CN217689621U - 一种汽车抬头显示器光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开提出汽车抬头显示器光学系统，涉及机械工业技术领域。该汽车抬头显示器光学系统安装于挡风玻璃下方，包括LCD屏、大反射镜和小反射镜，LCD屏发出的光束沿着第一光路行进至小反射镜，小反射镜发射出的光束入射至大反射镜，大反射镜发射出的光束沿着第二光路反射至挡风玻璃上；其中，第一光路具有至少一转折部，且第一光路至少部分与第二光路平行设置。本申请通过设置具有至少一转折部的第一光路，因此能够使得从LCD屏发出的光束行进至小反射镜的过程中进行光路转向，并且第一光路至少部分与第二光路平行设置，实现了缩减该汽车抬头显示器光学系统整体体积的目的，从而节省了制作成本以及提高了该汽车抬头显示器光学系统的适用面。

Description

一种汽车抬头显示器光学系统

技术领域

本公开涉及机械工业技术领域，特别涉及一种汽车抬头显示器光学系统。

背景技术

汽车抬头显示器光学系统(HUD，Head Up Display)最早是应用于航空领域上的飞行辅助仪器，主要作用是让飞行员不需要低头看各种仪表就能顺利操作飞行器。随着HUD的技术成熟和成本降低，该技术已扩展到汽车领域，已成为高端车型的标配。抬头显示是指以驾驶员为中心、盲操作、多功能仪表盘。它的作用，就是把时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头，视线无需离开驾驶前方就能看到时速、导航等重要的驾驶信息，提高了行车安全。

相关技术中，如公开号为CN109522597A的中国专利公开了一种基于风挡面型重构的车载AR-HUD设计方法，如附图1所示，由像源4发出的光线通过折转反射镜3入射到反射镜2，再投影到汽车风挡1上，人眼通过汽车风挡1可看到成像在汽车前方的虚像，这种HUD体积比较大，而轿车空间比较紧凑，所以体积太大不适合轿车，空间较大的SUV车型不会受到体积的影响，所以该HUD体积太大导致适用面较窄。

为此，针对上述存在的问题，本申请提出了一种汽车抬头显示器光学系统及汽车。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供汽车抬头显示器光学系统及汽车，旨在解决现有技术中。

为解决上述问题，第一方面，本实用新型提供汽车抬头显示器光学系统，安装于挡风玻璃下方，包括LCD屏、大反射镜和小反射镜，所述LCD屏发出的光束沿着第一光路行进至所述小反射镜，所述小反射镜发射出的光束入射至所述大反射镜，所述大反射镜发射出的光束沿着第二光路反射至所述挡风玻璃上；其中，所述第一光路具有至少一转折部，且第一光路至少部分与所述第二光路平行设置，所述LCD屏和小反射镜之间设置有反光镜，所述反光镜适于将所述LCD屏发出的光束折转后入射至所述小反射镜，所述第一光路包括由所述LCD屏发出的光束行进至所述反光镜所经过的第一路径以及由所述反光镜发射出的光束反射至所述小反射镜所经过的第二路径，所述第一路径和第二路径之间得夹角不等于0度或者180度，且第一路径或第二路径平行于所述第二光路。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第一路径与第二光路间隔且平行设置。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述LCD屏位于所述反光镜一侧下方，所述小反射镜位于所述反光镜另一侧下方，所述大反射镜位于小反射镜下方。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述大反射镜和小反射镜均为自由曲面，所述大反射镜的曲率半径r＜800mm，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述大反射镜为自由曲面，所述小反射镜为双锥面，所述大反射镜的曲率半径r1＜2000mm，所述小反射镜的曲率半径r2＜1000mm，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述大反射镜为双锥面，所述小反射镜为自由曲面，所述大反射镜的曲率半径r1＜1500mm，所述小反射镜的曲率半径r2＜5000，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述挡风玻璃的通光部分边缘在水平方向上的曲率半径大于3000mm，其在垂直方向上的曲率半径大于6000mm。

在本公开实施例的另一种实现方式中，还包括防倒灌结构，所述防倒灌结构包括防尘板，所述防尘板的迎光面设置有增反膜，防尘板的背光面设置有增透膜。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：本申请通过设置具有至少一转折部的第一光路，因此能够使得从LCD屏发出的光束行进至小反射镜的过程中进行光路转向，并且第一光路至少部分与第二光路平行设置，实现了缩减该汽车抬头显示器光学系统整体体积的目的，从而节省了制作成本以及提高了该汽车抬头显示器光学系统的适用面。

附图说明

图1是现有技术提供基于风挡面型重构所设计的车载AR-HUD光学系统图；

图2是本公开实施例提供的一种汽车抬头显示器光学系统的结构示意图；

图3是图2中A处的放大示意图；

图4是本公开另一实施例提供的一种汽车抬头显示器光学系统的结构示意图。

图5是本公开实施例在大、小反射镜均为自由曲面情况下的解像力图；

图6是本公开实施例在大反射镜为自由曲面，小反射镜为双锥面的情况下的解像力图；

图7是本公开实施例在大反射镜为双锥面，小反射镜为自由曲面的情况下的解像力图。

附图标记：

10、LCD屏；20、大反射镜；30、小反射镜；40、挡风玻璃；50、反光镜；60、第一光路；600、第一路径；601、第二路径；70、第二光路；80、防尘板。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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；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；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图2是本实施例公开实施例提供的一种汽车抬头显示器光学系统的结构示意图。如图2所示，汽车抬头显示器光学系统安装于挡风玻璃40下方，该汽车抬头显示器光学系统包括：LCD屏10、大反射镜20和小反射镜30。LCD屏10发出的光束沿着第一光路60行进至小反射镜20，小反射镜30发射出的光束入射至大反射镜20，大反射镜20发射出的光束沿着第二光路70反射至挡风玻璃40上；其中，第一光路60具有至少一转折部，且第一光路60至少部分与第二光路70平行设置。

具体而言，如图2和图3所示，LCD屏10和小反射镜30之间设置有反光镜50，反光镜50适于将LCD屏10发出的光束折转后入射至小反射镜30，第一光路60包括由LCD屏10发出的光束行进至反光镜50所经过的第一路径600以及由反光镜50发射出的光束反射至小反射镜30所经过的第二路径601，第一路径600和第二路径601之间的夹角θ不等于0度或者180度，且第一路径600或第二路径601平行于第二光路70。优选地，第一路径600和第二路径601之间的夹角θ满足如下条件：0°＜θ＜90度，在大反射镜20位置固定的情况下，有利于使得反光镜50反射出的光束到大反射镜20经过的路径较短。

本实施例提供的汽车抬头显示器光学系统中的第一光路60具有至少一转折部，因此能够使得从LCD屏10发出的光束行进至小反射镜20的过程中进行光路转向，并且第一光路60至少部分与第二光路70平行设置，实现缩减该汽车抬头显示器光学系统整体体积的目的，从而节省了制作成本以及提高了该汽车抬头显示器光学系统的适用面。

如图2所示，LCD屏可以发射带有图像信息的光束，小反射镜30和大反射镜20能将光束反射至前挡风玻璃40上。小反射镜30和大反射镜20依次对LCD屏10发出的光束进行反射，以在挡风玻璃40上形成完整目标图像的目的。

需要理解的是，在另一实施方式中，小反射镜30和大反射镜20均包括多个反射镜单元，每个反射镜单元反射的光束承载目标图像的一部分区域的图像信息，这样就实现了通过多个反射镜单元对同一目标图像的部分区域分别进行反射投影，以在挡风玻璃40上形成完整目标图像的目的。

由此设置，相较于采用一整个大尺寸的反射镜，这样将反射镜拆分为多个尺寸更小的反射镜单元，不仅能降低反射镜的制作难度，节省制作反射镜的成本。

如图2所示，更为具体地，以反光镜50的位置为基准，LCD屏10设置于反光镜50一侧下方，小反射镜30位于反光镜50另一侧下方，大反射镜20位于小反射镜30下方。相较于相关技术中需要借助中间介质（例如单面镜）进行穿透，亮度会大幅度降低，因此会对背光的功率要求提高，散热同时也增加。本实施例采用上述结构，在缩减该汽车抬头显示器光学系统体积的同时，可实现光束直接从反光镜50到小反射镜30，无需解决中间介质进行穿透，保证了亮度，因此降低了背光的功率要求和散热问题。

图1示出的是第一路径600与第二光路70平行设置，这里的第一路径600与第二光路70平行设置可以理解成如下情况：如图1所示，第一路径600与第二光路70间隔且平行设置。

相关技术中的第二情况为第一路径600与第二光路70平行设置，且两者具有交叠部分，由于第一路径600与第二光路70具有交叠部分，因此在大反射镜20发射出的光束沿着第二光路70反射至挡风玻璃40上的过程中该光束需要依次穿过LCD屏10和反光镜50，不仅造成了光束路径的破坏，还会进一步造成亮度会大幅度降低。

在一种实现方式中，大反射镜20和小反射镜30均为自由曲面，大反射镜20的曲率半径r＜800mm，LCD屏10和小反射镜30之间的距离l＞75mm。通过将大反射镜20和小反射镜30设置成相同的形状，这样在对大反射镜20和小反射镜30的形状进行加工时，都可以采用同一模具，从而能降低开模成本，并且也能有效提高生产效率。

在大、小反射镜均为自由曲面的情况下，结合表1和表2中的HUD设计参数。

表1 大、小反射镜均为自由曲面的HUD的参数

其中，K为圆锥度系统。

表2 大、小反射镜均为自由曲面的HUD的参数

其中，A1至A14为非球面系数。

采用表1和表2中的参数设计，从附图5(附图5中的各曲线代表的是不同的视场）中可看出，由本实现方式所述的大、小反射镜均为自由曲面而成的HUD抬头能够达到清晰的成像效果。

在另一种实现方式中，大反射镜20为自由曲面，小反射镜30为双锥面，大反射镜20的曲率半径r1＜2000mm，小反射镜30的曲率半径r2＜1000mm，LCD屏10和小反射镜30之间的距离l＞75mm。

在大反射镜20为自由曲面，小反射镜30为双锥面的情况下，结合表1和表2中的HUD设计参数。

表3 大反射镜为自由曲面，小反射镜为双锥面的HUD的参数

表4 大反射镜为自由曲面，小反射镜为双锥面的HUD的参数

采用表3和表4中的参数设计，从附图6(附图6中的各曲线代表的是不同的视场）中可看出，由本实现方式所述的大反射镜为自由曲面，小反射镜为双锥面而成的HUD抬头能够达到清晰的成像效果。

在另一种实现方式中，大反射镜20为双锥面，小反射镜30为自由曲面，大反射镜20的曲率半径r1＜1500mm，小反射镜30的曲率半径r2＜5000，LCD屏10和小反射镜30之间的距离l＞75mm。

在大反射镜20为双锥面，小反射镜30为自由曲面的情况下，结合表1和表2中的HUD设计参数。

表5 大反射镜为双锥面，小反射镜为自由曲面的HUD的参数

表6 大反射镜为双锥面，小反射镜为自由曲面的HUD的参数

采用表5和表6中的参数设计，从附图7(附图7中的各曲线代表的是不同的视场）中可看出，由本实现方式所述大反射镜为双锥面，小反射镜为自由曲面而成的HUD抬头能够达到清晰的成像效果。

另外，应当理解的是，大反射镜20和小反射镜30的结构不仅仅采用以上面型的组合，还有其他面型组合，如自由曲面、双锥面、泽尼克表面、多项式表面、标准面等等的自由组合，该表面组合能实现HUD的功能即可。

在本实施方式中，挡风玻璃40的通光部分边缘在水平方向上的曲率半径大于3000mm，其在垂直方向上的曲率半径大于6000mm。通过该结构设计，能够实现更佳的成像效果，

如图4所示，可选地，该汽车抬头显示器光学系统还包括防倒灌结构，防倒灌结构包括防尘板80，防尘板80具有迎光面和背光面，防尘板80的迎光面设置有增反膜，防尘板80的背光面设置有增透膜。当阳光打在靠近防尘板的迎光面一侧，大部分太阳光被迎光面的增反膜反射；背光面801上的增透膜增加LCD屏10上的信息透过防尘板80到达风挡玻璃挡风玻璃40，最后到达人眼，人眼可以看到行车信息，达到安全驾驶的目的。

第二方面，本公开提供了一种汽车，包括上述的汽车抬头显示器光学系统。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。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方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点 ,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.汽车抬头显示器光学系统，安装于挡风玻璃下方，包括LCD屏、大反射镜和小反射镜，其特征在于，所述LCD屏发出的光束沿着第一光路行进至所述小反射镜，所述小反射镜发射出的光束入射至所述大反射镜，所述大反射镜发射出的光束沿着第二光路反射至所述挡风玻璃上；其中，所述第一光路具有至少一转折部，且第一光路至少部分与所述第二光路平行设置，所述LCD屏和小反射镜之间设置有反光镜，所述反光镜适于将所述LCD屏发出的光束折转后入射至所述小反射镜，所述第一光路包括由所述LCD屏发出的光束行进至所述反光镜所经过的第一路径以及由所述反光镜发射出的光束反射至所述小反射镜所经过的第二路径，所述第一路径和第二路径之间得夹角不等于0度或者180度，且第一路径或第二路径平行于所述第二光路。

2.根据权利要求1所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述第一路径与第二光路间隔且平行设置。

3.根据权利要求1或2所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述LCD屏位于所述反光镜一侧下方，所述小反射镜位于所述反光镜另一侧下方，所述大反射镜位于小反射镜下方。

4.根据权利要求1所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述大反射镜和小反射镜均为自由曲面，所述大反射镜的曲率半径r＜800mm，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

5.根据权利要求1所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述大反射镜为自由曲面，所述小反射镜为双锥面，所述大反射镜的曲率半径r1＜2000mm，所述小反射镜的曲率半径r2＜1000mm，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

6.根据权利要求1所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述大反射镜为双锥面，所述小反射镜为自由曲面，所述大反射镜的曲率半径r1＜1500mm，所述小反射镜的曲率半径r2＜5000，所述LCD屏和小反射镜之间的距离l＞75mm。

7.根据权利要求1所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，所述挡风玻璃的通光部分边缘在水平方向上的曲率半径大于3000mm，其在垂直方向上的曲率半径大于6000mm。

8.根据权利要求1至7任一项所述的汽车抬头显示器光学系统，其特征在于，还包括防倒灌结构，所述防倒灌结构包括防尘板，所述防尘板的迎光面设置有增反膜，防尘板的背光面设置有增透膜。

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