CN220509217U - 抬头显示器及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种抬头显示器及汽车，涉及投影装置技术领域，包括用于发出带有图像信号的光束的微投影仪、用于改变所述光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束的二次投影件、用于接收所述二次投影光束并形成成像光束的成像膜、用于将所述成像光束反射至凹面反射镜的平面反射镜，以及用于将所述成像光束反射至风挡玻璃的凹面反射镜。本申请相较于现有技术中的抬头显示器因不能调节光束出光方向和发散角导致成像亮度和均匀度较差的缺陷，通过设置二次投影件和成像膜，从而控制成像角度和光轴方向，进而提升成像对应的虚像亮度和均匀度。

Description

抬头显示器及汽车

技术领域

本申请实施例涉及投影装置技术领域，尤其涉及一种抬头显示器及汽车。

背景技术

抬头显视设备(head-up display，HUD)是一种可以增强辅助驾驶安全的车载投影装置，它可以把时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的风挡玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息，从而提高驾驶安全性。

现有HUD的成像光路大都采用如专利CN104133292中所示的结构，即图像投射装置射出的光束经光轴变换元件和发散元件后投射到风挡玻璃上，再被用户人眼捕获后形成虚像。

但上述HUD的成像亮度和均匀度较差，不满足使用需求。

实用新型内容

本申请提供一种抬头显示器及汽车，用以解决现有HUD的成像亮度和均匀度较差，不满足使用需求的技术问题。

本申请为解决上述技术问题提供如下技术方案：

一种抬头显示器，包括：

用于发出带有图像信号的光束的微投影仪、用于改变所述光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束的二次投影件、用于接收所述二次投影光束并形成成像光束的成像膜、用于将所述成像光束反射至凹面反射镜的平面反射镜，以及用于将所述成像光束反射至风挡玻璃的凹面反射镜。

在一种可能的设计中，所述二次投影件包括楔形透镜，所述楔形透镜的入射面为曲面，出射面为平面。

在一种可能的设计中，所述光束在纵向的出光角度和出光方向分别与所述二次投影光束在纵向的出光角度和出光方向不同，所述光束在横向的出光角度和出光方向分别与所述二次投影光束在横向的出光角度和出光方向不同。

在一种可能的设计中，所述二次投影件包括可操作的透镜，以使所述二次投影件在所述成像膜和所述微投影仪之间的位置可调。

在一种可能的设计中，所述可操作的透镜包括透镜以及用于驱动所述透镜移动的活动臂，所述透镜固定于所述活动臂上。

在一种可能的设计中，所述活动臂包括用于控制所述透镜移动的滑动底座和滑轨，所述滑动底座滑动连接于所述滑轨上，所述滑轨的滑动方向与所述微投影仪的光束中心线方向平行，所述透镜的底端固定于所述滑动底座上。

在一种可能的设计中，所述活动臂包括丝杠、与所述丝杠配合的丝杆以及用于控制所述丝杠在所述丝杆上移动的伺服电机，所述丝杆的设置方向与所述微投影仪的光束中心线方向平行，所述透镜的底端固定于所述丝杠上。

在一种可能的设计中，所述二次投影件包括凸透镜、菲尼尔透镜、棱镜、自由曲面透镜、微阵列以及衍射光学元件中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述微投影仪包括基于硅基液晶的投影显示仪、基于数字微镜设备的投影显示仪、基于微机电系统的投影显示仪、全息显示仪中的至少一种。

本申请还提供了一种汽车，包括：车辆本体和设置于所述车辆本体内的抬头显示器，所述抬头显示器采用如上所述的抬头显示器。

本申请提供的抬头显示器及汽车，通过设置用于发出带有图像信号的光束的微投影仪、用于改变所述光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束的二次投影件、用于接收所述二次投影光束，并形成成像光束的成像膜、用于将所述成像光束反射至凹面反射镜的平面反射镜，以及用于将所述成像光束反射至风挡玻璃的凹面反射镜。相较于现有技术中的抬头显示器因不能调节光束出光方向和发散角导致成像亮度和均匀度较差的缺陷，本申请通过设置二次投影件和成像膜，从而控制成像角度和光轴方向，进而提升成像对应的虚像亮度和均匀度。

除了上面所描述的本申请解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本申请提供的抬头显示器及汽车所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为现有技术中抬头显示器的应用场景示意图；

图2为本申请实施例提供的一种抬头显示器结构示意图；

图3为本申请实施例提供的微投影仪和楔形透镜纵向光束出光方向示意图；

图4为本申请实施例提供的微投影仪和楔形透镜横向光束出光方向示意图。

附图标记说明：

101、汽车；102、风挡玻璃；103、抬头显示器；

104、成像位置；105、投影装置；106、光轴变换元件；107、发散元件；

201、微投影仪；202、二次投影件；203、成像膜；204、平面反射镜；205、凹面反射镜；

206、第一光轴；207、第二光轴。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1为现有技术中抬头显示器的应用场景示意图。如图1所示，汽车101前侧的风挡玻璃102下方设置有抬头显示器103。

其中，抬头显示器103包括用于发出带有图像信号光束的投影装置105、用于调整光轴方向的光轴变换元件106以及用于匀光的发散元件107。

抬头显示器103的投影装置105发出的光束依次经光轴变换元件106和发散元件107后打到风挡玻璃102上，并被汽车101内的驾驶员捕获后在成像位置104处显示虚像。

在上述技术中，投影装置105射出的成像光束通常不能随意调节，光束经过光轴变换元件106和发散元件107的偏转后，使得成像也被直接偏转处理，因而成像的角度和清晰度都受到光轴变换元件106和发散元件107的影响，进而导致成像对应的虚像亮度和均匀度较差。

有鉴于此，本申请实施例通过增加成像膜以提高成像清晰度，并在投影装置和成像膜之间设置二次投影件，控制成像角度和光轴方向，进而提升成像对应的虚像亮度和均匀度，以解决现有技术中的上述技术问题。

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的一部分实施例，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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2为本申请实施例提供的一种抬头显示器结构示意图。如图2所示，该抬头显示器包括：

微投影仪201，用于发出带有图像信号的光束；

二次投影件202，用于改变该光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束；

成像膜203，用于接收该二次投影光束，并形成成像光束；

平面反射镜204，用于将该成像光束反射至凹面反射镜；

凹面反射镜205，用于将该成像光束反射至风挡玻璃。

其中，该微投影仪包括基于硅基液晶的投影显示仪、基于数字微镜设备的投影显示仪、基于微机电系统的投影显示仪以及全息显示仪中的至少一种，基于硅基液晶的投影显示仪具备高分辨率、高亮度和低成本的特点，基于数字微镜设备的投影显示仪具备成本低、可操作性强的特点，基于微机电系统的投影显示仪具备体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定的特点，全息显示仪具备立体感强、互动感强、色彩鲜艳、对比度和清晰度高的特点。

相应的，微投影仪的光源可以是液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)或激光光源中的任意一种。

具体来说，微投影仪201发出的光束经二次投影件202改变出光方向和/或发散角后得到二次投影光束，该二次投影光束再投射至成像膜203形成成像光束，该成像光束透过成像膜203投射至平面反射镜204，并被反射至凹面反射镜205，然后被凹面反射镜205反射至风挡玻璃内侧，以供驾驶员捕获成像光束后在风挡玻璃的外侧形成虚像。

其中，二次投影件202包括楔形透镜、凸透镜、菲尼尔透镜、棱镜、自由曲面透镜、微阵列以及衍射光学元件中的至少一种，这些二次投影件都能实现对微投影仪201投出的光束进行调节的功能，从而解决现有抬头显示器因无法调节光束出光角度导致亮度和图像均匀度都较差的问题。

二次投影件202为可拆卸连接的器件，利用不同的二次投影件202改变微投影仪201的出光方向和/或发散角，从而提高出光亮度和均匀度，以适应不同车型或者不同的行车环境。

在一种优选实施例中，二次投影件202为可拆卸连接的预设系列器件，根据微投影仪201以及成像膜203的安装位置确定光束中心位置，并根据光束中心位置预设不同类型的二次投影件202，该不同类型的二次投影件202的光束中心位置相同，便于更换后无需再调整光束中心位置，方便快捷。

另外，还可以通过调整二次投影件202在微投影仪201和成像膜203之间的安装位置以改变成像位置和光线强度，提高驾驶体验。

通过二次投影件202和成像膜203的配合，使得光束在成像前调整好角度和均匀度，避免现有设计中采用光轴变换元件导致图像扭曲现象，以及现有设计中采用发散元件导致主光线传输效果降低现象。

图3为本申请实施例提供的微投影仪和楔形透镜纵向光束出光方向示意图；图4为本申请实施例提供的微投影仪和楔形透镜横向光束出光方向示意图；如图3和图4所示，在上述图2所示的实施例的基础上，该二次投影件202包括楔形透镜，该楔形透镜的入射面为曲面，出射面为平面。

具体来说，楔形透镜能够利用镜片两侧不同的曲度来对光束进行偏转，使得光束中心方向相对于原来微投影仪201的光束中心方向向下偏转，使得出光角度变小。

因此，利用楔形透镜可以同时改变光束的出光方向和发散角，从而实现对微投影仪201投出的光束进行调节的功能，进而解决现有抬头显示器因无法调节光束出光角度导致亮度和图像均匀度都较差的问题。

在一种可能的设计中，该光束在纵向的出光角度和出光方向分别与该二次投影光束在纵向的出光角度和出光方向不同，该光束在横向的出光角度和出光方向分别与该二次投影光束在横向的出光角度和出光方向不同。

具体来说，如图3所示，微投影仪201在纵向方向上发出光束的光束中心线为第一光轴206，对应的光束角度为第一角度a，经过楔形透镜偏转后，在纵向方向上光束的光束中心线为第二光轴207，对应的光束角度为第二角度b；其中，第一光轴206与第二光轴207在纵向方向上不在同一直线上，且第一角度a大于第二角度b。

如图4所示，微投影仪201在横向方向上发出光束的光束中心线为第一光轴206，对应的光束角度为第三角度c，经过楔形透镜偏转后，在横向方向上光束的光束中心线为第二光轴207，对应的光束角度为第四角度d；其中，第一光轴206与第二光轴207在横向方向上不在同一直线上，且第三角度c大于第四角度d。

在一种可能的设计中，该二次投影件包括可操作的透镜，以使该二次投影件在该成像膜和该微投影仪之间的位置可调。

具体来说，二次投影件202在成像膜203和微投影仪201之间的位置可调，使得微投影仪201发出的光束，经不同位置的二次投影件202调整后，以不同的亮度和尺寸达到成像膜203上，从而实现成像亮度和成像尺寸的调整。

其中，二次投影件202位置的移动方式有都种，例如，通过活动臂电动控制二次投影件202的移动位置来限位二次投影件202在成像膜203和微投影仪201之间的位置，或者，通过手动推拉滑轨内固定二次投影件202的滑块来限位二次投影件202在成像膜203和微投影仪201之间的位置，或者，通过手动拔插多个并排限位孔内的二次投影件202来限位二次投影件202在成像膜203和微投影仪201之间的位置，或者，通过正反向步进电机固定二次投影件202的移动位置来限位二次投影件202在成像膜203和微投影仪201之间的位置。

在一种可能的设计中，该可操作的透镜包括透镜以及用于驱动该透镜移动的活动臂，该透镜固定于该活动臂上。

其中，该透镜包括楔形透镜、凸透镜、菲尼尔透镜、棱镜、自由曲面透镜、微阵列以及衍射光学元件中的至少一种。

具体的，该活动臂包括用于控制该透镜移动的滑动底座和滑轨，该滑动底座滑动连接于该滑轨上，该滑轨的滑动方向与该微投影仪的光束中心线方向平行，该透镜的底端固定于该滑动底座上。

在一种可能的实施方式中，滑动底座与滑轨为自锁式滑动连接，滑轨槽内的两侧壁上按照预设间距设置有自锁弹簧，相对设置的自锁弹簧将滑动底座实时卡接在滑轨内，避免滑动底座脱出滑轨或者滑动底座在滑轨内自由滑动，当施加超过自锁弹簧的外力推动滑动底座在滑轨上移动时，滑动底座会以步进式滑动方式限位在不同位置，每一步对应一对自锁弹簧，进而实现滑动底座与滑轨为自锁式滑动连接，以使固定于滑动底座上的透镜能够移动至目标移动位置处，避免位移过度。由于透镜需要接收微投影仪的光束并进行传递，因此当透镜安装在滑动底座上时，需要保证透镜的中心轴线与微投影仪的光束中心线，即光轴方向重合，而为了避免移动后偏离光轴方向，因此滑轨需要与光轴方向平行。

进一步的，该推力可以是人力或者是气缸升缩杆提供的与目标移动位置相对应的预设线程的动力。

除图3和图4所示的楔形透镜外，对其他透镜的名词进行定义说明：

凸透镜：是指中央较厚，边缘较薄的透镜。

菲尼尔透镜：是指螺纹透镜，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

棱镜：是指一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或使光束发生色散。

自由曲面透镜：是指表面没有围绕光轴旋转对称或平移的光学器件。

微阵列：是指微透镜阵列，由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。

衍射光学元件：是指使用衍射效应对光进行整形的衍射原理工作的元件。

更进一步的，该活动臂包括丝杠、与该丝杠配合的丝杆以及用于控制该丝杠在该丝杆上移动的伺服电机，该丝杆的设置方向与该微投影仪的光束中心线方向平行，该透镜的底端固定于该丝杠上。

具体来说，伺服电机固定于丝杆的一端，并根据透镜的目标移动位置对丝杆的转动线程进行控制，以使丝杆上的丝杠随丝杆的旋转移动至对应目标移动位置处，进而完成透镜到目标移动位置处的移动过程，通过丝杠和丝杆的配合方式，能够实现透镜移动的精确性和自动化。由于透镜接收微投影仪的光束并进行传递，因此透镜安装在丝杠上时需要保证透镜的中心轴线与微投影仪的光束中心线，即光轴方向重合，而为了避免移动后偏离光轴方向，丝杆需要与光轴方向平行。

本申请还提供了一种汽车，包括：车辆本体和设置于该车辆本体内的抬头显示器。

其中，该抬头显示器包括用于发出带有图像信号的光束的微投影仪、用于改变该光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束的二次投影件、用于接收该二次投影光束，并形成成像光束的成像膜、用于将该成像光束反射至凹面反射镜的平面反射镜，以及用于将该成像光束反射至风挡玻璃的凹面反射镜。

在一种可能的设计中，该二次投影件包括楔形透镜，该楔形透镜的入射面为曲面，出射面为平面。

在一种可能的设计中，该光束在纵向的出光角度和出光方向分别与该二次投影光束在纵向的出光角度和出光方向不同，该光束在横向的出光角度和出光方向分别与该二次投影光束在横向的出光角度和出光方向不同。

在一种可能的设计中，该二次投影件包括可操作的透镜，以使该二次投影件在该成像膜和该微投影仪之间的位置可调。

在一种可能的设计中，该可操作的透镜包括透镜以及用于驱动该透镜移动的活动臂，该透镜固定于该活动臂上。

在一种可能的设计中，该活动臂包括用于控制该透镜移动的滑动底座和滑轨，该滑动底座滑动连接于该滑轨上，该滑轨的滑动方向与该微投影仪的光束中心线方向平行，该透镜的底端固定于该滑动底座上。

在一种可能的设计中，该活动臂包括丝杠、与该丝杠配合的丝杆以及用于控制该丝杠在该丝杆上移动的伺服电机，该丝杆的设置方向与该微投影仪的光束中心线方向平行，该透镜的底端固定于该丝杠上。

在一种可能的设计中，该二次投影件包括凸透镜、菲尼尔透镜、棱镜、自由曲面透镜、微阵列以及衍射光学元件中的至少一种。

在一种可能的设计中，该微投影仪包括基于硅基液晶的投影显示仪、基于数字微镜设备的投影显示仪、基于微机电系统的投影显示仪、全息显示仪中的至少一种。

其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

需要说明的是：在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。

本领域普通技术人员可以理解，在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅表示一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，术语“至少一种”表示多种中的任一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、中的至少一种，可以表示包括A、B和C沟通的集合中选择的任意一个或多个元素。此外，术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抬头显示器，其特征在于，包括：

用于发出带有图像信号的光束的微投影仪、用于改变所述光束的出光方向和/或发散角以得到二次投影光束的二次投影件、用于接收所述二次投影光束并形成成像光束的成像膜、用于将所述成像光束反射至凹面反射镜的平面反射镜，以及用于将所述成像光束反射至风挡玻璃的凹面反射镜。

2.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述二次投影件包括楔形透镜，所述楔形透镜的入射面为曲面，出射面为平面。

3.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述光束在纵向的出光角度和出光方向分别与所述二次投影光束在纵向对应的出光角度和出光方向不同，所述光束在横向的出光角度和出光方向分别与所述二次投影光束在横向的出光角度和出光方向不同。

4.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述二次投影件包括可操作的透镜，以使所述二次投影件在所述成像膜和所述微投影仪之间的位置可调。

5.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述可操作的透镜包括透镜以及用于驱动所述透镜移动的活动臂，所述透镜固定于所述活动臂上。

6.根据权利要求5所述的抬头显示器，其特征在于，所述活动臂包括用于控制所述透镜移动的滑动底座和滑轨，所述滑动底座滑动连接于所述滑轨上，所述滑轨的滑动方向与所述微投影仪的光束中心线方向平行，所述透镜的底端固定于所述滑动底座上。

7.根据权利要求5所述的抬头显示器，其特征在于，所述活动臂包括丝杠、与所述丝杠配合的丝杆以及用于控制所述丝杠在所述丝杆上移动的伺服电机，所述丝杆的设置方向与所述微投影仪的光束中心线方向平行，所述透镜的底端固定于所述丝杠上。

8.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述二次投影件包括凸透镜、菲尼尔透镜、棱镜、自由曲面透镜、微阵列以及衍射光学元件中的至少一种。

9.根据权利要求1至8任一所述的抬头显示器，其特征在于，所述微投影仪包括基于硅基液晶的投影显示仪、基于数字微镜设备的投影显示仪、基于微机电系统的投影显示仪、全息显示仪中的至少一种。

10.一种汽车，其特征在于，包括车辆本体和设置于所述车辆本体内的抬头显示器，所述抬头显示器采用如权利要求1-9任一所述的抬头显示器。