CN220752505U - 一种投影装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种投影装置及车辆，投影装置应用于车辆，包括投影源、光路反射单元与成像调节组件，投影源设置在光路反射单元的一侧，用以向光路反射单元投射图像；光路反射单元包括反射镜，反射镜面向车辆的前挡风玻璃；成像调节组件包括液晶透镜阵列，液晶透镜阵列设置在反射镜与前挡风玻璃之间，以对反射镜反射的图像进行折射，液晶透镜阵列具有可调节的焦距，以使不同焦距的液晶透镜阵列折射后的光线在前挡风玻璃形成实像或虚像。本实用新型提供的一种投影装置及车辆，成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

Description

一种投影装置及车辆

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种投影装置及车辆。

背景技术

空中成像技术是利用一种平板透镜，应用光场重构原理将发散的光线在空中重新汇聚，从而形成在空中漂浮的图像或者影像。随着科学技术的不断发展，空中成像技术在各个领域中也逐渐得到应用。

目前，在汽车中常见的空中成像技术为基于透镜组的空中成像技术，即采用反射镜将成像源发出的光线进行反射，然后采用阵列凸透镜或菲涅尔透镜进行放大处理，最后将光线进行聚焦到前挡风玻璃的前方或后方，影像的光在空中聚焦成像后，剩余的光发射到眼球，使人眼能捕捉到这个空中的像。

然而，传统的空中投影装置成像质量不稳定，不适用于不同的驾驶环境。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种投影装置及车辆，成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

第一方面，本实用新型提供了一种投影装置，投影装置应用于车辆，包括投影源、光路反射单元与成像调节组件，投影源设置在光路反射单元的一侧，用以向光路反射单元投射图像；光路反射单元包括反射镜，反射镜面向车辆的前挡风玻璃；成像调节组件包括液晶透镜阵列，液晶透镜阵列设置在反射镜与前挡风玻璃之间，以对反射镜反射的图像进行折射，液晶透镜阵列具有可调节的焦距，以使不同焦距的液晶透镜阵列折射后的光线在前挡风玻璃形成实像或虚像。

如上述的投影装置，可选的，成像调节组件还包括控制器，控制器和液晶透镜阵列电连接，并向液晶透镜阵列提供可调节的控制电压，使液晶透镜阵列在不同控制电压下呈现不同的焦距。

如上述的投影装置，可选的，控制器为液晶透镜阵列提供第一控制电压时，液晶透镜阵列折射后的光线在前挡风玻璃与驾驶员之间的空间内形成实像；

控制器为液晶透镜阵列提供第二控制电压时，液晶透镜阵列折射后的光线在前挡风玻璃远离车体一侧的空间内形成虚像。

如上述的投影装置，可选的，控制器为液晶透镜阵列提供第一控制电压时，投影源和液晶透镜阵列之间的光路距离在液晶透镜阵列的焦距的1倍到2倍之间；和/或，

控制器为液晶透镜阵列提供第二控制电压时，投影源和液晶透镜阵列之间的光路距离小于液晶透镜阵列的焦距。

如上述的投影装置，可选的，投影源包括显示屏。

如上述的投影装置，可选的，投影源包括投影机，且投影机和反射镜之间还包括扩散片。

如上述的投影装置，可选的，投影源位于反射镜在水平方向上的一侧，且反射镜和水平方向之间具有夹角，反射镜和前挡风玻璃位于不同竖直高度。

如上述的投影装置，可选的，反射镜相对于水平方向的夹角为45°。

如上述的投影装置，可选的，液晶透镜阵列包括第一基板、第二基板和夹设在第一基板和第二基板之间的液晶层，其中，第一基板和第二基板均为透明基板。

第二方面，本实用新型提供了一种车辆，包括上述的投影装置。

本实用新型提供一种投影装置及车辆，投影装置应用于车辆，包括投影源、光路反射单元与成像调节组件，投影源设置在光路反射单元的一侧，用以向光路反射单元投射图像；光路反射单元包括反射镜，反射镜面向车辆的前挡风玻璃；成像调节组件包括液晶透镜阵列，液晶透镜阵列设置在反射镜与前挡风玻璃之间，以对反射镜反射的图像进行折射，液晶透镜阵列具有可调节的焦距，以使不同焦距的液晶透镜阵列折射后的光线在前挡风玻璃形成实像或虚像。本实用新型提供一种投影装置及车辆，成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

本实用新型提供一种投影装置及车辆的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种投影装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种投影装置中第一控制电压下的光路示意图；

图3是本申请实施例提供的一种投影装置中第二控制电压下的光路示意图；

图4是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列不通电状态下的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列通电状态下的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列通电状态下不同液晶分子折射率分布状态的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种投影装置中LCD模式投影源的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种投影装置中DLP模式投影源的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种投影装置中LCOS模式投影源的结构示意图。

附图标记说明：

10-投影装置；

100-投影源；

110-显示屏；

111-背光源；

112-控制板；

121-DLP光机；

122-LCOS光机；

130-扩散片；

200-光路反射单元；

210-反射镜；

300-成像调节组件；

310-液晶透镜阵列；

311-第一基板；

312-第二基板；

313-液晶层；

314-ITO电极；

315-配向膜；

320-控制器；

400-前挡风玻璃。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

空中成像技术是利用一种平板透镜，应用光场重构原理将发散的光线在空中重新汇聚，从而形成在空中漂浮的图像或者影像。随着科学技术的不断发展，空中成像技术在各个领域中也逐渐得到应用。

目前，在汽车中常见的空中成像技术为基于透镜组的空中成像技术，即采用反射镜将成像源发出的光线进行反射，然后采用阵列凸透镜或菲涅尔透镜进行放大处理，最后将光线进行聚焦到前挡风玻璃的前方或后方，影像的光在空中聚焦成像后，剩余的光发射到眼球，使人眼能捕捉到这个空中的像。

然而，传统的空中投影装置成像质量不稳定，不适用于不同的驾驶环境。

为此，本申请提供了一种投影装置及车辆，利用液晶分子光电各项异性的特点，采用边缘电场驱动的液晶透镜阵列，在液晶透镜阵列中形成具有梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。相比于传统采用阵列凸透镜或菲涅尔透镜的空中成像装置，本装置成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

下面对本实施例中一种投影装置及车辆做进一步阐述。

图1是本申请实施例提供的一种投影装置的结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种投影装置中第一控制电压下的光路示意图；图3是本申请实施例提供的一种投影装置中第二控制电压下的光路示意图；图4是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列不通电状态下的示意图；图5是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列通电状态下的示意图；图6是本申请实施例提供的一种投影装置中液晶透镜阵列通电状态下不同液晶分子折射率分布状态的示意图；图7是本申请实施例提供的一种投影装置中LCD模式投影源的结构示意图；图8是本申请实施例提供的一种投影装置中DLP模式投影源的结构示意图；图9是本申请实施例提供的一种投影装置中LCOS模式投影源的结构示意图。

如图1所示，本申请实施例提供了一种投影装置10。从图1中可以看出，投影装置10应用于车辆，包括投影源100、光路反射单元200与成像调节组件300，投影源100设置在光路反射单元200的一侧，用以向光路反射单元200投射图像；光路反射单元200包括反射镜210，反射镜210面向车辆的前挡风玻璃400；成像调节组件300包括液晶透镜阵列310，液晶透镜阵列310设置在反射镜210与前挡风玻璃400之间，以对反射镜210反射的图像进行折射，液晶透镜阵列310具有可调节的焦距，以使不同焦距的液晶透镜阵列310折射后的光线在前挡风玻璃400形成实像或虚像。

这样利用液晶分子光电各项异性的特点，采用边缘电场驱动的液晶透镜阵列310，在液晶透镜阵列310中形成具有梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。相比于传统采用阵列凸透镜或菲涅尔透镜的投影装置，本装置成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

在一些实施例中，成像调节组件300还包括控制器320，控制器320和液晶透镜阵列310电连接，并向液晶透镜阵列310提供可调节的控制电压，使液晶透镜阵列310在不同控制电压下呈现不同的焦距，如图1所示。

在一些实施例中，控制器320为液晶透镜阵列310提供第一控制电压时，液晶透镜阵列310折射后的光线在前挡风玻璃400与驾驶员之间的空间内形成实像，如图2所示；

控制器320为液晶透镜阵列310提供第二控制电压时，液晶透镜阵列310折射后的光线在前挡风玻璃400远离车体一侧的空间内形成虚像，如图3所示。

其中，在液晶透镜阵列310的两端连接有控制器320，该控制器320总共有两个挡位，通过调节控制器320的挡位，使得液晶分子的排列方式发生改变，从而在前挡风玻璃400远离车体一侧的空间内呈现出放大的虚像或者在前挡风玻璃400朝向车体的内侧，与驾驶员之间的空间内呈现出放大的实像。

在一些实施例中，控制器320为液晶透镜阵列310提供第一控制电压时，投影源100和液晶透镜阵列310之间的光路距离在液晶透镜阵列310的焦距的1倍到2倍之间；和/或，控制器320为液晶透镜阵列310提供第二控制电压时，投影源100和液晶透镜阵列310之间的光路距离小于液晶透镜阵列310的焦距。

其中，光线经投影源100发出，经反射镜210反射后，垂直入射至液晶透镜阵列310内部，通过控制器320调节液晶透镜阵列310的电压，液晶层313内的液晶分子会发生不同程度的偏转，使得光路的传播途径发生改变。

具体的，当控制器320为液晶透镜阵列310提供第一控制电压时，光路在车厢内部重新汇聚，在前挡风玻璃400与驾驶员之间的空间内形成实像，当控制器320为液晶透镜阵列310提供第二控制电压时，光路的反向延长线在前挡风玻璃400远离车体一侧的空间内相交，形成虚像。

在一些实施例中，投影源100包括显示屏110，如图7所示。

其中，可以根据实际情况对显示屏110的亮度及对比度进行调节，使得汽车在不同天气内行驶时，驾驶员都能够观察到清晰的图像，避免因天气原因对驾驶员造成的视线干扰。

在一些实施例中，投影源100包括投影机，且投影机和反射镜210之间还包括扩散片130，如图8和图9所示。

其中，投影技术可以为液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)技术，数字光学处理(Digital Light Processing，DLP)技术，硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)技术。具体的，DLP或者LCOS模式的投影源100，包括投影机和扩散片130，投影机包括DLP光机121或LCOS光机122。其中，LCD模式的投影源100，包括背光源111、控制板112及显示屏110。

在一些实施例中，投影源100位于反射镜210在水平方向上的一侧，且反射镜210和水平方向之间具有夹角，反射镜210和前挡风玻璃400位于不同竖直高度。

其中，反射镜210的材质为透明玻璃，具体的，透明玻璃的选择应厚度均匀，并且无杂质和气泡，这样设置的目的为防止光线进入透明玻璃后发生散射现象，削弱光线的强度，具体的，前挡风玻璃400为双层透明玻璃，采用玻璃粘结胶固定安装在车框内。

其中，反射镜210的表面经过处理，可以增加光线的反射率，通过磁控溅射法在反射镜210的表面附着一层铝或者银反射薄膜，提高玻璃的反射率，具体的，透明玻璃与薄膜之间的内应力很大，很难生成结合强度达到实用要求的柔性反射薄膜材料，因此，在进行沉积反射之前，需要对透明玻璃进行表面改性，以降低表面应力，提高透明玻璃与金属薄膜的结合强度。

在一些实施例中，反射镜210相对于水平方向的夹角为45°。

其中，这样设置的目的为可以保证投影源100发出的光线，经反射镜210反射后，反射光线以接近90°的方向，垂直入射至液晶透镜阵列310的内部，反射光线在液晶透镜阵列310内发生偏转。

其中，反射镜210朝向液晶透镜阵列310的一面的形状为矩形，具体的，矩形的面积较大，可以承接来自投影源100发出的各个角度的光线，防止因局部光线不能入射到反射镜210内，导致的画面模糊或者画面失真现象。

其中，反射镜210的底部设置有安装座(图中未示出)，反射镜210采用胶水粘结在安装座内，这样设置的目的为具有较强的稳定性，防止反射镜210在外力干扰下，发生晃动，从而影响光线的传播途径。

在一些实施例中，液晶透镜阵列310包括第一基板311、第二基板312和夹设在第一基板311和第二基板312之间的液晶层313，其中，第一基板311和第二基板312均为透明基板。

其中，透明基板的材料为透明玻璃，采用超浮法工艺制备得到，采用这种方法制备得到的透明基板平度好，比较纯净，厚度均匀，具有较高的反射率。

具体的，第一基板311的下方设置有一层圆形镂空的氧化铟锡(Indium TinOxide，ITO)电极，第二基板312的上方设置有一整层完整的圆形镂空的ITO电极，ITO电极被构造为液晶透镜阵列310的驱动电极，可以被刻蚀得到不同的图案。

其中，ITO电极利用磁控溅射工艺附着在第一基板311和第二基板312上，具体的，第一基板311的下方设置的一层圆形镂空的ITO电极可以在透镜空间内实现梯度电场的分布。

其中，ITO电极分别为正负电极，在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在第一基板311和第二基板312间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对反射光线的分布进行控制，实现焦距的调节。

其中，配向膜315分别设置于第一基板311的ITO电极314的下面和第二基板312的ITO电极314的上面，具体的，配向膜315面向液晶层313设置，用以引导液晶分子的初始排列方向。其中，配向膜315通过涂覆的方式安装在ITO电极314的表面，用于引导液晶分子的排列方向，使得液晶分子依照预定的顺序排列，具体的，配向膜315的材质可以选用聚酰亚胺(Polyimide，PI)，这种材料具有较高的折射率，能够有效地折射光线。

其中，液晶层313内的液晶分子选用正向性液晶分子材料，具体的，当液晶透镜阵列310不工作时，此时液晶分子的运动状态如图4所示，液晶层内的液晶分子排列方式相同，假若光线从第一基板311垂直入射，液晶分子感受到相同的有效折射率，出射光线不会发生折射；

其中，当液晶透镜阵列310处于工作状态时，如图5所示，液晶分子发生偏转，此时液晶透镜阵列310的中心到液晶透镜阵列310边缘的有效折射率不再相同，光线发生折射。

具体的，如图6所示，当入射光的偏振方向平行于液晶分子的短轴时，其感受到的折射率为no，为寻常光折射率；入射光的偏振方向平行于液晶分子的长轴时，其感受到的折射率为ne，为非寻常光折射率；入射光的偏振方向以任意角度通过液晶分子时，此时，入射光感受到的有效折射率为neff。

具体的，在无电场状态下，液晶分子表现出光电各向同性的特点，当处在有电场状态下，液晶分子会表现出各向异性的特点。

在一些实施例中，包括上述的投影装置10。

其中，通过上述的投影装置10可以将路况、仪表等车辆的重要信息显示到前挡风玻璃400上，可以使得驾驶员一直处于抬头的姿势，避免低头查看车辆数据，而导致的不安全隐患。

具体的，在挡风玻璃400与驾驶员之间的空间内可形成仪表盘等车辆信息，这样形成的像距离驾驶员较近，图像更加清晰，在挡风玻璃400远离车体一侧的空间内可形成路况、行人等信息，距离驾驶员较远，视野比较宽阔，可以缓解视觉疲劳。

本实施例中，一种投影装置10，投影装置10应用于车辆，包括投影源100、光路反射单元200与成像调节组件300，投影源100设置在光路反射单元200的一侧，用以向光路反射单元200投射图像；光路反射单元200包括反射镜210，反射镜210面向车辆的前挡风玻璃400；成像调节组件300包括液晶透镜阵列310，液晶透镜阵列310设置在反射镜210与前挡风玻璃400之间，以对反射镜210反射的图像进行折射，液晶透镜阵列310具有可调节的焦距，以使不同焦距的液晶透镜阵列310折射后的光线在前挡风玻璃400形成实像或虚像。这样利用液晶分子光电各项异性的特点，采用边缘电场驱动的液晶透镜阵列310，在液晶透镜阵列310中形成具有梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。相比于传统采用阵列凸透镜或菲涅尔透镜的空中成像装置，本装置成像质量较为稳定，适用于不同的驾驶环境。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

一般而言，应当至少部分地由语境下的使用来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数的意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数的意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地根据语境，还可以将诸如“一”的术语理解为传达单数用法或者传达复数用法。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置应用于车辆，所述投影装置包括投影源、光路反射单元与成像调节组件，所述投影源设置在所述光路反射单元的一侧，用以向所述光路反射单元投射图像；所述光路反射单元包括反射镜，所述反射镜面向车辆的前挡风玻璃；

所述成像调节组件包括液晶透镜阵列，所述液晶透镜阵列设置在所述反射镜与所述前挡风玻璃之间，以对所述反射镜反射的图像进行折射，所述液晶透镜阵列具有可调节的焦距，以使不同焦距的所述液晶透镜阵列折射后的光线在所述前挡风玻璃形成实像或虚像。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述成像调节组件还包括控制器，所述控制器和所述液晶透镜阵列电连接，并向所述液晶透镜阵列提供可调节的控制电压，使所述液晶透镜阵列在不同控制电压下呈现不同的焦距。

3.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述控制器为所述液晶透镜阵列提供第一控制电压时，所述液晶透镜阵列折射后的光线在所述前挡风玻璃与驾驶员之间的空间内形成实像；

所述控制器为所述液晶透镜阵列提供第二控制电压时，所述液晶透镜阵列折射后的光线在所述前挡风玻璃远离车体一侧的空间内形成虚像。

4.根据权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述控制器为所述液晶透镜阵列提供所述第一控制电压时，所述投影源和所述液晶透镜阵列之间的光路距离在所述液晶透镜阵列的焦距的1倍到2倍之间；和/或，

所述控制器为所述液晶透镜阵列提供所述第二控制电压时，所述投影源和所述液晶透镜阵列之间的光路距离小于所述液晶透镜阵列的焦距。

5.根据权利要求1-3任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影源包括显示屏。

6.根据权利要求1-3任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影源包括投影机，且所述投影机和所述反射镜之间还包括扩散片。

7.根据权利要求1-3任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影源位于所述反射镜在水平方向上的一侧，且所述反射镜和水平方向之间具有夹角，所述反射镜和所述前挡风玻璃位于不同竖直高度。

8.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述反射镜相对于水平方向的夹角为45°。

9.根据权利要求1-3任一项所述的投影装置，其特征在于，所述液晶透镜阵列包括第一基板、第二基板和夹设在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，其中，所述第一基板和所述第二基板均为透明基板。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的投影装置。