CN114236849A - 一种平视显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平视显示设备，包括波导和至少两个光机，波导包括耦出区和至少两个耦入区，耦入区用于使与自身对应的光机出射的光线进入波导，耦出区用于使来自耦入区的光线至少部分耦合到波导之外，各个光机投射出的光线分别通过波导的耦出区向波导外发射出，各个光机对应耦合出的光线汇合形成平视显示设备输出的图像。本发明平视显示设备通过使用多个光机，提高了图像亮度，与现有技术相比，可以避免大幅增加功耗。

Description

一种平视显示设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实显示技术领域，特别是涉及一种平视显示设备。

背景技术

基于虚拟现实(Virtual Reality，VR)的平视显示设备(Head Up Display，HUD)是由光机投射出光线，光线进入波导，波导传输光线以及向外耦合出光线，光线经过挡风玻璃反射从而进入人眼，使人眼可以看到位于无穷远处的虚像。

现有技术中由于波导自身因素，其光效率较低，会导致图像亮度较低，当外界环境光线较强时会使用户不能很好地分辨图像。理论上，可以通过增加光机的功率来提升图像亮度，但是功率的提升与亮度提升不是等比例关系，亮度提升一倍，功率可能需要提升1.5倍或者更多，相应的散热设备也会增加，最终导致整个平视显示设备产品体积大，功耗高，对于未来电动车为主的汽车市场很不友好。

因此，提供一种更优的提高平视显示设备的图像亮度的方案，成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种平视显示设备，可以在避免大幅增加功耗的情况下提高图像亮度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种平视显示设备，包括波导和至少两个光机，所述波导包括耦出区和至少两个耦入区，所述耦入区用于使与自身对应的所述光机出射的光线进入所述波导，所述耦出区用于使来自所述耦入区的光线至少部分耦合到所述波导之外。

可选的，各个所述耦入区在所述波导上均匀布置。

可选的，至少两个所述耦入区包括第一耦入区和第二耦入区，至少两个所述光机包括第一光机和第二光机，所述第一光机与所述第一耦入区对应，所述第二光机与所述第二耦入区对应。

可选的，所述第一光机和所述第二光机投射出的光线携带相同的图像信息。

可选的，所述第一耦入区和所述第二耦入区在所述波导上的投影位置分别位于所述耦出区在所述波导上的投影位置的两侧，或者，所述第一耦入区和所述第二耦入区在所述波导上的投影位置位于所述耦出区在所述波导上的投影位置的同一侧。

可选的，所述第一耦入区和所述第二耦入区关于所述耦出区的中线轴对称布置。

可选的，至少两个所述耦入区还包括第三耦入区，至少两个所述光机还包括第三光机，所述第三光机与所述第三耦入区对应。

可选的，所述光机至少包括镜头和图像源，所述镜头用于将所述图像源出射的光线投射出，在所述镜头和所述图像源之间设置有用于阻挡预设波段之外的光透过的滤光元件。

可选的，所述预设波段为可见光波段。

可选的，所述滤光元件用于将所述预设波段之外的光反射或者吸收，以阻挡所述预设波段之外的光透过。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种平视显示设备包括波导和至少两个光机，波导包括耦出区和至少两个耦入区，耦入区用于使与自身对应的光机出射的光线进入波导，耦出区用于使来自耦入区的光线至少部分耦合到波导之外，各个光机投射出的光线分别通过波导的耦出区向波导外发射出，各个光机对应耦合出的光线汇合形成平视显示设备输出的图像。因此，本发明平视显示设备通过使用多个光机，提高了图像亮度，与现有技术相比，可以避免大幅增加功耗。

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为本发明一实施例提供的一种平视显示设备的光路示意图；

图2为本发明又一实施例提供的一种平视显示设备的示意图；

图3为图2所示波导的俯视图；

图4为本发明又一实施例提供的平视显示设备的波导的示意图；

图5为本发明实施例的平视显示设备的光机的示意图；

图6为太阳光谱分布图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种平视显示设备，包括波导和至少两个光机，所述波导包括耦出区和至少两个耦入区，所述耦入区用于使与自身对应的所述光机出射的光线进入所述波导，所述耦出区用于使来自所述耦入区的光线至少部分耦合到所述波导之外。

所述的波导是能够引导光线传播的波导结构。光机与波导的耦入区对应，耦入区使与自身对应的光机出射的光线进入波导。沿着波导传播的光线到达耦出区时，至少部分光线通过耦出区向波导之外发射出。光线进入人眼，使人眼能够看到图像。

各个光机投射出的光线分别通过波导的耦出区向波导外发射出，各个光机对应耦合出的光线汇合形成平视显示设备输出的图像。因此，本实施例平视显示设备通过使用多个光机，可以提高图像亮度，与现有技术中通过增加光机的功率来提升图像亮度相比，可以避免大幅增加功耗。

光机所处位置和耦出区耦合出光线的出射方向可以是波导的同一侧，或者光机所处位置和耦出区耦合出光线的出射方向分别在波导的两侧。耦入区和耦出区可以位于波导的同一侧或者分别位于波导的两侧；若将耦入区和耦出区分别位于波导的两侧，耦入区对应区域和耦出区对应区域可以不重叠，或者可以至少部分重叠。对于平视显示设备，优选设置光机所处位置和耦出区耦合出光线的出射方向分别在波导的两侧，这样有助于使设备结构紧凑。可结合参考图1所示，图1为一实施例提供的一种平视显示设备的光路示意图，其中是以包括第一光机101和第二光机102为例进行说明的。如图所示，第一光机101和第二光机102位于波导100一侧，波导100向另一侧耦合出光线，光线入射到挡风玻璃108发生反射，反射光线进入人眼。

优选的，各个耦入区在波导上可以均匀布置，这样来自各个耦入区的光线沿着波导传播，分别到达耦出区时向波导外耦合出光线，有助于使得耦出区各个区域出射的光线能量均匀，使得输出的图像亮度均匀。

本实施例中，对波导包含的耦入区数量以及光机的数量不做限定，在实际应用中可以根据对平视显示设备结构、输出图像的亮度或者设备功耗等的要求进行设置。

可选的，作为一种实施方式，至少两个耦入区可包括第一耦入区和第二耦入区，至少两个光机包括第一光机和第二光机，第一光机与第一耦入区对应，第二光机与第二耦入区对应。可参考图2，图2为又一实施例提供的一种平视显示设备的示意图，如图所示，所述平视显示设备包括波导100和第一光机101、第二光机102，波导100包括第一耦入区103、第二耦入区104和耦出区105，第一光机101的出射光线通过第一耦入区103进入波导100，第二光机102的出射光线通过第二耦入区104进入波导100。来自各个耦入区的光线到达耦出区105时向波导100外耦合出光线。

本发明中，对第一耦入区和第二耦入区在波导上的布置位置不做限定。优选的，第一耦入区和第二耦入区可以关于耦出区的中线轴对称布置，这样有助于使得由耦出区各个区域出射的光线能量均匀，使得输出的图像亮度均匀。

可选的，第一耦入区和第二耦入区在波导上的投影位置可以分别位于耦出区在波导上的投影位置的两侧，比如分别位于耦出区在波导上投影位置的左右两侧或者上下两侧。可结合参考图2和图3所示，图3为图2所示波导的俯视图，第一耦入区103和第二耦入区104在波导100上的投影位置分别位于耦出区105在波导100上投影位置的左侧和右侧，并且第一耦入区103和第二耦入区104的位置对称。

可选的，第一耦入区和第二耦入区在波导上的投影位置可以位于耦出区在波导上的投影位置的同一侧，比如都位于耦出区在波导上投影位置的左侧或者右侧，或者都位于耦出区在波导上投影位置的上侧或者下侧。可参考图4所示，图4为又一实施例提供的平视显示设备的波导的示意图，如图所示第一耦入区106和第二耦入区107在波导100上的投影位置都位于耦出区105长边的同一侧，并且第一耦入区106和第二耦入区107的位置对称。

可选的，第一光机101和第二光机102投射出的光线携带相同的图像信息，来自各个光机的光线分别通过波导100的耦出区105发射出，各个光机对应耦合出的光线汇合形成平视显示设备输出的图像，可以提高图像亮度。

可选的作为一种实施方式，在上述实施方式的基础上，至少两个耦入区还可包括第三耦入区，至少两个光机还包括第三光机，第三光机与第三耦入区对应。各个光机出射的光线通过与自身对应的耦入区进入波导，来自各个耦入区的光线沿着波导传播，分别到达耦出区时向波导外耦合出光线，各个光机对应耦合出的光线汇合形成平视显示设备输出的图像。

可选的，第一耦入区、第二耦入区和第三耦入区在波导上的投影位置可以位于耦出区在波导上的投影位置的同一侧。或者，第一耦入区和第二耦入区在波导上的投影位置分别位于耦出区在波导上的投影位置的两侧，第三耦入区位于第一耦入区和第二耦入区之间的范围内。

对于光机，包括镜头和图像源，镜头将图像源出射的光线投射出。由于光路是可逆的，外界光线也会通过镜头入射到图像源上，比如在平视显示设备中，外界强烈的阳光会沿着逆向光路通过镜头入射到图像源上，而通常镜头具有放大作用，使得外界光会汇聚到图像源上，使得照射到图像源上的光能量是外界光能量的几十倍，因此导致烧坏图像源。针对此，本实施例的平视显示设备中，光机可至少包括镜头和图像源，所述镜头用于将所述图像源出射的光线投射出，在所述镜头和所述图像源之间设置有用于阻挡预设波段之外的光透过的滤光元件。通过滤光元件可以阻挡由镜头进入的外界光中预设波段之外的光透过，阻挡一部分光透过入射到图像源上，可以避免外界进入的入射到图像源上的光能量太强，从而降低烧坏图像源的风险。

可参考图5，图5为本实施例的平视显示设备的光机的示意图，如图所示，在镜头200和图像源201之间设置有滤光元件202，滤光元件202能够阻挡预设波段之外的光透过。可以设置预设波段对应为图像源201出射光的波段范围，那么图像源201的出射光可以透过滤光元件202，从而通过镜头200向外投射出。通过滤光元件202可以阻挡由镜头200进入的外界光中预设波段之外的光。从而在不影响光机投射图像的情况下对图像源实现保护，降低烧坏图像源的风险。

预设波段可以是可见光波段。如图6所示，图6为太阳光谱分布图，可见光波段为380-760nm，滤光元件202允许这部分光透过，对小于380nm的紫外波段和大于760nm的红外波段则阻挡。根据图6所示的太阳光谱分布可知，滤光元件202可以阻挡大约50％的太阳光能量，因此可以保证在不影响光机正常工作的情况下，减少汇聚到图像源上的太阳光能量。

滤光元件202可以是将预设波段之外的光反射或者吸收，以阻挡预设波段之外的光透过。可选的，滤光元件202可包括镀制的可阻挡预设波段之外的光透过的膜层，该膜层可以将预设波段之外的光反射或者吸收。

可选的，图像源可采用DMD芯片。图像源还可包括照明系统，照明系统发出光，并使光入射到DMD芯片，通过DMD芯片对照明光反射实现发射出携带图像信息的光。

以上对本发明所提供的一种平视显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种平视显示设备，其特征在于，包括波导和至少两个光机，所述波导包括耦出区和至少两个耦入区，所述耦入区用于使与自身对应的所述光机出射的光线进入所述波导，所述耦出区用于使来自所述耦入区的光线至少部分耦合到所述波导之外。

2.根据权利要求1所述的平视显示设备，其特征在于，各个所述耦入区在所述波导上均匀布置。

3.根据权利要求1所述的平视显示设备，其特征在于，至少两个所述耦入区包括第一耦入区和第二耦入区，至少两个所述光机包括第一光机和第二光机，所述第一光机与所述第一耦入区对应，所述第二光机与所述第二耦入区对应。

4.根据权利要求3所述的平视显示设备，其特征在于，所述第一光机和所述第二光机投射出的光线携带相同的图像信息。

5.根据权利要求3所述的平视显示设备，其特征在于，所述第一耦入区和所述第二耦入区在所述波导上的投影位置分别位于所述耦出区在所述波导上的投影位置的两侧，或者，所述第一耦入区和所述第二耦入区在所述波导上的投影位置位于所述耦出区在所述波导上的投影位置的同一侧。

6.根据权利要求3所述的平视显示设备，其特征在于，所述第一耦入区和所述第二耦入区关于所述耦出区的中线轴对称布置。

7.根据权利要求3所述的平视显示设备，其特征在于，至少两个所述耦入区还包括第三耦入区，至少两个所述光机还包括第三光机，所述第三光机与所述第三耦入区对应。

8.根据权利要求1-7任一项所述的平视显示设备，其特征在于，所述光机至少包括镜头和图像源，所述镜头用于将所述图像源出射的光线投射出，在所述镜头和所述图像源之间设置有用于阻挡预设波段之外的光透过的滤光元件。

9.根据权利要求8所述的平视显示设备，其特征在于，所述预设波段为可见光波段。

10.根据权利要求8所述的平视显示设备，其特征在于，所述滤光元件用于将所述预设波段之外的光反射或者吸收，以阻挡所述预设波段之外的光透过。

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