置10A投射的所述成像信息，使得驾驶者可以不通过低头看机械刻度表就可以直接地接收到一行驶信息，有效地缓解了使用者在长时间匹配外面的路况信息和所述行驶信息的疲劳感，提高了驾驶者驾车的舒适感受。

优选地，所述行驶信息指的是在行驶过程中检测的信息，可以包括车速、前方的路况、导航信息、室内和/或室外温度、所述车辆的各个状态信息以及车内娱乐信息等车辆行驶过程中的各个信息。

所述投射装置10A优选地被设置于所述车辆的一总控台，所述总控台向所述投射装置10A发送所述成像信息，所述成像信息被所述投射装置10A投射的成像光携带地发射出去，且被所述成像单元20A反射。被反射的至少一部分的成像光携带的所述成像信息被驾驶者的接收，即，驾驶者接收到所述行驶信息。

优选地，所述成像单元20A被设置于驾驶者的前方，使得驾驶者平视所述成像单元20A就可以看到所述投射画面，驾驶者可平视地获取所述行驶信息，同时透过所述成像单元20A看到路况信息，使得将前方的路况与所述行驶信息可叠合地被驾驶者的眼睛接收。

值得一提的是，所述成像单元20A被实施为前挡风玻璃，由于前挡风玻璃具有一定的倾斜程度，使得所述投射装置10A通过所述像面倾斜畸变矫正机制调节成像光的光路径方向以平衡相对于所述光学单元120A的光轴倾斜的所述成像单元，进而使得成像光被矫正地投射至所述前挡风玻璃，通过所述发光单元11A的倾斜式地设置，使得成像光的光束通路可平衡倾斜的前挡风玻璃的像面畸变，以便于驾驶者可清晰明了地接收到至少一部分的被反射的成像光所携带的所述成像信息。在本发明中，光束通路指的是光被辐射的光路径。

更详而言之的是，由于驾驶者可透过前挡风玻璃看到前方的路况，使得驾驶者接收到的所述成像信息与外面的路况叠合，减少了驾驶者匹配所述成像信息和路况的思考时间，更加直观方便地获得所述成像信息携带的行使信息和前方的路况。

更优选地，所述行驶信息可包括所述车辆与前车的车距s、行驶的车速v以及导航的指向信息，投射的所述行驶信息可直接地与外面的路况相结合，使得驾驶者可直接将所述行驶信息与路况相匹配，减少了使用者在所述行驶信息与所述路况信息匹配过程中的错误，保证了使用者在使用过程中减少误差。

所述投射装置10A投射成像光，成像光被投影于所述成像单元20A并发生反射而被驾驶者接收，更进一步地所述投射光成像于所述成像单元20A，且投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，驾驶者透过所述成像单元20A往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与显示的资料融合在一起。

值得一提的是，所述成像单元20A被实施为前挡风玻璃，使得所述成像单元20A具有一定的倾斜程度，使得所申诉投射装置10A向所述成像单元20A投射的携带所述成像信息的成像光存在一定的像面倾斜畸变误差，使得驾驶者不能够很好地接收到所述成像信息，可能会危害到行车的安全，而本实施例中通过所述发光单元11A的倾斜式的调整一定的角度，使得所述投射装置10A可适配地匹配所述成像单元20A的倾斜程度，提高了所述成像设备的清晰性，更值得一提的是，所述发光单元11A可根据前挡风玻璃的倾斜程度可适配地调整，提高了所述成像设备的适配性。

值得一提的是，通过发光单元10A倾斜式地调节，可适配于其他的光学领域解决像面倾斜误差。一减少成像画面畸变误差的方法，所述减少成像画面畸变误差的方法包括以下步骤：

(1)设置一发光单元10A，其中所述发光单元10A定向地投射包括成像信息的成像光；

(2)设置一光学单元120A，其中所述光学单元120A透射成像光一改变成像光的光束路径；以及

(3)藉由所述发光单元10A具有一像面倾斜畸变矫正机制，其中所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于一成像平面相对于所述光学元件120的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(22)相对于所述光学单元120A的光轴，倾斜所述发光单元120A的发光平面。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(22)进一步地包括：

(221)调节所述发光单元10A的发光平面相对于所述光学单元120A的光轴倾斜的倾斜角度。

根据本发明的一个实施例所述的减少成像的畸变误差的方法，步骤(2)和(3)之间进一步地包括：

(4)设置一倾斜的成像平面，所述成像平面相对于所述发光单元120A的光轴倾斜。

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 (16)

1.一成像设备，其特征在于，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径；以及

一成像平面，其中所述成像平面相对于所述光学单元的光轴倾斜，且成像光被投射至所述成像平面，其中所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于所述成像平面相对于所述光学元件的光轴的倾斜而产生的像面倾斜畸变。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述光学单元包括一棱镜元件和多个透镜元件，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，多个所述透镜元件中的一个透镜元件为一自由曲面镜。

3.根据权利要求2所述的成像设备，其中所述自由曲面镜是非球面镜或者Biconic面镜。

4.根据权利要求2所述的成像设备，其中多个所述透镜元件包括所述自由曲面镜和五片其他所述透镜元件。

5.根据权利要求1所述的成像设备，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴倾斜。

6.根据权利要求5所述的成像设备，其中所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。

7.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述成像平面相对于所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的成像设备，其中所述成像设备是投影式成像设备。

9.根据权利要求8所述的成像设备，其中所述投影式成像设备是车载平视显示设备。

10.一投射装置，其特征在于，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；和

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径，且所述光学单元包括一棱镜元件和多个透镜元件，其中多个所述透镜元件包括所述自由曲面镜和五片其它的所述透镜，其中所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，多个所述透镜元件中的一个透镜元件为一自由曲面镜。

11.一投射装置，其特征在于，包括：

一发光单元，其中所述发光单元投射出包括成像信息的成像光；和

一光学单元，其中所述光学元件透射成像光以改变成像光的光路径，其中所述发光单元具有一像面倾斜畸变校正机制，其中在所述像面倾斜畸变校正机制中，所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴倾斜，且所述发光单元的发光平面相对于可调整角度，且所述光学单元的光轴的之间的倾斜为可调整的。

12.一减少成像画面畸变误差的方法，其特征在于，所述减少成像画面畸变误差的方法包括以下步骤：

(1)设置一发光单元，其中所述发光单元定向地投射包括成像信息的成像光；

(2)设置一光学单元，其中所述光学单元透射成像光并改变成像光的光束路径并将其投射至一成像平面；以及

(3)藉由所述发光单元或所述光学单元具有一像面倾斜畸变矫正机制，所述像面倾斜畸变矫正机制矫正由于所述成像平面相对于所述光学元件的光轴之间的倾斜。

13.根据权利要求12所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(21)设置所述光学单元的多片透镜元件中的一片透镜元件为一自由曲面镜，矫正像面倾斜误差。

14.根据权利要求12所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(2)进一步地包括：

(22)相对于所述光学单元的光轴，倾斜所述发光单元的发光平面。

15.根据权利要求14所述的减少成像画面畸变误差的方法，步骤(22)进一步地包括：

(221)调节所述发光单元的发光平面相对于所述光学单元的光轴之间的倾斜角度。

16.根据权利要求12至15任意一所述的减少成像的畸变误差的方法，步骤(2)和(3)之间进一步地包括：

(4)设置一倾斜的成像平面，其中所述成像平面相对于所述发光单元的光轴倾斜。

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