CN113433693A - 一种显示系统、车载抬头显示器和车辆 - Google Patents

一种显示系统、车载抬头显示器和车辆 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种显示系统、车载抬头显示器和车辆。本发明实施例提供一种显示系统、车载抬头显示器和车辆，包括：微投影光机、散射单元和镜片组，其中，微投影光机用于提供带有图像信息的光线；散射单元设于微投影光机的出光侧、用于散射光线以及形成图像；镜片组与散射单元沿第一光轴设置，设于散射单元的出光侧，第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，镜片组用于对光线进行折叠。在该显示系统中，由于第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，当阳光倒灌时，阳光经过镜片组到达散射单元后，会被散射单元反射，反射后的阳光不会进入到镜片组中参与成像，保证图像对比度。

Description

一种显示系统、车载抬头显示器和车辆
技术领域
本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种显示系统、车载抬头显示器和车辆。
背景技术
随着车载电子系统的发展，抬头显示系统(HeadUpDisplay，HUD)可以保证驾驶员在视线不离开周围环境的前提下看到车速、导航等诸多的行车信息，引起了众多厂商及消费者的兴趣。近年提出的增强现实抬头显示系统(AR-HUD)把车道指示与偏离预警、自适应巡航、实景导航、先进驾驶辅助系统、障碍物提示、甚至各种娱乐、内实时综合信息显示等功能加入到HUD模块中，实现虚拟图像与外界行车环境的完全融合。
为了便于使驾驶员获得投影信息，HUD投影图像需要高对比度，无杂散光。现有微投影技术主要是通过一张具有散射功能的膜材进行成像，而当阳光倒灌时，散射膜会反向散射形成杂散光，造成图像对比度急剧下降，图像呈现明显的白底，严重影响驾驶的安全性。
发明内容
本发明实施例提供一种显示系统、车载抬头显示器和车辆，能够在阳光倒灌时、保证图像对比度。
第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种显示系统，包括：
微投影光机，用于提供带有图像信息的光线；
散射单元，设于所述微投影光机的出光侧，用于散射所述光线、以及形成图像；
镜片组，与所述散射单元沿第一光轴设置，设于所述散射单元的出光侧，所述第一光轴与所述散射单元的法线不在同一直线上，所述镜片组用于对所述光线进行折叠。
在一些实施例中，所述散射单元还用于使所述光线发生偏转。
在一些实施例中，所述散射单元具有第一面和第二面；
所述第一面为微棱镜阵列面，所述第二面贴设有散射膜，所述散射单元的法线为所述第二面的表面法线；
所述第一面靠近所述微投影光机设置，所述第二面靠近所述镜片组设置，或者，所述第一面靠近所述镜片组设置，所述第二面靠近所述微投影光机设置。
在一些实施例中，所述光线散射前后的偏转角度满足以下关系式：
sinθi＝n*sin(θi-δ)；
γ＝β+θi；
其中，γ为所述微棱镜阵列面中微棱镜的倾斜角度，β为散射前的光线与所述第二面的表面法线之间的角度，θi为所述散射前的光线在所述第一面的入射角度，n为所述散射单元的折射率，δ为所述光线散射前后的偏转角度。
在一些实施例中，所述镜片组包括第一反射镜和第二反射镜；
所述第一反射镜沿所述第一光轴设于所述散射单元的出光侧，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的出光侧。
在一些实施例中，所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述第二反射镜为凹面反射镜。
在一些实施例中，所述微投影光机为LCOS、DMD、MEMS、DLP、miniLED或者是LCD。
在一些实施例中，所述显示系统还包括挡风玻璃；
所述挡风玻璃设于所述镜片组的出光侧，所述挡风玻璃用于将所述光线反射至人眼。
第二方面，本发明实施例还提供一种车载抬头显示器，包括如上述第一方面任意一项所述的显示系统。
第三方面，本发明实施例还提供一种车辆，包括如第二方面所述的车载抬头显示器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种显示系统、车载抬头显示器和车辆，包括：微投影光机、散射单元和镜片组，其中，微投影光机用于提供带有图像信息的光线；散射单元设于微投影光机的出光侧、用于散射光线以及形成图像；镜片组与散射单元沿第一光轴设置，设于散射单元的出光侧，第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，镜片组用于对光线进行折叠。在该显示系统中，由于第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，当阳光倒灌时，阳光经过镜片组到达散射单元后，会被散射单元反射，反射后的阳光不会进入到镜片组中参与成像，保证图像对比度。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种显示系统的结构框图示意图；
图2是本发明实施例提供的一种显示系统的结构示意图；
图3是图2的光路示意图；
图4是当微投影光机出射的光线的光轴与散射单元的法线处于同一直线时的光路示意图；
图5当微投影光机出射的光线的光轴与散射单元的法线不处于同一直线时的光路示意图；
图6是本发明实施例提供的一种散射单元的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种显示系统的结构示意图；
图8是图2的局部放大示意图；
图9是图2的另一局部放大示意图；
图10是图2在阳光倒灌时的光路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
第一方面，本发明实施例提供一种显示系统，请参阅图1，该显示系统包括：微投影光机1、散射单元2和镜片组3。其中，微投影光机1用于提供带有图像信息的光线；散射单元2设于微投影光机1的出光侧，散射单元2用于散射所述光线、以及形成图像；镜片组3与散射单元2沿第一光轴设置，且镜片组3设于散射单元2的出光侧，第一光轴与散射单元2的法线不在同一直线上，镜片组3用于对所述光线进行光路折叠。
在该显示系统中，微投影光机1提供的带有图像信息光线经过散射单元2散射后、形成图像，并且光线经过镜片组3折叠后进行显示。当阳光倒灌时，即阳光逆着图像光线的光路进入该显示系统时，太阳光线经过镜片组的光路逆折叠，当太阳光线到达散射单元时，由于第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，这样，太阳光线会被散射单元反射，而该反射光不会再进入到镜片组中参与成像，从而保证图像在阳光倒灌时还满足所需的对比度，并且也保证了图像光源不被浪费，保证了图像的高亮度。
在其中一些实施例中，所述微投影光机1为LCOS、DMD、MEMS、DLP、miniLED或者是LCD。其中，微投影光机的光源可以为LED光源或者是激光光源。
在其中一些实施例中，请参阅图2，所述镜片组3包括第一反射镜31和第二反射镜32；所述第一反射镜31沿所述第一光轴L1设于所述散射单元2的出光侧，所述第二反射镜32设于所述第一反射镜31的出光侧。实际应用中，镜片组3包括的反射镜数量可根据实际需要进行自由设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。
在其中一些实施例中，请继续参阅图2，所述第一反射镜31为平面反射镜。在其他一些实施例中，为了对图像光线进行整形，第一反射镜也可以为自由曲面反射镜，通过设置自由曲面的曲率，可以对图像光线进行整形，保证图像光线的质量。
为了对图像光线进行整形，在其中一些实施例中，请再次参阅图2，所述第二反射镜32为凹面反射镜。在实际应用中，也可以将第二反射镜设置为平面反射镜，在此不做限定。
在其中一些实施例中，请继续参阅图2，所述显示系统还包括挡风玻璃4；所述挡风玻璃4设于所述镜片组3的出光侧，所述挡风玻璃4用于将所述光线反射至人眼。具体的，所述挡风玻璃4设于所述第二反射镜32的出光侧，此时，请参阅图3，挡风玻璃4可将第二反射镜32反射的图像光线反射至人眼观察。
为了保证微投影光机的光线被镜片组收集，在其中一些实施例中，所述散射单元还用于使光线发生偏转。这样可以通过设计，使光线经过散射单元后、光线的光轴偏转至第一光轴，从而保证光线经过散射单元后，被镜片组完全收集，增加微投影光机的光线利用率。例如，请参阅图4和图5，无论当微投影光机1出射的光线的光轴与散射单元2的法线是否处于同一直线上，光线经过散射单元后，散射单元2不仅可以对光线进行匀光扩散，而且还会使光线的光轴发生偏转，通过设计可以将光线完全被镜片组收集。
具体的，在其中一些实施例中，请参阅图6，所述散射单元2具有第一面21和第二面22。散射单元2的第一面21为微棱镜阵列面，即在散射单元2的第一面21上设置有多个微棱镜，每个棱镜的倾斜角度都一致，微棱镜的倾斜角度γ为微棱镜的倾斜面与散射单元的第二面22之间的夹角度数。在散射单元2的第二面22上贴设有散射膜，可对光线进行匀光扩散。其中，请参阅图2，散射单元2中设有微棱镜阵列的第一面靠近微投影光机1设置，散射单元2中设有散射膜的第二面靠近镜片组3设置，或者，请参阅图7，散射单元2中设有微棱镜阵列的第一面靠近镜片组3设置，散射单元2中设有散射膜的第二面靠近微投影光机1设置，其中，散射单元2的法线为散射单元2的第二面的表面法线，那么，散射单元2的第二面的表面法线与第一光轴不在同一直线上。
进一步地，在其中一些实施例中，请参阅图6，所述图像光线经过散射单元2散射前后的偏转角度满足以下关系式：
sinθi＝n*sin(θi-δ)；
γ＝β+θi；
其中，γ为所述微棱镜阵列面中微棱镜的倾斜角度，β为散射前的光线O1与所述第二面的表面法线L2之间的角度，θi为所述散射前的光线O1在所述第一面21的入射角度，n为所述散射单元2的折射率，δ为所述光线散射前后的偏转角度，即δ为散射后的光线O2与散射前的光线O1之间的夹角。
在实际应用中，为了保证图像光线经过散射单元后能完全被第一反射镜接收，那么可以通过上述关系式使光线散射前后的偏转角度δ等于第一光轴L1与散射单元2的第二面的表面法线L2之间的夹角度数。
下面以图2所示的实施例详细阐述本发明提供的显示系统的工作过程。其中，请结合参阅图2和图8，微投影光机1与散射单元2沿第二光轴L3设置，并且第二光轴L3与散射单元2的法线L2处于同一直线上，请结合参阅图2和图9，散射单元2与第一反射镜31沿第一光轴L2设置，并且第一光轴L1与散射单元2的法线L2不处于同一条直线上，即L1与L2之间有一定夹角为α，并且令光线经过散射单元2散射前后的偏转角度δ与α相等。
那么，在该显示系统中，请参阅图3，微投影光机1发出的带有图像信息的光线沿第二光轴L3经过散射单元2匀光扩散后，光线发生偏转至第一光轴L1所在直线，此时，图像光线传播至第一反射镜31，被反射至第二反射镜32，再反射至挡风玻璃4，最终被挡风玻璃4反射至人眼5。
当该显示系统发生阳光倒灌时，请参阅图10，太阳6发出的光线经过挡风玻璃4透射至第二反射镜32，被反射至第一反射镜31，再被反射至散射单元2上，此时，由于太阳光线所在光轴L4与散射单元2的第二面的表面法线之间存在一定的夹角，那么，此时，太阳光线将被散射单元2上的散射膜反射，这样，绝大部分太阳光线不会被反射回第一反射镜31中参与成像，从而保证了图像光线的对比度，提升图像质量。
综上可见，该显示系统可以防止阳光倒灌参与成像，保证了图像的对比度，另外也保证了图像光源不被浪费，保证图像的高亮度。
第二方面，本发明实施例还提供一种车载抬头显示器，该车载抬头显示器包括如第一方面任意一项所述的显示系统。该车载抬头显示器通过镜片组对成像光路进行折叠，当阳光倒灌时，经过镜片组的光路逆折叠，太阳光到达散射单元后会被反射，该反射光不会进入到镜片组中，这样，太阳光线无法再次进入镜片组中参与成像，从而保证图像在阳光倒灌时还满足所需的对比度，并且也保证了图像光源不被浪费，保证了图像的高亮度。
第三方面，本发明实施例还提供一种车辆，该车辆包括如第二方面所述的车载抬头显示器。该车辆通过镜片组对成像光路进行折叠，当阳光倒灌时，经过镜片组的光路逆折叠，太阳光到达散射单元后会被反射，该反射光不会进入到镜片组中，这样，太阳光线无法再次进入镜片组中参与成像，从而保证图像在阳光倒灌时还满足所需的对比度，并且也保证了图像光源不被浪费，保证了图像的高亮度。
本发明实施例提供一种显示系统、车载抬头显示器和车辆，包括：微投影光机、散射单元和镜片组，其中，微投影光机用于提供带有图像信息的光线；散射单元设于微投影光机的出光侧、用于散射光线以及形成图像；镜片组与散射单元沿第一光轴设置，设于散射单元的出光侧，第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，镜片组用于对光线进行折叠。在该显示系统中，由于第一光轴与散射单元的法线不在同一直线上，当阳光倒灌时，阳光经过镜片组到达散射单元后，会被散射单元反射，反射后的阳光不会进入到镜片组中参与成像，保证图像对比度。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种显示系统，其特征在于，包括：
微投影光机，用于提供带有图像信息的光线；
散射单元，设于所述微投影光机的出光侧，用于散射所述光线、以及形成图像；
镜片组，与所述散射单元沿第一光轴设置，设于所述散射单元的出光侧，所述第一光轴与所述散射单元的法线不在同一直线上，所述镜片组用于对所述光线进行折叠。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述散射单元还用于使所述光线发生偏转。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述散射单元具有第一面和第二面；
所述第一面为微棱镜阵列面，所述第二面贴设有散射膜，所述散射单元的法线为所述第二面的表面法线；
所述第一面靠近所述微投影光机设置，所述第二面靠近所述镜片组设置，或者，所述第一面靠近所述镜片组设置，所述第二面靠近所述微投影光机设置。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，所述光线散射前后的偏转角度满足以下关系式：
sinθi＝n*sin(θi-δ)；
γ＝β+θi；
其中，γ为所述微棱镜阵列面中微棱镜的倾斜角度，β为散射前的光线与所述第二面的表面法线之间的角度，θi为所述散射前的光线在所述第一面的入射角度，n为所述散射单元的折射率，δ为所述光线散射前后的偏转角度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的显示系统，其特征在于，所述镜片组包括第一反射镜和第二反射镜；
所述第一反射镜沿所述第一光轴设于所述散射单元的出光侧，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的出光侧。
6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述第二反射镜为凹面反射镜。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述微投影光机为LCOS、DMD、MEMS、DLP、miniLED或者是LCD。
8.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统还包括挡风玻璃；
所述挡风玻璃设于所述镜片组的出光侧，所述挡风玻璃用于将所述光线反射至人眼。
9.一种车载抬头显示器，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的显示系统。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的车载抬头显示器。
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