CN216792588U - 成像显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种成像显示装置，包括：投影生成器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和显示玻璃；投影生成器用于发射形成有目标信息图像的投影光线至第一反射镜；第一反射镜配置为接收并反射投影光线，以形成第一反射光线；第二反射镜配置为接收并反射第一反射光线，以形成第二反射光线；第三反射镜配置为接收并反射第二反射光线，以形成投射至显示玻璃的目标区域的第三反射光线；其中，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜呈三角形分布。应用本申请实施例提供的成像显示装置，采用交叉式光路分布，可以实现在增大视场和下视角的情况下，不仅能缩小装置的整体结构体积，还能提高成像像质。

Description

成像显示装置

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种成像显示装置。

背景技术

HUD(Head-up Display，抬头显示器，或称为平视显示器)通常应用于航空器或车辆。以应用于车辆的HUD为例，HUD利用光学反射的原理，将相关的驾驶信息(如行驶速度、路线导航、剩余油量等信息)投影到一块玻璃(如驾驶座前方的挡风玻璃)的目标区域上，该目标区域与驾驶员平视前方的视线范围相适配，这样，驾驶员不用低头就可以看到相关的驾驶信息，从而能够将更多的精力放在观察前方路面及周围车辆上，可以提高行车安全。

目前，HUD在车辆应用方面，通常是应用于小型汽车，小型汽车的挡风玻璃与地面的夹角较小，通常在30°左右，相应的，HUD的下视角做到6.9°左右即可满足需求。但如果需要将HUD应用于大型车辆，例如大卡车，由于这类车辆的挡风玻璃与地面夹角较大，且其底盘较高，这种情况下，如果HUD成像显示的视场及下视角较小，便会对驾驶员观察前方路面的视线产生干扰，因此，为了尽量不干扰驾驶员观察前方路面的视线，就需要增大HUD成像显示的视场及下视角。但在一些相关技术中，由于考虑到实际可用于装配HUD的空间有限，若将HUD配置为大视场及大下视角，还需要尽可能地缩小HUD的整体结构体积，这就不可避免地造成HUD成像系统的焦距缩短，容易导致成像出现重影、畸变等现象，成像像质较差。因此，如何实现在增大视场和下视角的情况下，缩小装置的整体结构体积并提高成像像质，是本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种成像显示装置，以实现在在增大视场和下视角的情况下，缩小装置的整体结构体积并提高成像像质。具体技术方案如下：

本申请实施例提供了一种成像显示装置，包括：投影生成器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和显示玻璃；

所述投影生成器用于发射形成有目标信息图像的投影光线至所述第一反射镜；

所述第一反射镜配置为接收并反射所述投影光线，以形成第一反射光线；

所述第二反射镜配置为接收并反射所述第一反射光线，以形成第二反射光线；

所述第三反射镜配置为接收并反射所述第二反射光线，以形成投射至所述显示玻璃的目标区域的第三反射光线；

其中，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜呈三角形分布。

根据本申请实施例提供的成像显示装置，其第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜呈三角形分布，投影生成器发射的形成有目标信息图像的投影光线到达第一反射镜后，经第一反射镜反射形成第一反射光线，进一步地，该第一反射光线到达第二反射镜后，经第二反射镜反射形成第二反射光线，再进一步地，该第二反射光线到达第三反射镜后，经第三反射镜反射形成投射至显示玻璃的目标区域的第三反射光线，以此实现将目标信息图像投影至显示玻璃的目标区域，使得用户可以直接通过显示玻璃看到目标信息图像。可以理解的，应用本申请实施例提供的成像显示装置来实现大视场和大下视角的成像，通过第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜对投影光线的多次反射折叠，可以在满足成像系统不同大小焦距需求的同时，不缩短光程，为成像像质(尤其是畸变)的改善提供更多的自由度，而且还能使得整体结构体积更加紧凑，可见，应用本申请实施例提供的成像显示装置，可以实现在增大视场和下视角的情况下，缩小装置的整体结构体积并提高成像像质。

在本申请的一些实施例中，所述投影生成器包括照明模块和图像生成模块，其中，所述图像生成模块位于所述照明模块的出光侧；所述照明模块配置为向所述图像生成模块提供背光；所述图像生成模块的表面与所述背光的投射方向不垂直。

在本申请的一些实施例中，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜中至少一个为自由曲面镜。

在本申请的一些实施例中，所述成像显示装置还包括显示器壳体，所述投影生成器、所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜均固定安装于所述显示器壳体内，所述显示器壳体的上部设置有防尘膜，以使所述第三反射光线透过所述防尘膜到达所述显示玻璃的目标区域。

在本申请的一些实施例中，所述第二反射镜、所述第三反射镜、以及所述防尘膜上均镀有偏振膜。

在本申请的一些实施例中，所述第一反射镜上镀有光学膜，所述光学膜配置为反射可见光且透射紫外线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种成像显示装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种投影生成器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1所示啊，本申请实施例提供了一种成像显示装置，包括：投影生成器10、第一反射镜20、第二反射镜30、第三反射镜40和显示玻璃50。投影生成器10用于发射形成有目标信息图像的投影光线至第一反射镜20；第一反射镜20配置为接收并反射该投影光线，以形成第一反射光线；第二反射镜30配置为接收并反射该第一反射光线，以形成第二反射光线；第三反射镜40配置为接收并反射该第二反射光线，以形成投射至显示玻璃50的目标区域的第三反射光线。其中，第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40呈三角形分布。

根据本申请实施例提供的成像显示装置，其第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40呈三角形分布，投影生成器10发射的形成有目标信息图像的投影光线到达第一反射镜20后，经第一反射镜20反射形成第一反射光线，进一步地，该第一反射光线到达第二反射镜30后，经第二反射镜30反射形成第二反射光线，再进一步地，该第二反射光线到达第三反射镜40后，经第三反射镜40反射形成投射至显示玻璃50的目标区域的第三反射光线，以此实现将目标信息图像投影至显示玻璃50的目标区域，使得用户可以直接通过显示玻璃50看到目标信息图像。可以理解的，应用本申请实施例提供的成像显示装置来实现大视场和大下视角的成像，通过第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40对投影光线的多次反射折叠，可以在满足成像系统不同大小焦距需求的同时，不缩短光程，为成像像质(尤其是畸变)的改善提供更多的自由度，而且还能使得整体结构体积更加紧凑，可见，应用本申请实施例提供的成像显示装置，可以实现在增大视场和下视角的情况下，缩小装置的整体结构体积并提高成像像质。

举例来说，若将本申请实施例提供的成像显示装置应用于汽车，显示玻璃50则可以是汽车驾驶座前方的挡风玻璃，显示玻璃50的目标区域即挡风玻璃上与驾驶员平视前方的视线范围相适配的区域，该区域可以确定在便于驾驶员通过挡风玻璃查看但不影响驾驶员观察前方路面的位置。成像显示装置在工作过程中，其投影生成器10可以从汽车的数据总线获取如行驶速度、路线导航、剩余油量等相关的驾驶信息作为目标信息，并输出形成有该目标信息的目标信息图像的投影光线，可以理解的，该投影光线经第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40的反射到达显示玻璃50的目标区域，使得驾驶员在驾驶过程中可以在挡风玻璃上看到行驶速度、路线导航、剩余油量等相关的驾驶信息，以减少驾驶员在抬头观察远处道路情况与低头查看仪表盘之间频繁转换而引发的视觉疲劳，帮助驾驶员提高驾驶专注度，从而提高行车安全。

在本申请的一些实施例中，若采用汽车驾驶座前方的挡风玻璃作为显示玻璃50，由于普通的挡风玻璃的内外表面均可反射光线，容易形成图像重影，导致成像效果较差，一种情况下，可以将挡风玻璃的目标区域夹层内部的PVB(polyvinyl butyral，聚乙烯醇缩丁醛)膜制成楔形，也就是该目标区域的玻璃是呈上厚下薄的状态，以使得挡风玻璃的内外表面反射得到的成像图案重叠，从而消除重影；另一种情况下，也可以在挡风玻璃的目标区域内侧涂覆纳米膜，由于纳米膜是由两个不同折射率的折射层构成，投射至显示玻璃50(即挡风玻璃)的目标区域的第三反射光线会产生P偏振光，P偏振光在挡风玻璃内表面的反射光强度正常，而折射进入挡风玻璃的P偏振光在挡风玻璃的外表面发生反射时，根据布儒斯特角原理，强度会大幅减弱，甚至强度为零，因此在挡风玻璃外表面反射回来的光线成像基本可以忽略，以此可以消除重影。

在本申请的一些实施例中，参考图2所示，投影生成器10包括照明模块11和图像生成模块12，其中，图像生成模块12位于照明模块11的出光侧；照明模块11配置为向图像生成模块12提供背光；图像生成模块12的表面与该背光的投射方向不垂直。举例来说，可以利用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)作为图像生成模块12，利用LED(LightEmitting Diode，发光二极管)作为照明模块11，LED为LCD提供背光，LCD通过阻断部分背光透过以形成目标信息图像，透过LCD的背光即可理解为形成有目标信息图像的投影光线。由于LCD既具有透射性也具有反射性，参考图1和图2所示，若LCD的表面与其背光的投射方向垂直，当来自外界的太阳光从显示玻璃50的目标区域入射，经成像显示装置中的各反射镜反射到达LCD的表面时，该太阳光被LCD反射，且被LCD反射后的太阳光的光路与投影光线的光路相一致，可以理解的，被LCD反射后的太阳光，经成像显示装置中的各反射镜反射会到达显示玻璃50的目标区域，进而出现阳光倒灌所引起的眩目问题，因此在本申请实施例中，将图像生成模块12的表面调整至与背光的投射方向不垂直，可以理解为LCD的表面与LED发出的背光的投射方向不垂直，而是偏转一个夹角θ，该夹角θ一般在8°～15°范围内即可，以使得来自外界的太阳光被LCD反射后其光路与投影光线的光路不一致，避免该太阳光被反射到达显示玻璃50的目标区域，从而避免出现阳光倒灌所引起的眩目问题，提升成像显示装置的使用体验。

在本申请的一些实施例中，第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40中至少一个为自由曲面镜。通过引入不规则的自由曲面镜，可以更好地调整各光束的反射角度，以使得到达显示玻璃50的目标区域的光线更均匀，从而减少像差，即降低成像畸变。

在本申请的一些实施例中，该成像显示装置还包括显示器壳体60，投影生成器10、第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40均固定安装于显示器壳体60内，显示器壳体60的上部设置有防尘膜70，以使第三反射光线透过防尘膜70到达显示玻璃50的目标区域。通过设置显示壳体60和防尘膜70，可以将由投影生成器10、第一反射镜20、第二反射镜30和第三反射镜40组成的光学系统与外界进行隔离，以避免灰尘对该光学系统的影响。

在本申请的一些实施例中，第二反射镜30、第三反射镜40、以及防尘膜70上均镀有偏振膜。通过在第二反射镜30、第三反射镜40上镀偏振膜，可以更好地反射第一反射光线、第二反射光线中所包含的偏振光，进而提高成像效果；在防尘膜70上镀偏振膜，一方面可以使得第三反射光线中所包含的偏振光更好地透过防尘膜70投射至显示玻璃50的目标区域，另一方面也能滤除一部分来自外界的如太阳光等其他光线，以降低其他光线对成像显示装置成像的光路的干扰，提高成像效果。

在本申请的一些实施例中，第一反射镜10上镀有光学膜，该光学膜配置为反射可见光且透射紫外线。举例来说，该光学膜可以是表面涂覆有紫外线吸收剂的薄膜基材，通过在第一反射镜10上镀该光学膜，可以在反射投影光线的过程中尽可能地避免投影光线中所包含的紫外线被反射至显示玻璃50的目标区域。

在本申请的一些实施例中，第一反射镜20为平面镜，第二反射镜30为球面镜，第三反射镜40为自由曲面镜，这样，在缩小成像显示装置的整体结构体积、提高成像效果的同时，还能减少成像显示装置的制造成本。

需要说明的是，在本文中，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。

本申请的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种成像显示装置，其特征在于，包括：投影生成器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和显示玻璃；

所述投影生成器用于发射形成有目标信息图像的投影光线至所述第一反射镜；

所述第一反射镜配置为接收并反射所述投影光线，以形成第一反射光线；

所述第二反射镜配置为接收并反射所述第一反射光线，以形成第二反射光线；

所述第三反射镜配置为接收并反射所述第二反射光线，以形成投射至所述显示玻璃的目标区域的第三反射光线；

其中，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜呈三角形交叉式分布。

2.根据权利要求1所述的成像显示装置，其特征在于，所述投影生成器包括照明模块和图像生成模块，其中，所述图像生成模块位于所述照明模块的出光侧；所述照明模块配置为向所述图像生成模块提供背光；所述图像生成模块的表面与所述背光的投射方向不垂直。

3.根据权利要求1所述的成像显示装置，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜中至少一个为自由曲面镜。

4.根据权利要求1所述的成像显示装置，其特征在于，所述成像显示装置还包括显示器壳体，所述投影生成器、所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜均固定安装于所述显示器壳体内，所述显示器壳体的上部设置有防尘膜，以使所述第三反射光线透过所述防尘膜到达所述显示玻璃的目标区域。

5.根据权利要求4所述的成像显示装置，其特征在于，所述第二反射镜、所述第三反射镜、以及所述防尘膜上均镀有偏振膜。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的成像显示装置，其特征在于，所述第一反射镜上镀有光学膜，所述光学膜配置为反射可见光且透射紫外线。

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