CN210666204U - 一种抬头显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种抬头显示设备，包括：像源、遮光结构、第三衍射光学元件、亮度传感器以及一个或多个反射元件；像源用于发出成像光线，反射元用于反射成像光线；第三衍射光学元件设置在像源或至少一个反射元件的至少一边侧；亮度传感器设置在第三衍射光学元件的衍射光线路径上；遮光结构用于在接收到遮光信号时，阻挡传播至像源或反射元件的光线。通过本实用新型实施例提供的抬头显示设备，在抬头显示器本体内设有遮光结构；在正常情况下，遮光结构不影响抬头显示设备的正常成像；当需要进行遮光时，该遮光结构可以实现对外部光路的阻挡，或者改变成像光路避免外部光线直接入射至像源处，可以避免因外部光线过强而烧坏像源。

Description

一种抬头显示设备

技术领域

本实用新型涉及抬头显示器技术领域，具体而言，涉及一种抬头显示设备。

背景技术

HUD(head up display，抬头显示器)利用汽车挡风玻璃即可成像(虚像)，使得抬头显示器可以投出包含仪表盘信息的图像，驾驶员在观看挡风玻璃外部真实环境的同时，还可以观看到抬头显示器的成像，从而可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，可以提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。

传统HUD内部设有像源，当外部强烈的光线入射到像源时，导致像源温度升高，可能影响像源正常工作。此外，HUD一般还设有曲面镜，且像源接近曲面镜的焦平面，一般情况下HUD可以正常工作。但是，当在车辆外部存在强光(比如太阳光)时，外部的光线可以透过挡风玻璃到达曲面镜，进而汇聚在曲面镜的焦平面上，导致汇聚的光斑可能烧坏像源，甚至导致车辆起火而发生事故。参见图1所示，当太阳在某个角度或位置时，太阳光可以透过挡风玻璃直接入射至HUD的曲面镜1，使得光线汇聚在像源2附近，从而可能烧坏像源2。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种抬头显示设备。

本实用新型实施例提供了一种抬头显示设备，包括：像源、遮光结构、第三衍射光学元件、亮度传感器以及一个或多个反射元件；所述反射元件为曲面镜或平面镜；

所述像源用于发出成像光线，并将所述成像光线入射至所述反射元件；所述反射元件设置在所述成像光线的传播路径上，用于反射所述成像光线，并最终将所述成像光线反射至外部的反射装置处；

所述第三衍射光学元件设置在所述像源或至少一个所述反射元件的至少一边侧；所述亮度传感器设置在所述第三衍射光学元件的衍射光线路径上，用于采集经过所述第三衍射光学元件的光线的亮度，并在所述光线的亮度大于预设亮度值时生成遮光信号；

所述遮光结构设置在出光口、所述像源或至少一个所述反射元件处，所述遮光结构用于在接收到遮光信号时，阻挡传播至所述像源或所述反射元件的光线。

本实用新型实施例上述提供的方案中，在抬头显示器本体内设有可以阻挡光线或改变光路的遮光结构；在正常情况下，遮光结构不影响抬头显示设备的正常成像；当需要进行遮光时，该遮光结构可以移动至成像光路上实现对外部光路的阻挡，或者改变成像时所需的部件(像源或反射元件等)的位置或朝向，从而改变成像光路，也可以改变外部光想的传输路径，避免外部光线直接入射至像源处，可以避免因外部光线过强而烧坏像源。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出了抬头显示器的成像原理以及可能被烧毁的示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第一结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备中的遮光结构动作后的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第二结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备中的遮光结构翻后的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第三结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第四结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第五结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第六结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第七结构示意图；

图11示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第八结构示意图；

图12示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第九结构示意图；

图13示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十结构示意图；

图14示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十一结构示意图；

图15示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十二结构示意图；

图16示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十三结构示意图；

图17示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十四结构示意图；

图18示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十五结构示意图；

图19示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十六结构示意图；

图20示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十七结构示意图；

图21示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的第十八结构示意图。

图标：

10-抬头显示器本体、20-反射装置、110-像源、120-曲面镜、130-平面镜、300-遮光结构、301-旋转轴、302-底板、303-第一传动齿轮、304-第一动力装置、305-遮光板、306-第二传动齿轮、307-第二动力装置、308-防尘膜、3051-遮光臂、3052-传动臂、310-亮度传感器、320-第一衍射光学元件、330-透明导热部件、340-温度传感器、350-第二衍射光学元件、360-第三衍射光学元件。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种抬头显示设备，参见图2所示，包括：像源110、遮光结构300以及一个或多个反射元件；该反射元件为曲面镜或平面镜。图2中以该反射元件是内凹的曲面镜130为例说明。

像源110用于发出成像光线，并将成像光线入射至反射元件；反射元件设置在成像光线的传播路径上，用于反射成像光线，并最终将成像光线反射至外部的反射装置20处。在图2中，像源110发出的成像光线入射至曲面镜120，经曲面镜120反射将成像光线传输至反射装置20处，从而可以利用外部的反射装置20正常成像。其中，其中，该曲面镜具体可以是自由曲面镜、球面镜、双曲面镜、抛物面镜等。反射装置20为具有反射功能的透明装置，其具体可以是汽车内部额外设置的具有反射成像光线功能的部件，也可以是汽车的挡风玻璃，或者是涂覆在挡风玻璃内侧的透明反射膜，本实施例对此不做限定。图2中以反射装置20为挡风玻璃为例说明。

本实施例中，遮光结构300设置在出光口、像源110或至少一个反射元件处，遮光结构300用于在接收到遮光信号时，阻挡传播至像源110或反射元件的光线。具体的，遮光结构300可以设置在像源110或至少一个反射元件的表面边侧，在接收到遮光信号时，遮光结构300移动至像源110或反射元件的表面。

如图2所示，该抬头显示设备具有外壳结构，即抬头显示器本体10，且抬头显示器本体10设有出光口；遮光结构300设置在曲面镜130处，在正常工作状态下，遮光结构300不会阻挡像源100发出的成像光线，即遮光结构300不影响抬头显示设备的正常成像。当较强的外部光线从抬头显示器本体10的出光口入射至抬头显示器本体10内部时，即可能损坏像源110时，本实施例中的抬头显示设备触发产生遮光信号，该遮光结构300接收到该遮光信号之后动作，使得遮光结构300可以阻挡外部光线，避免外部光线传输至像源110处。参见图3所示，遮光结构300可以移动至曲面镜120的表面处，外部的光线B在照射到该遮光结构300后会被该遮光结构阻挡，使得光线B不能到达像源110处，避免烧毁像源110。同时，像源110发出的成像光线A在到达遮光结构300时，该成像光线A不能正常入射至反射装置20处，此时抬头显示设备不工作。

或者，该遮光结构300也可以设置在出光口处，在正常情况下，该遮光结构300不阻挡像源110发出的成像光线，即抬头显示设备可以正常成像。当接收到遮光信号时，该遮光结构300移动至该出光口的表面，即阻挡进出该出光口的光线，使得外部光线不能入射至该抬头显示设备内部，进而不能入射至像源110处。

可选的，遮光结构300还可以固定在像源110或至少一个反射元件的底面或侧边，在接收到遮光信号时，移动或翻转遮光结构300。

参见图4所示，将像源110或反射元件固定在可移动或可翻转的遮光结构300上，图4中以遮光结构300设在曲面镜120背面为例说明。在正常工作状态下，遮光结构300设在曲面镜120的背面，遮光结构300不会阻挡像源110发出的光线，即遮光结构300不影响抬头显示设备的正常成像。当较强的外部光线从抬头显示器本体10的出光口入射至抬头显示器本体10内部时，即可能损坏像源110时，本实施例中的抬头显示设备触发产生遮光信号，该遮光结构300接收到该遮光信号之后动作，从而可以阻挡外部光线，避免外部光线传输至像源110处。参见图5所示，遮光结构300发生翻转，同时可以带动其表面的曲面镜300发生翻转，使得曲面镜300的朝向发生变化；当外部的光线B到达曲面镜120所在位置时，此时曲面镜120可以将光线B反射至其他位置，该位置不是像源110所在的位置；或者，曲面镜120背面朝向该光线B，即曲面镜120并不会反射该光线B，从而使得光线B不能到达像源110处，避免烧毁像源110。同时，像源110发出的成像光线A也不能正常入射至反射装置20处，此时抬头显示设备不工作。

本实用新型实施例中，图5中以遮光结构300翻转180°为例说明，即翻转后曲面镜120位于遮光结构300的下方，此时曲面镜120不会反射外部的光线B。具体的，该遮光结构300可以包含一旋转轴，遮光结构300旋转后，外部的光线B可以照射到曲面镜120的背面；或者，该遮光结构300为可旋转的面结构，例如平面板或弧面板等，在遮光结构300发生旋转后，外部的光线B只能照射到该遮光结构300的背面。此外，该遮光结构300可以旋转其他角度，比如60°、90°等，或者沿其他方向进行旋转，只需要使得旋转后的曲面镜120不会将外部的光线B反射至像源110所在位置即可。当遮光结构300固定在像源110背面时，该遮光结构300优先是可旋转的面结构，且需要翻转时，其翻转角度大于90°，使得翻转后的像源110位于遮光结构300的另一侧，利用面结构的遮光结构300实现对外部光线B的遮挡。

此外，由于抬头显示器本体10的出光口具有一定的尺寸，故外部光线入射至抬头显示器本体10内的范围有限；当接收到遮光信号时，也可以将遮光结构300移动至外部光线不能照射到的位置，从而可以带动该遮光结构300上的像源110或反射元件移至外部光线不能照射到的位置，从而阻断外部光线照射到像源110的光路，实现保护像源110的目的。其中，抬头显示器本体的“出光口”指的是出射像源成像光线的开口，但是外部的光线经由该“出光口”也可以入射到抬头显示器本体内部，即该“出光口”对于外部光线来说是入光口。

本实用新型实施例提供的一种抬头显示设备，在抬头显示器本体内设有可以阻挡光线或改变光路的遮光结构；在正常情况下，遮光结构不影响抬头显示设备的正常成像；当需要进行遮光时，该遮光结构可以移动至成像光路上实现对外部光路的阻挡，或者改变成像时所需的部件(像源或反射元件等)的位置或朝向，从而改变成像光路，也可以改变外部光想的传输路径，避免外部光线直接入射至像源处，可以避免因外部光线过强而烧坏像源。

在上述实施例的基础上，参见图6所示，该抬头显示设备还包括亮度传感器310。该亮度传感器310设置在像源110或至少一个反射元件的至少一边侧，即亮度传感器310设置在像源110的周围或设置在反射元件的周围，用于采集环境亮度，并在环境亮度大于预设亮度值时生成遮光信号。为了使观察者通过反射装置20可以观看到更大范围的成像，抬头显示设备内一般设有曲面镜，且像源110设在该曲面镜的焦平面附近。如图6所示，抬头显示设备中的反射元件为曲面镜120，该亮度传感器310可以设置在曲面镜120的边侧。该亮度传感器310具体包括紫外传感器、红外传感器、可见光传感器中的一种或多种。优选的，像源110可以位于曲面镜120的焦平面上，或者，像源110位于曲面镜120的一倍焦距之内，即像源110位于曲面镜120的焦平面靠近该曲面镜120的一侧。

在正常工作状态下，像源110发出的部分光线会射到曲面镜120的四周，但是一般像源发出光线的光能远小于太阳光的光能，像源发出的光线照射到亮度传感器310时，亮度传感器310采集到的亮度不会达到亮度传感器310预设的阈值，此时不会触发或生成遮光信号；或者，通过对像源110的背光进行准直，可以使得像源110发出的成像光线只入射至曲面镜120的中间部分，即成像光线不会照射到在曲面镜120四周的亮度传感器310；同时，外部的太阳光也不会直接从抬头显示器本体10的出光口射入，此时亮度传感器310检测到的环境亮度偏弱，环境亮度的亮度值小于预设亮度值。当外部光线可以从出光口直接入射至抬头显示器本体10内时，由于一般出光口的开口较大，该外部光线可以入射至亮度传感器310处，使得亮度传感器310采集的环境亮度大于预设亮度值，进而可以生成遮光信号，指示遮光结构300动作以保护像源110。

可选的，参见图7所示，当该抬头显示器本体10还包括平面镜130时，该亮度传感器310也可以设置在平面镜130的周围；图7以曲面镜120与平面镜130周围均设有亮度传感器310为例说明。此外，该亮度传感器310也可以设置在像源110的周围，像源110的成像光线不会影响亮度传感器310的正常工作，但是外部光线入射进抬头显示器本体10时，经曲面镜120和/或平面镜130的作用会到达亮度传感器310所在位置，使得亮度传感器310也可以正常检测是否有较强的外部光线射入。

在上述实施例的基础上，参见图8所示，该抬头显示设备还包括亮度传感器310(即亮度传感元件)，且至少一个反射元件为具有透反特性的反射元件；图8中以曲面镜120具有透反特性为例说明。其中，该透反特性指的是能够反射具有第一特性的光线、并透过具有第二特性的光线，第二特性是与第一特性不同的特性。

像源110用于发出具有第一特性的成像光线；亮度传感器310设置在至少一个具有透反特性的反射元件的背面，用于采集环境亮度，并在环境亮度大于预设亮度值时生成遮光信号。

本实用新型实施例中，由于反射元件可以反射具有第一特性的光线，故像源110发出的具有第一特性的成像光线可以正常被该反射元件反射，抬头显示设备可以正常成像。如图8所示，在正常情况下，像源110发出的成像光线经具有透反特性的曲面镜120后可以反射至外部的反射装置20；此时由于没有光线可以到达该曲面镜120的背面，即设置在该曲面镜120背面的亮度传感器310不会采集到光线。当外部光线从抬头显示器本体10的出光口入射至抬头显示器本体10内部时，外部光线中具有第一特性的部分光线会被曲面镜120反射；同时，由于外部光线一般是太阳光，其还会包含具有第二特性的光线，外部光线中具有第二特性的光线即可以透过该曲面镜120并射向背部的亮度传感器310，使得亮度传感器310可以采集到光线，进而在采集到的光线亮度(即环境亮度)大于预设阈值时生成遮光信号。

本实施例中所述的光线具有多特性，例如第一特性、第二特性等，本质上指的是该光线可以分解成多种特性的光线。其中，光线的特性具体可以是偏振特性(即偏振状态)，也可以是波长特性，还可以是相位特性、方向特性等。

具体的，本实用新型实施例中，第一特性和第二特性可以是两个不同的偏振特性，即第一特性为第一偏振特性，第二特性为第二偏振特性。其中，偏振特性具体包括线偏振、圆偏振、椭圆偏振等。本实施例中，两个线偏振若偏振方向不同，则二者的偏振特性也不同；两个椭圆偏振的慢轴夹角不同，也可认为偏振特性不同；两个圆偏振的旋转方向(左旋或右旋)不同，则偏振特性也不同。

本实施例中，像源110可以发出具有特定偏振特性的光线，例如LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)像源可以发出特定偏振方向的线偏振光线，DLP(DigitalLight Processing，数字光处理)像源、diffuser和背光模组组成的像源等均可以发出特定的偏振光。本实施例以像源110为LCD为例说明，基于液晶的成像原理可知，此时的像源110发出的光线是具有特定偏振方向的线偏振，例如偏振方向平行于液晶显示器长边的线偏振等。本实施例中，像源110发出的成像光线是具有第一偏振方向的线偏振光线，即第一特性是：第一偏振方向的线偏振，相应的，第二特性是：第二偏振方向的线偏振。优选的，该第一偏振方向与第二偏振方向垂直，此时具有透反特性的反射元件可以更有效地区分具有第一特性的光线和具有第二特性的光线，从而可以更有效地透过具有第二特性的光线。本实用新型实施例中，“第二特性是与第一特性不同的特性”指的是第一特性与第二特性不完全相同。例如，第一特性是线偏振，第二特性是圆偏振；或者，第一特性是500nm波长，第二特性是600nm波长、或第二特性是除500nm之外的其他波长；或者，第一特性是波长为500nm的线偏振，第二特性是波长为600nm的线偏振等。

此外，像源110也可以发出圆偏振或椭圆偏振的成像光线，此时，第一偏振特性为左旋圆偏振，第二偏振特性为右旋圆偏振；或者

第一偏振特性为右旋圆偏振，第二偏振特性为左旋圆偏振；或者

第一偏振特性为左旋椭圆偏振，第二偏振特性为右旋椭圆偏振；或者

第一偏振特性为右旋椭圆偏振，第二偏振特性为左旋椭圆偏振。

本实施例中，以第一特性和第二特性是偏振方向垂直的两个线偏振为例说明。自然光可以分解为偏振方向垂直的两个线偏振，即自然光可以分解成第一偏振方向的线偏振光线和第二偏振方向的线偏振光线。如图8所示，本实施例中的曲面镜120可以透过其中的第二偏振方向的线偏振光线。外部的自然光在入射至该曲面镜120时，自然光中的第一偏振方向的线偏振光线可以被曲面镜120反射，而自然光中的第二偏振方向的线偏振光线可以透过曲面镜120，使得背面的亮度传感器310可以检测到该第二偏振方向的线偏振光线。

此外，如上所述，本实施例中光线的特性也可以是波长特性。本实施例中，第一特性包含一个或多个谱带；此时，第二特性可以是包含与第一特性的谱带不同的其他谱带。例如，第一特性包含500nm～600nm这一波长谱带，此时第二特性可以是600nm～700nm的谱带，或者是除500nm～600nm之外的其他谱带。

具体的，当像源110需要成彩色的图像时，像源110发出的成像光线至少包含三个谱带，例如像源110发出的光线为RGB三色谱带。本实施例中，第一特性包含至少三个不重叠的谱带；至少三个谱带中的第一个谱带的中心点位于410nm～480nm之间，其对应蓝色(B)谱带；第二个谱带的中心点位于500nm～565nm之间，其对应绿色(G)谱带；第三个谱带的中心点位于590nm～690nm之间，其对应红色(R)谱带。

本实施例中，谱带的中心点可以是谱带两个临界值的平均值，也可以是以其他方式确定的谱带内的某个点，本实施例对此不做限定。例如，谱带为500nm～600nm，则该谱带前后的两个临界值分别是500nm和600nm，则可以将550nm作为该谱带的中心点。此外，为了保证像源110的成像效果，需要避免谱带宽度过大；本实施例中的谱带的宽度不大于50nm，以保证像源成像时具有较广的色域(colourgamut)。

在本实用新型实施例中，假设自然光是可见光，其谱带的宽度为400nm，若第一特性包含三个谱带，且三个谱带的总宽度为100nm；同时，第二特性是除第一特性之外的其他特性，即第二特性的谱带总宽度是300nm。参见图8所示，当自然光射向曲面镜120时，自然光中的宽度300nm的光线(即具有第二特性的光线)可以透过曲面镜120并到达亮度传感器310。假设不同波长的光线能量相同，此时可认为自然光中有75％的光线可以入射至亮度传感器310，使得亮度传感器310可以更有效地采集入射至抬头显示器本体10内的外部光线。

可选的，本实施例中，该第一特性包括一个或多个具有预设偏振态的谱带。具体的，像源110可以发出具有特定偏振特性的光线，例如LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)像源可以发出特定偏振方向的线偏振光线，DLP(Digital Light Processing，数字光处理)像源、diffuser和背光模组组成的像源等均可以发出特定的偏振光。本实施例以像源110为LCD为例说明，像源110发出的成像光线可以是RGB三色的线偏振光线，即此时的第一特性包括三个谱带，且每个谱带的光线是第一偏振方向的线偏振光线。此时，第二特性可以是除第一特性之外的其他特性，即曲面镜120可以透过外部光线中除第一偏振方向的线偏振光线的RGB三个谱带之外的其他所有光线。为方便说明，以第一特性仅包含一个谱带为例，谱带为500nm～600nm，且为第一偏振方向的线偏振，若外部光线中的某部分光线的谱带为600nm～700nm，且为第二偏振方向的线偏振，则该光线是具有第二特性的光线；或者，若外部光线中的某部分光线的谱带为500nm～600nm，但是其是第二偏振方向的线偏振，该部分光线也可认为是具有第二特性的光线。

仍然以上述的自然光谱带的宽度为400nm为例说明，由于第一特性的光线宽度为100nm，则曲面镜120可以透过外部自然光中75％的光线；同时，曲面镜120还可以进一步透过其余25％光线中的第二偏振方向的线偏振光线，即可以进一步透过12.5％的光线，最终使得外部自然光有87.5％的光线可以透过该曲面镜120到达亮度传感器310处。

本实用新型实施例中利用具有透反特性的反射元件，可以将亮度传感器放置在该透反元件的背面，使得亮度传感器不会影响像源正常成像，且像源发出的成像光线也不会影响亮度传感器正常采集环境亮度；当外部光线入射至抬头显示器本体内部时，亮度传感器可以采集到外部光线，从而生成遮光信号以保护抬头显示设备。

在上述实施例的基础上，参见图9所示，本实用新型实施例提供的抬头显示设备还包括第一衍射光学元件320。第一衍射光学元件320设置在亮度传感器310(即亮度传感元件)与具有透反特性的反射元件之间。在图9中，第一衍射光学元件320设置在亮度传感器310与曲面镜120之间，该曲面镜120具有透反特性。

由于亮度传感器310设置在反射元件的背面，若不设置第一衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)，为了保证亮度传感器310可以更加准确地检测到是否有外部光线入射至抬头显示器本体10内，需要在反射元件背面均匀设置多个亮度传感器310才可以。如图8所示，曲面镜120的背面均匀设置多个亮度传感器310，甚至需要在曲面镜120背面的四周设置一圈亮度传感器310，成本较高。本实施例中在反射元件的背面设置第一衍射光学元件320，当外部光线中具有第二特性的部分光线透过曲面镜120之后，经过第一衍射光学元件320的衍射作用，使得具有第二特性的光线能够以较广的角度射向曲面镜120的后方，此时在曲面镜120的后方设置少量甚至一个亮度传感器310即可，从而可以解决因亮度传感器310数量过多导致成本较高的问题。

本实施例中，该第一衍射光学元件320具体可以是成本较低的匀光片，或光束整形片(Beam Shaper)等。

可选的，本实施例中的反射元件也可以是平面镜，当具有透反特性的反射元件是平面镜时，亮度传感器310和第一衍射光学元件320也可以设置在该平面镜的背面，且第一衍射光学元件320位于亮度传感器310与平面镜之间。参见图10所示，第一衍射光学元件320设置在亮度传感器310与平面镜130之间，当外部光线入射至抬头显示器本体10内时，经过曲面镜120的反射作用可以入射到平面镜130处，外部光线中具有第二特性的光线即可透过该平面镜130后到达亮度传感器310处；该第一衍射光学元件320同样起到扩大光线角度的作用，使得用少量的亮度传感器310即可有效检测外部光线。此外，当曲面镜120和平面镜130均具有透反特性时，可以在曲面镜120和平面镜130的背面均设置亮度传感器310和第一衍射光学元件320，其原理与上述图9和图10的原理类似，此处不做赘述。

在上述实施例的基础上，参见图11和图12所示，遮光结构300具体包括：设有旋转轴301的底板302、第一传动齿轮303和第一动力装置304，且第一动力装置304的输出轴与第一传动齿轮303的中心固定连接，用于带动第一传动齿轮303转动。旋转轴301的一端设有齿轮，该齿轮与第一传动齿轮303传动连接。在图11和图12中，旋转轴301一端的齿轮为扇形齿轮，且在该扇形齿轮与第一传动齿轮303之间设有用于调节传动比的中间齿轮，相邻的齿轮之间啮合，从而实现该扇形齿轮与第一传动齿轮303的传动连接。同时，底板302固定在像源或至少一个反射元件的底面或侧边，在接收到遮光信号时，底板302沿旋转轴301旋转。图11和图12中均以该底板302固定在曲面镜120的底面为例说明。

在正常情况下，曲面镜120的位置以及朝向角度等正常设置，由于抬头显示器本体10设有出光口，为了避免灰尘掉落至抬头显示器本体10内部，一般在出光口处覆盖有透明的防尘膜308；像源110发出的成像光线经过平面镜130、曲面镜120、防尘膜308后即可到达外部的反射装置并成像。当外部光线从出光口入射至抬头显示器本体10内部时，亮度传感器310检测到外部光线并生成遮光信号，此时第一动力装置304带动第一传动齿轮303转动，从而带动旋转轴301和底板302转动，进而曲面镜120转动，即改变了曲面镜120的朝向，使得外部光线经曲面镜120后不会聚焦到像源110处，从而可以避免像源110被烧毁。其中，该第一动力装置304具体可以为电机等可输出动力的装置；图11以亮度传感器310设置在曲面镜120周围为例说明，图12以亮度传感器310设置在具有透反特性的平面镜130背面为例说明。

可选的，参见图13至图16所示，遮光结构300包括：遮光板305、第二传动齿轮306和第二动力装置307，第二动力装置307的输出轴与第二传动齿轮306的中心固定连接，可以带动第二传动齿轮306转动。遮光板305包括板状的遮光臂3051和传动臂3052，遮光臂3051和传动臂3052之间具有一定的夹角，使得遮光板305的断面为L型；传动臂3052的外端设有齿轮，该齿轮与第二传动齿轮306传动连接；如图所示，该齿轮与第二传动齿轮306啮合。遮光臂3051设置在出光口、像源或至少一个反射元件的表面边侧，在接收到遮光信号时，遮光臂3051移动至出光口、像源或反射元件的表面。在图13和图16中，遮光臂3051设置在像源110的表面边侧；在图14中，遮光臂3051设置在平面镜130的表面边侧；在图15中，遮光臂3051设置在出光口的表面边侧，具体可以设置在防尘膜308的外表面。

在正常情况下，遮光臂3051不会阻挡像源110、反射元件(曲面镜120、平面镜130)或出光口(防尘膜308)，像源110发出的成像光线经过平面镜130、曲面镜120、防尘膜308后即可到达外部的反射装置20并成像。当外部光线从出光口入射至抬头显示器本体10内部时，亮度传感器310检测到外部光线并生成遮光信号，此时第二动力装置307带动第二传动齿轮306转动，从而带动与该第二传动齿轮306啮合的传动臂3052移动，进而遮光臂3051移动，且遮光臂3051移动至相应的出光口、像源或反射元件的表面，从而实现对外部光线的遮挡，可以避免像源110被烧毁。其中，该第二动力装置307具体可以是电机等可输出动力的装置；图13至图15以亮度传感器310设置在曲面镜120周围为例说明，图16以亮度传感器310设置在具有透反特性的平面镜130背面为例说明。

在上述实施例的基础上，还可以通过采集像源110的温度来判断外部光线是否入射至抬头显示器本体10内；若直接采集像源110的温度，则可能会阻挡像源110，从而影响像源110正常成像，本实施例利用透明导热部件实现对像源110的温度采集。参见图17所示，该抬头显示设备还包括：透明导热部件330和温度传感器340。

其中，透明导热部件330设置在像源110的表面；温度传感器340设置在透明导热部件330的至少一侧，用于采集透明导热部件330的温度，并在透明导热部件330的温度大于预设温度时生成遮光信号。

本实用新型实施例中，透明导热部件330设置在像源110的表面，可以实现像源110表面热量的传导，且透明材质不会影响像源110的正常成像；同时，利用设置在透明导热部件330周围的温度传感器340可以采集到该透明导热部件330的温度，从而可以间接采集到像源110的温度。当透明导热部件330的温度大于预设温度时，说明像源110温度较高，其可能是由于入射至抬头显示器本体10内的外部光线光强过高导致的，此时可以生成遮光信号以控制遮光结构300动作，从而实现对像源110的保护。其中，透明导热部件330由透明导热材料制成，该透明导热部件330具体可以是透明导热胶、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚酰亚胺(Polyimide)、纳米氧化铝(nano-aluminium oxide)、纳米氮化铝(nano-aluminum nitride)、钇铝石榴石(Yttrium aluminum garnet)透明材料等，也可以采用其他透明导热材料，本实施例对此不做限定。

在上述实施例的基础上，参见图18所示，该抬头显示设备还包括第二衍射光学元件350。该第二衍射光学元件350设置在像源110的表面，且与像源110的表面贴合。

本实用新型实施例中，第二衍射光学元件350的一侧可以为光滑面，使得该侧可以与像源110的表面贴合。由于第二衍射光学元件350与像源110的表面贴合，像源110发出的成像光线仍然可以正常到达反射装置20处，即第二衍射光学元件350不会影响像源110的正常成像。当外部光线入射至像源110处时，由于第二衍射光学元件350的表面具有一定的反光作用，使得被第二衍射光学元件350反射的光线也可以到达反射装置20处，使得用户(例如驾驶员)可以观看到亮度较高的光斑，从而可以提醒用户当前存在烧毁像源110的可能，指示用户主动输入遮光信号，进而可以触发遮光结构300动作，以保护像源110。其中，该第二衍射光学元件350可以是磨砂片、匀光片等。

可选的，该抬头显示设备还可以包括亮度传感器310；亮度传感器310设置在像源110的无效显示区域内。即在像源110表面不参与成像的区域(例如像源110的外框处等)设置亮度传感器310，同样可以采集到入射到抬头显示器本体10内的外部光线。

在上述实施例的基础上，参见图19所示，该抬头显示设备还包括：第三衍射光学元件360和亮度传感器310。其中，第三衍射光学元件360设置在像源110或至少一个反射元件的至少一边侧；图19中以第三衍射光学元件360设置在曲面镜120的边侧为例说明。亮度传感器310设置在第三衍射光学元件360处，用于采集经过第三衍射光学元件360的光线的亮度，并在光线的亮度大于预设亮度值时生成遮光信号。

本实用新型实施例中，第三衍射光学元件360具体可以是闪耀光栅，闪耀光栅可以将光能量从干涉零级主极大(即零级光谱)转移并集中至某一级光谱上去，从而实现该级光谱的闪耀，即具有较强的光强；通过设计闪耀光栅的闪耀角，可以使得闪耀光栅适用于某一特定波段的某一级光谱，即闪耀光栅只能透过或反射某个特定波段的光线。在抬头显示设备工作时，由于该闪耀光栅设置在像源110或反射元件的边侧，该闪耀光栅不影响像源110发出的成像光线的正常传播，即抬头显示设备可以正常成像。当较强的外部光线从抬头显示器本体10的出光口入射至抬头显示器本体10内部时，由于外部光线为复合光，即包含各种波段的光线，外部光线中与该闪耀光栅相对应的特定波段的光线即可经过该闪耀光栅并到达亮度传感器310处，使得亮度传感器310采集到相应光线的亮度，在该光线的亮度大于预设亮度值时即说明具有较强的外部光线入射至抬头显示设备内部，此时即可生成遮光信号以指示遮光结构300动作。

具体的，第三衍射光学元件360为透射式第三衍射光学元件，亮度传感器310设置在第三衍射光学元件360的背面、且位于第三衍射光学元件360的衍射光线路径上；或者

第三衍射光学元件360为反射式第三衍射光学元件，亮度传感器310设置在第三衍射光学元件360的正面、且位于第三衍射光学元件360的衍射光线路径上；该第三衍射光学元件的正面为外部光线能够照射的一面。

仍然以第三衍射光学元件360是闪耀光栅为例说明，本实施例中的闪耀光栅可以为透射式闪耀光栅，即外部光线可以透过该闪耀光栅后到达该闪耀光栅的背面；相应的，亮度传感器310设置在闪耀光栅的背面，以采集透过闪耀光栅的光线亮度。具有透射式闪耀光栅的抬头显示设备的结构图参见图19所示。

或者，该闪耀光栅可以为反射式闪耀光栅，即外部光线入射至抬头显示设备内部后可以被该闪耀光栅反射，并反射至亮度传感器310所在位置；此外，为了避免亮度传感器310影响抬头显示设备正常成像，通过调整该闪耀光栅的位姿使得该亮度传感器310设置在远离像源110或反射元件的位置。具有反射式闪耀光栅的抬头显示设备的结构图参见图20所示。

可选的，该闪耀光栅可以透过或反射与像源110发出的成像光线不同波段的光线，避免抬头显示设备正常工作时，亮度传感器310采集到像源110发出的成像光线。

可选的，抬头显示设备可以包含多个反射元件；参见图21所示，该抬头显示设备包括曲面镜120和平面镜130，第三衍射光学元件360设置在平面镜130的边侧。

本领域技术人员可以理解，上述图6至图15所对应的实施例中并未示出遮光结构300，相应实施例中的遮光结构可以采用图2至图5中的任意一种或多种遮光结构300。

在上述实施例的基础上，该抬头显示设备还包括定位装置和角运动检测装置，利用定位装置和角运动检测装置所采集的数据判断抬头显示器本体的出光口是否朝向外部太阳，从而可以确定是否需要进行遮光。

具体的，该定位装置用于采集当前的经纬度参数，角运动检测装置用于采集当前的角运动参数，角运动参数包括俯仰角、滚转角和偏航角中的一项或多项。该遮光结构还用于根据当前时间和经纬度参数确定当前的太阳所在位置，并根据经纬度参数和角运动参数确定抬头显示设备的出光口的朝向；在出光口的朝向与太阳所在位置相匹配时，生成遮光信号。

本实用新型实施中，该定位装置可以是GPS(Global Positioning System，全球定位系统)等可以定位的设备，根据定位装置采集的经纬度参数以及当前时间，即可确定此时太阳所在位置。具体的，该太阳所在位置可以是太阳与地球上该经纬度参数所对应位置之间的相对位置，具体可基于当前时间的太阳高度角和太阳方位角来确定太阳所在位置，也可基于其他方法确定太阳所在位置，本实施例对此不做限定。或者，由于太阳所在位置随时间变化很小，低精度的太阳所在位置也适用于本实施例，故也可以预先设置时间地点与太阳所在位置之间的对应关系，在确定当前时间和相应的经纬度参数后，可以通过查询的方式确定相应的太阳所在位置。

本实施例中的角运动检测装置具体可以是陀螺仪，基于该角运动检测装置可以确定抬头显示设备的俯仰角(Pitch)、滚转角(Roll)和偏航角(Yaw)，进而根据经纬度参数可以准确确定当前抬头显示设备的姿态，即可以确定抬头显示设备的出光口的朝向，当该出光口朝向与太阳所在位置相匹配时，说明该出光口的朝向正对着太阳，此时太阳照射的光线可以入射至抬头显示器本体10内，即此时可以生成遮光信号以控制遮光结构300动作，从而实现对像源110的保护。

此外，本实用新型上述实施例提供的生成遮光信号的方式可以结合使用，比如可以同时设置亮度传感器和温度传感器，在二者其一或者二者均生成遮光信号时，遮光结构300再动作。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种抬头显示设备，其特征在于，包括：像源、遮光结构、第三衍射光学元件、亮度传感器以及一个或多个反射元件；所述反射元件为曲面镜或平面镜；

所述像源用于发出成像光线，并将所述成像光线入射至所述反射元件；所述反射元件设置在所述成像光线的传播路径上，用于反射所述成像光线，并最终将所述成像光线反射至外部的反射装置处；

所述第三衍射光学元件设置在所述像源或至少一个所述反射元件的至少一边侧；所述亮度传感器设置在所述第三衍射光学元件的衍射光线路径上，用于采集经过所述第三衍射光学元件的光线的亮度，并在所述光线的亮度大于预设亮度值时生成遮光信号；

所述遮光结构设置在出光口、所述像源或至少一个所述反射元件处，所述遮光结构用于在接收到遮光信号时，阻挡传播至所述像源或所述反射元件的光线。

2.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，

所述遮光结构固定在所述像源或至少一个所述反射元件的底面或侧边，在接收到所述遮光信号时，所述遮光结构移动或翻转；

或者，所述遮光结构设置在所述出光口、所述像源或至少一个所述反射元件的表面边侧，在接收到所述遮光信号时，所述遮光结构移动至所述出光口、所述像源或所述反射元件的表面。

3.根据权利要求2所述的抬头显示设备，其特征在于，

所述遮光结构包括：设有旋转轴的底板、第一传动齿轮和第一动力装置，所述第一动力装置的输出轴与所述第一传动齿轮的中心固定连接；所述旋转轴的一端设有齿轮，并与所述第一传动齿轮传动连接；所述底板固定在所述像源或至少一个所述反射元件的底面或侧边，在接收到所述遮光信号时，所述底板沿所述旋转轴旋转；

或者，所述遮光结构包括：遮光板、第二传动齿轮和第二动力装置，所述第二动力装置的输出轴与所述第二传动齿轮的中心固定连接；所述遮光板包括遮光臂和传动臂；所述传动臂的外端设有齿轮，并与所述第二传动齿轮传动连接；所述遮光臂设置在所述出光口、所述像源或至少一个所述反射元件的表面边侧，在接收到所述遮光信号时，所述遮光臂移动至所述出光口、所述像源或所述反射元件的表面。

4.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述亮度传感器包括紫外传感器、红外传感器、可见光传感器中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，至少一个所述反射元件为曲面镜。

6.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，至少一个所述反射元件为具有透反特性的反射元件；所述透反特性为反射具有第一特性的光线、并透过具有第二特性的光线，所述第二特性是与所述第一特性不同的特性；

所述抬头显示设备还包括设置在至少一个具有透反特性的所述反射元件的背面的亮度传感元件；

所述像源用于发出具有第一特性的成像光线；所述亮度传感元件用于采集环境亮度，并在所述环境亮度大于预设亮度值时生成遮光信号。

7.根据权利要求6所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括第一衍射光学元件；

所述第一衍射光学元件设置在所述亮度传感元件与具有透反特性的所述反射元件之间。

8.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括透明导热部件和温度传感器；

所述透明导热部件设置在所述像源的表面；

所述温度传感器设置在所述透明导热部件的至少一侧，用于采集所述透明导热部件的温度，并在所述透明导热部件的温度大于预设温度时生成遮光信号。

9.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括第二衍射光学元件；

所述第二衍射光学元件设置在所述像源的表面，且与所述像源的表面贴合。

10.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，

所述第三衍射光学元件为透射式第三衍射光学元件，所述亮度传感器设置在所述第三衍射光学元件的背面、且位于所述第三衍射光学元件的衍射光线路径上；或者

所述第三衍射光学元件为反射式第三衍射光学元件，所述亮度传感器设置在所述第三衍射光学元件的正面、且位于所述第三衍射光学元件的衍射光线路径上；所述第三衍射光学元件的正面为外部光线能够照射的一面。

11.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括定位装置和角运动检测装置；

所述定位装置用于采集当前的经纬度参数，所述角运动检测装置用于采集当前的角运动参数，所述角运动参数包括俯仰角、滚转角和偏航角中的一项或多项；

所述遮光结构还用于根据当前时间和所述经纬度参数确定当前的太阳所在位置，并根据所述经纬度参数和所述角运动参数确定所述抬头显示设备的出光口的朝向；在所述出光口的朝向与所述太阳所在位置相匹配时，生成遮光信号。

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