CN216449828U - 一种显示系统、抬头显示器和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及抬头显示技术领域，特别涉及一种显示系统、抬头显示器和车辆。本实用新型实施例提供一种显示系统、抬头显示器和车辆，包括：图像源、光波导和矫正单元，光波导的耦入区域设于图像源的出光方向上，矫正单元设于光波导耦出区域的出光方向上，图像源发出带有图像信息的光线，该光线被耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元，矫正单元通过调整光线的传播角度和/或传播方向，对光线进行矫正，提高显示的图像质量，该显示系统后续应用于抬头显示器中，可通过矫正单元矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量。

Description

一种显示系统、抬头显示器和车辆

技术领域

本实用新型实施例涉及抬头显示技术领域，特别涉及一种显示系统、抬头显示器和车辆。

背景技术

抬头显示系统(HeadUpDisplay，HUD)是一种增强辅助驾驶安全的车载投影装备，可以保证驾驶员在视线不离开周围环境的前提下看到车速、导航等诸多的行车信息。

波导式HUD是一种新的HUD成像方式，但是波导仅仅起传输图像的功能，无法矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，比如图像畸变，图像距离等，导致波导式HUD显示图像时显示质量低。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种显示系统、抬头显示器和车辆，该显示系统可以对光线进行矫正，提高显示质量。

第一方面，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种一种显示系统，包括：图像源，用于提供带有图像信息的光线；光波导，具有波导基底、以及、设置在所述波导基底上的耦入区域和耦出区域，所述耦入区域设于所述图像源的出光方向上，所述耦入区域用于将所述光线耦入至所述波导基底，所述波导基底用于将所述光线全反射传播至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述光线耦出；矫正单元，设于所述耦出区域的出光方向上，所述矫正单元用于调整所述光线的传播角度和/或传播方向。

在一些实施例中，所述矫正单元包括至少一个整形透镜。

在一些实施例中，所述整形透镜为双凹透镜或者平凹透镜。

在一些实施例中，所述整形透镜为双凸透镜或者平凸透镜。

在一些实施例中，所述矫正单元为全息光栅、浮雕光栅、或者是液晶光栅中的一种。

在一些实施例中，所述全息光栅为透射式全息光栅。

在一些实施例中，所述显示系统还包括第一反射单元和/或第二反射单元；所述第一反射单元设于所述耦出区域的出光方向上，所述矫正单元设于所述第一反射单元的反射方向上；所述第二反射单元设于所述图像源的出光方向上，所述耦入区域设于所述第二反射单元的反射方向上。

在一些实施例中，所述显示系统还包括整形单元；所述整形单元设于所述图像源的出光方向上，且设于所述图像源和所述耦入区域之间，所述整形单元用于对所述光线进行整形。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种抬头显示器，包括：挡风玻璃、以及如上述第一方面任意一项所述的显示系统；所述挡风玻璃设于所述矫正单元的出光方向上。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种车辆，包括：上述第二方面所述的车载抬头显示器。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种显示系统、抬头显示器和车辆，包括：图像源、光波导和矫正单元，光波导的耦入区域设于图像源的出光方向上，矫正单元设于光波导耦出区域的出光方向上，图像源发出带有图像信息的光线，该光线被耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元，矫正单元通过调整光线的传播角度和/或传播方向，对光线进行矫正，提高显示的图像质量，该显示系统后续应用于抬头显示器中，可通过矫正单元矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种显示系统的结构框图示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种显示系统的结构框图示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种显示系统的结构示意图；

图4是图3的光路示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种显示系统的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的再一种显示系统的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的又一种显示系统的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的第五种显示系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本实用新型实施例提供一种显示系统，请参阅图1，该显示系统100包括：图像源10、光波导20和矫正单元30。其中，图像源10能够发出带有图像信息的光线，其用于提供带有图像信息的光线。光波导20具有波导基底、耦入区域和耦出区域，耦入区域和耦出区域均设置在波导基底上。且耦入区域设于图像源10的出光方向上，耦入区域用于将光线耦入至波导基底，波导基底用于将光线全反射传播至耦出区域，耦出区域用于将光线耦出。矫正单元30设于耦出区域的出光方向上，矫正单元30用于调整光线的传播角度和/或传播方向。

在该显示系统中，图像源10发出带有图像信息的光线，该光线被耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元30，矫正单元30通过调整光线的传播角度和/或传播方向，即通过调整光线的波前，起到矫正光线的作用，从而提高显示的图像质量，后续应用于抬头显示器中，可以矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量；并且由于在该显示系统中采用了矫正单元30，后续可以通过更换矫正单元30，使不同的抬头显示器可以共用图像源10和光波导20，降低更换成本，提高设备的通用性。

在其中一些实施例中，该图像源可以为LCD、OLED、LCOS、DMD和 Micro-LED中的一种，用于提供图像信息，可输出用于成像的光线。

在其中一些实施例中，当图像源为反射式图像源时，例如LCOS，即需要照明光照射在图像源上才能产生光线，此时，请参阅图2，显示系统还包括沿照明单元41和偏振分光棱镜42，其中，照明单元41设于偏振分光棱镜42的第一入射面，图像源10设于偏振分光棱镜42的第二入射面，光波导20的耦入区域设于偏振分光棱镜42的出射面，照明单元41用于为图像源提供照明光源，此时，照明单元41产生的光源经过偏振分光棱镜42后，其中，图2中虚线箭头代表S偏振光，实线箭头代表P偏振光，这样，S偏振光反射至图像源10，图像源10携带图像信息的光以P偏振光形式反射至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将透射P 偏振光至后续的光学元件中。

在其中一些实施例中，请参阅图3，显示系统还包括整形单元50。其中，整形单元50设于图像源10的出光方向上，且设于图像源10和光波导20的耦入区域之间，整形单元50用于对光线进行整形。具体的，整形单元可以为整形透镜、或者是多个透镜的组合，实际应用中可根据实际需要进行设置，在此不做限定。

在该显示系统中，请参阅图4，图像源10发出的带有图像信息的光线将通过整形单元50整形后，被耦入区域耦入至波导基底，然后被耦出区域耦出至矫正单元30，应用于抬头显示器中，经矫正单元30矫正后将出射至挡风玻璃200，然后可被挡风玻璃200反射至人眼300。在该显示系统中，图像源10发出的图像光线通过整形单元50整形后进入光波导20，这样能进一步提升图像的显示质量。

在其中一些实施例中，请参阅图5，光波导20为几何阵列光波导，其包括波导基底21、入射棱镜22和选择性透过反射膜23，入射棱镜22 设于图像源10的出光方向上，矫正单元30设于选择性透过反射膜23 的反射方向上。在该显示系统中，图像源10发出的光线能通过入射棱镜22耦入到几何阵列光波导20中，最后经过光波导20内部的选择性透过反射膜23反射至矫正单元30。

在另一些实施例中，请参阅图6，光波导20为光栅光波导，其包括波导基底21、耦入光栅22和耦出光栅23，耦入光栅22设于图像源10 的出光方向上，矫正单元30设于耦出光栅23的出光方向上。在该显示系统中，耦入光栅22可将图像源10发出的光线耦入至光波导20中，并经过耦出光栅23的扩展和耦出，最终能被耦出光栅23耦出至矫正单元30。

在其中一些实施例中，矫正单元包括至少一个整形透镜。该整形透镜包括至少一个球面和/或至少一个非球面。通过设计各整形透镜的表面曲率，使其满足所需的波前调整功能，从而能对光线的传播角度和/ 或传播方向进行矫正，提高显示图像时的显示质量。整形透镜的材质可以为玻璃透镜，也可以为树脂透镜，在此不做限定。实际应用中，整形透镜的表面曲率可根据实际需要进行设置，在此不做限定。

在一些实施例中，请参阅图3，整形透镜30为双凹透镜，或者，在一些实施例中，整形透镜为平凹透镜。其中，双凹透镜和平凹透镜的焦距均为负，均可使平行入射的光线向外发散，这样，请参阅图4，可以让人眼300观察到的像点B的位置远离挡风玻璃200。在另一些实施例中，整形透镜为双凸透镜或者平凸透镜。双凸透镜和平凸透镜的焦距均为正，均可使平行入射的光线向内收敛，即使光线汇聚，这样，请参阅图4，可以让人眼300观察到的像点B的位置靠近挡风玻璃200。

在其中一些实施例中，请参阅图7，矫正单元30为光栅结构。具体的，光栅结构为全息光栅、浮雕光栅、或者是液晶光栅中的其中一种。在图所示的实施例中，全息光栅为透射式全息光栅。通过对全息光栅、浮雕光栅和液晶光栅的表面结构进行设计，设计好各光栅的相位，使其满足所需的调整波前的功能，从而能对光线的传播角度和/或传播方向进行调整，实现光线矫正，最终应用于抬头显示器中，能提高图像的显示质量。

在其中一些实施例中，显示系统还包括第一反射单元和/或第二反射单元，该第一反射单元包括至少一个反射镜，并且该第一反射单元的入射面设于光波导的耦出区域的出光方向上，矫正单元设于该第一反射单元的出射面上，该第二反射单元同样包括至少一个反射镜，第二反射单元设于图像源的出光方向上，光波导的耦入区域设于第二反射单元的反射方向上。

具体的，在其中一些实施例中，请参阅图8，该第一反射单元包括第一反射镜61、第二反射镜62和第三反射镜63，其中，第一反射镜61 设于光波导20的耦出区域的出光方向上，第二反射镜62设于第一反射镜61的反射光方向上，第三反射镜63设于第二反射镜62的反射光方向上，矫正单元30设于第三反射镜63的反射光方向上，其中，第一反射镜61和第二反射镜62为平面反射镜或曲面反射镜，第三反射镜63 为凹面反射镜，通过设计第三反射镜63的凹面曲率，可以对光线起到进一步调整的作用。实际应用中，第一反射单元包括的反射镜的个数、类型均可自由设置，反射镜可以为平面镜或者是自由曲面反射镜，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，第二反射单元包括至少一个反射镜，例如，包括一个第四反射镜，该第四反射镜设于图像源的出光方向上，光波导的耦入区域设于该第四反射镜的反射方向上，第四反射镜可以为平面反射镜或曲面反射镜。实际应用中，第二反射单元包括的反射镜的个数、类型均可自由设置。

在显示系统中的反射镜，可以将图像放大、显示距离拉远，应用于抬头显示器中，可自由设计反射镜的反射面曲率，可以进一步矫正自由曲面挡风玻璃带来的畸变的问题，从而进一步提升图像显示的显示质量。另外，后续应用于抬头显示器中，由于在该显示系统中采用了矫正单元，在矫正不同的挡风玻璃带来的图像变形的问题时，可以通过更换矫正单元，使不同的抬头显示器可以共用图像源、光波导和反射单元，降低更换成本，提高设备的通用性。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种抬头显示器，请参阅图3，该抬头显示器包括：挡风玻璃200、以及如上述第一方面任意一项所述的显示系统。其中，挡风玻璃200设于矫正单元30的出光方向上。请参阅图4，在该抬头显示器中，图像源10发出带有图像信息的光线，该光线被光波导20的耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元30；矫正单元30 通过调整光线的传播角度和/或传播方向，对光线进行矫正；然后，光线经挡风玻璃200反射后进入人眼。在该抬头显示器中，通过矫正单元对光线进行矫正，可以矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种车辆，该车辆包括上述第二方面所述的车载抬头显示器。在车辆中，图像源发出带有图像信息的光线，该光线被耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元，矫正单元通过调整光线的传播角度和/或传播方向，然后，光线经挡风玻璃反射后进入人眼，能起到矫正光线的作用，可以矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量。

本实用新型实施例提供一种显示系统、抬头显示器和车辆，包括：图像源、光波导和矫正单元，光波导的耦入区域设于图像源的出光方向上，矫正单元设于光波导耦出区域的出光方向上，图像源发出带有图像信息的光线，该光线被耦入区域耦入至波导基底，在波导基底内发生全反射传播至耦出区域，然后被耦出区域耦出至矫正单元，矫正单元通过调整光线的传播角度和/或传播方向，对光线进行矫正，提高显示的图像质量，该显示系统后续应用于抬头显示器中，可通过矫正单元矫正挡风玻璃造成的图像质量问题，提高图像的显示质量。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种显示系统，其特征在于，包括：

图像源，用于提供带有图像信息的光线；

光波导，具有波导基底、以及、设置在所述波导基底上的耦入区域和耦出区域，所述耦入区域设于所述图像源的出光方向上，所述耦入区域用于将所述光线耦入至所述波导基底，所述波导基底用于将所述光线全反射传播至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述光线耦出；

矫正单元，设于所述耦出区域的出光方向上，所述矫正单元用于调整所述光线的传播角度和/或传播方向。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述矫正单元包括至少一个整形透镜。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述整形透镜为双凹透镜或者平凹透镜。

4.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述整形透镜为双凸透镜或者平凸透镜。

5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述矫正单元为全息光栅、浮雕光栅、或者是液晶光栅中的其中一种。

6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述全息光栅为透射式全息光栅。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统还包括第一反射单元和/或第二反射单元；

所述第一反射单元设于所述耦出区域的出光方向上，所述矫正单元设于所述第一反射单元的反射方向上；

所述第二反射单元设于所述图像源的出光方向上，所述耦入区域设于所述第二反射单元的反射方向上。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统还包括整形单元；

所述整形单元设于所述图像源的出光方向上，且设于所述图像源和所述耦入区域之间，所述整形单元用于对所述光线进行整形。

9.一种抬头显示器，其特征在于，包括：挡风玻璃、以及如上述权利要求1-8任意一项所述的显示系统；

所述挡风玻璃设于所述矫正单元的出光方向上。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的抬头显示器。

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