CN118155518A - 一种车载信标显示装置、设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载信标显示装置、设备，涉及车载信标显示技术领域。包括沿信标图像源发出的光束的传输方向上依次放置的光波导、菲涅尔透镜；光波导包含第一导光部和第二导光部，其中，第一导光部的第一表面与信标图像源接触，第一导光部的第二表面与第二导光部的第一表面接触，第二导光部的出光面与菲涅尔透镜接触。信标图像源位于菲涅尔透镜的一倍焦距以外，使得信标图像源发出的光束经过光波导、菲涅尔透镜后，将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间，且得到成实像的信标影像。该显示装置中由于将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，显示在菲涅尔透镜的前方，即有上浮的视觉效果，如此实现了视觉的纵深感，提高了用户体验感。

Description

一种车载信标显示装置、设备

技术领域

本发明涉及车载信标显示技术领域，特别是涉及一种车载信标显示装置、设备。

背景技术

车辆内部空间的设计越来越注重乘客体验，如对车载信标的设计。车载信标通常指的是在车辆内部使用的各种显示技术，用于向乘客或驾驶员提供驾驶信息（例如驻车挡（Parking，P）、倒车挡（Retro，R）、空挡（Neutre，N）、前进挡（Drive，D）、空调开关、音响开关等）功能。

相关的车内信标的显示技术主要有：印刷/镭射字符技术，但是该信标显示技术无法自发光，需要外界光照才能被看清；而液晶显示屏（Liquid Crystal Display，LCD）技术、有机发光二极管显示屏技术（Organic Light-Emitting Diode，OLED）只能在显示屏表面形成图像，无法给用户视觉上的纵深感，另外，全息显示技术尚不成熟、成本高，适用场景有限。

由此可见，提供一种成本低、能够给用户视觉上的纵深感的信标显示技术是本领域人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载信标显示装置、设备，以解决利用现有的车载信标显示技术存在无法给用户视觉上的纵深感的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种车载信标显示装置，包括：沿信标图像源发出的光束的传输方向上依次放置的光波导、菲涅尔透镜；

所述光波导包含第一导光部和第二导光部，其中，所述第一导光部的第一表面与所述信标图像源接触，所述第一导光部的第二表面与所述第二导光部的第一表面接触，所述第二导光部的出光面与所述菲涅尔透镜接触；

所述信标图像源位于所述菲涅尔透镜的一倍焦距以外，以便将所述信标图像源成像在所述菲涅尔透镜与用户之间的位置。

优选地，所述第一导光部相对所述信标图像源所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值。

优选地，所述第一导光部为平行四边体结构，所述第二导光部为长方体结构，所述平行四边体结构相对所述信标图像源所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值；

所述信标图像源发出的光束依次经所述第一导光部的第一表面、所述第二导光部的反光面后入射至所述第二导光部的出光面。

优选地，所述第一导光部的宽度和所述第二导光部的宽度相同。

优选地，光轴长度大于所述菲涅尔透镜的一倍焦距，且小于或等于所述菲涅尔透镜的二倍焦距，其中，光轴长度为所述信标图像源发出的光束传输至所述第二导光部的反光面的距离和光束由所述第二导光部的反光面入射至所述第二导光部的出光面的距离之和。

优选地，所述第一导光部的第一表面的面积大于或等于所述信标图像源的显示面积。

优选地，所述信标图像源为由LED背光照明的静态二维字符。

优选地，所述光波导为塑料光波导。

优选地，所述菲涅尔透镜由将所述第二导光部的出光面蚀刻后形成。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种车载信标显示设备，包括上述的车载信标显示装置。

本发明所提供的车载信标显示装置，包括：沿信标图像源发出的光束的传输方向上依次放置的光波导、菲涅尔透镜；光波导包含第一导光部和第二导光部，其中，第一导光部的第一表面与信标图像源接触，第一导光部的第二表面与第二导光部的第一表面接触，第二导光部的出光面与菲涅尔透镜接触。信标图像源位于菲涅尔透镜的一倍焦距以外，使得信标图像源发出的光束经过光波导、菲涅尔透镜后，将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，得到成实像的信标影像。该车载信标显示装置中由于将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，显示在菲涅尔透镜的前方，即有上浮的视觉效果，如此实现了视觉的纵深感，提高了用户体验感；相比于采用全息显示技术，本发明提供的车载信标显示装置中采用光波导结合菲涅尔透镜，利用几何光学设计，减小了色散彩虹纹现象的产生，提高了信标的显示效果以及显示的可靠性，且光波导技术、菲涅尔透镜技术相比全息显示技术成熟、且成本低。

此外，本发明还提供一种车载信标显示设备，与上述提到的车载信标显示装置具有相同或相对应的技术特征，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为本发明实施例提供的一种车载信标显示装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车载光波导信标装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种车载光波导信标装置所显示的信标影像的示意图。

附图标记：

1-信标图像源；2-光波导；3-菲涅尔透镜；21-第一导光部；22-第二导光部。

具体实施方式

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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种车载信标显示装置、设备，以解决利用现有的车载信标显示装置显示技术存在无法给用户视觉上的纵深感的技术问题。

车载信标通常指的是在车辆内部使用的各种显示技术，用于向乘客或驾驶员提供驾驶信息（例如PRND档位、空调开关、音响开关等）功能。车内信标使用的显示技术主要包括：印刷/镭射字符显示技术，但是印刷/镭射字符显示却无法自发光需要外界光照才能被看清；液晶显示屏显示技术，但是液晶显示屏的对比度不如有机发光二极管显示屏，视角有限，反应速度可能较慢,且只能在显示屏表面形成图像,无法给用户视觉上的纵深感；有机发光二极管显示屏显示技术，但是成本较高，寿命比液晶显示屏短，同样无法给用户视觉上的纵深感；投影显示技术，但是设备复杂，成本高，占用空间大，不适合用在信标这类显示区域较小的装置上；全息显示技术，但是该技术尚不成熟，成本高，适用场景有限。

因此，本发明实施例提供一种应用现有成熟技术的前提下，保证低成本，实现一种能实现视觉纵深感的信标装置。

需要说明的是，本发明实施例提供的车载信标显示装置的技术，除了将车载信标进行成像，获得具有视觉纵深感的信标影像。当对其它信标进行成像时，也可以采用本发明所提供的技术手段进行成像，属于本发明的保护范围内。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。图1为本发明实施例提供的一种车载信标显示装置的示意图，如图1所示，该车载信标显示装置，包括：沿信标图像源1发出的光束的传输方向上依次放置的光波导2、菲涅尔透镜3；

光波导2包含第一导光部21和第二导光部22，其中，第一导光部21的第一表面与信标图像源1接触，第一导光部21的第二表面与第二导光部22的第一表面接触，第二导光部22的出光面与菲涅尔透镜3接触；

信标图像源1位于菲涅尔透镜3的一倍焦距以外，以便将信标图像源1成像在菲涅尔透镜3与用户之间的位置。

对于所要显示的信标不作限定，根据实际情况确定。如对上文中描述的PRND档进行显示。为了保证能够对信标进行成像，本发明实施例中需要保证信标图像源1能够发光。对于采用的信标图像源1不作限定，如信标图像源1为由发光二极管（Light EmittingDiode，LED）背光照明的静态二维字符，也可以是LCD或是其他平板显示器。但是为了实现较低的成本，在一些实施例中，选取的信标图像源1为由LED背光照明的静态二维字符。

信标图像源1发出的光束依次经过光波导2、菲涅尔透镜3。对于导光部的材质不作限定，在一些实施例中，为了降低物料和工艺的生产成本、减少生产过程中的污染物排放，采用的光波导2为塑料光波导。其中，塑料光波导为有机玻璃（Polymethyl Methacrylate，PMMA），也可以是其他透明的有机材料，或是无机材料例如玻璃，只要是透明介质-例如材料透过率>90%/mm，都可以用在本发明实施例提供的车载信标显示装置。本发明实施例中的光波导2包含第一导光部21和第二导光部22。对于第一导光部21的形状、第二导光部22的形状等不作限定，只要第一导光部21的第一表面与信标图像源1接触，第一导光部21的第二表面与第二导光部22的第一表面接触，第二导光部22的出光面与菲涅尔透镜3接触即可。对于第一导光部21的第一表面与信标图像源1接触的面积，第一导光部21的第二表面与第二导光部22的第一表面接触的面积，第二导光部22的出光面与菲涅尔透镜3接触的面积不作限定。为了保证成像的亮度，在实施中，第一导光部21的第一表面的面积大于或等于信标图像源1的显示面积。菲涅尔透镜3完全覆盖第二导光部22的出光面。

需要说明的是，由于该车载信标显示装置中，第一导光部21和第二导光部22的结构不同，因此，为了方便描述将导光部分为第一导光部21和第二导光部22，但是实际上，本发明实施例提供的导光部中的第一导光部21和第二导光部22是一个整体。对于光波导2的厚度也不作要求，如可以是在1mm~100mm之内。

为了保证信标图像源1能够成像在观察者和菲涅尔透镜3之间，本发明实施例中第一导光部21相对信标图像源1所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值。

具体地，第一导光部21为平行四边体结构，第二导光部22为长方体结构，平行四边体结构相对信标图像源1所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值；

信标图像源1发出的光束依次经第一导光部21的第一表面、第二导光部22的反光面后入射至第二导光部22的出光面。

第一导光部21的宽度和第二导光部22的宽度相同。

图2为本发明实施例提供的一种车载光波导信标装置的示意图，如图2所示，车载信标装置中包含信标图像源1、光波导2，菲涅尔透镜3。其中，在光波导2中包含第一导光部21和第二导光部22，第一导光部21为平行四边体结构，第二导光部22为长方体结构。且第一导光部21的宽度和第二导光部22的宽度相同。信标图像源1发出的光束经光波导2的第一导光部21后，入射至光波导2的第二导光部22的后表面上，再由第二导光部22的后表面反射至第二导光部22的出光面（即第二导光部22的前表面），之后，光束再入射至菲涅尔透镜3，由于信标图像源1位于菲涅尔透镜3的一倍焦距以外，因此，将信标图像源1成像在菲涅尔透镜3与用户之间的位置，如图2中信标影像位于观察者和菲涅尔透镜3之间。为了方便描述，图2中，O为信标图像源1的中心点，α是光波导2下层的平行四边形（体）的倾斜角度，A为以O点为起点，作一条和图像源所在面夹角为α的射线，与光波导2上层后表面所形成的交点，AB为反射光线，AB和OA的关系服从Snell定律，B为光波导2前表面上的点。下层的平行四边形（体）的倾斜角度α的范围是45°，也可以根据实际应用场合更改为0~90°之间（不包含0°和90°）的任意角度。第一导光部21的第一表面即与信标图像源1接触的表面，第二导光部22的出光面即为B点所在的面。

其中菲涅尔透镜3的作用是将信标图像源1这个物体成像到光波导2和观察者之间的空间中。菲涅尔透镜3的主要参数是焦距f，这里f的取值和光线路径有关，定义参数光轴长度L=OA+AB。为了能将信标图像源1成像在菲涅尔透镜3与用户之间的位置，f需要大于L。进一步地，为了保证能够获得放大的实像，光轴长度大于菲涅尔透镜3的一倍焦距，且小于或等于菲涅尔透镜3的二倍焦距，其中，光轴长度为信标图像源1发出的光束传输至第二导光部22的反光面的距离和光束由第二导光部22的反光面入射至第二导光部22的出光面的距离之和。即L满足的条件为：2f≥L＞f，以保证所成的像是放大的实像，且成像位置在光波导2和观察者之间，即图2所示的信标影像。

在车载信标显示装置中，第二导光部22的出光面与菲涅尔透镜3接触。为了减小光的散射，在实施中，菲涅尔透镜3和光波导2的上表面完美贴合，两者之间没有空气间隔。为了保证菲涅尔透镜3和光波导2之间没有空气间隔，在一些实施例中，菲涅尔透镜3由将第二导光部22的出光面蚀刻后形成。即光波导2和菲涅尔透镜3采用一体化设计。以信标图像源1中显示的字符为PRND为例，图3为本发明实施例提供的一种车载光波导信标装置所显示的信标影像的示意图，观察者最终通过上述光学系统看到如图3所示的信标影像。需要说明的是，图3中展示出的是正视图，而实际中，信标影像是位于光波导2的前方，并不是贴合在光波导2上，即有上浮的视觉效果，如此实现了视觉的纵深感。

本发明实施例所提供的车载信标显示装置，包括：沿发出的光束的传输方向上依次放置的光波导、菲涅尔透镜；光波导包含第一导光部和第二导光部，其中，第一导光部的第一表面与信标图像源接触，第一导光部的第二表面与第二导光部的第一表面接触，第二导光部的出光面与菲涅尔透镜接触。信标图像源位于菲涅尔透镜的一倍焦距以外，使得信标图像源发出的光束经过光波导、菲涅尔透镜后，将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，得到成实像的信标影像。该车载信标显示装置中由于将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，显示在菲涅尔透镜的前方，即有上浮的视觉效果，如此实现了视觉的纵深感，提高了用户体验感；相比于采用全息显示技术，本发明提供的车载信标显示装置中采用光波导结合菲涅尔透镜，利用几何光学设计，减小了色散彩虹纹现象的产生，提高了信标的显示效果以及显示的可靠性，且光波导技术、菲涅尔透镜技术相比全息显示技术成熟、且成本低；采用了透明塑料做光波导，减少了生产过程中的污染物排放。在提高生产率、降低成本、节能、提高可靠性、安全性以及环保等方面具有明显优势，为汽车行业的发展提供了有力支持。

上文中描述了一种车载信标显示装置，本实施例还提供一种车载信标显示设备，包括上述的车载信标显示装置。本实施例提供的车载信标显示设备与上文中描述的车载信标显示装置具有相同或相对应的技术特征，上文中已对车载信标显示装置的实施例进行了详细地描述，此处对于车载信标显示设备的实施例不再赘述。

本实施例提供的车载信标显示设备中包括车载信标显示装置，而车载信标显示装置中包括：沿信标图像源发出的光束的传输方向上依次放置的光波导、菲涅尔透镜；光波导包含第一导光部和第二导光部，其中，第一导光部的第一表面与信标图像源接触，第一导光部的第二表面与第二导光部的第一表面接触，第二导光部的出光面与菲涅尔透镜接触。信标图像源位于菲涅尔透镜的一倍焦距以外，使得信标图像源发出的光束经过光波导、菲涅尔透镜后，将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，得到成实像的信标影像。该车载信标显示装置中由于将信标图像源成像在菲涅尔透镜与用户之间的位置，显示在菲涅尔透镜的前方，即有上浮的视觉效果，如此实现了视觉的纵深感，提高了用户体验感；相比于采用全息显示技术，本发明提供的车载信标显示装置中采用光波导结合菲涅尔透镜，利用几何光学设计，减小了色散彩虹纹现象的产生，提高了信标的显示效果以及显示的可靠性，且光波导技术、菲涅尔透镜技术相比全息显示技术成熟、且成本低；采用了透明塑料做光波导，减少了生产过程中的污染物排放。在提高生产率、降低成本、节能、提高可靠性、安全性以及环保等方面具有明显优势。

以上对本发明所提供的一种车载信标显示装置、设备进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种车载信标显示装置，其特征在于，包括：沿信标图像源（1）发出的光束的传输方向上依次放置的光波导（2）、菲涅尔透镜（3）；

所述光波导（2）包含第一导光部（21）和第二导光部（22），其中，所述第一导光部（21）的第一表面与所述信标图像源（1）接触，所述第一导光部（21）的第二表面与所述第二导光部（22）的第一表面接触，所述第二导光部（22）的出光面与所述菲涅尔透镜（3）接触；

所述信标图像源（1）位于所述菲涅尔透镜（3）的一倍焦距以外，以便将所述信标图像源（1）成像在所述菲涅尔透镜（3）与用户之间的位置。

2.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述第一导光部（21）相对所述信标图像源（1）所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值。

3.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述第一导光部（21）为平行四边体结构，所述第二导光部（22）为长方体结构，所述平行四边体结构相对所述信标图像源（1）所在平面的倾斜角度为大于0°且小于90°的任一角度值；

所述信标图像源（1）发出的光束依次经所述第一导光部（21）的第一表面、所述第二导光部（22）的反光面后入射至所述第二导光部（22）的出光面。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述第一导光部（21）的宽度和所述第二导光部（22）的宽度相同。

5.根据权利要求4所述的车载信标显示装置，其特征在于，光轴长度大于所述菲涅尔透镜（3）的一倍焦距，且小于或等于所述菲涅尔透镜（3）的二倍焦距，其中，光轴长度为所述信标图像源（1）发出的光束传输至所述第二导光部（22）的反光面的距离和光束由所述第二导光部（22）的反光面入射至所述第二导光部（22）的出光面的距离之和。

6.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述第一导光部（21）的第一表面的面积大于或等于所述信标图像源（1）的显示面积。

7.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述信标图像源（1）为由LED背光照明的静态二维字符。

8.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述光波导（2）为塑料光波导。

9.根据权利要求1所述的车载信标显示装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜（3）由将所述第二导光部（22）的出光面蚀刻后形成。

10.一种车载信标显示设备，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的车载信标显示装置。