CN215678915U - 显示系统以及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种显示系统以及车辆，显示系统包括：显示器，显示器水平设置；至少一个反射镜，至少一个反射镜设置于显示器的下方且相对水平面倾斜设置；平板透镜，反射镜位于平板透镜的光源侧且将显示器显示的图像反射至平板透镜；反射式偏振器件，反射式偏振器件位于平板透镜的成像侧，显示器显示的图像经过平板透镜的全反射和反射式偏振器件的反射后在用户的前方形成第一浮空实像。在显示器的下方设置有至少一个反射镜，而且至少一个反射镜相对水平面倾斜设置，显示器发出的光线可以发射到至少一个反射镜上，这样可以改变光线的传播路径，减小显示系统的整体体积。

Description

显示系统以及车辆

技术领域

本实用新型涉及显示系统技术领域，尤其是涉及一种显示系统以及车辆。

背景技术

目前，汽车抬头显示器(Head-Up Display，HUD)，又称为平视显示器，最早应用于军用飞机上，旨在降低飞行员需要低头查看仪表的频率。自上世纪80年代，HUD开始从飞机嫁接于汽车，用于显示汽车速度、转速、油耗、导航等信息，驾驶员不用低头即可观察到车辆的诸多信息，避免了因驾驶员低头观看仪表盘信息时而存在的交通安全隐患问题。

相关技术中，HUD一般包含：显示器件、成像光学系统、电路控制系统，显示器件发出的图像信息经反射镜和汽车前挡风玻璃或其他透明介质板后，被反射到驾驶员眼中，形成一个位于驾驶员视线前方2-3米左右或更远处的虚像，驾驶员无需低头便可以掌握车速、转速、异常提示等汽车信息。其中显示器件一般采用液晶显示、LED显示或投影显示等，用于投射图像信息，成像光学系统包含反射镜和一定透反比的分光膜，用于反射显示器件所发出的光线和透射前挡风玻璃的外界环境光线。

但是，HUD系统各器件之间的位置设置不合理，从而使HUD系统的整体体积过大，不便于HUD系统在车辆上的布置，显示器发出的光线经光学系统和前挡风玻璃反射后成像至人眼，其所成的像为虚像，不具有真实感，所成的像具有像差存在，如畸变，可能会导致眩晕，HUD系统所成的虚像无法与驾驶员进行空中无接触交互操作，不具有体验感，显示器发出的光线经各种损耗只有部分到达分光膜，在经分光膜部分反射和透射后，到达人眼的光能会进一步减少，造成光能损失，成像不清晰，而且除显示器的光线经分光膜到达人眼外，外界光线会经过分光膜透射，进一步会再次经过分光膜反射进入人眼，车内其他物体所反射的光线经分光膜也也会到达人眼成像，易产生杂散光，影响成像和驾驶员视野，降低驾驶安全系数，另外，作为汽车前挡风玻璃，要具有很高的透射率，而理论上分光膜需要较高的反射率和较低的透射率，因此二者相互矛盾。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种显示系统，该显示系统可以改变光线的传播路径，在同样的光程距离内，通过添加反射镜，减小显示系统的整体体积，便于显示系统的整体布置和使用。

本实用新型进一步地提出了一种车辆。

根据本实用新型的显示系统，包括：显示器，所述显示器水平设置；至少一个反射镜，至少一个所述反射镜设置于所述显示器的下方且相对水平面倾斜设置；平板透镜，所述反射镜位于所述平板透镜的光源侧且将所述显示器显示的图像反射至所述平板透镜；反射式偏振器件，所述反射式偏振器件位于所述平板透镜的成像侧，所述显示器显示的图像经过所述平板透镜的全反射和所述反射式偏振器件的反射后在用户的前方形成第一浮空实像。

根据本实用新型的显示系统，通过在显示器的下方设置有至少一个反射镜，而且至少一个反射镜相对水平面倾斜设置，这样显示器发出的光线就可以发射到至少一个反射镜上，而且经至少一个反射镜反射后，可以改变光线的传播路径，在保证光线的射入角度的前提下，在同样的光程距离内，通过添加反射镜，可以减小显示系统的整体体积，便于显示系统的整体布置和使用。

在本实用新型的一些示例中，所述反射式偏振器件与所述平板透镜之间的夹角为α1，α1满足关系式：0°＜α1＜90°。

在本实用新型的一些示例中，经所述反射镜反射的光线与所述平板透镜之间所形成的夹角为α2，α2的范围为：40°≤α2≤50°；和/或所述显示器与所述平板透镜之间的夹角为θ，θ的范围为：40°≤θ≤50°。

在本实用新型的一些示例中，所述反射镜为平面反射镜；或所述反射镜为曲面反射镜，所述反射镜的反射面曲率由中心向两侧逐渐增大。

在本实用新型的一些示例中，显示系统还包括：控制模块和交互传感模块，所述交互传感模块用于检测用户在所述第一浮空实像处的操作，所述交互传感模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述显示器连接。

在本实用新型的一些示例中，显示系统还包括：语音模块，所述语音模块用于接收用户的语音，所述语音模块与所述控制模块电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述平板透镜包括：两个透明基板和光波导阵列，所述光波导阵列包括多个反射单元，且多个所述反射单元以阵列的方式排布，所述光波导阵列设置于两个所述透明基板之间。

在本实用新型的一些示例中，所述光波导阵列为两组且均由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的反射单元组成，两组所述光波导阵列的相互对应部分的波导方向相互垂直。

在本实用新型的一些示例中，所述反射单元组件为一组且包括多排多列且呈45°斜向布置的矩形反射单元。

根据本实用新型的车辆，包括：以上所述的显示系统。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的显示系统第一种示意图；

图2是根据本实用新型实施例的显示系统第二种示意图；

图3是根据本实用新型实施例的显示系统交互控制示意图；

图4是平板透镜的结构示意图；

图5是平板透镜的局部放大图；

图6是平板透镜的局部示意图；

图7是光波导阵列的局部结构示意图；

图8是根据本实用新型实施例的两组光波导阵列平板透镜成像的示意图；

图9是对应图8中一组光波导阵列平板的成像光线会聚原理的示意图；

图10是平板透镜的成像光路的原理图。

附图标记：

显示系统1；

显示器10；平板透镜20；光源侧21；成像侧22；透明基板23；光波导阵列24；反射单元25；光敏胶26；反射膜27；

反射式偏振器件30；第一浮空实像31；第二浮空实像32；反射镜40；控制模块50；交互传感模块60；语音模块70；电源模块80；等效位置90；固定件100。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

下面参考图1-图10描述根据本实用新型实施例的显示系统1。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的显示系统1，包括：显示器10、平板透镜20和反射式偏振器件30。显示器10主要用于发出携带有图像信息的偏振光。反射镜40可以起到反射光线的作用。平板透镜20可以保证物象面相对于平板透镜20对称，产生等效负折射率现象，得到第一浮空实像31，实现空中无介质交互，提升用户体验感。而反射式偏振器件30则进一步提高光能的利用率，减少杂散光影响，提高成像清晰度和质量。平板透镜20可以为等效负折射率平板透镜。

如图1和图2所示，显示器10水平设置，这样显示器10发出的光线为垂直光线，便于其他部件的布置和接收光线。至少一个反射镜40设置于显示器10的下方，而且相对水平面倾斜设置，这样显示器10发出的光线就可以发射到至少一个反射镜40上，然后反射镜40可以将光线再反射到其他的位置。

如图1和图2所示，反射镜40位于平板透镜20的光源侧21，而且将显示器10显示的图像反射至平板透镜20。需要说明的是，在平常的显示系统1中，由于光线需要一定的射入角度，显示器10与平板透镜20之间的间距往往比较大，但在显示器10与平板透镜20之间设置有反射镜40，这样显示器10显示的图像需要经过反射镜40的反射后才射入至平板透镜20，可以理解的是，经反射镜40反射后，可以改变光线的传播路径，如此，在保证光线的射入角度的前提下，在同样的光程距离内，通过添加反射镜40，可以减小显示系统1的整体体积，更便于显示系统1的整体布置和使用。另外，反射镜40为至少一个，这样光线可以经过多次反射，显示系统1的整体体积更小。

如图1和图2所示，反射式偏振器件30位于平板透镜20的成像侧22，也就是说，显示器10发出携带有图像信息的偏振光会先通过至少一个反射镜40和平板透镜20，产生等效负折射现象，然后光线再经过反射式偏振器件30，显示器10显示的图像经过平板透镜20的全反射和反射式偏振器件30的反射后在用户的前方形成第一浮空实像31。

其中，反射式偏振器件30能够选择性通过偏振方向平行于其光轴方向的光线和反射偏振方向垂直于其光轴方向的光线，而显示器10发出的光线的偏振方向垂直于反射式偏振器件30的偏振方向，经过平板透镜20后的光线的偏振方向依然垂直于反射式偏振器件30的偏振方向，由此，显示器10发出的光线经过反射式偏振器件30时会被反射至用户前方的空中进行成像，并形成为第一浮空实像31。此外，外界光线只能有偏振方向平行于反射式偏振器件30偏振方向的光线会透射，经平板透镜20或其他物体反射至反射式偏振器件30时会被透射，因此，仅有极少部分外界光线会被反射至用户方向，从而可以提升形成的第一浮空实像31的清晰度。

另外，显示器10可以是平面显示器，也可以是三维显示器，平面显示器优选TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器10)和DLP(数字光处理)光源。三维显示器可以是利用全息三维成像技术、静态体成像技术、平移体扫描技术和旋转体扫描技术等实现真正意义上的三维显示，也可以是利用人眼双目视差原理的伪三维显示。进一步地，平板透镜20可以采用二维显示光源和三维显示光源实现空中全息影像，在实现大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的同时，实现三维立体显示的特性。

由此，通过在显示器10的下方设置有至少一个反射镜40，而且至少一个反射镜40相对水平面倾斜设置，这样显示器10发出的光线就可以发射到至少一个反射镜40上，而且经至少一个反射镜40反射后，可以改变光线的传播路径，在保证光线的射入角度的前提下，在同样的光程距离内，通过添加反射镜40，可以减小显示系统1的整体体积，便于显示系统1的整体布置和使用。

其中，如图1所示，反射式偏振器件30与平板透镜20之间的夹角为α1，α1满足关系式：0°＜α1＜90°。将反射式偏振器件30与平板透镜20之间的夹角范围设置为：0°＜α1＜90°，这样显示器10发出携带有图像信息的偏振光从平板透镜20射出后可以进入到反射式偏振器件30，从而可以经反射式偏振器件30反射形成清晰的第一浮空实像31。

另外，如图1所示，经反射镜40反射的光线与平板透镜20之间所形成的夹角为α2，α2的范围为：40°≤α2≤50°，和/或显示器10与平板透镜20之间的夹角为θ，θ的范围为：40°≤θ≤50°。显示器10发出的携带有图像信息的偏振光会经过反射镜40反射后再进入到平板透镜20，因此，经反射镜40反射的光线与平板透镜20之间和/或显示器10与平板透镜20之间的夹角需要在一定的范围内，这样可以增多显示器10发出携带有图像信息的偏振光从反射镜40射出后经过平板透镜20，并且经反射式偏振器件30反射，使所成的像更加完整和清晰，给用户更好的视觉感受。显示器10与反射镜40之间和/或显示器10与平板透镜20之间的夹角优选为45°，在该角度下所成的第一浮空实像31的效果最好，图像清晰，残像最不明显。

进一步地，如图1和图2所示，反射镜40可以为平面反射镜或曲面反射镜。当反射镜40为曲面反射镜时，其反射面曲率由中心向两侧逐渐增大。需要说明的是，显示系统1还包括：固定件100，反射式偏振器件30贴附或固定在固定件100上，从而可以使反射式偏振器件30的位置更加稳定。当固定件100的表面是平面时，这时的反射镜40为平面反射镜，这样光线经过反射镜40和反射式偏振器件30后可以正常成像，当固定件100的表面不是平面，而是带有轻微的弧形时，这样反射式偏振器件30的位置也会有一些变化，从而在成像过程中可能会导致所成的像具有轻微畸变，这时反射镜40应该为曲面反射镜，而且反射镜40的反射面曲率由中心向两侧逐渐增大，反射镜40的整体面型呈轻微弧形，这样可以对显示器10件发出的图像信息进行微整形和等比例放大，从而可以使所成的图像无变形，边缘不虚化，而且具有一定比例的图像放大效果。

以下为详细描述显示系统1的两种实施例。

如图1和图2所示，显示器10位于反射镜40的上方，显示器10在水平面的投影与反射镜40在水平面上的投影至少部分地重合，而且显示器10在水平面的投影与平板透镜20在水平面上的投影间隔设置。这样设置，显示器10发出的光线经过平板透镜20后可以更好地经过反射式偏振器件30反射，而且这样也便于显示器10和反射镜40的布置，另外，在同样的光程距离内，添加反射镜40，可以减小显示系统1的整体体积。

具体地，显示器10发出的携带有图像信息的偏振光经反射镜40反射至平板透镜20，如图1所示，反射镜40为平面反射镜，如图2所示，反射镜40为曲面反射镜，光线可以在平板透镜20中进行全反射并到达反射式偏振器件30，经反射式偏振器件30后几乎全部被反射至用户视线的前方，并且汇聚成第一浮空实像31，以提升光能利用率和第一浮空实像31的成像质量以及成像亮度，减少由其他反射产生的杂散光的干扰。另外，显示器10发出的偏振光经反射镜40反射至平板透镜20，等效于偏振光在等效位置90处不经过反射镜40直接投射至平板透镜20，而且在没有设置反射式偏振器件30，并且固定件100为透明器材的的情况下，显示器10发出的光线投射至平板透镜20后，经过固定件100反射后可以形成第一浮空实像31，也可以在固定件100的另一侧形成有第二浮空实像32，但是，用户无法观察到第二浮空实像32，因此第二浮空实像32不具有实际意义。

根据本实用新型的一个可选实施例，如图3所示，显示系统1还包括：控制模块50和交互传感模块60，交互传感模块60用于检测用户在第一浮空实像31处的操作，交互传感模块60与控制模块50连接，控制模块50与显示器10连接。控制模块50主要用于实现人机交互与外部装置之间的信息传输，交互传感模块60与控制模块50通过有线或无线的方式连接，主要用于捕捉用户在第一浮空实像31所处的区域内的手势动作或者触碰位置，将捕捉到的信号传输给控制模块50，控制模块50对信号做进一步处理后传输给显示器10，以此实现人机交互。交互传感模块60的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(电荷耦合器件)等。另外，交互传感模块60的感应区域与第一浮空实像31位于同一平面，而且包含第一浮空实像31所处的三维空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，从而方便用户以最佳的姿态对第一浮空实像31进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

此外，如图3所示，显示系统1还包括：语音模块70，语音模块70用于接收用户的语音，语音模块70与控制模块50电连接。语音模块70与控制模块50也可以通过有线或无线的方式连接，语音模块70可以对用户所发出的语音指令进行识别，然后将将捕捉到的信号传输给控制模块50，控制模块50对信号做进一步处理后传输给显示器10，以此实现人机交互。当然，显示系统1还包括电源模块80，电源模块80与交互传感模块60、语音模块70、控制模块50和显示器10相连接，主要用于对上述模块和装置供电。

可选地，如图4-图6所示，平板透镜20包括：两个透明基板23和光波导阵列24，光波导阵列24包括多个反射单元25，而且多个反射单元25以阵列的方式排布，光波导阵列24设置于两个透明基板23之间。两个透明基板23主要用于保护光波导阵列24，需要说明的是，如果光波导阵列24强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板23或完全不配置透明基板23。光波导阵列24可以使得显示器10发出的光线在其内部经过一次或者多次的反射，最终形成第一浮空实像31，采用光波导阵列24的方式可以有效去除杂光，可以使得显示图像真实且清晰度高。

一种可选地，如图4-图6所示，光波导阵列24为两组，两组光波导阵列24均由45°斜向布置的单列多排，而且横截面为矩形的反射单元25组成，两组光波导阵列24的相互对应部分的波导方向相互垂直。如此设置的两组光波导阵列24可以降低反射单元25的制作难度，而且两组光波导阵列24相互对应部分的波导方向相互垂直，可以使垂直两个方向的光束聚于一点，而且保证物象面相对于平板透镜20对称，产生等效负折射率现象，得到第一浮空实像31，实现空中无介质交互，提升用户体验感。需要注意的是，两组反射单元25之间只是45°斜向布置，而且相互垂直，其具体结构没有任何区别。

另一种可选地，光波导阵列24为一组，而且一组光波导阵列24包括多排多列，并且呈45°斜向布置的矩形反射单元25。在保证物象面相对于平板透镜20对称，产生等效负折射率现象，得到第一浮空实像31，实现空中无介质交互，提升用户体验感的同时，如此设置的光波导阵列24结构也更加简单。

除此之外，如图7所示，反射单元25材料具有光学折射率n1，n1>1.4，各反射单元25与其相邻的反射单元25之间有两个交接面，各交接面之间由光敏胶26粘接结合，光敏胶26的厚度为T1，T1>0.001mm，而且反射单元25与透明基板23之间也设置有光敏胶26，避免破坏全反射条件，在反射单元25排布方向上，各反射单元25单侧或两侧上均镀上反射膜27，防止光线因没有全反射而进入相邻反射单元25中影响成像。

如图8和图9所示，核心成像元件为两组相互垂直的单排多列等效负折射率的光波导阵列24，其可实现对物像方点对点的无像差成像。具体成像原理如下：对两组光波导阵列24进行拆分，单层光波导阵列24中物方单点光线经单侧平板透镜20后，被各排反射单元25分割进行镜像调制，然后重新汇聚在与反射单元25长边平行的一条直线上，形成点对线一维成像效果。

如图10所示，为了实现两个方向均交于一点，需要两组光波导阵列24联合使用，使两光波导阵列24排布方向相互垂直，可对目标物像进行点对点调制，因此任意方向的光线经过此相互垂直的双层光波导阵列24均可实现在光波导阵列24对称位置处重新汇聚成第一浮空实像31，第一浮空实像31的成像距离与到原像距离相同，为等距离成像，而且第一浮空实像31的位置在空中，不需要任何介质载体，可直接把实像呈现在空气中。

根据本实用新型实施例的车辆，包括：以上实施例所述的显示系统1。当显示系统1使用于车辆上时，显示系统1可以为抬头显示系统，固定件100可以为车辆的前挡风玻璃，显示系统1可以在驾乘人员的前方空气中显示车辆的仪表图像，从而驾乘人员不需要低头观看就可以了解车辆的实时信息，从而可以在一定程度上提升驾乘人员的驾驶安全性。当然，显示系统1也不仅限于应用于车辆上。

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”、“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。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以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。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种显示系统，其特征在于，包括：

显示器，所述显示器水平设置；

至少一个反射镜，至少一个所述反射镜设置于所述显示器的下方且相对水平面倾斜设置；

平板透镜，所述反射镜位于所述平板透镜的光源侧且将所述显示器显示的图像反射至所述平板透镜；

反射式偏振器件，所述反射式偏振器件位于所述平板透镜的成像侧，所述显示器显示的图像经过所述平板透镜的全反射和所述反射式偏振器件的反射后在用户的前方形成第一浮空实像。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述反射式偏振器件与所述平板透镜之间的夹角为α1，α1满足关系式：0°＜α1＜90°。

3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，经所述反射镜反射的光线与所述平板透镜之间所形成的夹角为α2，α2的范围为：40°≤α2≤50°；和/或

所述显示器与所述平板透镜之间的夹角为θ，θ的范围为：40°≤θ≤50°。

4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜；或

所述反射镜为曲面反射镜，所述反射镜的反射面曲率由中心向两侧逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，还包括：控制模块和交互传感模块，所述交互传感模块用于检测用户在所述第一浮空实像处的操作，所述交互传感模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述显示器连接。

6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，还包括：语音模块，所述语音模块用于接收用户的语音，所述语音模块与所述控制模块电连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述平板透镜包括：两个透明基板和光波导阵列，所述光波导阵列包括多个反射单元，且多个所述反射单元以阵列的方式排布，所述光波导阵列设置于两个所述透明基板之间。

8.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，所述光波导阵列为两组且均由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的反射单元组成，两组所述光波导阵列的相互对应部分的波导方向相互垂直。

9.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，所述反射单元组件为一组且包括多排多列且呈45°斜向布置的矩形反射单元。

10.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的显示系统。

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