CN219302774U - 一种车载抬头显示装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载抬头显示装置及车辆，该装置包括结构相同的第一光学引擎和第二光学引擎，所述第一光学引擎的光路前方设置有第一衍射光波导，所述第二光学引擎的光路前方设置有与所述第一衍射光波导相同的第二衍射光波导，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导安装于一衍射光波导支架上，所述第一光学引擎和第二光学引擎设置于所述衍射光波导支架的下方。本实用新型通过将所述第一衍射光波导和第二衍射光波导拼接在一起，从而提高图像显示面积，同时采用第一光学引擎和第二光学引擎可以增强图像显示亮度。

Description

一种车载抬头显示装置及车辆

技术领域

本实用新型涉及车载抬头显示技术领域，具体涉及一种车载抬头显示装置及车辆。

背景技术

随着成像技术的进步，人们对沉浸式体验的需求越来越高，近年来VR/AR技术的发展，逐渐满足人们对视觉体验的追求。对于AR光学传输系统，业界有很多种方案，例如，自由空间光学、自由曲面光学、显示光波导等。其中，光波导技术由于其大的特点及其轻薄的特性，明显优于其他光学方案，成为各大公司的主流路径。

增强现实抬头显示(AR-HUD)则是车机智能发展模式下的必然方向。AR-HUD同样投射于挡风玻璃上，成像区域更大、投射距离更远，成像上也更为生动直观。与传统采用几何光学的AR-HUD方案相比，基于衍射光学方案的光波导AR-HUD，去掉了传统HUD内部的机械光学机构，省略掉三重反射中的前两重，通过二维扩瞳技术，直接将光源信息投射到风挡玻璃之上。通过实用微纳光刻设备与平台，开发了用于AR-HUD的大幅面光波导模组，具备超薄、大视场、远虚像视距的显示效果。在20cm*20cm的波导表面加工约21011个纳米单元，数以千亿的纳米单元将光线进行无数次的弯折传导，并透射波导经挡风玻璃反射进入人眼，投影距离已大于15米。同时，波导模组配合光机，可极致压缩设备所占用的空间。

为了更好的显示效果，就需要制造更大尺寸的光波导模组，也就意味着需要更大的微纳光刻设备与平台，产生极大的设备成本，加工风险等问题。因此如何利用好现有大尺寸光波导镜片，就成了AR眼镜结构设计中亟待解决的技术问题。

目前大部分厂商的增强现实抬头显示(AR-HUD)产品的采用的方案为单光机与单个衍射光波导镜片组合的结构。此种镜片的组合方式的缺点有：1、视场角不够大，看图像时比较小，不够清晰；2、图像观察区域(眼盒)尺寸较小，无法覆盖驾驶场景驾驶员眼睛活动范围；3.光学引擎亮度不够，导致图像亮度低，用户体验差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种车载抬头显示装置及车辆，旨在提高图像显示面积，增强图像显示亮度。

本实用新型实施例提供了一种车载抬头显示装置，包括结构相同的第一光学引擎和第二光学引擎，所述第一光学引擎的光路前方设置有第一衍射光波导，所述第二光学引擎的光路前方设置有与所述第一衍射光波导相同的第二衍射光波导，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导安装于一衍射光波导支架上，所述第一光学引擎和第二光学引擎设置于所述衍射光波导支架的下方。

进一步的，所述第一光学引擎设置有第一出瞳孔，所述第二光学引擎设置有第二出瞳孔；

所述第一衍射光波导包括第一入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域，所述第二衍射光波导包括第二入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域。

进一步的，所述第一光学引擎的第一出瞳孔中轴线与所述第一衍射光波导的第一入瞳孔中轴线成第一夹角；所述第二光学引擎的第二出瞳孔中轴线与所述第二衍射光波导的第二入瞳孔中轴线成第二夹角；其中，所述第一夹角与第二夹角的角度相等。

进一步的，所述第一夹角和第二夹角的角度范围为19°～21°。

进一步的，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导边缘对齐设置于所述衍射光波导支架上。

进一步的，还包括用于放置所述第一光学引擎的第一光学引擎支架和用于放置所述第二光学引擎的第二光学引擎支架。

进一步的，所述第一光学引擎支架包括横向设置于所述衍射光波导支架下方且穿过所述第一光学引擎镜头中心的转轴，所述第一光学引擎支架绕所述转轴转动以调整所述第一光学引擎的出光角度；

所述衍射光波导支架向下延伸设置有第一安装孔位和第二安装孔位，所述第一安装孔位上设置有用于螺钉穿过的轨道孔，所述第一光学引擎支架通过螺钉穿过所述轨道孔固定安装于所述衍射光波导支架下方；所述第二安装孔位上设置有用于螺钉穿过的圆孔，所述第二光学引擎支架通过螺钉穿过所述圆孔固定安装于所述衍射光波导支架的下方。

进一步的，还包括散热机构；

所述散热机构设置有两个，每一所述散热机构均包括散热风机和散热片；

所述散热风机的出风口朝向所述第一衍射光波导和第二衍射光波导，所述散热片通过导热管与所述第一光学引擎和第二光学引擎连通。

进一步的，还包括安装底座，所述安装底座的中间位置设置有挡片，所述挡片高度与所述第一光学引擎支架和/或散热机构相匹配，以在所述挡片的两侧分别容纳所述第一光学引擎支架和一个散热机构以及所述第二光学引擎支架和另一个散热机构，并使所述衍射光波导支架覆盖于所述安装底座上。

本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括如上任一项所述的车载抬头显示装置。

本实用新型实施例提供了一种车载抬头显示装置及车辆，该装置包括结构相同的第一光学引擎和第二光学引擎，所述第一光学引擎的光路前方设置有第一衍射光波导，所述第二光学引擎的光路前方设置有与所述第一衍射光波导相同的第二衍射光波导，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导安装于一衍射光波导支架上，所述第一光学引擎和第二光学引擎设置于所述衍射光波导支架的下方。本实用新型实施例通过将所述第一衍射光波导和第二衍射光波导拼接在一起，从而提高图像显示面积，同时采用第一光学引擎和第二光学引擎可以增强图像显示亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种车载抬头显示装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种车载抬头显示装置的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种车载抬头显示装置的另一侧视图；

图4为本实用新型实施例提供的一种车载抬头显示装置的应用结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1，本实用新型实施例提供的一种车载抬头显示装置，包括结构相同的第一光学引擎21和第二光学引擎22，所述第一光学引擎21的光路前方设置有第一衍射光波导11，所述第二光学引擎22的光路前方设置有与所述第一衍射光波导11相同的第二衍射光波导12，所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12安装于一衍射光波导支架30上，所述第一光学引擎21和第二光学引擎22设置于所述衍射光波导支架30的下方。

本实施例中，所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12安装于所述衍射光波导支架30上，所述第一光学引擎21和第二光学引擎22设置于所述衍射光波导支架30的下方，所述第一光学引擎21出射的图像入射至所述第一衍射光波导11上，所述第二光学引擎22出射的图像入射至所述第二衍射光波导12上，然后分别由所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12出射耦合扩束的图像。

本实施例通过将所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12拼接在一起，从而提高图像显示面积，进而使投影出来的图像眼盒更大，观察更舒适，并且驾乘人员可以更轻松的获取道路和周围环境得信息，增强了开车安全性。同时采用第一光学引擎和第二光学引擎可以增强图像显示亮度，因此可以在外部亮度很高的环境中使用并可以轻松地看到图像。此外，在本实施例中，单片衍射光波导镜片加工可以使用现有的设备和工艺来加工，在制程上难度和成本都没有增加。但是同样大面积的衍射光波导镜片用现有的设备和工艺来加工很难加工出来，需要进行设备和工艺的升级改造，另外超大面积的衍射光波导镜片机械强度差，不良率也很高，成本高。

在一实施例中，所述第一光学引擎21设置有第一出瞳孔，所述第二光学引擎22设置有第二出瞳孔；

所述第一衍射光波导11包括第一入瞳区域111、第一扩瞳区域和第一出瞳区域，所述第二衍射光波导12包括第二入瞳区域121、第二扩瞳区域和第二出瞳区域。

进一步的，所述第一光学引擎21的第一出瞳孔中轴线与所述第一衍射光波导11的第一入瞳孔中轴线成第一夹角；所述第二光学引擎22的第二出瞳孔中轴线与所述第二衍射光波导12的第二入瞳孔中轴线成第二夹角；其中，所述第一夹角与第二夹角的角度相等。

具体的，所述第一夹角和第二夹角的角度范围为19°～21°。

本实施例中，所述第一光学引擎21和所述第二光学引擎22通过各自的出瞳孔出射图像，所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12通过各自的入瞳区域(即入瞳孔)接收由光学引擎发出的图像，并通过各自的扩瞳区域对图像进行扩束，然后通过各自的出瞳区域耦合输出图像。在这里，考虑到车辆的挡风玻璃一般倾斜角度都比较大，而为了确保最终进入人眼的图像呈水平状，因此需要调整光学引擎的光线倾斜进入，即所述第一光学引擎21的第一出瞳孔中轴线与所述第一衍射光波导11的第一入瞳孔中轴线成角度范围为19°～21°的第一夹角，当然，由于车辆车型不同，挡风玻璃的倾斜角度也是不同的，因此本实施例所提供的角度范围其他场景中也适当扩大或缩小，以更适配车辆及人眼。同时，所述第一夹角和第二夹角是相同的，也就是说，所述第一光学引擎21和第二光学引擎22的放置角度或者图像出射角度是相同的。

在一实施例中，所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12边缘对齐设置于所述衍射光波导支架上。如此可以使所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12之间相互不干扰，保证各自输出图像最大，从而提高最终的图像显示面积。

在一实施例中，所述车载抬头显示装置还包括用于放置所述第一光学引擎21的第一光学引擎支架41和用于放置所述第二光学引擎22的第二光学引擎支架42。

进一步的，结合图2和图3，所述第一光学引擎支架41包括横向设置于所述衍射光波导支架30下方且穿过所述第一光学引擎21镜头中心的转轴411，所述第一光学引擎支架41绕所述转轴411转动以调整所述第一光学引擎21的出光角度；

所述衍射光波导支架30向下延伸设置有第一安装孔位301和第二安装孔位302，所述第一安装孔位301上设置有用于螺钉穿过的轨道孔3011，所述第一光学引擎支架41通过螺钉穿过所述轨道孔3011固定安装于所述衍射光波导支架30下方；所述第二安装孔位302上设置有用于螺钉穿过的圆孔3021，所述第二光学引擎支架42通过螺钉穿过所述圆孔3021固定安装于所述衍射光波导支架30的下方。

本实施例中，通过所述第一光学引擎支架41和第二光学引擎支架42分别放置所述第一光学引擎21和第二光学引擎22，而为了使所述第一光学引擎21能够符合上述的第一夹角要求，因此需要对所述第一光学引擎支架41进行调整。在调整过程中，可以使所述第一光学引擎支架41绕着所述转轴411转动，来找寻合适的角度，当确定角度后，通过螺钉穿过所述轨道孔3011将所述第一光学引擎支架固定住。需要说明的是，本实施例为了保证角度精度，故可以在调整过程中即可将螺钉穿过轨道孔3011，而这也是本实施例设置所述轨道孔3011的原因所在，即使螺钉在轨道孔3011内跟随所述第一光学引擎支架41一直转动，如此便可以在确定角度后，直接固定螺钉即可。

还需说明的是，本实施例首先调整第一光学引擎21的角度位置，而由于所述第一夹角和第二夹角是相同的，也就是所述第一光学引擎21和第二光学引擎22的角度位置是相同的，因此当所述第一光学引擎支架41固定后，可以直接使用现有角度调整治具等装置对第二光学引擎支架42进行角度调整，并在角度确定后用螺钉固定。进一步的，所述第二安装孔位302上还可以中空的安装块，该安装块上除了设置有所述圆孔3021之外，还可以设置多个填充孔位，即在固定所述第二光学引擎支架42时，采用胶水等方式对填充孔位进行填充，保证安装效果。

在一实施例中，所述车载抬头显示装置还包括散热机构50；

所述散热机构50设置有两个，每一所述散热机构50均包括散热风机501和散热片502；

所述散热风机501的出风口朝向所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12，所述散热片502通过导热管与所述第一光学引擎21和第二光学引擎22连通。

本实施例中，通过所述散热风机501和散热片502对所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导12、第一光学引擎21和第二光学引擎22进行散热，提高其使用寿命，从而延长所述车载抬头显示装置的整体使用寿命。

在一实施例中，所述车载抬头显示装置还包括安装底座60，所述安装底座60的中间位置设置有挡片601，所述挡片601高度与所述第一光学引擎支架41和/或散热机构50相匹配，以在所述挡片601的两侧分别容纳所述第一光学引擎支架41和一个散热机构50以及所述第二光学引擎支架42和另一个散热机构50，并使所述衍射光波导支架30覆盖于所述安装底座60上。

通过设置所述安装底座60，将所述衍射光波导支架30下方的所有结构均包装起来，从而提高整体的美观性，以及保证所述衍射光波导支架30下方的各结构不会被外界划伤损坏等等。所述挡片601可以是横隔于所述安装底座60的竖板，也可以是如图1中所述的十字架结构。

本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括如上任一项所述的车载抬头显示装置。

如图4所示，采用螺钉等装置将所述车载抬头显示装置固定在车辆中控台里面的支架上面。此时，所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导镜片12处于水平状态，所述第一光学引擎21和第二光学引擎22发出的图像通过所述第一衍射光波导11和第二衍射光波导镜片12后，将图像投影到汽车风挡玻璃，再反射到驾乘人员的人眼中。可见，所述车载抬头显示装置适合于将整个HUD设备内置于中控台内部，使得其不影响整车外观，并且不干扰驾乘人员的视线。当然，在其他实施例中，还可以采用其他安装方式对所述车载抬头显示装置进行安装。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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。在没有更多限制的状况下，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。

Claims (10)

1.一种车载抬头显示装置，其特征在于，包括结构相同的第一光学引擎和第二光学引擎，所述第一光学引擎的光路前方设置有第一衍射光波导，所述第二光学引擎的光路前方设置有与所述第一衍射光波导相同的第二衍射光波导，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导安装于一衍射光波导支架上，所述第一光学引擎和第二光学引擎设置于所述衍射光波导支架的下方。

2.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述第一光学引擎设置有第一出瞳孔，所述第二光学引擎设置有第二出瞳孔；

所述第一衍射光波导包括第一入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域，所述第二衍射光波导包括第二入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域。

3.根据权利要求2所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述第一光学引擎的第一出瞳孔中轴线与所述第一衍射光波导的第一入瞳孔中轴线成第一夹角；所述第二光学引擎的第二出瞳孔中轴线与所述第二衍射光波导的第二入瞳孔中轴线成第二夹角；其中，所述第一夹角与第二夹角的角度相等。

4.根据权利要求3所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述第一夹角和第二夹角的角度范围为19°～21°。

5.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述第一衍射光波导和第二衍射光波导边缘对齐设置于所述衍射光波导支架上。

6.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，还包括用于放置所述第一光学引擎的第一光学引擎支架和用于放置所述第二光学引擎的第二光学引擎支架。

7.根据权利要求6所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述第一光学引擎支架包括横向设置于所述衍射光波导支架下方且穿过所述第一光学引擎镜头中心的转轴，所述第一光学引擎支架绕所述转轴转动以调整所述第一光学引擎的出光角度；

所述衍射光波导支架向下延伸设置有第一安装孔位和第二安装孔位，所述第一安装孔位上设置有用于螺钉穿过的轨道孔，所述第一光学引擎支架通过螺钉穿过所述轨道孔固定安装于所述衍射光波导支架下方；所述第二安装孔位上设置有用于螺钉穿过的圆孔，所述第二光学引擎支架通过螺钉穿过所述圆孔固定安装于所述衍射光波导支架的下方。

8.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，还包括散热机构；

所述散热机构设置有两个，每一所述散热机构均包括散热风机和散热片；

所述散热风机的出风口朝向所述第一衍射光波导和第二衍射光波导，所述散热片通过导热管与所述第一光学引擎和第二光学引擎连通。

9.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，还包括安装底座，所述安装底座的中间位置设置有挡片，所述挡片高度与所述第一光学引擎支架和/或散热机构相匹配，以在所述挡片的两侧分别容纳所述第一光学引擎支架和一个散热机构以及所述第二光学引擎支架和另一个散热机构，并使所述衍射光波导支架覆盖于所述安装底座上。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的车载抬头显示装置。

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