CN111948808A - 一种抬头显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抬头显示器，包括：主动发光像源；所述主动发光像源包括像源基板和多个光源，且所有的所述光源设置在所述像源基板上，且设置在所述像源基板的同一侧。通过本发明实施例提供的抬头显示器，通过准直元件将光源发出的光线进行准直，可以将光源发出的散射光统一朝向同一个方向，避免光源发散射出光线，从而可以提高光源出射光线的亮度；与传统主动发光像源相比，在同等亮度的要求下，本实施例提供的主动发光像源在较小的功率下即可保证足够的亮度，可以减小功耗。

Description

一种抬头显示器

技术领域

本发明涉及显示成像技术领域，具体而言，涉及一种抬头显示器。

背景技术

抬头显示(head up display，HUD)技术是利用光学反射的原理， 将车速等车辆信息投射在挡风玻璃或其他玻璃上，可以避免驾驶员在 驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，从而可以提高驾驶安全系数， 同时也能带来更好的驾驶体验。

现有挡风玻璃显像HUD的像源，多数为液晶显示器(liquid crystal display，LCD)。若HUD采用传统的LCD像源，HUD在挡风玻璃上 显示成像的亮度较低，一般通过提高LCD像源的亮度来保证HUD在 挡风玻璃上显示成像的亮度，这样不仅导致像源的功耗较高，且发热 量较大，增加对HUD的散热要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种抬头显示器。

本发明实施例提供了一种抬头显示器，包括：主动发光像源；

所述主动发光像源包括像源基板和多个光源，且所有的所述光源 设置在所述像源基板上，且设置在所述像源基板的同一侧；

所述光源的外形为圆形，且多个光源紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为矩形，且多个光源完全紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为六边形，且多个光源完全紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为八边形，且多个光源紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为圆形或八边形，多个光源紧密堆积排列，且四 个所述光源之间的空隙中额外设置大小与所述空隙相匹配的子光源； 或者

多个所述光源按照第一畸变形态排布，所述第一畸变形态与挡风 玻璃的第二畸变形态呈相反且对应的关系。

本发明实施例上述提供的方案中，通过准直元件将光源发出的光 线进行准直，可以将光源发出的散射光统一朝向同一个方向，避免光 源发散射出光线，从而可以提高光源出射光线的亮度；与传统主动发 光像源相比，在同等亮度的要求下，本实施例提供的主动发光像源在 较小的功率下即可保证足够的亮度，可以减小功耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中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示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第一结构示意 图；

图2示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第二结构示意 图；

图3示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第三结构示意 图；

图4示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第四结构示意 图；

图5示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第五结构示意 图；

图6示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第六结构示意 图；

图7示出了本发明实施例所提供的主动发光像源的第七结构示意 图；

图8示出了本发明实施例所提供的3D主动发光像源的第一结构 示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的3D主动发光像源的第二结构 示意图；

图10a示出了本发明实施例所提供的主动发光像源中光源的第一 排布示意图；

图10b示出了本发明实施例所提供的主动发光像源中光源的第二 排布示意图；

图10c示出了本发明实施例所提供的主动发光像源中光源的第三 排布示意图；

图10d示出了本发明实施例所提供的主动发光像源中光源的第四 排布示意图；

图11示出了本发明实施例所提供的抬头显示器的第一结构示意 图；

图12示出了本发明实施例所提供的传统像源的成像示意图；

图13示出了本发明实施例所提供的主动发光像源消除畸变的第 一成像示意图；

图14示出了本发明实施例所提供的主动发光像源消除畸变的第 二成像示意图；

图15示出了本发明实施例所提供的抬头显示器在挡风玻璃上成 像时的示意图；

图16示出了本发明实施例所提供的抬头显示器的第二结构示意 图。

附图标记：104-光源、105-光线聚集元件、106-弥散元件、107- 准直元件、108-方向控制元件、110-光线阻隔元件、1061-光斑、1062- 聚焦位置、1081-内凹的基板、1082透镜、100-光线控制装置、202- 阻挡层、203-柱状透镜层、701-挡风玻璃、800-主动发光像源、810- 像源基板、801-传统像源、910-反光镜、920-曲面镜。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本 发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指 示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此， 限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更 多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连 接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例中，利用主动发光像源比被动发光像源(比如液晶 显示器等)光效高的特点，保证成像亮度。此外，现有的主动发光像 源一般只是将光源按照某种规则进行排列，通过规则排列光源，可以 在表面生成特定的图像。比如顺序排列的LED阵列，利用可以发出不 同亮度的LED阵列，可以形成灰度图像；若LED为彩色LED，其可 以发出红光、绿光或蓝光，则通过控制LED的通断以及发光亮度，可 以形成彩色图像。传统的主动发光像源相比被动发光像源相比虽然提 高了光线利用率，但是主动发光像源仍然具有较大的观察角度，仍然 一定程度造成了光线浪费。本实施例提供一种主动发光像源，参见图 1所示，该主动发光像源包括：光线控制装置100和多个光源104；多 个光源104分布设置在不同的位置；光线控制装置100包括准直元件 107。所述准直元件107覆盖一个或多个光源104，用于对覆盖的光源 104发出的光线进行准直并射出。

本实施例中，准直元件107用于将光线的出射方向调整至预设角 度范围内，图1中以一个光源设置一个准直元件107为例说明。其中 的光源104具体可以是LED，每个LED表面设置一个准直元件107， 将LED发出的扩散光线进行准直，使得LED发出的大部分光线朝向同一个方向。

可选的，准直元件107可以为准直准直透镜或准直膜；该准直透 镜包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合(比如凸透镜与凹透镜的组合， 菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一种或多种。具体的，该准直元 件107可以为凸透镜，则光源104可以设置在凸透镜的焦距处，即凸 透镜与光源位置之间的距离为凸透镜的焦距，以使得光源104发出的 不同方向的光线经准直元件107后可以平行射出。或者，该准直元件 107可以为准直膜，比如BEF膜(Brightness Enhancement Film，增亮 薄膜)，用于将光线的出射方向调整至预设角度范围内，例如将光线聚 集在准直膜法线的±35°的角度范围内。

其中，光源104具体可以为电致发光器件，比如发光二极管(Light EmittingDiode,LED)、白炽灯、激光、量子点光源等，具体的，比如 有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、迷你发光二 极管(Mini LED)、微发光二极管(Micro LED)冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、电致发光显示器(Electroluminescent Display,ELD)、LED冷光源(Cold LED Light，CLL)、电激发光(Electro Luminescent，EL)、电子发射(Field Emission Display，FED)、卤钨灯、金属卤化物灯等。

本实施例提供的一种主动发光像源，通过准直元件将光源发出的 光线进行准直，可以将光源发出的散射光统一朝向同一个方向，避免 光源发散射出光线，从而可以提高光源出射光线的亮度；与传统主动 发光像源相比，在同等亮度的要求下，本实施例提供的主动发光像源 在较小的功率下即可保证足够的亮度，可以减小功耗。

在上述实施例的基础上，为了进一步提高主动发光像源的亮度， 本实施例提供的主动发光像源的光线控制装置100还包括光线聚集元 件105。参见图2所示，

所述光线聚集元件105设置在所述准直元件107远离所述光源 104的一侧，用于对所有的所述光源104发出的光线进行汇聚，将光 线汇聚到同一个位置，即图2中的预设位置1062。如图2所示，光线 聚集元件105可以对应设置多个准直元件107。

可选的，为了实现光线汇聚，除了利用该汇聚元件105中，还可 以通过调整每个光源主光轴的朝向实现光源光线的汇聚。参见图3所 示，所述光线控制装置100还包括方向控制元件108；

所述方向控制元件108对应一个或多个光源104，用于调整所对 应的光源104的主光轴朝向，将所对应的不同位置的光源104发出的 光线进行汇聚；如图3所示，将光源104发出的光线汇聚到预设位置 1062。

本实施例中，通过多个方向控制元件108实现对光源104发出的 光线的汇聚。具体的，参见图3所示，不同位置均设置有光源104， 图3中以设置7个光源104为例说明；相应的，设置7个方向控制元 件108，控制光源104发出光线的方向。如图3所示，方向控制元件 108将多个光源104发出的光线汇聚至预设位置1062处。其中，图3 中以1062为一个点位置为例说明，本实施例中的预设位置1062也可 以为一个很小的区域，即只需要将光源104发出的光线汇聚至该区域 内即可。具体的，通过设置不同位置的方向控制元件108的朝向来调 整光源104发出光线的方向，即调整光源的主光轴朝向，从而实现光 线汇聚。

可选的，参见图4所示，方向控制元件为内凹的基板1081，所述 光源104设置在所述基板1081的内凹面上，且所述光源104所在的平 面与所述基板1081的内凹面相切。通过设置基板1081的形状，也可 以调整光源104的主光轴方向，进而实现汇聚功能。

可选的，参见图5所示，方向控制元件108为设有倾斜角度的透 镜1082，所述透镜1082的主光轴朝向所述预设位置1062。利用透镜 1082的朝向实现对光源104的主光轴的调整。

在上述实施例的基础上，当采用光线聚集元件105或方向控制元 件108实现汇聚时，主动发光像源的成像亮度虽然很高，但是成像较 小，且观看范围较小，不适合多人观看。本实施例中，该光线控制装 置100还包括弥散元件106。参见图6或图7所示，弥散元件106设 置在光线聚集元件105远离光源104的一侧、或者方向控制元件108 远离光源104的一侧，弥散元件106用于将光源104发出的光线弥散 开、并形成光斑1061。

以图7为例说明，本实施例中，通过多个方向控制元件108实现 对光源104发出的光线的汇聚。具体的，参见图7所示，不同位置均 设置有光源104，图7中以设置7个光源104为例说明；相应的，设 置7个方向控制元件108，控制光源104发出光线的方向。如图7所 示，在不存在弥散元件106时，方向控制元件108将多个光源104发 出的光线汇聚至预设位置1062处。其中，图7中以1062为一个点位 置为例说明，本实施例中的预设位置1062也可以为一个很小的区域， 即只需要将光源104发出的光线汇聚至该区域内即可。具体的，通过 设置不同位置的方向控制元件108的朝向来调整光源104发出光线的 方向，从而实现光线汇聚。

同时，若只是将不同位置的光线汇聚至很小范围的预设位置1062 处，该主动发光像源只能在很小范围内成像，不方便观察者观看像源 所成的像。本实施例中通过弥散元件106将光弥散开，并形成预设形 状的、成像范围更大的光斑1061，从而方便观察者在大范围内观看像 源成像。具体的，以图7中最左侧的方向控制元件108为例说明，如 图7所示，在不存在弥散元件106时，最左侧的光源104发出的光线 A可以沿着光路a射向预设位置1062；当在方向控制元件108外部设 置弥散元件106后，弥散元件106将光线A分散成多个光线(包括光 线A1、光线A2等)并分散至一个范围内，即光斑1061，方便观察者 在光斑1061的范围内均可以查看该主动发光像源的成像。

可选的，弥散元件106包括但不限于衍射光学元件(Diffractive OpticalElements,DOE)，例如光束整形片(Beam Shaper)，光线经过 衍射光学元件之后，会弥散开来并且形成一个特定几何形状的光斑， 光斑的大小和形状由衍射光学元件的微观结构所决定。光斑形状包括 但不限于圆形、椭圆形、正方形、长方形、蝙蝠翼形状。弥散后的光 斑在侧视方向的弥散角可以为10度，优选为5度；在正视方向的弥散 角可以为50度，优选为30度。

其中，方向控制元件108的数量为多个，不同的方向控制元件108 设置在不同的位置，用于调整不同位置的光源所发出光线的出射方向， 且不同位置的光源发出的光线的出射方向均指向同一个预设位置。如 图7所示，图7中的方向控制元件108的数量为7个。其中，一个方 向控制元件108可以调整一个光源104发出的光线，也可以调整多个 光源104发出的光线，本实施例对此不做限定。

本领域技术人员可以理解，图7中对弥散元件106的弥散作用只 是示意性说明，弥散元件106可以将光线弥散至光斑1061范围内，并 不是将光源104发出的光线完全限制在光斑1061内。即光线A经弥 散元件106后可能可以形成更大范围的光斑，其他光源104发出的光 线经弥散元件106可形成其他光斑，但是所有光源104发出的光线均 可以到达光斑1061。

本实施例提供的一种主动发光像源，通过方向控制元件将不同位 置的光线汇聚至同一个位置，可以提高光线亮度；同时，通过弥散元 件将光线弥散开，从而可以形成预设形状的光斑，方便后续在光斑范 围内成像，从而在提高光线亮度的同时，还可以扩大成像范围。

在上述实施例的基础上，方向控制元件108用于调整一个或多个 光源104发出的光线的出射方向。

方向控制元件108所在平面上的点(x,y,z)满足以下方程：

(x_p-x₀)(x-x₀)+(y_p-y₀)(y-y₀)+(z_p-z₀)(z-z₀)＝0；

其中，x_p,y_p,z_p分别表示预设位置1062的x轴坐标、y轴坐标和 z轴坐标，x₀,y₀,z₀分别表示方向控制元件108所在平面上的一个已知 点的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

本实施例中，方向控制元件108所在的平面指的是当方向控制元 件108用于调整多个光源104发出的光线的出射方向时，多个光源104 的排列平面。即，光线的出射方向垂直于该方向控制元件108所在平 面。若光线朝向的预设位置1062设为点P，其坐标为(x_p,y_p,z_p)；而 该方向控制元件108所在平面上的一个已知点M₀的坐标为(x₀,y₀,z₀)， 则光线的出射方向对应的向量为：

为方向控制元件108所在平面的法向量，而(x₀,y₀,z₀)是该平 面上的一个点，根据点法式方程可知，方向控制元件108所在平面上 的点(x,y,z)满足以下方程：

(x_p-x₀)(x-x₀)+(y_p-y₀)(y-y₀)+(z_p-z₀)(z-z₀)＝0。

同时，为了保证主动发光像源的汇聚效果，方向控制元件108的 尺寸需要尽量小，方向控制元件108的尺寸具体可根据实际需求而定。 其中，方向控制元件108所在平面上的点(x,y,z)满足如下的取值范围：

其中的x₁,x₂,y₁,y₂,z₁,z₂是根据每个方向控制元件108 所在位置而确定的数值，且不同的方向控制元件108所对应的 x₁,x₂,y₁,y₂,z₁,z₂的数值不完全相同；或者，

方向控制元件108所在平面上的点(x,y,z)满足如下的取值范围：

其中的Δx₁,Δx₂,Δy₁,Δy₂,Δz₁,Δz₂是基于方向控制元件108的尺寸大小而确定的数值。

在上述实施例的基础上，光线控制装置100还包括光线阻隔元件； 光线阻隔元件设置在光线控制装置的最外侧，比如设置在弥散元件 106远离光源104的一侧，光线阻隔元件用于限制主动发光像源的出 射光线的出射角度。

具体的，光线阻隔元件通过凸起的栅栏阵列，来物理阻挡光线在 某些方向的传播。通过设计栅栏的高度和宽度，可以限制观测者可看 到光线的角度。本实施例中的主动发光像源，其光线阻隔元件可以直 接设置在弥散元件106的外侧。

在上述实施例的基础上，方向控制元件108还包括反射元件；反 射元件包括灯杯；灯杯为由反光面围成的中空壳体，且灯杯的开口方 向朝向准直元件107；灯杯远离开口的尾端用于设置光源104。

在上述实施例的基础上，参见图8所示，该主动发光像源还包括： 阻挡层202，阻挡层202设置在准直元件107远离光源104的一侧， 且阻挡层202与准直元件107之间设有预设距离；阻挡层202包括多 个间隔设置的阻挡单元。

在图8中，以主动发光像源包含6个光源104、阻挡层202包含 5个阻挡单元为例说明；其中，一个光源104对应成像的一个像素单 元。如图所示，由于阻挡层202与光源104之间存在间隔，由于阻挡 层202可以阻挡光线，故光源104中的部分(R1、R2、R3)发出的光 线不能到达左眼位置，故左眼只能观看到像素单元L1、L2、L3发出 的光线；同理，右眼只能观看到像素单元R1、R2、R3发出的光线。 因此，阻挡层202可以将所有的光源104分为两部分，一部分光源104 发出的光线只能到达左眼位置，比如L1、L2、L3；而另一部分光源 104发出的光线只能到达右眼位置，比如R1、R2、R3。在显示成像时， 通过不同的光源104显示具有视差的两种图像，从而使得左眼观看的 图像和右眼观看的图像存在视差，进而实现3D成像。

其中，阻挡层202中每个阻挡单元的大小、以及阻挡单元之间的 位置是经过精密计算后特殊设计，进而在特定位置可以成像。该方式 不需要观察者佩戴特殊眼睛即可观看3D图像，但是需要观察者在特 定的位置才能观看到比较好的3D成像效果。

可选的，阻挡层202的阻挡单元为液晶。当阻挡层202的液晶工 作时，液晶可以使得光线透过；当液晶不工作时，液晶相当于不透光 的挡板，也可以实现阻挡单元阻挡光线的效果。具体的，当观察者需 要观看2D图像时，阻挡层202的液晶工作，此时的主动发光像源正 常显示2D图像。当观察者需要观看3D图像时，阻挡层202的液晶不 工作，主动发光像源不同像素(即不同的光源104)显示具有视差的 图像，使得观察者在特定位置可以观看到3D图像。

或者，该阻挡层202可以是完整的液晶，即阻挡层202整体式的 液晶，阻挡层202在结构上不分为多个阻挡单元，但是通过控制该阻 挡层202液晶的工作状态，可以形成多个间隔设置的阻挡单元；即， 可以确定该阻挡层的哪一部分是需要阻挡光线的(相当于阻挡单元)， 哪一部分是需要透过光线的，此时也可以实现阻挡光线的作用。此外， 可以结合人眼位置来控制阻挡层202中液晶的工作状态，使得阻挡层 202可以跟随人眼的位置实时调整哪些液晶单元是不工作的(即阻挡 光线)，哪些液晶单元是需要透光的(即相当于不存在阻挡单元)，从 而使得观察者可以在任意位置观看到3D图像，解决了固定阻挡层202 的阻挡单元后观察者只能在特定位置才可以观看3D图像。

在上述实施例的基础上，参见图9所示，该主动发光像源还包括： 柱状透镜层203，柱状透镜层203设置在准直元件107远离光源104 的一侧；

柱状透镜层包括多个竖直设置的柱状透镜，且每个柱状透镜至少 覆盖两个不同列的光源104；柱状透镜用于将一列的光源104发出的 光线射向第一位置、将另一列的光源104发出的光线射向第二位置。

本实施例中，通过柱状透镜将不同列的光源104发出的光线折射 至不同的位置，从而可以实现3D成像。具体的，参见图9所示，图9 为一种俯视图，在垂直方向上，主动发光像源包含12列光源，每一列 光源包含一个或多个光源(即一列光源可以包含一个或多个LED)； 为简化说明，本实施例以每一列包含1个光源104为例。其中，柱状 透镜层203包含6个柱状透镜，每个柱状透镜覆盖两列光源104；如 图9所示，最上面的柱状透镜覆盖光源R1和L1。基于柱状透镜的折 射特性，通过设置柱状透镜的曲面，可以使得一列光源发出的光线经 过柱状透镜后射向第一位置，比如光源R1发出的光线射向右眼位置； 同时使得另一列光源发出的光线经过柱状透镜后射向第二位置，比如 光源L1发出的光线射向左眼位置。通过精确设置柱状透镜的形状， 可以使得主动发光像源的所有光源分为两组，一组光源发出的光线射 向某个位置，并使得另一组光源发出的光线射向另外一个位置。即， 如图9所示，光源R1、R2、R3、R4、R5、R6等发出的光线可以汇聚 至右眼位置，光源L1、L2、L3、L4、L5、L6等发出的光线可以汇聚 至左眼位置，进而在两组不同的光源显示具有视差的图像时可以使得 观察者在特定位置观看到3D图像。

可选的，本实施例中，所有的光源104采用紧密堆积的方式排列， 以提高主动发光像源成像的分辨率。具体的，参见图10a所示，光源 104的外形为圆形，且多个光源104紧密堆积排列；图10a中，所有 的光源104均设置在像源基板810上。图10a中示出了两种圆形光源 的紧密堆积的排列方式，且图10a中的虚线(以及下述图10b和图10d 中的虚线)只是用于区分两种紧密堆积方式，无实际意义。其中，本 实施例中的“光源的外形”指的是沿着光源发出光线的方向所观察到 的光源的形状。

由于光源104一般为点光源，故采用圆形的光源104可以最高效 地利用光源104所发出的光线，提高光线利用率；但是，在紧密排列 圆形的光源104时，两个光源104之间一定存在缝隙，从而降低了空 间利用率。为了均衡光线利用率和空间利用率，光源104可以采用完 全紧密堆积的方式排列，本实施例中的“完全紧密堆积”指的是紧密 堆积后，光源104之间可以不存在空隙。当光源104为矩形或六边形 (优选为正六边形)时，可以实现完全紧密堆积排列。参见图10b所 示，光源104的外形为矩形，且多个光源104完全紧密堆积排列；图10b示出了矩形光源的两种紧密堆积方式。或者，参见图10c所示， 光源104的外形为六边形，且多个光源104完全紧密堆积排列。

其中；正六边形排列方式虽然提高了空间利用率，但是也稍微降 低了光线利用率。可选的，光源104的外形为八边形(优选为正八边 形)，且多个光源104紧密堆积排列，如图10d所示。进一步的，由于 八边形不能实现完全紧密堆积，在空隙之间可以再利用小的光源填充。 具体的，如图10d所示，四个光源104之间的空隙中额外设置大小与 空隙相匹配的子光源1045。其中，子光源1045可以为任意形状，图 10d中以子光源1045也为八边形为例说明。由于八边形比六边形更接 近圆形，故光线利用率更高，相比于圆形排列的阵列也具有较高的空 间利用率。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种抬头显示器 (HUD)，该抬头显示器的像源为主动发光像源。

具体的，参见图11所示，该抬头显示器的主动发光像源800包括 像源基板810和多个光源104，且所有的光源104设置在像源基板810 上，且设置在像源基板810的同一侧。如图11所示，所有的光源104 均设置在像源基板810的上方一侧。

传统的HUD一般采用被动发光像源，由于被动发光像源的光线 一定需要经过一层液晶，导致被动发光像源的亮度较低，为保证HUD 的成像亮度，需要为HUD提供较大的功率。本实施例中的HUD采用 主动发光像源，成像时不需要透过液晶层，从而可以极大提高光源的 效率，降低对功耗的需求。同时，主动发光像源不需要布设液晶层等， 可以减少制造工艺的工序，简化制作流程。可选的，该像源为如上提 供的任一种主动发光像源。

此外，参见图10a至图10d所示，光源104的外形为圆形，且多 个光源104紧密堆积排列；或者

光源104的外形为矩形，且多个光源104完全紧密堆积排列；或 者

光源104的外形为六边形，且多个光源104完全紧密堆积排列； 或者

光源104的外形为八边形，且多个光源104紧密堆积排列；或者

光源104的外形为圆形或八边形，多个光源104紧密堆积排列， 且四个光源104之间的空隙中额外设置大小与空隙相匹配的子光源 104。

具体的，参见图10a所示，光源104的外形为圆形，且多个光源 104紧密堆积排列；图10a中，所有的光源104均设置在像源基板810 上。图10a中示出了两种圆形光源的紧密堆积的排列方式，且图10a 中的虚线(以及下述图10b和图10d中的虚线)只是用于区分两种紧密堆积方式，无实际意义。其中，本实施例中的“光源的外形”指的 是沿着光源发出光线的方向所观察到的光源的形状。

由于光源104一般为点光源，故采用圆形的光源104可以最高效 地利用光源104所发出的光线，提高光线利用率；但是，在紧密排列 圆形的光源104时，两个光源104之间一定存在缝隙，从而降低了空 间利用率。为了均衡光线利用率和空间利用率，光源104可以采用完 全紧密堆积的方式排列，本实施例中的“完全紧密堆积”指的是紧密 堆积后，光源104之间可以不存在空隙。当光源104为矩形或六边形 (优选为正六边形)时，可以实现完全紧密堆积排列。参见图10b所 示，光源104的外形为矩形，且多个光源104完全紧密堆积排列；图10b示出了矩形光源的两种紧密堆积方式。或者，参见图10c所示， 光源104的外形为六边形，且多个光源104完全紧密堆积排列。

其中；正六边形排列方式虽然提高了空间利用率，但是也稍微降 低了光线利用率。可选的，光源104的外形为八边形(优选为正八边 形)，且多个光源104紧密堆积排列，如图10d所示。进一步的，由于 八边形不能实现完全紧密堆积，在空隙之间可以再利用小的光源填充。 具体的，如图10d所示，四个光源104之间的空隙中额外设置大小与 空隙相匹配的子光源1045。其中，子光源1045可以为任意形状，图 10d中以子光源1045也为八边形为例说明。由于八边形比六边形更接 近圆形，故光线利用率更高，相比于圆形排列的阵列也具有较高的空 间利用率。

可选的，HUD应用在载人工具(比如汽车)上时，一般借助载人 工具上的挡风玻璃实现成像；而由于挡风玻璃并不是平面的，其具有 一定的弧度，直接借助挡风玻璃成像会存在畸变的问题。本发明实施 例中，主动发光像源的光源104按照第一畸变形态排布，该第一畸变 形态与挡风玻璃的第二畸变形态呈相反且对应的关系。

具体参见图12和图13所示，采用传统像源801在挡风玻璃701 上成像时，传统像源801可以在挡风玻璃701上成一个虚像，但是由 于挡风玻璃具有第二畸变形态，故该虚像是畸变的像，图12中挡风玻 璃701上的网格图形表示畸变的虚像。本发明实施例中，根据挡风玻 璃701的第二畸变形态来确定与其呈对应且相反关系的第一畸变形态， 并按照第一畸变形态排布主动发光像源800中的光源104，例如排布 主动发光像源800的每个LED等，以消除挡风玻璃带来的畸变。具体 参见图13所示，本实施例中的主动发光像源800中的光源104按照第 一畸变形态来排布(图13中，主动发光像源800中的每个网格表示一 个光源104)，从而在挡风玻璃701上可以形成不存在畸变的虚像，图 13中挡风玻璃701上的网格图形表示不存在畸变的虚像。

可选的，当主动发光像源800中的光源104按照正常排列方式规 则排布时，例如按照图10a至图10d中的一种排列方式排列，可以将 主动发光像源800本身发出的图像设为具有第一畸变形态的图像，从 而在挡风玻璃701上也可以形成不存在畸变的虚像，具体参见图14 所示。

本实施例中，通过对主动发光像源的光源按照特定排列方式进行 排列，可以消除因有弧度的挡风玻璃造成的成像畸变，使得HUD在 挡风玻璃上的成像更加规则。

在上述实施例的基础上，主动发光像源800还包括光线阻隔元件110；通过光线阻隔元件110可以避免驾驶者直接观看到抬头显示器的 屏幕。其中，参见图15所示，光线阻隔元件110包括多个设有预设高 度的光线阻隔栅栏，且光线阻隔栅栏的高度方向朝向挡风玻璃。

具体的，光线阻隔元件110包括多个设有预设高度的光线阻隔栅 栏，通过多个凸起的光线阻隔栅栏形成栅栏阵列，来物理阻挡光线在 某些方向的传播。通过设计光线阻隔栅栏的高度和宽度，可以限制观 测者可看到光线的角度。光线阻隔栅栏的原理具体可参见图15所示。

参见图15所示，光线阻隔元件110的光线阻隔栅栏的高度方向朝 向挡风玻璃701。其中，光线阻隔栅栏的高度方向指的是光线阻隔元 件从光源104一侧到主动发光像源800外部的方向，也是主动发光像 源800出射光的方向；图15中以小矩形表示光线阻隔栅栏，该矩形的 长度方向即为上述的“光线阻隔栅栏的高度方向”。抬头显示器工作时， 其在屏幕表面会形成实像、且通过挡风玻璃701还会形成虚像，由于 设置了光线阻隔元件110，驾驶员的眼睛eye-4不能看到抬头显示器屏 幕上的实像，只能通过挡风玻璃701观看到抬头显示器所成的虚像； 即从用户所在的位置不能直接观看到抬头显示器的屏幕，从而在用户驾驶车辆时，可以避免因抬头显示器屏幕成实像时的亮度影响用户的 视野，或者对用户造成眩晕，可以提高驾驶时的安全性。

在上述实施例的基础上，参见图16所示，该抬头显示器还包括： 反光镜910和曲面镜920；曲面镜920具有内凹的反光面。

其中，反光镜910设置在主动发光像源800的出射光线的出射路 径上，反光镜910用于将主动发光像源发出的光线反射至曲面镜920； 曲面镜920用于将反光镜910发出的光线反射至成像区域。参见图16 所示，曲面镜920将光线反射至挡风玻璃701处，进而在挡风玻璃701 外侧形成虚像，供驾驶员观看。同时，曲面镜920内凹的反光面可以 扩大主动发光像源800的成像区域，即使主动发光像源800的屏幕不 大，也可以使得抬头显示器在挡风玻璃较大区域内成像。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种抬头显示器，其特征在于，包括：主动发光像源；

所述主动发光像源包括像源基板和多个光源，且所有的所述光源设置在所述像源基板上，且设置在所述像源基板的同一侧；

所述光源的外形为圆形，且多个光源紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为矩形，且多个光源完全紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为六边形，且多个光源完全紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为八边形，且多个光源紧密堆积排列；或者

所述光源的外形为圆形或八边形，多个光源紧密堆积排列，且四个所述光源之间的空隙中额外设置大小与所述空隙相匹配的子光源；或者

多个所述光源按照第一畸变形态排布，所述第一畸变形态与挡风玻璃的第二畸变形态呈相反且对应的关系。

2.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述主动发光像源，包括：光线控制装置和多个光源；多个所述光源分布设置在不同的位置；所述光线控制装置包括准直元件；

所述准直元件覆盖一个或多个光源，用于对覆盖的光源发出的光线进行准直并射出。

3.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述光线控制装置还包括光线聚集元件；

所述光线聚集元件设置在所述准直元件远离所述光源的一侧，用于对所有的所述光源发出的光线进行汇聚。

4.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述光线控制装置还包括方向控制元件；

所述方向控制元件对应一个或多个光源，用于调整所对应的光源的主光轴朝向，将所对应的不同位置的光源发出的光线进行汇聚。

5.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述方向控制元件的数量为多个，且不同的方向控制元件设置在不同的位置，用于调整不同位置的光源发出的光线的出射方向，且不同位置的光源发出的光线的出射方向均指向同一个预设位置。

6.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述方向控制元件用于调整一个或多个光源发出的光线的出射方向；

所述方向控制元件所在平面上的点(x,y,z)满足以下方程：

(x_p-x₀)(x-x₀)+(y_p-y₀)(y-y₀)+(z_p-z₀)(z-z₀)＝0；

其中，x_p,y_p,z_p分别表示所述预设位置的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，x₀,y₀,z₀分别表示所述方向控制元件所在平面上的一个已知点的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

7.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述方向控制元件为内凹的基板，所述光源设置在所述基板的内凹面上，且所述光源所在的平面与所述基板的内凹面相切；或者

所述方向控制元件为设有倾斜角度的透镜，所述透镜的主光轴朝向所述预设位置。

8.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述方向控制元件还包括反射元件；

所述反射元件包括灯杯；所述灯杯为由反光面围成的中空壳体，且所述灯杯的开口方向朝向所述准直元件；所述灯杯远离开口的尾端用于设置光源。

9.根据权利要求3-8任一所述的抬头显示器，其特征在于，所述光线控制装置还包括弥散元件；

所述弥散元件设置在所述光线聚集元件远离所述光源的一侧、或者所述方向控制元件远离所述光源的一侧，所述弥散元件用于将所述光源发出的光线弥散开、并形成光斑。

10.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述主动发光像源还包括：阻挡层，所述阻挡层设置在所述准直元件远离所述光源的一侧，且所述阻挡层与所述准直元件之间设有预设距离；

所述阻挡层包括多个间隔设置的阻挡单元。

11.根据权利要求10所述的抬头显示器，其特征在于，所述阻挡单元为液晶；或者

所述阻挡层是整体式液晶，通过控制所述整体式液晶的液晶单元的工作状态，形成多个间隔设置的阻挡单元。

12.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述主动发光像源还包括：柱状透镜层，所述柱状透镜层设置在所述准直元件远离所述光源的一侧；

所述柱状透镜层包括多个竖直设置的柱状透镜，且每个柱状透镜至少覆盖两个不同列的光源；所述柱状透镜用于将一列的光源发出的光线射向第一位置、将另一列的光源发出的光线射向第二位置。

13.根据权利要求2-12任一所述的抬头显示器，其特征在于，所述光线控制装置还包括光线阻隔元件；

所述光线阻隔元件设置在所述光线控制装置的最外侧，所述光线阻隔元件用于限制所述抬头显示器的出射光线的出射角度。

14.根据权利要求13所述的抬头显示器，其特征在于，所述光线阻隔元件包括多个设有预设高度的光线阻隔栅栏，且所述光线阻隔栅栏的高度方向朝向挡风玻璃。

15.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，还包括：反光镜和曲面镜；所述曲面镜具有内凹的反光面；

所述反光镜设置在所述主动发光像源的出射光线的出射路径上，所述反光镜用于将所述主动发光像源发出的光线反射至所述曲面镜；

所述曲面镜用于将所述反光镜发出的光线反射至成像区域。

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