CN211375181U - 一种抬头显示设备、成像系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种抬头显示设备、成像系统和车辆，通过在HUD中设置光线控制元件，该光线控制元件能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线，从而仅使外界入射光线中的特定特性光线在像源所在位置处汇聚，大大降低了像源的光能能量密度，避免烧坏像源的情况出现。
Description
技术领域
本实用新型涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种抬头显示设备、成像系统和车辆。
背景技术
目前，增强现实抬头显示器(Augmented Reality Head Up Display，AR-HUD)是众多抬头显示设备(Head Up Display，HUD)中的一种，可以实现很好的视觉体验。基于AR-HUD的成像原理，像源投射出的图像需要与真实环境融合到一起，如方向指示箭头需要与道路精准融合，才可以实现很好的视觉效果。
为了使像源投射出的图像能够与真实环境进行完美融合，可以将像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置，从而通过远距离成像或者使像源呈现立体视觉图像的方式，使驾驶员看到很好的视觉效果。
由于像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置，远距离成像时光路近似于平行光，所以在某些角度范围内，根据光路可逆原理，外界环境平行光会在像源位置处汇聚，使像源的光能能量密度很高，导致像源有烧坏的风险。
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、成像系统和车辆。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种抬头显示设备，包括：像源、曲面镜、以及光线控制元件；
所述像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置；
所述光线控制元件设置在所述像源发出光线的传播路径上；
所述光线控制元件，能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线；
所述曲面镜将入射的所述特定特性光线或者所述光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述光线或者所述特定特性光线能够形成远距离虚像；
所述远距离虚像，用于消除观察者观看图像时的水平视差。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃和上述第一方面所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的远距离虚像。
第三方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括：上述第二方面所述的成像系统。
本实用新型实施例上述第一方面至第三方面提供的方案中，通过在HUD中设置光线控制元件，该光线控制元件能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线，从而仅使外界入射光线中的特定特性光线在像源所在位置处汇聚，大大降低了像源的光能能量密度，避免烧坏像源的情况出现。
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示出了本实用新型实施例1所提供的一种抬头显示设备的一种结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例1所提供的一种抬头显示设备的另一种结构示意图；
图3示出了本实用新型实施例1所提供的一种抬头显示设备中，具有平面反射镜的HUD的第一种结构示意图；
图4示出了本实用新型实施例1所提供的一种抬头显示设备中，具有平面反射镜的HUD的第二种结构示意图；
图5示出了本实用新型实施例1所提供的一种抬头显示设备中，具有平面反射镜的HUD的第三种结构示意图；
图6示出了本实用新型实施例2所提供的一种车辆驾驶舱的第一种结构示意图；
图7示出了本实用新型实施例2所提供的一种车辆驾驶舱的第二种结构示意图；
图8示出了本实用新型实施例2所提供的一种车辆驾驶舱的第三种结构示意图；
图9示出了本实用新型实施例2所提供的一种车辆驾驶舱的第四种结构示意图；
图10示出了本实用新型实施例2所提供的一种车辆驾驶舱的第五种结构示意图。
具体实施方式
目前，AR-HUD是众多HUD中的一种，可以实现很好的视觉体验。基于AR-HUD的成像原理，像源投射出的图像需要在视觉上与真实环境融合到一起，如方向指示箭头需要与道路精准融合，才可以实现很好的视觉效果。为了使像源投射出的图像能够在视觉上与真实环境进行完美融合，可以将像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置，从而通过远距离成像或者使像源呈现立体视觉图像的方式，使驾驶员看到很好的视觉效果。由于像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置，远距离成像时光路近似于平行光，所以在某些角度范围内，根据光路可逆原理，外界环境平行光会在像源位置处汇聚，使像源的光能能量密度很高，导致像源有烧坏的风险。基于此，本实施例提出一种抬头显示设备、成像系统和车辆，通过在HUD中设置光线控制元件，该光线控制元件能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线，从而仅使外界入射光线中的特定特性光线在像源所在位置处汇聚，大大降低了像源的光能能量密度，避免烧坏像源的情况出现。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
在以下各实施例中，术语“HUD”和术语“AR-HUD”所表达的意思都是可以发出具有增强现实效果图像的抬头显示设备。
术语“视觉上与真实环境融合”，是指观察者的双眼看到的HUD呈现的图像与真实环境是完全融合到一起的。
实施例1
参见图1和图2所示的HUD的结构示意图，本实施例提出一种抬头显示设备，包括：像源100、曲面镜102、以及光线控制元件1600。
所述像源100设置在靠近所述曲面镜102的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜102的焦平面所在位置。
所述曲面镜102，可以是但不限于：球面镜、双曲面镜、抛物面镜、以及自由曲面镜。
所述像源100，能够发出呈现图像的光线。
如图1和图2所示，所述光线控制元件1600可以设置在所述像源发出光线的传播路径上。
所述光线控制元件1600，能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线。
所述曲面镜102将入射的所述特定特性光线或者所述光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述光线或者所述特定特性光线能够形成远距离虚像。
所述远距离虚像，用于消除观察者观看图像时的水平视差。
所述远距离虚像，是HUD在距离观察者十几米、几十米、几百米或者无穷远的位置处呈现出来的与真实环境相融合的图像。具体成像原理见其他专利，这里不再赘述。
本实施例提出的HUD中，将所述像源100设置在靠近所述曲面镜102的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜102的焦平面所在位置，可以得到在距离观察者无穷远的位置处的远距离虚像，该远距离虚像能够与真实环境相融合，达到消除观察者水平视差的目的。
在一个实现方式中，所述光线控制元件，包括：用于透过所述特定特性光线的选择性透过膜。
选择性透过膜，包括但不限于：无机电介质材料和有机高分子材料。
选择性透过膜采用无机电介质材料制造时，所述选择性透过膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成，所述膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。
选择性透过膜采用有机高分子材料制造时，可以使用双轴拉伸高分子膜和单轴拉伸高分子膜。
所述双轴拉伸高分子膜，包括多个膜层；所述膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层；所述第一热塑性聚合物膜层和第二热塑性聚合物膜层交替排列；所述第一热塑性聚合物膜层和第二热塑性聚合物膜层的折射率不同。
所述热塑性聚合物为不同聚合程度的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PBT(聚对苯二酸丁二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PCT(聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PBN(聚萘二酸丁醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PTT(聚对苯二甲酸丙二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)及其衍生物、不同聚合程度的PP(聚丙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PS(聚苯乙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PVDC(聚偏二氯乙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PC(聚碳酸酯)及其衍生物中的至少一种或其中几种的组合共聚物。
所述热塑性聚合物膜层，通过拉伸热塑性聚合物制得。
所述拉伸工艺，通过在第一方向上拉伸所述热塑性聚合物，并在完成第一方向拉伸前，同时在第二方向拉伸所述热塑性聚合物；
所述热塑性聚合物膜层在三个正交方向上具有折射率；且三个方向上的折射率不完全相同。
将按照所述拉伸工艺拉伸后的第一热塑性聚合物膜、第二热塑性聚合物膜堆叠。
所述单轴拉伸高分子膜，包括多个膜层；所述膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层；所述第一热塑性聚合物膜层和第二热塑性聚合物膜层交替排列；所述第一热塑性聚合物膜层和第二热塑性聚合物膜层的折射率不同。
所述热塑性聚合物为不同聚合程度的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PBT(聚对苯二酸丁二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PCT(聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PBN(聚萘二酸丁醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PTT(聚对苯二甲酸丙二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)及其衍生物、不同聚合程度的PP(聚丙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PS(聚苯乙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PVDC(聚偏二氯乙烯)及其衍生物、不同聚合程度的PC(聚碳酸酯)及其衍生物中的至少一种或其中几种的组合共聚物。
所述热塑性聚合物膜层，通过拉伸热塑性聚合物制得。
所述拉伸工艺，通过在第一方向上拉伸所述第一热塑性聚合物；在第二方向上拉伸所述第二热塑性聚合物；所述第一方向与第二方向不同。
所述热塑性聚合物膜层在至少二个正交方向上具有折射率；且不同方向上的折射率不完全相同。
将按照所述拉伸工艺拉伸后的第一热塑性聚合物膜、第二热塑性聚合物膜堆叠。
所述特定特性光线，包括：具有偏振特性的光线和/或者具有不同波长的三原色光线。
所述具有偏振特性的光线，包括：水平线偏振光线、垂直线偏振光线、左旋圆偏振光线、右旋圆偏振光线、左旋椭圆偏振光线、或者右旋椭圆偏振光线。
通过以上的内容可以看出，选择性透过膜只透过第一偏振态的光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线。那么只有约50％的光线会透过选择性透过膜，即到达像源的光能降低了一半。
具体的，如果特定特性光线为水平线偏振光线，那么光线中除特定特性光线之外的其他光线就可以为垂直线偏振光线。
或者，如果特定特性光线为左旋圆偏振光线，那么光线中除特定特性光线之外的其他光线就可以为右旋圆偏振光线。
或者，如果特定特性光线为左旋椭圆偏振光线，那么光线中除特定特性光线之外的其他光线就可以为右旋椭圆偏振。
当所述特定特性光线是具有不同波长的三原色光线时，所述特定特性光线可为RGB三个波段，峰宽≤50nm。如峰宽10nm，那么透过选择性透过膜的特定特性光线的光能只有30/可见光谱带宽度＝7.5％。
所述可见光谱带宽度是400纳米。
更优选的，选择性透过膜可以透过具有特定波长段且具有特定偏振态的特定特性光线，而反射/吸收光线中除特定特性光线之外的其他光线。
具体的，特定波长段可为RGB三个波段，峰宽≤50nm；特定偏振态可为线偏振或圆偏振或椭圆偏振时，如只透过水平线偏振态，峰宽10nm的RGB的特定特性光线，则透过选择性透过膜的特定特性光线的光能只有30/400/2＝3.75％。
通过以上的内容可以看出，通过在HUD中设置光线控制元件，该光线控制元件能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线，从而仅使外界入射光线中的特定特性光线在像源所在位置处汇聚，大大降低了像源的光能能量密度，避免烧坏像源的情况出现。
为了缩小HUD的体积，参见图3至图5所示的增加有平面反射镜的HUD的三种不同结构示意图，本实施例提出的HUD，还包括：平面反射镜104。
所述平面反射镜104将入射的所述光线或者所述特定特性光线反射到所述曲面镜。
如图3所示，所述平面反射镜104将入射的所述特定特性光线反射到所述曲面镜102。
如图4至图5所示，所述平面反射镜104将入射的所述光线反射到所述曲面镜102。
通过以上的内容可以看出，可以在HUD中增加平面反射镜，以增加光线在HUD内的传播路径数量，对HUD内有限空间进行重复利用，从而缩小HUD的体积。
实施例2
参见图6至图10所示的不同车辆驾驶舱的结构示意图，本实施例提出一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃2500和上述实施例1所述的抬头显示设备2502。
所述车辆挡风玻璃2500将接收到的所述抬头显示设备2502发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃2500在远离所述抬头显示设备2502的一侧呈现的远距离虚像。
所述车辆挡风玻璃2500，可以是但不限于：具有一定倾斜角度的透明或非透明介质，如交通工具的挡风玻璃、镀有不透明反射层的平面镜、透明的树脂板材。
所述眼盒区域，是指观察者可以观察到光线所呈现图像的区域。
本实施例还提出一种车辆，可以包括上述成像系统。
综上所述，本实施例提出的一种成像系统和车辆，通过在成像系统的抬头显示设备中设置光线控制元件，该光线控制元件能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线，从而仅使外界入射光线中的特定特性光线在像源所在位置处汇聚，大大降低了像源的光能能量密度，避免烧坏像源的情况出现。
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 (6)
1.一种抬头显示设备，其特征在于，包括：像源、曲面镜、以及光线控制元件；
所述像源设置在靠近所述曲面镜的焦平面的位置或者设置在所述曲面镜的焦平面所在位置；
所述光线控制元件设置在所述像源发出光线的传播路径上；
所述光线控制元件，能够透过所述光线中的特定特性光线，并吸收或者反射所述光线中除特定特性光线之外的其他光线；
所述曲面镜将入射的所述特定特性光线或者所述光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述光线或者所述特定特性光线能够形成远距离虚像；
所述远距离虚像，用于消除观察者观看图像时的水平视差；
所述特定特性光线，包括：具有偏振特性的光线和/或者具有不同波长的三原色光线。
2.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括：平面反射镜；
所述平面反射镜将入射的所述光线或者所述特定特性光线反射到所述曲面镜。
3.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述光线控制元件，包括：用于透过所述特定特性光线的选择性透过膜。
4.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述具有偏振特性的光线，包括：线偏振光线、左旋圆偏振光线、右旋圆偏振光线、左旋椭圆偏振光线、或者右旋椭圆偏振光线。
5.一种成像系统，其特征在于，包括：车辆挡风玻璃和权利要求1至4任一项所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的远距离虚像。
6.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求5所述的成像系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921443704.0U CN211375181U (zh) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | 一种抬头显示设备、成像系统和车辆 |
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| CN201921443704.0U CN211375181U (zh) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | 一种抬头显示设备、成像系统和车辆 |
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ID=72150932
Family Applications (1)
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| CN (1) | CN211375181U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022183821A1 (zh) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 用于抬头显示的光学模组及其光学系统、车辆 |
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2019
- 2019-09-02 CN CN201921443704.0U patent/CN211375181U/zh active Active
Cited By (2)
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| WO2022183821A1 (zh) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 用于抬头显示的光学模组及其光学系统、车辆 |
| EP4206787A4 (en) * | 2021-03-04 | 2024-05-01 | Zhejiang Crystal Optech Co Ltd | OPTICAL MODULE AND ITS OPTICAL SYSTEM FOR HEAD-UP DISPLAY AND VEHICLE |
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