CN114236838A

CN114236838A - 一种hud光路系统及抬头显示装置

Info

Publication number: CN114236838A
Application number: CN202111539799.8A
Authority: CN
Inventors: 马红虎; 李礼操; 刘风雷
Original assignee: Zhejiang Crystal Optech Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Crystal Optech Co Ltd
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-03-25

Abstract

本申请公开了一种HUD光路系统及抬头显示装置，涉及抬头显示技术领域。该HUD光路系统包括图像生成单元，以及构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃，所述图像生成单元包括光源模组，以及设置在所述光源模组出光侧的显示单元，其中，所述光源模组和所述显示单元之间设置有第一偏光膜，至少一个所述反射镜上设置有反射膜，且所述反射膜具有预设反射率。能够抑制图像生成单元升温过高，进而提升使用时的可靠性和使用寿命。

Description

一种HUD光路系统及抬头显示装置

技术领域

本申请涉及抬头显示技术领域，具体而言，涉及一种HUD光路系统及抬头显示装置。

背景技术

抬头显示器(英文名称：Head Up Display，HUD)作为一种驾驶辅助系统，其可以把时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息。例如，为了了解当前的车速信息，驾驶员无须再将目光转向组合仪表，只需透过驾驶员眼睛正前方的HUD显示屏观察，就能看到这些信息，提高车辆驾驶的安全性。

随着技术发展，抬头显示技术应用到汽车领域越来越普遍，近年来增强现实型抬头显示(AR HUD)也开始在一些高端车上应用。由于AR HUD可以更大的视场角和更远的虚像距离(一般大于7.5米)，可以使显示图像和现实物体相融合，因此更受到用户喜欢。

然而由于AR HUD光学元件面积较大，因此外部阳光进入光学系统时的能量会更多。另外，由于虚像距离较远，图像生成单元的位置相对于普通HUD来说离光学成像系统的焦点更近，因此发生阳光倒灌时，太阳光能量在图像生成单元上会更集中。相应的，此时图像生成单元光照区域的温度的非常高，如果不加处理，极端情况下可达300℃，远超过一般图像生成单元如TFT LCD的工作温度(一般为105℃)。因此，采用相应解决方案来抑制图像生成单元的温度升高是非常有必要的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种HUD光路系统及抬头显示装置，能够抑制图像生成单元升温过高，进而提升使用时的可靠性和使用寿命。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例的一方面，提供一种HUD光路系统，包括图像生成单元，以及依次构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃，所述图像生成单元包括光源模组，以及设置在所述光源模组出光侧的显示单元，其中，所述光源模组和所述显示单元之间设置有第一偏光膜，至少一个所述反射镜上设置有反射膜，且所述反射膜具有预设反射率。

可选地，所述透反射光路包括与所述图像生成单元对应的一级反射镜，以及和所述挡风玻璃对应的二级反射镜，所述反射膜设置在所述一级反射镜或所述二级反射镜上。

可选地，所述反射膜为第二偏光膜。

可选地，所述一级反射镜为自由曲面镜或平面镜；所述二级反射镜为自由曲面镜或球面镜。

可选地，至少一个所述反射镜为冷光镜，且所述冷光镜包括玻璃基底。

可选地，所述挡风玻璃和所述二级反射镜之间还设置有防尘膜。

可选地，所述显示单元的出光面设置有红外反射膜或紫外反射膜。

可选地，所述二级反射镜的反射率在40％至80％之间。

可选地，所述图像生成单元为TFT-LCD、DLP和LCOS中的任意一种。

本申请实施例的另一方面，提供一种抬头显示装置，包括如上所述任意一项所述的HUD光路系统。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的HUD光路系统及抬头显示装置，通过图像生成单元，以及依次构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃，使得图像生成单元出射的光线能够经过多次反射后进入眼盒，以使人眼可以看到挡风玻璃前方的虚像。在使用过程中，太阳光会从挡风玻璃入射，并沿上述透反射光路入射至图像生成单元处，为了抑制因太阳光引起图像生成单元的温升，通过在反射镜上设置反射膜，以减少由反射镜反射的太阳光。同时，通过在光源模组和显示单元之间设置第一偏光膜，有利于避免因光源模组引起图像生成单元的温升。采用上述方式，能够抑制图像生成单元升温过高，进而提升使用时的可靠性和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的HUD光路系统的光路示意图之一；

图2为本申请实施例提供的图像生成单元的结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的HUD光路系统的光路示意图之二；

图4为本申请实施例提供的图像生成单元的结构示意图之二。

图标：100-HUD光路系统；105-眼盒；110-图像生成单元；112-光源模组；114-显示单元；116-第一偏光膜；118-红外反射膜；120-一级反射镜；122-反射膜；130-二级反射镜；140-挡风玻璃；150-防尘膜。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参照图1和图2，本实施例提供一种HUD光路系统100，包括图像生成单元110，以及依次构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃140，图像生成单元110包括光源模组112，以及设置在光源模组112出光侧的显示单元114，其中，光源模组112和显示单元114之间设置有第一偏光膜116，至少一个反射镜上设置有反射膜，且该反射膜具有预设反射率。

具体的，在实际的应用中，反射镜位于车辆的挡风玻璃140的内侧下方，该挡风玻璃140具有一定的反射率，因此可以反射图像生成单元110所产生的光线至眼盒105内，即人眼处。在使用时，图像生成单元110生成对应的图像信息(光线)，并经过反射镜和挡风玻璃140的反射进入眼盒105，人眼看到的则是在挡风玻璃140前方所形成的虚像。

根据光的可逆性原理，外界的光线如太阳光也能够依次经过挡风玻璃140、和反射镜照射到图像生成单元110处，当太阳光较为强烈时，由于太阳光的持续聚焦照射会引起图像生成单元110温度升高，从而影响整体显示的稳定性及使用寿命。

通过在至少一个反射镜上设置反射膜，在太阳光通过挡风玻璃140射至反射镜时，从反射镜反射至图像生成单元110处的太阳光线就会大幅减弱，有利于抑制图像生成单元110的温升。可以理解的，由于在反射膜的作用下，反射镜的反射面反射率降低，使得从图像生成单元110产生的光线在反射镜处的反射同样被削弱。因此。在实施时，需要适当增加光源模组112的功率，以保证眼盒105处接收到光线强度不受影响。但光源模组112功率的提升，照射至显示单元114时，同样会引起显示单元114的温升，针对该问题，在光源模组112和显示单元114之间设置第一偏光膜116之后，能够在保证光源模组112的光照强度的同时，避免因光源模组112功率的提升导致图像生成单元110的温升。

示例的，为了维持或者提升眼盒105处接收到光线强度，在提升光源模组112功率的同时，并在光源模组112和显示单元114之间设置第一偏光膜116之后，在第一偏光膜116的作用下，使得光源模组112的光线只能透射与第一偏光膜116偏振方向一致的偏振光，并反射另一方向的偏振光，从而使最终到达显示单元114的光功率不高于原本水平，如原本光源模组112的光功率为2W，现需要增加30％至2.6W，由于第一偏光膜116的作用，仅有1.3W的光功率到达显示单元114，因此提升光源模组112的功率在第一偏光膜116的作用下不会导致显示单元114的温升，实际设置时，可根据实际的测试情况灵活设置，以满足所需的光源的光输出。

本申请实施例提供的HUD光路系统100，通过图像生成单元110，以及依次构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃140，使得图像生成单元110出射的光线能够经过多次反射后进入眼盒105，以使人眼可以看到挡风玻璃140前方的虚像。在使用过程中，太阳光会从挡风玻璃140入射，并沿上述透反射光路入射至图像生成单元110处，为了抑制因太阳光引起图像生成单元110的温升，通过在反射镜上设置反射膜，以减少由反射镜反射的太阳光。同时，通过在光源模组112和显示单元114之间设置第一偏光膜116，有利于避免因光源模组112引起图像生成单元110的温升。采用上述方式，能够抑制图像生成单元110升温过高，进而提升使用时的可靠性和使用寿命。

如图1所示，透反射光路包括与图像生成单元110对应的一级反射镜120，以及和挡风玻璃140对应的二级反射镜130，反射膜122设置在一级反射镜120或二级反射镜130上。可以理解的，透反射光路也可以根据实际需要设置三级反射镜，只要能够保证所需的成像效果即可，本申请实施例对反射镜的个数不做具体限制。

在本申请的可选实施例中，反射膜122为第二偏光膜。

具体的，由于在光源模组112和显示单元114之间设置有第一偏光膜116，使得从图像生成单元110出射的光线为偏振光，为了保证HUD光路的正常传输，第二偏光膜可采用反射型偏光膜。反射型偏光膜能够使第一偏振方向的光透过，并使第二偏振方向的光反射，这样一来，在降低太阳光线反射的同时，能够保证从图像生成单元110出射光线的正常反射，不仅对图像生成单元110的温升起到了抑制作用，还保证了入射至眼盒105的光线强度。

在本申请的可选实施例中，一级反射镜120为自由曲面镜或平面镜。

具体的，在具体实施过程中，一级反射镜120可以根据当前的空间状态以及实际设置位置，灵活选用自由曲面镜或平面镜，以充分利用当前的空间，保证小型化的紧凑设计，以达到所需的反射需求为准。

在本申请的可选实施例中，二级反射镜130为自由曲面镜或球面镜。

具体的，采用上述形式，便于调节经图像生成单元110出射的光线在挡风玻璃140处反射的位置，避免入射至眼盒105的图像发生形变，有利于保证成像质量。

可以理解的，也可以将一级反射镜120和二级反射镜130均设置为自由曲面镜或球面镜。还可以将二级反射镜130设置为平面，并将一级反射镜120为自由曲面镜或球面镜，只要能够满足所需的成像效果即可，具体设置时，可以根据设置的位置，以及安装结构灵活设置。

在本申请的可选实施例中，至少一个反射镜为冷光镜，且冷光镜包括玻璃基底。具体的，冷光镜类似热反射镜，可以设计在入射角范围介于0度至45度之间，其结构也是多层的介电质镀膜，类似干涉滤光片。通过在至少一个反射镜上镀设红外透过层，以使倒灌至该反射镜处的阳光中可见光的频段被反射，并让红外线带宽的光通过，从而减少反射至图像生成单元110处的红外光，以降低图像生成单元110的温升。另外，冷光镜包括玻璃基底，有利于降低冷光镜制作难度，采用将反射膜122镀设反射镜上的结构形式，与设置偏光片的形式相比，有利于减少反射镜整体的厚度，使得HUD光路系统100中的各个元器件之间的设置更加紧凑，以提升抬头显示装置的适用性。

如图3所示，挡风玻璃140和二级反射镜130之间还设置有防尘膜150。

具体的，在实际的应用中，HUD光路系统100是放置于车体内的抬头显示装置与挡风玻璃140之间结合，形成所需的光路。作为抬头显示装置，为了保证自身光路的干净程度，避免受外界的影响，通常设置有防尘膜150以起到密封的作用。以此同时，防尘膜150可以有具体的结构形式，在起到密封作用的同时，还具有其他附加的属性。示例的，防尘膜150可以为设置在透明基板上的偏振片、红外反射膜118或紫外反射膜等，以尽可能的避免太阳光中造成图像生成单元110温升的光线入射至图像生成单元110处。

如图4所示，显示单元114的出光面设置有红外反射膜118或紫外反射膜。

具体的，当经过反射镜的太阳光将要入射至图像生成单元110处时，红外反射膜118或紫外反射膜的作用下，红外光、紫外光会被反射，由于红外光所占的能量比较多，被反射不能到达显示单元114表面，因此使用了红外反射膜118或紫外反射膜后的显示单元114表面温度会进一步降低，有利于提升使用时的可靠性和使用寿命。

在本申请的可选实施例中，二级反射镜130的反射率在40％至80％之间。

采用上述形式，有利于减少太阳光由二级反射镜130处的倒灌量，进而抑制图像生成单元110升温过高，从而提升使用时的可靠性和使用寿命。

示例的，当一级反射镜120采用冷光镜时，根据公开的资料，太阳光的辐照度为1050W/m²，经过冷光镜过滤后的等效辐照度约为325W/m²，再考虑二级反射镜130的反射率90％，则经过一级反射镜120和二级反射镜130后的等效太阳辐照度为292.5W/m²。如果二级反射镜130的反射率再降低为原来的70％，则等效的太阳辐照度为204.75W/m²，相对于292.5W/m²下降了很多。因此，在同时采用冷光镜，并降低二级反射镜130的反射率，能够使到达图像生成单元110的能量大大降低，以达到抑制阳光倒灌时图像生成单元110温升的目的。

在本申请的可选实施例中，图像生成单元110为TFT-LCD、DLP和LCOS中的任意一种。本申请实施例对此不做具体限制，只要能够满足所需的成像需求即可。

本申请实施例还公开了一种抬头显示装置，包括前述实施例中的HUD光路系统100。该抬头显示装置包含与前述实施例中的HUD光路系统100相同的结构和有益效果。HUD光路系统100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种HUD光路系统，其特征在于，包括图像生成单元，以及构成透反射光路的至少一个反射镜和挡风玻璃，所述图像生成单元包括光源模组，以及设置在所述光源模组出光侧的显示单元，其中，所述光源模组和所述显示单元之间设置有第一偏光膜，至少一个所述反射镜上设置有反射膜，且所述反射膜具有预设反射率。

2.根据权利要求1所述的HUD光路系统，其特征在于，所述透反射光路包括与所述图像生成单元对应的一级反射镜，以及和所述挡风玻璃对应的二级反射镜，所述反射膜设置在所述一级反射镜或所述二级反射镜上。

3.根据权利要求1或2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述反射膜为第二偏光膜。

4.根据权利要求2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述一级反射镜为自由曲面镜或平面镜；所述二级反射镜为自由曲面镜或球面镜。

5.根据权利要求1所述的HUD光路系统，其特征在于，至少一个所述反射镜为冷光镜，且所述冷光镜包括玻璃基底。

6.根据权利要求2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述挡风玻璃和所述二级反射镜之间还设置有防尘膜。

7.根据权利要求1或2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述显示单元的出光面设置有红外反射膜或紫外反射膜。

8.根据权利要求2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述二级反射镜的反射率在40％至80％之间。

9.根据权利要求1或2所述的HUD光路系统，其特征在于，所述图像生成单元为TFT-LCD、DLP和LCOS中的任意一种。

10.一种抬头显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的HUD光路系统。