CN218767586U - 一种成像装置、抬头显示器和交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种成像装置、抬头显示器和交通工具，包括投影单元和成像单元。成像单元的入光侧沿第一光轴设于投影单元的出光侧，成像单元的出光侧用于与反射单元沿第二光轴设置，且第一光轴不垂直于成像单元，第二光轴不垂直于成像单元。在该抬头显示器中，当阳光倒灌时，即太阳发出的第二光线经反射单元反射至成像单元，由于第一光轴并不垂直于成像单元，这样，太阳光线被成像单元反射时不会沿第一光轴反射，而是朝着与第一光线传播方向不同的方向反射，反射光不会进入到反射单元中参与成像，提高图像对比度。

Description

一种成像装置、抬头显示器和交通工具

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种成像装置、抬头显示器和交通工具。

背景技术

随着车载电子系统的发展，抬头显示器(HeadUpDisplay，HUD)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，引起了众多厂商及消费者的兴趣。

在HUD中，目前主要通过将投影仪的光线投射至一投影介质上进行成像，如成像膜，然而成像膜具有一定的散射功能，当阳光倒灌时，成像膜会被太阳光照亮，被照亮的成像膜反向散射光线，特别是在成像膜镜像反射方向周围的散射光最强，使图像呈现明显的白底，造成图像对比度下降，最后在驾驶员前方形成杂光，干扰驾驶员。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种成像装置、抬头显示器和车辆，能够在阳光倒灌时，提高图像对比度。

本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种成像装置，该成像装置包括：投影单元和成像单元。所述成像单元的入光侧沿第一光轴设于所述投影单元的出光侧，所述成像单元的出光侧用于与反射单元沿第二光轴设置，所述投影单元用于发出带有图像信息的第一光线，所述成像单元用于散射所述第一光线并形成图像；其中，所述第一光轴不垂直于所述成像单元，所述第二光轴不垂直于所述成像单元。

在一些实施例中，所述第一光轴与所述第二光轴共轴。

在一些实施例中，所述成像单元包括扩散片、匀光片或者散射片。

在一些实施例中，所述第一光轴与所述第二光轴之间的夹角度数大于0°且小于20°。

在一些实施例中，所述成像单元还用于偏转所述第一光线，以使散射后的所述第一光线的光轴与所述第二光轴共轴。

在一些实施例中，所述成像单元包括微棱镜阵列或者工程漫射体。

在一些实施例中，当所述成像单元包括微棱镜阵列时，所述成像单元具有第一面和第二面；所述第一面为微棱镜阵列面，所述第二面贴设有散射膜。

在一些实施例中，所述反射单元包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜沿所述第二光轴设于所述成像单元的出光侧，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的出光侧。

第二方面，本实用新型实施例提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括反射单元、以及如第一方面任意一项所述的成像装置。所述反射单元沿所述第二光轴设于所述成像单元的出光侧，所述反射单元用于反射所述第一光线至风挡玻璃。

在一些实施例中，所述反射单元包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜沿所述第二光轴设于所述成像单元的出光侧，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的出光侧。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面所述的抬头显示器。

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成像装置、抬头显示器和交通工具，包括投影单元和成像单元。成像单元的入光侧沿第一光轴设于投影单元的出光侧，成像单元的出光侧用于与反射单元沿第二光轴设置，且第一光轴不垂直于成像单元，第二光轴不垂直于成像单元。其中，投影单元用于发出带有图像信息的第一光线。成像单元用于散射第一光线并形成图像。在该成像装置中，当阳光倒灌时，即太阳发出的第二光线经反射单元反射至成像单元，由于第一光轴并不垂直于成像单元，这样，太阳光线被成像单元反射时不会沿第一光轴反射，而是朝着与第一光线传播方向不同的方向反射，反射光不会进入到反射单元中参与成像，在阳光倒灌时，减少参与成像的太阳光，提高图像对比度。

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抬头显示器的结构示意图；

图2是图1中的一种光路示意图；

图3是图1中的另一种光路示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种成像装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种成像装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的再一种成像装置的结构示意图。

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成像装置，请结合参阅图1和图2，该成像装置包括：投影单元1和成像单元2。

成像单元2的入光侧沿第一光轴O1设于投影单元1的出光侧，成像单元2的出光侧用于与反射单元沿第二光轴O2设置，且第一光轴O1不垂直于成像单元2，第二光轴O2不垂直于成像单元2。其中，投影单元1用于发出带有图像信息的第一光线L1。成像单元2用于散射第一光线L1并形成图像。

具体的，请参阅图1，该成像装置中，第一光轴O1不垂直于成像单元2，意味着第一光轴O1与成像单元2的表面的法线M1之间的夹角α不等于0，第二光轴O2不垂直于成像单元2，意味着第二光轴O2与成像单元2的表面的法线M1之间的夹角β不等于0。

在该成像装置中，请参阅图2，投影单元1提供的带有图像信息的第一光线L1经过成像单元2散射后、形成图像，该第一光线L1经成像单元2散射后、将传播至反射单元3。后续应用于抬头显示器中，第一光线L1可经过反射单元3反射至风挡玻璃4，最后由风挡玻璃4反射至人眼5，人眼5可观察到图像，实现抬头显示。

当阳光倒灌时，请参与图3，太阳6发出的第二光线L2经反射单元3反射至成像单元2，由于第一光轴O1并不垂直于成像单元2，这样，太阳光线被成像单元2反射时不会沿第一光轴O1反射，而是朝着与第一光线L1传播方向不同的方向进行反射，这样，该反射光不会再进入到反射单元3中参与成像，减少参与成像的太阳光，从而提高图像在阳光倒灌时的对比度，并且提高第一光线的能量利用率，提高图像的亮度。

在一些实施例中，第一光轴O1与第二光轴O2共轴。此时，第一光轴O1与成像单元2的表面的法线M1之间的夹角α等于第二光轴O2与成像单元2的表面的法线M1之间的夹角β。具体的，成像单元2可以包括匀光片、扩散片或者散射片，在该成像装置中，投影单元1发出的第一光线L1能经过成像单元2匀光扩散后透射至反射单元3，由于第一光轴O1与第二光轴O2共轴设置，反射单元3能将大部分第一光线L1反射至风挡玻璃4，提高了光线利用率。

在另一些实施例中，请参阅图4，第一光轴O1与第二光轴O2之间的夹角γ度数大于0°且小于20°。具体的，第一光轴O1与第二光轴O2之间的夹角γ小于12°，如可以为10°以内。具体的，成像单元还用于偏转第一光线，以使散射后的第一光线的光轴与第二光轴共轴。在该成像装置中，投影单元发出的第一光线能经过成像单元散射时，角度偏转与夹角γ相同的度数，从而能使散射后的第一光线的光轴与第二光轴共轴。通过上述方式，反射单元能将大部分第一光线反射至风挡玻璃，从而提高光线利用率；而且，相比于具备大角度偏转的成像单元，此实施例中的成像单元的偏转角度小于20°，能够降低成像单元的设计制造难度以及成本。实际应用中，如图4所示，成像单元2能让第一光线逆时针偏转与夹角γ相同的度数，或者如图5所示，成像单元2让第一光线顺时针偏转与夹角γ相同的度数，在此不做限定偏转方向。

在其中一些实施例中，成像单元包括微棱镜阵列。具体的，在其中一些实施例中，成像单元具有第一面和第二面；成像单元的第一面为微棱镜阵列面，成像单元的第二面贴设有散射膜。在微棱镜阵列面上设置有多个微棱镜，每个棱镜的倾斜角度可以一致，通过设计每个棱镜的倾斜角度，可以让光线散射前后的偏转角度等于夹角γ，另外，散射膜可对光线进行匀光扩散。其中，成像单元的第一面可靠近投影单元设置、成像单元的第二面可靠近反射单元设置，或者，成像单元的第一面可靠近反射单元设置、成像单元的第二面可靠近投影单元设置。

在其中一些实施例中，成像单元包括工程漫射体。工程漫射体能把高斯光转化输出成能量分布高度均匀化的光斑，并对输出光的发散角进行控制，从而能让第一光线发生偏转，让光线散射前后的偏转角度等于夹角γ。工程漫射体是在玻璃基底的表面制作一层塑料的散射片结构，这种结构可以使工程漫射体同时具有玻璃的耐高温、稳定性好的特点，而且具有高分子聚合物材质的高损伤阈值，高透光率，面形控制精确的特点。其包含不同的、独立控制的微透镜单元，是一种可以对其内部随机分布的每个散射中心都进行控制，以使每个散射中心都形成一个漫射体，并对穿过其的光束发散角进行调整的光学元件。工程漫射体中的散射中心通常体现为微透镜单元，微透镜单元的分布根据产生相应的光束形状函数所选取的概率分布函数来确定，因此，工程漫射体同时保留了随机性与确定性漫射体的优点。另外，相比于其他漫射体(如棱镜玻璃积分棒、磨砂玻璃、乳色玻璃、全息漫射体与衍射漫射体)，工程漫射体提供了先进的光束控制能力与更高的透射效率。工程漫射体能以特定的发散角传递光束，控制光的空间分布，并控制扩射光的强度轮廓。此外，工程漫射体的尺寸一般很小，通常为薄片结构，其不仅能让第一光线发生偏转，而且能减小成像装置的整体尺寸。

在其中一些实施例中，投影单元包括LCOS、DMD、MEMS、DLP、miniLED和LCD中的其中一种。其中，由于投影单元与成像单元沿第一光轴设置，且第一光轴与成像单元不垂直，为了保证该成像装置能正常显示图像，请参阅图6，投影单元内部的光轴O3与第一光轴O1不共轴，使投影单元1的成像面不垂直于第一光线，从而能让投影单元1可投射出倾斜的第一光线以使第一光线处于第一光轴O1上。实际应用中，可在投影单元内部中设置多个以光轴O3作为光轴的透镜组对投影芯片发出的第一光线进行折射，从而使成像面不垂直于第一光线，实现倾斜投影。关于投影单元的具体结构可参照现有技术中一切合适的结构，在此不做限定。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括反射单元3以及如第一方面任意一项所述的成像装置。具体的，请参阅图1，反射单元3沿第二光轴O2设于成像单元2的出光侧，反射单元3用于将第一光线反射至风挡玻璃4。在本实施例中，成像装置具有如上述任意一项实施例所述的成像装置相同的结构与功能，在此不再赘述。

具体的，请参阅图1，风挡玻璃4设于反射单元3的出光侧，风挡玻璃4用于反射经反射单元3反射的第一光线L1，并将第一光线L1反射至人眼5。在该抬头显示器中，请参阅图2，投影单元1提供的带有图像信息的第一光线L1经过成像单元2散射后、形成图像，第一光线L1经成像单元2传播至反射单元3，接着，第一光线L1经反射单元3反射至风挡玻璃4，最后由风挡玻璃4反射至人眼5，人眼5可观察到图像，实现抬头显示。其中，若第一光轴O1与第二光轴O2共轴，则第一光线L1直接经成像单元2匀光扩散后，投射至反射单元3；若第一光轴O1与第二光轴O2之间的夹角度数大于0°且小于20°时，第一光线L1不仅经成像单元2匀光扩散，而且还被成像单元2偏转至第二光轴O2所在直线，从而提高第一光线的能量利用率。

当阳光倒灌时，请参与图3，太阳6发出的第二光线L2经风挡玻璃4透射至反射单元3，再由反射单元3反射至成像单元2，由于第一光轴O1并不垂直于成像单元2，这样，第二光线L2被成像单元2反射时不会沿第一光轴O1反射，而是朝着与第一光线L1传播方向不同的方向进行反射，这样，绝大部分第二光线不会被反射至反射单元中参与成像，减少参与成像的太阳光，从而保证图像在阳光倒灌时能满足所需的对比度，提高图像显示质量。

综上可见，该抬头显示器不仅能在阳光倒灌时减少阳光参与成像，提高图像的对比度，另外通过成像单元，可提高第一光线的能量利用率，提高图像的亮度。

在其中一些实施例中，请参阅图1，反射单元3包括第一反射镜31和第二反射镜32；第一反射镜31沿第二光轴O2设于成像单元2的出光侧，第二反射镜32设于第一反射镜31的出光侧。实际应用中，反射单元3包括的反射镜数量可根据实际需要进行自由设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在该抬头显示器中，请参阅图2，投影单元1提供的带有图像信息的第一光线L1经过成像单元2散射后、形成图像，并且第一光线L1经过第一反射镜31、第二反射镜32反射至风挡玻璃4，最后由风挡玻璃4反射至人眼5，人眼5可观察到图像，实现抬头显示。其中，若第一光轴O1与第二光轴O2共轴，则第一光线L1直接经成像单元2匀光扩散后，投射至第一反射镜31；若第一光轴O1与第二光轴O2之间的夹角度数大于0°且小于20°时，第一光线L1不仅经成像单元2匀光扩散，而且还被成像单元2偏转至第二光轴O2所在直线，从而提高第一光线的能量利用率。

当阳光倒灌时，请参阅图3，太阳6发出的第二光线L2经风挡玻璃4透射至第二反射镜32、被第二反射镜32反射至第一反射镜31，再由第一反射镜31反射至成像单元2，由于第一光轴O1并不垂直于成像单元2，这样，第二光线L2被成像单元2反射时不会沿第一光轴O1反射，而是朝着与第一光线L1传播方向不同的方向进行反射，这样，绝大部分第二光线不会被反射至第一反射镜31中参与成像，减少参与成像的太阳光，从而保证图像在阳光倒灌时能满足所需的对比度，提高图像显示质量。

可见，该抬头显示器能在阳光倒灌时减少阳光参与成像，提高图像的对比度，另外通过成像单元，可提高第一光线的能量利用率，提高图像的亮度。

在其中一些实施例中，请继续参阅图1，所述第一反射镜31为平面反射镜。在其他一些实施例中，为了对图像光线进行整形，第一反射镜31也可以为自由曲面反射镜，通过设置自由曲面的曲率，可以对第一光线进行整形，提高图像显示时的质量。

为了对图像光线进行整形，在其中一些实施例中，请再次参阅图1，所述第二反射镜32为自由曲面反射镜，通过设置自由曲面的曲率，可以对第一光线进行整形，提高图像显示时的质量。在实际应用中，也可以将第二反射镜32设置为平面反射镜，在此不做限定。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面任意一项所述的抬头显示器。其中，交通工具可以是汽车、火车等。在本实施例中，抬头显示器具有如上述任意一项实施例所述的抬头显示器相同的结构与功能，在此不再赘述。

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)

1.一种成像装置，其特征在于，包括：投影单元和成像单元；

所述成像单元的入光侧沿第一光轴设于所述投影单元的出光侧，所述成像单元的出光侧用于与反射单元沿第二光轴设置，所述投影单元用于发出带有图像信息的第一光线，所述成像单元用于散射所述第一光线并形成图像；

其中，所述第一光轴不垂直于所述成像单元，所述第二光轴不垂直于所述成像单元。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一光轴与所述第二光轴共轴。

3.根据权利要求1或2所述的成像装置，其特征在于，所述成像单元包括扩散片、匀光片或者散射片。

4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一光轴与所述第二光轴之间的夹角度数大于0°且小于20°。

5.根据权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述成像单元还用于偏转所述第一光线，以使散射后的所述第一光线的光轴与所述第二光轴共轴。

6.根据权利要求4或5所述的成像装置，其特征在于，所述成像单元包括微棱镜阵列或者工程漫射体。

7.根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于，当所述成像单元包括微棱镜阵列时，所述成像单元具有第一面和第二面；

所述第一面为微棱镜阵列面，所述第二面贴设有散射膜。

8.一种抬头显示器，其特征在于，包括反射单元、以及如权利要求1-7任意一项所述的成像装置；

所述反射单元沿所述第二光轴设于所述成像单元的出光侧，所述反射单元用于反射所述第一光线至风挡玻璃。

9.根据权利要求8所述的抬头显示器，其特征在于，所述反射单元包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一反射镜沿所述第二光轴设于所述成像单元的出光侧，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的出光侧。

10.一种交通工具，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的抬头显示器。

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