CN115016125A - 图像生成模组、抬头显示系统及交通工具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种图像生成模组、抬头显示系统及交通工具，图像生成模组包括光源、驱动装置以及反射组件，驱动装置连接于光源，且驱动装置被配置为用于驱动光源进行光束扫描，反射组件部分或者全部设于光源的出光侧，且反射组件被配置为用于对光源扫描的光束进行反射。该图像生成模组能够解决目前的图像生成器的空间利用率较低的问题。

Description

图像生成模组、抬头显示系统及交通工具

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种图像生成模组、抬头显示系统及交通工具。

背景技术

车用抬头显示产品包括图像生成器和虚像系统，根据光源不同，图像生成技术分为数字光处理(Digital Light Projector，DLP)、激光束扫描(Laser Bean Scanning，LBS)、液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)、单晶硅液晶投影(Liquid Crystal onSilicon，LCoS)。对于其中部分类型的图像生成器，受到光路结构的影响，其空间利用率较低。

发明内容

基于此，有必要针对图像生成器的空间利用率较低的问题，提供一种图像生成模组、抬头显示系统及交通工具。

根据本申请的一个方面，提供一种图像生成模组，其特征在于，包括：光源；驱动装置，所述驱动装置连接于所述光源，且所述驱动装置被配置为用于驱动所述光源进行光束扫描；以及反射组件，所述反射组件部分或全部设于所述光源的出光侧，且所述反射组件被配置为用于对所述光源扫描的光束进行反射。

在一些实施例中，所述光源进行光束扫描的方向包括第一方向和第二方向；其中，第一方向与第二方向相交。

在一些实施例中，所述光源扫描的光束包括位于最外侧的外侧光束，所有的所述外侧光束围设成扫描边界面；所述光源具有与所述出光侧相对的背侧，所述背侧的表面所在平面与所述扫描边界面之间形成有夹角空间；所述图像生成模组具有图像生成面，所述图像生成面部分或者全部位于所述夹角空间内。

在一些实施例中，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面；所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述图像生成面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述图像生成面。

在一些实施例中，所述第一反射面呈平面或者曲面。

在一些实施例中，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜和设于所述夹角空间内的第二反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面，所述第二反射镜具有第二反射面；所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述第二反射面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述第二反射面；所述第二反射面与所述图像生成面相对，以将所述第一反射面反射的光束反射至所述图像生成面。

在一些实施例中，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜、设于所述夹角空间内的第二反射镜以及设于所述夹角空间内的第三反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面，所述第二反射镜具有第二反射面，所述第三反射镜具有第三反射面；所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述第二反射面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述第二反射面；所述第二反射面与所述第三反射面相对，以将所述第一反射面反射的光束反射至所述第三反射面；所述第三反射面与所述图像生成面相对，以将所述第二反射面反射的光束反射至所述图像生成面。

在一些实施例中，所述图像生成模组包括光学膜片，所述光学膜片所在平面与所述图像生成面平行。

根据本申请的另一个方面，提供一种抬头显示系统，包括如前述的图像生成模组。

根据本申请的另一个方面，提供一种交通工具，包括如前述的抬头显示系统。

本申请实施例提供的图像生成模组，通过驱动装置驱动光源进行光束扫描，同时，利用反射组件将光源扫描的光束进行反射，实现扫描光束的折叠，从而提高图像生成模组的空间利用率。

附图说明

图1a和图1b为已知技术中图像生成器在不同视角下的光路示意图。

图2为本申请一实施例中图像生成模组的结构示意图；

图3为本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图；

图4为本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图；

图5为本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图。

附图标号说明：

10： 光源 31： 第一反射镜

11： 激光束 311： 第一反射面

12： 投影面 32： 第二反射镜

20： 光源 321： 第二反射面

21： 出光侧 33： 第三反射镜

22： 背侧 331： 第三反射面

23： 外侧光束 40： 光学膜片

24： 夹角空间 50： 散热器

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在众多类型的图像生成器中，LBS因具有亮度高、功耗低、散热性佳等优点而成为车用抬头显示产品的较佳选择。LBS投影技术通常通过微机电系统(Micro-ElectroMechanical System，MEMS)控制激光投射。例如，参阅图1a和图1b，MEMS控制光源10沿水平方向和竖直方向进行激光扫描，并在相应的投影面12上投射出图像。其中，激光在限定的扫描夹角范围内扫描时，不同时刻发出的激光形成锥状的激光束11，该锥状的激光束11具有相对的尺寸较小的首端和尺寸较大的末端，光源10位于首端，投影面12位于末端。而整个图像生成器所占用的空间大小是以末端的尺寸为基准的，但在首端所在的平面和末端所在的平面之间的范围内，除激光束11所占用的锥状空间外，其余空间并未被利用，导致整个图像生成器内的空间的有效利用率较低。

另外，对于其他光源类型的图像生成器，由于光源出光面的面积通常小于投影面的面积，直接在光源的出光侧进行投影时，光束也会形成锥状，使得整个图像生成器占用的空间较大，但实际的空间的有效利用率较低。

为解决上述问题，本申请提供一种图像生成模组，通过反射组件将光源发出的光束进行反射，形成光路折叠，如此，整个光路结构中包括反射前的光束和反射后的光束，反射前的光束的首端所在的平面与末端所在的平面之间的范围内未被利用的剩余的空间，可以被反射后的光束利用，从而提高空间利用率。

图2示出了本申请一实施例中图像生成模组的结构示意图。

参阅图2，本申请一实施例提供了的图像生成模组，包括光源20、驱动装置以及反射组件，驱动装置连接于光源20，且驱动装置被配置为用于驱动光源20进行光束扫描，反射组件部分或全部设于光源20的出光侧21，且反射组件被配置为用于对光源20扫描的光束进行反射。

本申请实施例提供的图像生成模组，通过驱动装置驱动光源20进行光束扫描，同时，利用反射组件将光源20扫描的光束进行反射，实现扫描光束的折叠，从而提高图像生成模组的空间利用率。

其中，光源20具体可以是激光源20，驱动装置具体可以是微机电系统，反射组件包括一个或多个反射镜，反射镜的反射面为平面或者曲面。当反射镜的数量为多个时，多个反射镜的反射面可以全部为平面、全部为曲面或者为平面与曲面的组合。并且，为提升光源20的散热性能，可在光源20上安装散热器50。

在一些实施例中，光源20进行光束扫描的方向包括第一方向和第二方向；其中，第一方向与第二方向相交。可以理解的是，当光源20沿某一方向进行光束扫描时，形成的扫描光束在投影面上的投影为线状的影像，而当光源20沿相交的两个方向进行扫描时，形成的扫描光束在投影面上的投影为面状的影像。基于此，本申请实施例通过沿相交的第一方向和第二方向进行光束扫描，从而得到所需的面状影像。

进一步地，第一方向与第二方向垂直，使得光源20沿第一方向和第二方向扫描后，投影面的形状可以形成方形或者矩形。并且，通过对光源20沿第一方向扫描的角度和沿第二方向扫描的角度的调整，可以获得不同长度、宽度的四边形。例如，光源20沿第一方向扫描的扫描夹角为40°，光源20沿第二方向扫描的扫描夹角为22.5°，从而得到矩形的投影面。

在其他实施例中，第一方向与第二方向之间的夹角为锐角或钝角，光源20沿第一方向和第二方向扫描后，投影面的形状可以形成平行四边形。在另一些实施例中，通过对光源20沿第一方向扫描的角度和沿第二方向扫描的角度的调整，还可以获得形状为圆形、椭圆形、三角形或者其结合的投影面。

在一具体实施例中，第一方向与水平方向平行，第二方向与竖直方向平行，如此，当投影面的形状为四边形时，该投影面的两条边与水平方向平行，另外两条边与竖直方向平行。基于此，当该图像生成模组应用于交通工具上的抬头显示系统，并将投影至该投影面上的影像进一步投影至交通工具的挡风玻璃上时，所得到的最终影像符合通常的观看习惯。

在一些实施例中，光源20扫描的光束包括位于最外侧的外侧光束23，所有的外侧光束23围设成扫描边界面；光源20具有与出光侧21相对的背侧22，背侧22的表面所在平面与扫描边界面之间形成有夹角空间24；图像生成模组具有图像生成面，图像生成面部分或者全部位于夹角空间24内。可以理解的是，图像生成模组为立体结构，该立体结构所占用的三维空间受到图像生成模组中各个部件的尺寸、各部件的活动范围及各个部件之间的间距影响。例如，当光源20沿水平方向和竖直方向扫描，且扫描光束的投影面位于光源20的正前方时，扫描光束投射至反射组件上的投影面积会受到光源20沿水平方向的扫描角度、光源20沿竖直方向的扫描角度以及光源20与反射组件之间的间距的影响。在光源20沿水平方向的扫描角度、光源20沿竖直方向的扫描角度以及光源20与反射组件之间的间距均确定的情况下，整个图像生成模组所占用的空间大小也是确定的，基于此，若能充分利用该大小确定的空间，则可提高图像生成模组的空间的有效利用率。而本申请实施例提供的图像生成模组，在光源20的出光侧21设置反射模组，基于光源20与反射模组的尺寸及间距确定图像生成模组在部分维度所占用的空间大小，并进一步将图像生成面部分或者全部设置在扫描光束的扫描边界面与光源20的背侧22表面所在平面之间的夹角空间24内，使得光源20产生的扫描光束经过反射组件反射后，再在夹角空间24内传播，最终投射至图像生成面上形成影像的过程中，充分利用了在该部分维度已经确定的空间，提升了空间的有效利用率。

本申请实施例提供的图像生成模组中，反射组件包括一个或多个反射镜，多个反射镜具体可以是两个、三个、四个、五个或者更多个。考虑到反射镜具有光杠杆效应，每增加一片反射镜，画面对位的偏差也会相应地增加，对反射镜的组装要求越严格，即要求公差越小，组装难度越大，因此，优选反射镜的数量为1-3个。

图3示出了本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图。

参阅图2和图3，在一些实施例中，反射组件包括设于出光侧21的第一反射镜31，第一反射镜31具有第一反射面311；第一反射面311与出光侧21的表面相对，且第一反射面311与图像生成面相对，以将光源20扫描的光束反射至图像生成面。其中，第一反射镜31的第一反射面311呈平面或者曲面。基于此，光源20扫描的光束经过一次反射，反射过程中经过夹角空间24，最终投射至图像生成面上，充分利用了该夹角空间24，从而提高空间的有效利用率。

图4示出了本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图。

参阅图4，在一些实施例中，反射组件包括设于出光侧21的第一反射镜31和设于夹角空间24内的第二反射镜32，第一反射镜31具有第一反射面311，第二反射镜32具有第二反射面321；第一反射面311与出光侧21的表面相对，且第一反射面311与第二反射面321相对，以将光源20扫描的光束反射至第二反射面321；第二反射面321与图像生成面相对，以将第一反射面311反射的光束反射至图像生成面。基于此，光源20扫描的光束经过两次反射，反射过程中经过夹角空间24，最终投射至图像生成面上，充分利用了该夹角空间24，从而提高空间的有效利用率。

进一步地，图像生成面与出光侧21的表面所在的平面平行，第一反射面311和第二反射面321垂直，基于此，由光源20、反射组件及图像生成面所确定的空间较小，并且，光源20扫描的光束先后经过第一反射镜31和第二反射镜32反射，并投射至图像生成面上，光线传播过程中利用了上述夹角空间24，提升了空间的有效利用率。

进一步地，出光侧21的表面与竖直方向平行，图像生成面与出光侧21的表面所在的平面平行，第一反射面311和第二反射面321垂直，如此，投影的画面所在的平面与竖直方向平行，从而便于观察。

图5示出了本申请另一实施例中图像生成模组的结构示意图。

参阅图5，在一些实施例中，反射组件包括设于出光侧21的第一反射镜31、设于夹角空间24内的第二反射镜32以及设于夹角空间24内的第三反射镜33，第一反射镜31具有第一反射面311，第二反射镜32具有第二反射面321，第三反射镜33具有第三反射面331；第一反射面311与出光侧21的表面相对，且第一反射面311与第二反射面321相对，以将光源20扫描的光束反射至第二反射面321；第二反射面321与第三反射面331相对，以将第一反射面311反射的光束反射至第三反射面331；第三反射面331与图像生成面相对，以将第二反射面321反射的光束反射至图像生成面。基于此，光源20扫描的光束经过三次反射，反射过程中经过夹角空间24，最终投射至图像生成面上，充分利用了该夹角空间24，从而提高空间的有效利用率。

进一步地，图像生成面与出光侧21的表面所在的平面垂直，第一反射面311和第二反射面321垂直，第三反射面331与第二反射面321平行。基于此，由光源20、反射组件及图像生成面所确定的空间较小，并且，光源20扫描的光束先后经过第一反射镜31和第二反射镜32反射，并投射至图像生成面上，光线传播过程中利用了上述夹角空间24，提升了空间的有效利用率。

在一些实施例中，图像生成模组包括光学膜片40，光学膜片40所在平面与图像生成面平行。具体地，光学膜片40包括扩散片。通过在与图像生成面平行的位置设置光学膜片40，对投射的影像进行优化，使其更符合需求，提升显示效果。

在一具体实施例中，图像生成模组采用激光束扫描技术进行投影，图像生成模组包括壳体、光源20、驱动装置、反射镜以及扩散片。光源20通过螺丝锁附于壳体，并通过驱动装置控制而进行光束扫描。驱动装置具体包括微机电系统，通过该微电机系统控制光源20沿水平方向和竖直方向扫描，其中，沿水平方向扫描的扫描角度为40°，沿竖直方向扫描的扫描角度为22.5°。光源20扫描的光束包括位于最外侧的外侧光束23，所有的外侧光束23围设成扫描边界面；光源20具有相对的出光侧21和背侧22，背侧22的表面所在平面与扫描边界面之间形成有夹角空间24；图像生成模组具有图像生成面，图像生成面位于夹角空间24内，扩散片固定于图像生成面。反射镜通过粘胶粘贴于壳体上，且反射镜位于出光侧21。

基于此，光源20扫描的光束经过反射镜反射后，在夹角空间24内传播，然后投射于图像生成面，并经扩散片形成最终的影像，由于对光路进行折叠，充分利用了图像生成模组内的空间，提升了空间利用率。并且，也由于对光路进行折叠，占用空间较小，使得不同光源20类型的图像生成模组能够共用空间，例如，采用激光束扫描技术的图像生成模组与液晶显示类的图像生成模组能够共用空间，达到模组切换的效果。

基于同样的发明目的，本申请还提供一种抬头显示系统，该抬头显示模组包括上述实施例中的图像生成模组。

基于同样的发明目的，本申请还提供一种交通工具，该交通工具包括上述实施例中的抬头显示系统。

进一步地，交通工具还包括挡风玻璃，抬头显示系统还包括反射镜，反射镜将图像生成模组生成的影像反射至挡风玻璃上，以便驾驶员观看。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种图像生成模组，其特征在于，包括：

光源；

驱动装置，所述驱动装置连接于所述光源，且所述驱动装置被配置为用于驱动所述光源进行光束扫描；以及

反射组件，所述反射组件部分或全部设于所述光源的出光侧，且所述反射组件被配置为用于对所述光源扫描的光束进行反射。

2.根据权利要求1所述的图像生成模组，其特征在于，所述光源进行光束扫描的方向包括第一方向和第二方向；

其中，第一方向与第二方向相交。

3.根据权利要求1所述的图像生成模组，其特征在于，所述光源扫描的光束包括位于最外侧的外侧光束，所有的所述外侧光束围设成扫描边界面；

所述光源具有与所述出光侧相对的背侧，所述背侧的表面所在平面与所述扫描边界面之间形成有夹角空间；

所述图像生成模组具有图像生成面，所述图像生成面部分或者全部位于所述夹角空间内。

4.根据权利要求3所述的图像生成模组，其特征在于，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面；

所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述图像生成面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述图像生成面。

5.根据权利要求4所述的图像生成模组，其特征在于，所述第一反射面呈平面或者曲面。

6.根据权利要求3所述的图像生成模组，其特征在于，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜和设于所述夹角空间内的第二反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面，所述第二反射镜具有第二反射面；

所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述第二反射面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述第二反射面；

所述第二反射面与所述图像生成面相对，以将所述第一反射面反射的光束反射至所述图像生成面。

7.根据权利要求3所述的图像生成模组，其特征在于，所述反射组件包括设于所述出光侧的第一反射镜、设于所述夹角空间内的第二反射镜以及设于所述夹角空间内的第三反射镜，所述第一反射镜具有第一反射面，所述第二反射镜具有第二反射面，所述第三反射镜具有第三反射面；

所述第一反射面与所述出光侧的表面相对，且所述第一反射面与所述第二反射面相对，以将所述光源扫描的光束反射至所述第二反射面；

所述第二反射面与所述第三反射面相对，以将所述第一反射面反射的光束反射至所述第三反射面；

所述第三反射面与所述图像生成面相对，以将所述第二反射面反射的光束反射至所述图像生成面。

8.根据权利要求3-7任一项所述的图像生成模组，其特征在于，所述图像生成模组包括光学膜片，所述光学膜片所在平面与所述图像生成面平行。

9.一种抬头显示系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的图像生成模组。

10.一种交通工具，其特征在于，包括如权利要求9所述的抬头显示系统。

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