CN118112804A - 镜片驱动结构、显示设备及交通工具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种镜片驱动结构、显示设备及交通工具。其中，镜片驱动结构包括支架；安装在所述支架上的电机及所述电机驱动的齿轮；具有齿条的滑块，所述滑块的齿条与所述齿轮配合，所述滑块设置在滑轨上以使所述滑块在所述齿轮的传动下沿所述滑轨做直线运动，所述滑轨通过所述支架与所述齿轮实现相对位置固定；所述滑块与光学镜片转动连接，所述滑块与所述光学镜片之间的连接点在所述滑块沿所述滑轨做直线运动时，始终处于所述滑轨确定的方向上，以使所述滑块的直线运动转化为所述光学镜片的角度调整。本申请可以保证镜片驱动结构提供镜片转动的足够推力，加工及装配简易，实现成本相对较低。

Description

镜片驱动结构、显示设备及交通工具

技术领域

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种镜片驱动结构、显示设备及交通工具。

背景技术

HUD（Head Up Display，抬头显示）是一种利用在车辆挡风玻璃上实现车载显示的全新方式，相应的HUD显示设备由光机发出显示光，并通过光学镜片投射在挡风玻璃上反射形成虚像，与挡风玻璃外的真实世界产生增强显示的效果。其中，光学镜片在整个光学系统中起到了很重要的作用，为了配合光路调整，光学镜片还需要设置镜片驱动结构来实现角度调整。目前驱动光学镜片调整的结构主要采用齿轮配合传动及直线电机驱动两种方式，齿轮配合传动的缺点在于需要多级齿轮相互配合，占用较大空间，多个挡位的精准调节及定位对相关零部件的加工、装配提出很高的要求，直线电机驱动的缺点在于需要采用高精度的丝杆步进电机，导致成本提高，对加工、装配的精度也要求很高。因此，镜片驱动结构的设计亟待一个综合平衡的方案，来满足HUD显示设备使用场景下的推力大、空间占用小、加工及装配难度低的要求，同时还需要具有一定的成本优势。

发明内容

本申请的目的在于提供一种镜片驱动结构、显示设备及交通工具，解决了现有技术中HUD显示设备的镜片驱动结构设计推力不足，装配复杂，不具有成本优势的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案。

第一方面，本申请提供了一种镜片驱动结构，包括：

支架；

安装在所述支架上的电机及所述电机驱动的齿轮；

具有齿条的滑块，所述滑块的齿条与所述齿轮配合，所述滑块设置在滑轨上以使所述滑块在所述齿轮的传动下沿所述滑轨做直线运动，所述滑轨通过所述支架与所述齿轮实现相对位置固定；

所述滑块与光学镜片转动连接，所述滑块与所述光学镜片之间的连接点在所述滑块沿所述滑轨做直线运动时，始终处于所述滑轨确定的方向上，以使所述滑块的直线运动转化为所述光学镜片的角度调整。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述电机为具有自锁结构的行星齿轮箱步进电机。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑块的齿条方向与所述滑轨确定的方向一致。

根据上述描述，可选实施方式利用成本更加低的齿轮来输出稳定的驱动力，但是又可以回避单纯齿轮传动的空间占用及精准定位问题，实现更加便利的装配结构。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑轨为连接在所述支架的两个侧板之间的导杆，所述滑块上设置有导孔并穿设在所述导杆上。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述导杆包括第一导杆及第二导杆，所述导孔包括第一导孔及第二导孔，所述第一导杆穿设在所述第一导孔上，所述第二导杆穿设在所述第二导孔上。

根据上述描述，可选实施方式通过导杆设置的滑轨为滑块的直线运动提供稳定的运动约束方向，可以保证滑块可以沿着滑轨做直线运动，减少滑块运动过程中的抖动。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述电机驱动的齿轮包括中心设置的轴孔，所述电机的出轴截面形状与所述轴孔配合以使所述电机的出轴插入到所述齿轮的轴孔内；

所述出轴的外表面上设置有第一凸起，所述出轴插入到所述轴孔中时，所述第一凸起抵靠在所述轴孔的内表面上以消除所述出轴与所述轴孔之间的间隙；和/或

所述轴孔的内表面上设置有第二凸起，所述出轴插入到所述轴孔中时，所述第二凸起抵靠在所述出轴的外表面上以消除所述出轴与所述轴孔之间的间隙。

在第一方面的一种可选实施方式中， 所述第一凸起、第二凸起为三角形的凸起结构。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述齿轮的轴孔为扁口孔。

根据上述描述，可选实施方式中通过出轴将电机输出的驱动力作用在齿轮上实现旋转，其中通过第一凸起或第二凸起实现轴孔与出轴之间的过盈配合，消除齿轮由于间隙在出轴上的抖动。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述齿轮的模数及齿数根据驱动所述滑块做直线运动的驱动力配置。

根据上述描述，可选实施方式支持灵活地配置齿轮的参数，适应不同的光学镜片角度调整需求，满足不同的空间设计及驱动能力要求。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述电机为齿轮箱电机，所述滑块的齿条与所述齿轮啮合时，所述滑块正对着所述电机的侧面。

根据上述描述，可选实施方式相对于滑块位于非正对齿轮箱电机侧面的位置与齿轮啮合相比，最大化地利用齿轮箱电机的出轴不在电机的几何中心而产生的正对空间，减少了整个组件的纵向尺寸，有效地提高了空间占用效率。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑块设置在滑轨上包括：

所述滑块的至少一端设置有沿着所述滑轨的弹簧，所述弹簧向所述滑块提供抵持力，以减少所述滑块的齿条与所述齿轮之间的间隙。

根据上述描述，可选实施方式中弹簧在滑块与连接导杆的侧板之间处于压缩状态下提供抵持力，相应的抵持力与齿轮箱电机的自锁力形成平衡，从而增强滑块在滑轨上运动的张紧力。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑块与光学镜片转动连接包括：

所述光学镜片设置有球头，所述滑块设置有球头滑槽，所述球头在所述滑块与所述光学镜片之间的连接点位置与所述球头滑槽连接；

所述球头滑槽至少包括第一定位板及相对的第二定位板，在所述第一定位板与第二定位板之间形成所述球头转动的空间，所述第一定位板、第二定位板随着所述滑块沿着所述滑轨做直线运动时，所述球头始终处于所述第一定位板与所述第二定位板之间，所述第一定位板、第二定位板中的一个为所述球头提供推动所述光学镜片角度调整的抵持力。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述光学镜片设置有球头包括：

所述光学镜片与所述球头一体成型。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑块设置有球头滑槽包括：

所述滑块与所述球头滑槽一体成型。

根据上述描述，可选实施方式一方面实现了光学镜片与滑块之间简易的转动连接，另一方面上下开口的滑槽设计，只需保证球头与两个定位板接触即可，避免球头在被推动时造成的卡死。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述滑块设置有球头滑槽包括：

所述球头滑槽设置在所述滑块两端中的任意一端。

根据上述描述，可选实施方式使滑块运动的方向与光学镜片角度调整的方向尽量一致，增强球头与球头滑槽之间实现机械传动的顺畅感。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第一定位板、第二定位板中的至少一个正对所述球头的内表面设置有第一弹片，所述第一弹片抵靠在所述球头上以减少所述球头在所述球头滑槽内的抖动。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第一定位板、第二定位板中的至少一个正对所述球头的内表面设置有第一弹片包括：

所述第一定位板或第二定位板背离所述球头的外表面设置有卡槽，所述第一弹片的一端通过弯折结构形成的弹性力抵持在所述卡槽内部，所述第一弹片的另一端利用弯折延伸到所述第一定位板与所述第二定位板之间，并具有向所述球头方向的弹性力。

根据上述描述，可选实施方式通过第一弹片具有的弹性力，使第一弹片紧紧地抵靠在球头上，使球头可以与第一定位板或第二定位板形成稳定的抵持关系，减少相互之间空隙产生的抖动。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第一定位板、第二定位板与所述滑轨确定的方向呈特定倾斜角，所述第一定位板与所述第二定位板之间设置有垂直于所述第一定位板、第二定位板的第二弹片，所述第二弹片抵靠在所述球头的底部以使所述球头至少向所述滑块提供与所述滑轨确定方向一致的分力。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第二弹片与所述球头的接触面为凸起设置。

根据上述描述，可选实施方式通过倾斜设置的球头滑槽可以使球头与球头滑槽之间的接触传导力至少分解为可以使滑块沿着运动方向的分力，提高滑块与齿轮之间的啮合紧密度。

第二方面，本申请提供了一种显示设备，包括第一方面所述的镜片驱动结构及用于光路规划的光学镜片；

所述镜片驱动结构在电机的作用下调整所述光学镜片的角度。

第三方面，本申请提供了一种交通工具，包括第一方面所述的镜片驱动结构或第二方面所述的显示设备。

与现有技术相比，本申请通过电机驱动齿轮旋转，同时齿轮与滑块设置的齿条啮合配合，而将齿轮的旋转运动转化为滑块在滑轨上的直线运动，滑块与光学镜片进行转动连接，滑块相应的直线运动又可以作用在光学镜片上产生直接的推力，从而实现光学镜片的简便角度调整。本申请可以保证镜片驱动结构提供光学镜片转动的足够推力，整个结构的加工及装配简单便利，实现成本相对较低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对技术方案描述中所需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申请中记载的一些示例，对于本领域普通技术人员而言，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附图。

图1为本申请一些示例中HUD投影显示示意图。

图2为本申请一些示例中电机驱动镜片模块示意图。

图3为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图4为本申请一些示例中光学镜片角度调整的传动关系示意图。

图5为本申请一些示例中光学镜片角度调整的传动关系示意图。

图6为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图7为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图8为本申请一些示例中齿轮与电机配合结构示意图。

图9为本申请一些示例中齿轮结构示意图。

图10为本申请一些示例中齿轮与电机、滑块配合结构示意图。

图11为本申请一些示例中齿轮与电机、滑块配合结构示意图。

图12为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图13为本申请一些示例中球头与球头滑槽配合结构示意图。

图14为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图15为本申请一些示例中镜片驱动结构示意图。

图16为本申请一些示例中球头与球头滑槽配合结构示意图。

图17为本申请一些示例中HUD显示设备结构示意图。

图18为本申请一些示例中交通工具中投影显示示意图。

附图标号：

1 光机 2 第一反射镜 3 第二反射镜

4 挡风玻璃 5 虚像 6 人眼

10 中控台 100 HUD显示设备 101 壳体

102 投射窗口 103 光线传感器 21 限位开关

11 处理器 12 电机驱动芯片 135 电机传动机构

13 电机 14 齿轮 15 滑块

20 光学镜片 201 转轴 202 球头

151 球头滑槽 1511 第一定位板 1512 第二定位板

1513 第一弹片 1514 第一端 1515 第二端

1516 第二弹片 130 出轴 140 轴孔

141 凸起结构 150 导杆 31 支架

311 第一侧板 312 第二侧板 313 弹簧

F1、F2、Ft、Fx、Fy 作用力 T 额定扭矩 β 倾斜角

L1、L2、L3 距离

具体实施方式

以下将结合附图对本申请进行详细的描述，但描述的内容仅仅是本申请中记载的一些示例，并不限制本申请，本领域普通技术人员根据这些示例所做出的结构、方法或功能等方面的变换均包含在本申请的保护范围内。

需要说明的是，在不同的示例中，可能使用相同的标号或标记，但是这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各示例中可能提到的“第一”、“第二”等仅仅是为了描述的方便，并不代表结构或功能上的绝对区分关系，也不能理解为指示或暗示相对重要性或者相应对象的数量。除非特别说明，描述中可能涉及到的“至少一个”是指一个或者一个以上，“多个”是指两个或两个以上。

另外，在表示特征时，字符“/”可以表示前后关联对象存在或的关系，例如，抬头显示/平视显示，可以表示为抬头显示或平视显示。在表示运算时，字符“/”可以表示前后关联对象存在相除的关系，例如，放大倍数M=L/P，可以表示为L(虚像大小)除以P（像源大小）。并且，不同示例中的“和/或”仅仅是为了描述前后关联对象的关联关系，这种关联关系可以包括三种情况，例如，凹面镜和/或凸面镜，可以表示为单独存在凹面镜、单独存在凸面镜、同时存在凹面镜和凸面镜。

HUD投影显示主要利用光学的反射原理，将待显示的成像光线经过透明表面反射进入观看者的人眼，人眼可以沿着光线反方向观看到虚像信息，相应地，透明表面可以是车辆的挡风玻璃，将挡风玻璃充当显示屏显示车辆的导航信息、车速等。如图1所示，HUD显示设备可以至少包括光机1、第一反射镜2、第二反射镜3等，其中，光机1包括背光源及像源（图未示），背光源用于提供照明光及根据控制调整照明光的亮度，比如背光源可以是LED（Light Emitting Diode，发光二极管）、激光等。而像源在背光源提供的照明光下，根据控制调整相应的显示内容并从像源表面投射显示光出去，比如像源可以是LCD（LiquidCrystal Display，液晶显示器）、DMD（Digital Micromirror Devices，数字微镜器件）、MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）微镜、LCOS（Liquid Crystal onsilicon，硅基液晶）等。第一反射镜2、第二反射镜3可以将光机1投射出的显示光投影在挡风玻璃4上，实现在较小的空间内进行光路定制，同时满足不同的投影显示要求，第一反射镜2、第二反射镜3可以根据光学规划的需求设置为其他规格的凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜等，镜片的面型可以采用自由曲面。可选地，第一反射镜2、第二反射镜3中的至少一个还可以进行一定程度的角度调整，从而改变显示光在挡风玻璃4上的投影位置，以满足不同身高的观看者。光机1的显示光最终在车辆的挡风玻璃4上反射形成虚像5，人眼6在对着挡风玻璃4观察虚像5时可以感受到一定的深度感，就如同观看挡风玻璃外特定距离的实物一样，虚像5可以是如上所述的导航信息、车速等。需要补充的是，针对不同光机的特性，HUD显示设备还可以设置有散光镜，在一些示例中，HUD显示设备中还可以包括菲涅尔透镜、波导光学器件、衍射光学器件、全息光学器件、锥形光纤等。

如图2所示，HUD显示设备针对内部光学镜片20（比如可以是图1中的第一反射镜2）的角度调整包括处理器11、电机驱动芯片12、电机传动机构135等，其中，电机传动机构135具体包括电机13、齿轮14、滑块15等，电机13驱动齿轮14旋转，而齿轮14与滑块15、光学镜片20形成配合的传动关系，齿轮14的旋转运动可以转化为滑块15的直线运动，而滑块15的直线运动又会作用在光学镜片20的自由端上使光学镜片20发生角度调整，相应的机械传动结构以下将详述。处理器11通过电机驱动芯片12驱动电机13进行转动，从而带动齿轮14、滑块15的运动，具体地，电机驱动芯片12可以在处理器11的指令控制下实现特定方向及速度的输出，从而使连接的电机实现特定状态的运转。其中，处理器11的控制可以直接接收用户的手动调节，比如用户可以根据自己的身高来调节光学镜片的角度以适应相应的投影显示高度，具体可以通过车载的按键等进行调节输入。可选地，处理器11的控制也可以根据光线传感器103的采集数据自适应地进行调节，相应地，光线传感器103可以采集到阳光倒灌对HUD显示设备内部的影响程度，当阳光倒灌的影响超出一定阈值时，处理器11就会通过电机驱动芯片12控制电机13的运转，最终使滑块15连接的光学镜片20处于收起的角度，光路传输路径发生的变化可以减少阳光倒灌对内部器件的损坏。另外，光学镜片20在滑块15的传动下具有可调整的最大角度及最小角度，相应地，可以在光学镜片20处于最大角度及最小角度的位置设置限位开关21，当光学镜片20到达最大角度或最小角度时，会碰触到限位开关21，而限位开关21在受到外力碰触后会向电机驱动芯片12或处理器11发送触发信号，因此可以根据触发信号来改变电机输出的运动方向，从而避免光学镜片20的角度调整超出可转动的范围。

在一些示例中，如图3所示，光学镜片20为了实现角度调整，会在光学镜片20的上下对称的位置穿设有一个转轴201，可选地，转轴201的设置位置也可以是非对称的。转轴201可以固定在HUD显示设备壳体内壁的安装座（图未示）上，光学镜片20可以通过转轴201在安装座上进行角度转动，这样镜面的朝向就会发生改变，从而就会改变相应的光路传输路径，此处不再赘述投影显示的光学部分。而光学镜片20在平衡状态下是会保持静止的，如果需要对光学镜片20进行角度调整，就必然需要在光学镜片20的本体上施加特定方向的推力，如果光学镜片20需要实现自动调整就需要依赖于电机等来在光学镜片20上施加外力。相应地，光学镜片20相对于转轴201的自由端上具有一个向镜片侧向延伸的球头202，球头202可以与光学镜片20一体成型，球头202具体可以连接在光学镜片20的背板上，因此球头202就可以作为光学镜片20接收外力施加的连接点。在本示例中，施加在球头202上的外力最源头是由电机13提供的，参照图2示例，电机13可以由HUD显示设备中的处理器11通过电机驱动芯片12控制。由于电机13不能直接输出驱动光学镜片20实现角度调整的推力，因此在电机13与球头202之间需要设置相应的机械传动结构，从而保证外力输出的稳定性及具有足够的推力。

在一些示例中，电机13直接与齿轮14连接，齿轮14直接随着电机13的运转而旋转，相应地，齿轮14可以顺时针旋转也可以逆时针旋转。与齿轮14配合的是滑块15，在本示例中，滑块15的底部具有齿条，齿条的模数与齿轮14的模数相等，齿条在分度圆上的齿形角与齿轮14在分度圆上的齿形角相等，这样齿轮14就可以与滑块15上的齿条啮合在一起，随着齿轮14的旋转，齿轮14与齿条具体的啮合位置也就不一样，也就意味着齿轮14与滑块15之间的相对位置关系会随着齿轮14的旋转而发生变化。基于上述的配合关系，将齿轮14的旋转运动转化为滑块15的直线运动，可以利用支架31来固定电机13及电机13驱动的齿轮14，使齿轮14的位置不会改变，这样相对不固定的滑块15就会运动。进一步，为了限制滑块14可以直线运动，利用滑轨来约束滑块14的运动方向，滑轨具体可以是支架31的两个侧板之间的导杆150，两个侧板可以分别处于光学镜片20的两侧。优选地，导轨包括两个上下设置的导杆150，导杆150分别固定在两侧的侧板上，导杆150横跨光学镜片20的两侧，从而适应光学镜片20的角度调整。相应地，滑块15上具有与导杆150配合的导孔，滑块15可以通过导孔穿设在导杆150上并在导杆150上沿着导杆150的方向来回运动，具体地，滑块15从导杆150的两端穿到导杆150上，然后再将导杆150的两端分别固定在支架31的两个侧板上，由于导杆150的两端被封闭，因此滑块15就不会从导杆150上脱落，只能在导杆150上运动。进一步，导杆150在支架31上的固定位置与齿轮14在支架31上的固定位置对应，齿轮14与导杆150的相对位置关系也是固定的，从而使滑块15上的齿条恰好与齿轮14啮合，同时啮合好的齿条方向可以与导杆150确定的方向一致，在本示例中，齿条与齿轮14采用平直啮合，因此齿条的方向与导杆150的方向平行一致。当齿轮14发生旋转运动时，由于齿轮14与齿条接触位置的变化，且齿轮14自身的位置是不动的，就会带动整个滑块15沿着导杆150进行移动，在本示例中，当齿轮14顺时针旋转时，滑块15就会向远离光学镜片20的方向移动，当齿轮14逆时针旋转时，滑块15就会向靠近光学镜片20的方向移动。

从上述示例可以看出，齿轮14与齿条的相对位置变化是与滑块15沿导杆150的运动相对应的，也就意味着滑块15的齿条长度决定了滑块15的运动距离，相应地，当滑块15与光学镜片20转动连接时，就会最终决定光学镜片20的可调整范围，以下将详述。进一步，滑块15需要将相应的直线运动传动到光学镜片20上，实现对光学镜片20的角度调整，在本示例中，光学镜片20与滑块15之间转动连接，具体在光学镜片20相对于转轴201的自由端上设置球头202，比如底部，而对应地在滑块15上设置球头滑槽151，可选地，球头滑槽151在滑块15靠近光学镜片20的一端，可选地，球头202与光学镜片20可以一体成型，球头滑槽151也可以与滑块15一体成型。相应地，安装后的球头202处于球头滑槽151内，球头滑槽151的内表面可以抵靠在球头202上，将滑块15上的作用力施加在球头202上，从而传导到光学镜片20上实现角度的调整，这样电机13输出的力就会顺利地施加到光学镜片20上。如图4所示，对于光学镜片20而言，在整个镜片驱动结构中，存在两个方向的关联作用力，一个是光学镜片20自身受到重力影响的作用力F1，其施力位置及方向可以根据光学镜片20材料特性确定的质心位置向下，作用力F1等于光学镜片20的质量m乘以对应的重力加速度g。而另一个就是滑块15运动施加在光学镜片20上的作用力F2，其作用力F2的大小是由电机13输出及机械传动结构决定的，以下将详述。由于光学镜片20是绕着转轴201发生转动，因此上述两个方向的作用力会相对于转轴201分别具有力臂距离L1（质心位置到转轴201的垂直距离）及力臂距离L2(球头202到转轴201的垂直距离)，根据力的原理大致可以满足以下公式一：F1*L1=F2*L2，由于光学镜片的质量及质心位置相对固定，因此F1*L1的值也是相对固定的，相应地，力臂距离L2越大，施加在球头202上驱动光学镜片20角度调整的推力就会少一点，因此可以将球头202的位置设置在光学镜片20的底部边缘位置，来减少对推力的要求。至于作用力F2具体根据以下公式二：F2=2T/n*z确定，其中，T为电机13出轴或齿轮14旋转的转矩，n为齿轮14的模数，z为齿轮14的齿数，这样电机13就可以把输出的驱动力转化为直接施加在光学镜片20上的推力。需要说明的是，齿轮模数和齿轮齿数直接影响齿轮14的直径及滑块15上齿条的啮合中心距，还会间接影响整个机械传动结构的体积，因此需要结合HUD显示设备的具体设计和零部件布置合理选取这两个参数。其中，齿轮模数是指齿轮设计中的一个基本参数，它定义为相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距与圆周率π的比值，单位可以是毫米，齿轮模数的选择对齿轮的尺寸、承载能力、传动平稳性、互换性和维修性都有重要影响。在一些示例中，齿轮14的模数及齿数根据驱动滑块15做直线运动的驱动力配置，相应地，进一步由驱动光学镜片20进行角度调整的作用力F2及电机13可输出的驱动扭矩共同确定。在一些示例中，在齿轮14的配置参数确定的前提下，还可以根据上述公式一、公式二推导的公式：T=m*g*L1*n*z/2*L2来确定电机13的额定扭矩。

如图5所示，滑块15与齿轮14的配合，实现滑块15的来回移动，相应地，光学镜片20在滑块15的推动下，具有图5示出的球头202处于最左边的最小角度、处于最右边的最大角度及最小角度与最大角度之间的任意位置。如上所述，距离L2为球头202到转轴201的旋转半径，相应地，运动距离L3为光学镜片20在最小角度与最大角度之间调整时L2的旋转半径下对应的弦长，即滑块15最大所需的移动距离，或者是齿条与齿轮14之间的最大位置变化范围。从上述的示例不难看出，齿条的移动距离取决于齿条的有效长度，相应地，调整半径过大的齿条长度会导致整个机械传动结构占用的横向空间更大，对HUD显示设备的壳体包络设计也就提出了难题。因此在设计时需考虑滑块15与球头202的配合位置，确保推力足够的情况下使得球头202的旋转半径最小。具体地，光学镜片20的最小角度与最大角度之间的转角范围为α，则齿条的最小有效长度L3可以根据以下公式：L3=2*L2*sinα确定，为了减少齿条长度占用的空间，其距离L2也不是越大越好，因此就需要根据实际设计的需求，综合考虑实际的设备空间大小及所需的作用力F2大小（参照图4）来确定。

如图6、图7所示，在一些示例中，球头滑槽151具体采用上下开口的设计，光学镜片20在安装时，可以将球头202从上开口或下开口套入到球头滑槽151的内部空间中，球头202可以随着滑块15的移动而在球头滑槽151中转动以适应光学镜片20所呈的不同角度。由于光学镜片20是与壳体内壁的安装座固定的，滑块15是通过导杆150固定在支架31上，因此球头202及球头滑槽151都不具有上下移动的空间，球头202在球头滑槽151中时，即使滑块15沿着导杆150来回运动也不会从球头滑槽151中脱落，只会抵靠在球头滑槽151两侧的定位板上，同时也可以避免球头202在球头滑槽151中转动时带来的上下卡滞感。在具体的示例中，球头滑槽151包括第一定位板1511及第二定位板1512，第一定位板1511和第二定位板1512相对设置，分别包裹着球头202移动的两个方向。相应地，当滑块15向光学镜片20的方向移动时，由第二定位板1512接触球头202向其提供推力，而滑块15远离光学镜片20的方向移动时，由第一定位板1511接触球头202向其提供推力。其中，球头202处于球头滑槽151中的位置为光学镜片20与滑块15的连接点，它随着滑块15沿着导杆150移动时，始终处于滑轨所对应的方向上，这是由结构确定的，可以使推力很好地施加在光学镜片20上，同时也是球头202不会从球头滑槽151中脱落的保证。

在一些示例中，为了保证齿轮14很好地承接电机13输出的驱动力，电机13的出轴与齿轮14的轴孔采用特殊的配合形状。如图8、图9所示，电机13的出轴130延伸到电机13侧面之外，电机13通过出轴130输出驱动力，出轴130在电机13的驱动下自旋转。如上所述，为了实现驱动力的传动，会在出轴130上套设有齿轮14，齿轮14具体通过中心设置的轴孔140套在出轴130上，出轴130的外表面可以与轴孔140的内表面接触，可以通过摩擦力来带动齿轮14的旋转传动。但是，出轴130与轴孔140之间的间隙一般在0.1毫米左右，单纯依靠摩擦力来传导可能会产生打滑，如果单纯通过降低间隙来提高电机13输出的效率，必然会对出轴130及轴孔140的加工精度提出很高的要求。在一些示例中，轴孔140采用扁口孔，出轴130为了配合轴孔140，其截面的形状呈与扁口空配合的椭圆形，使出轴130恰好可以插入到轴孔140中，这样可以具有相互接触的抵持力。进一步，为了减少出轴130与轴孔140之间间隙的抖动影响，还可以在出轴130的外表面或轴孔140的内表面上设置凸起结构141，凸起结构141在出轴130插入到轴孔140中时，恰好卡在出轴130与轴孔140之间的间隙中，为了实现过盈配合，凸起结构141的尺寸要略大于出轴130与轴孔140之间间隙的尺寸，比如出轴130与轴孔140之间的间隙为0.1毫米的前提下，凸起结构141的尺寸可以是0.2毫米。优选地，上述的凸起结构141采用三角形凸起，出轴130被强行插入到轴孔140中时，三角形凸起结构受到挤压的作用发生了相应的形变，其可以填补出轴130与轴孔140之间的间隙，使齿轮14与电机13紧密地固定在一起，使齿轮14随着电机13的旋转而不致从中脱落。

相应地，齿轮14还会与滑块15的齿条啮合，实现上述示例中驱动滑块15的运动。由于齿条的模数及齿轮的模数在生产中不可避免地会存在公差，因此啮合关系也不会存在完美地配合，特别是齿轮14与齿条的相对位置发生变化的过程中，两者之间不具有稳定的自锁结构，齿轮14啮合在齿条的某一位置时，在外力的影响下，会发生轻微的抖动，这种抖动也会传导到光学镜片20上发生相应的抖动，最终就会影响到投影显示的稳定效果。因此选择电机13的类型时可以采用行星齿轮箱步进电机，这类电机具有自锁结构，能够提高机械传动结构在静止条件下的稳定性，特别是在公差产生悬空的过渡配合关系时可以利用自锁结构来减少相互之间的抖动。相应地，齿轮箱电机的特点在于电机的出轴并不在电机的几何中心，如图10、图11所示，出轴130是位于电机13侧面的下部位置，而上部位置是空着的。即使将齿轮14安装到电机13的出轴130上后，电机13的上部位置还是未被全部使用，在壳体空间利用要求很高的情况下，可以有效利用上部空闲的正对空间，将滑块15从上向下与齿轮14啮合在一起，这样就可以节省整个机械传动结构的纵向尺寸，提高空间占用的效率，具体可以参照图10。但是也可以在特殊的空间安排需求下，将上部的位置空出来，而将滑块15安排在非正对电机13侧面的位置，即滑块15从下向上与齿轮14啮合在一起，具体可以参照图11。

在本示例中，为了实现镜片转动的驱动，一方面需要设计一个推力强、空间占用小的机械传动结构，另一方面需要在设计的结构基础上设计消隙机构来减少零件之间的抖动。如图12、图13所示，齿轮14与滑块15配合传动，具体地，滑块15上的球头滑槽通过第一定位板1511及第二定位板1512将球头202固定在中间，随着滑块15的移动还会推着球头202连带光学镜片进行角度调整。其中，在滑块15沿着导杆150运动的过程中，球头202与第一定位板1511、第二定位板1512之间会存在抖动，齿轮14与滑块15的齿条之间会存在抖动，为了减少上述的抖动，最有效的方式就是消除上述部件之间的可能间隙。在一些示例中，除了通过齿轮14连接的电机具有的自锁结构来实现齿轮14本身的抖动外，还要对滑块15端的抖动进行处理。相应地，支架31的两侧分别设置第一侧板311和第二侧板312，其中限制滑块15运动的导杆150是固定在第一侧板311和第二侧板312之间，意味着滑块15是在第一侧板311与第二侧板312之间来回运动的，滑块15会产生抖动的原因在于，当齿轮14旋转到特定挡位时，滑块15的齿条可能与特定的轮齿处于松耦合状态，基于外力或惯性的影响，滑块就会在松耦合的悬空间隙中存在抖动的活动空间，此时不仅需要对齿轮设置自锁结构，还要为具有齿条的滑块15设置锁定的方式。在本示例中，在第一侧板311与滑块15相对第一侧板311的一端之间设置弹簧313，弹簧313可以穿设在导杆150上，恰好卡在第一侧板311与滑块15之间。相应地，弹簧313的默认长度要比第一侧板311、滑块15之间的距离要大，弹簧313处于压缩状态时，弹簧313被压缩后的最大弹性力要小于滑块15受到齿轮14驱动的最大推力，优选地为六分之一的大小比例。弹簧313产生的弹性力抵持在滑块15上，使滑块15的齿条紧紧地抵靠在齿轮14的特定轮齿上，因此就会产生力的平衡，从而增强滑块15在导杆150上的张紧力，避免可能产生的抖动。在一些示例中，还可以在滑块15与第二侧板312之间设置弹簧，同理通过弹簧的弹性力来抵持住滑块15。同时，为了消除球头202与球头滑槽之间的抖动间隙，会在球头202与球头滑槽之间的间隙中插入第一弹片1513，利用第一弹片1513提供的弹性力来压紧球头滑槽内的球头202。在具体的示例中，球头滑槽至少在第一定位板1511、第二定位板1512中的一个上设置第一弹片1513，第一弹片1513的至少弹性抵持部分位于球头滑槽内，即图中第一定位板1511与第二定位板1512之间，可以抵靠在球头202的表面上并处于压缩状态下。如图12所示，以在第一定位板1511上设置第一弹片1513为例，第一定位板1511具有正对第二定位板1512的内表面及背离第二定位板1512的外表面，第一定位板1511的外表面上设置有可以容纳第一弹片1513部分的卡槽，在本示例中，第一弹片1513通过挤压在卡槽的内壁上形成摩擦力来固定。具体地，第一弹片1513包括两端，分别为第一端1514及第二端1515，第一端1514及第二端1515都设置为弯折结构，从而可以在压缩状态下具有弹性力，第一端1514的弯折结构刚好卡在第一定位板1511的卡槽内，这样可以使整个第一弹片1513不会脱落，而第二端1515的弯折结构从卡槽内延伸出来，并弯折插入到第一定位板1511与第二定位板1512之间，当球头202插入到第一定位板1511与第二定位板1512之间时，会挤压第一弹片1513的末端并受到来自第一弹片1513的弹性抵持力，从而球头202就会相应地抵持在第二定位板1512的内表面上而消除了两者之间的间隙，从而抖动也就不会产生。

进一步，如图14-16所示，为了更好地为滑块15提供相对于齿轮14的抵持力，第一定位板1511、第二定位板1512并不采用竖直设置的方式，而是第一定位板1511、第二定位板1512与整个滑块15所处的水平方向呈一定倾斜的角度，水平方向是指导杆150确定的滑动方向。相应地，光学镜片20的球头202是采用斜入的方式插入到球头滑槽内，由于球头202仍然保持在第一定位板1511与第二定位板1512之间，因此随着滑块15沿着导杆150的移动，还是可以推着球头202并带动整个光学镜片20实现角度调整。参照图12、图13，也可以在本示例中采用弹簧及齿轮箱电机来消除滑块15与齿轮14之间的抖动，也可以在第一定位板1511、第二定位板1512之间设置第一弹片来消除球头202与球头滑槽之间的抖动。在一些示例中，为了进一步配合球头滑槽的倾斜设置，如图16所示，在第一定位板1511与第二定位板1512之间设置第二弹片1516，第二弹片1516分别与第一定位板1511、第二定位板1512垂直，以使第二弹片1516正对着球头滑槽的上开口，第二弹片1516在外力施加产生形变时会产生反方向的弹性力。球头202从球头滑槽的上开口插入后，会抵靠在第二弹片1516的表面上并与第二弹片1516形成过盈配合。可选地，第二弹片1516的中间与球头202的接触面为凸起设置，这样可以增加球头202与第二弹片1516之间的作用力。相应地，由于倾斜设置的第二弹片1516会促使球头202与第一定位板1511、第二定位板1512压紧，因此首先会减少球头202于球头滑槽之间的抖动。更重要的是，球头202在重力及安装关系的影响下，会产生一个垂直于第二弹片1516表面并向下的作用力Ft，作用力Ft施加在第二弹片1516上后，可以具体分解为一个水平方向（与滑块15运动一致的方向）的作用力Fx及竖直方向(垂直于导杆150的方向)的作用力Fy，其中作用力Fx与作用力Ft夹呈的倾斜角β就是第一定位板1511、第二定位板1512的倾斜角度，相应地，Fx=Ft*cosα、Fy=Ft*sinα。对于作用力Fx而言，它会施加在滑块15上，当光学镜片20处于静止状态时，滑块15的齿条相对齿轮14具有与运动方向相反的趋势，因此齿条与齿轮14之间就会保持始终啮合，同时齿轮14在齿轮箱电机自锁特性的约束下，齿条如果继续向运动的负方向移动时，齿轮14不会随之产生旋转，从而从根本上消除了齿轮14与滑块15之间的啮合间隙。在一些示例中，为了实现上述的稳定状态，在选取电机的额定扭矩时，还应充分考虑作用力Fx的大小对其的影响，防止过大的作用力对齿轮箱电机的自锁结构造成损坏。具体地，Fx<2T/n*z，其中，T为电机的额定扭矩，n为齿轮14的模数，z为齿轮14的齿数。而如上所述，作用力Fx又等于Ft*cosα，即第二弹片1516在正常安装状态下所能产生的弹性力及第一定位板1511、第二定位板1512的设置倾斜角都会影响电机的输出能力。相应地，在镜片驱动结构的选型中，需要结合不同电机的自锁力矩特性选择合适的第二弹片的弹性材料以及球头滑槽的设计倾斜角等，最终满足机械传动控制光学镜片的稳定性要求。

如图17所示，在一些示例中，对于集成在车辆中控台内部的HUD显示设备100，除了包括光机1、第一反射镜2、第二反射镜3之外，其本体通过壳体101实现包络，光机1及第一反射镜2、第二反射镜3收容在壳体101的内部空间。参照图1，光机1、第一反射镜2、第二反射镜3相互配合，在壳体101的内部实现一定的光路规划，最终通过壳体101开设的投射窗口102将显示光投射出去。当HUD显示设备100嵌入到汽车的中控台内时，壳体101上的投射窗口102正对着中控台上方的车辆挡风玻璃，相应地，从投射窗口102投射出的显示光就会在挡风玻璃上发生反射形成人眼可以看到的虚像。需要说明的是，封装在壳体101内部的第一反射镜2、第二反射镜3都是需要与壳体101的内壁实现固定，为了保证第一反射镜2和/或第二反射镜3满足角度调整的需要，其可以采用上述的镜片驱动结构。其中，光学镜片的整体通过转轴固定在壳体101内壁的安装座（图未示）上，光学镜片就可以在壳体101的内部绕着转轴进行角度调整，其具体可以与光机1形成不同的角度姿态，因此光线反射的角度也会发生变化，从而满足不同的投影显示需求。在光学镜片周边设置上述示例的镜片驱动结构后，就可以利用传动的方式将电机输出的驱动力转化为施加在光学镜片上的作用力，从而实现电子控制光学镜片的角度，而最终调整投影显示的效果。在本示例中，由于采用的镜片驱动结构稳定性好，调节精准度高，零部件的采购成本低，因此可以使相应的HUD显示设备具有很好的技术优势。

如图18所示，在一些示例中，交通工具可以设置有上述示例的HUD显示设备，具体地，HUD显示设备集成在中控台10的内部，比如在方向盘的前方位置。通过HUD显示设备的投射窗口102将相应的显示光投射在正对的车辆挡风玻璃4上，观看者从驾驶舱内观察挡风玻璃4上的效果就是可以直接看到相应的虚像5，例如：虚像5可以包括车速（60Km/h）、导航信息（向前箭头）等。作为观看者的驾驶人员在驾驶时无需低头就可以查看到相应的车辆状态，提高了驾驶的安全性。进一步，由于显示设备内采用了比较稳定的镜片驱动结构，同时还有特别消隙设计，因此挡风玻璃上的投影效果更佳，不会因为车辆行驶过程中的颠簸而造成投影图像抖动及模糊。需要说明的是，本示例中的交通工具并不局限于作为代步工具的小汽车，也可以包括公交车、卡车、挖掘机、摩托车、火车、高铁、轮船、游艇、飞机、宇宙飞船等。投影的挡风玻璃也不局限于汽车的前挡风玻璃，也可以是其他位置的透明表面。

综上所述，本申请通过电机驱动齿轮旋转，同时齿轮与滑块设置的齿条啮合配合，而将齿轮的旋转运动转化为滑块在滑轨上的直线运动，滑块与光学镜片进行转动连接，滑块相应的直线运动又可以作用在光学镜片上产生直接的推力，从而实现光学镜片的简便角度调整。本申请可以保证镜片驱动结构提供光学镜片转动的足够推力，整个结构的加工及装配简单便利，实现成本相对较低。

应当理解，虽然本说明书包括一些示例，但这些示例中的任何一个并非仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚的目的。本领域普通技术人员应当将说明书作为一个整体，各示例中的技术方案也可以进行适当的组合，形成本领域普通技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡是未脱离本申请教导内容所作的等效实施方式或变型均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镜片驱动结构，其特征在于，包括：

支架；

安装在所述支架上的电机及所述电机驱动的齿轮；

具有齿条的滑块，所述滑块的齿条与所述齿轮配合，所述滑块设置在滑轨上以使所述滑块在所述齿轮的传动下沿所述滑轨做直线运动，所述滑轨通过所述支架与所述齿轮实现相对位置固定；

所述滑块与光学镜片转动连接，所述滑块与所述光学镜片之间的连接点在所述滑块沿所述滑轨做直线运动时，始终处于所述滑轨确定的方向上，以使所述滑块的直线运动转化为所述光学镜片的角度调整。

2.根据权利要求1所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述滑轨为连接在所述支架的两个侧板之间的导杆，所述滑块上设置有导孔并穿设在所述导杆上。

3.根据权利要求1所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述电机驱动的齿轮包括中心设置的轴孔，所述电机的出轴截面形状与所述轴孔配合以使所述电机的出轴插入到所述齿轮的轴孔内；

所述出轴的外表面上设置有第一凸起，所述出轴插入到所述轴孔中时，所述第一凸起抵靠在所述轴孔的内表面上以消除所述出轴与所述轴孔之间的间隙；和/或

所述轴孔的内表面上设置有第二凸起，所述出轴插入到所述轴孔中时，所述第二凸起抵靠在所述出轴的外表面上以消除所述出轴与所述轴孔之间的间隙。

4.根据权利要求1所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述电机为齿轮箱电机，所述滑块的齿条与所述齿轮啮合时，所述滑块正对着所述电机的侧面。

5.根据权利要求1所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述滑块设置在滑轨上包括：

所述滑块的至少一端设置有沿着所述滑轨的弹簧，所述弹簧向所述滑块提供抵持力，以减少所述滑块的齿条与所述齿轮之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述滑块与光学镜片转动连接包括：

所述光学镜片设置有球头，所述滑块设置有球头滑槽，所述球头在所述滑块与所述光学镜片之间的连接点位置与所述球头滑槽连接；

所述球头滑槽至少包括第一定位板及相对的第二定位板，在所述第一定位板与第二定位板之间形成所述球头转动的空间，所述第一定位板、第二定位板随着所述滑块沿着所述滑轨做直线运动时，所述球头始终处于所述第一定位板与所述第二定位板之间，所述第一定位板、第二定位板中的一个为所述球头提供推动所述光学镜片角度调整的抵持力。

7.根据权利要求6所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述第一定位板、第二定位板中的至少一个正对所述球头的内表面设置有第一弹片，所述第一弹片抵靠在所述球头上以减少所述球头在所述球头滑槽内的抖动。

8.根据权利要求6所述的镜片驱动结构，其特征在于，所述第一定位板、第二定位板与所述滑轨确定的方向呈特定倾斜角，所述第一定位板与所述第二定位板之间设置有垂直于所述第一定位板、第二定位板的第二弹片，所述第二弹片抵靠在所述球头的底部以使所述球头至少向所述滑块提供与所述滑轨确定方向一致的作用力。

9.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的镜片驱动结构及用于光路规划的光学镜片；

所述镜片驱动结构在电机的作用下调整所述光学镜片的角度。

10.一种交通工具，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的镜片驱动结构或权利要求9所述的显示设备。