CN105404006A - 一种抬头显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于车载电子设备技术领域，公开了一种抬头显示装置，包括成像源、用于依次反射成像源输出的图像的第一反射镜和第二反射镜，以及设置于第二反射镜的反射光路上的用于矫正像差的第一透镜，成像源可沿其图像输出面的中心轴的轴向往返移动，成像源与第一透镜之间的光程小于第一透镜的焦距。本发明的第一透镜可以更有效的矫正像散、畸变等像差，结合第一反射镜和第二反射镜进行光路折叠进而实现清晰成像；可通过调节成像源的轴向位置调节像距，以适用于不同的驾驶环境；由于这种透射式成像方式可有效矫正象散、畸变等像差，在采用较小成像源的情况下也能够获得较大的清晰虚像，更适合狭小中控台的安装，解决了体积小和成像大难以兼顾的问题。

Description

一种抬头显示装置
技术领域
本发明属于车载电子设备技术领域，尤其涉及一种抬头显示装置。
背景技术
众所周知，抬头显示器主要是让驾驶员不用低头看仪表盘信息，而专注于驾驶，从视野前方抬头显示器的虚像上就可以获得想要信息，从而避免因汽车行驶时眼睛集中注意力观察仪表盘带来的驾驶安全问题。在不同环境下，如高速公路上行驶，驾驶员驾驶汽车时，视野变远变长；而在较为繁忙拥堵的道路上时，驾驶员视野变短变近。因此，理想的抬头显示器希望能够根据不同路况，能够调节虚像的远近，以使驾驶员轻松观察，进而防止视疲劳。同时，为了适应现在车载多媒体信息量大的需求，需要将抬头显示器虚像变大，以便显示更多的信息。目前，大多数的抬头显示器采用的是反射式的，通常采用一种两片式反射***，由像源发出的图像经过平面镜的反射和凹面镜的反射放大形成虚像，反射成像象散比较严重，特别是离轴反射成像，使得反射成像式的抬头显示器在前装***中往往图像较小。为了实现虚拟像的远距离投影，抬头显示器的体积将变得越来越大，然而中控台的空间有限，不太适宜前装车的安装，也难以满足在有限的安装空间内实现大尺寸清晰成像的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种抬头显示装置，旨在实现清晰、大尺寸且像距可调的成像效果，并且不需要增大装置体积，以灵活适应不同驾驶环境，提高驾驶的安全性。
本发明是这样实现的，一种抬头显示装置，包括成像源、用于依次反射所述成像源输出的图像的第一反射镜和第二反射镜，以及设置于所述第二反射镜的反射光路上的用于矫正像差的第一透镜，所述成像源可沿其图像输出面的中心轴的轴向往返移动，所述成像源与所述第一透镜之间的光程小于所述第一透镜的焦距。
本发明提供的抬头显示装置在图像传输路径上设置第一透镜，第一透镜可以更有效的矫正像散、畸变等像差，结合第一反射镜和第二反射镜进行光路折叠压缩，使成像源和第一透镜之间具有足够的光程，进而在所需位置清晰成像；同时，通过调节成像源的轴向位置，可自由调节像距，使虚像前后可调且保持清晰，以适用于不同的驾驶环境，使驾驶员在不同驾驶环境中能够轻松舒适的查看各种信息，提高驾驶的安全性；并且，由于这种透射式的成像方式可有效矫正象散、畸变等像差，在采用较小成像源的情况下也能够获得较大的清晰的虚像，不需增大整个抬头显示装置的体积，更适合狭小中控台的安装，进而解决了体积小和成像大难以兼顾的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的抬头显示装置的一种结构示意图及光路图；
图2是本发明实施例提供的抬头显示装置的另一种结构示意图及光路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的抬头显示装置的结构示意图，该抬头显示装置包括成像源01、用于依次反射成像源01输出的图像的第一反射镜02和第二反射镜03，以及设置于第二反射镜03的反射光路上的用于矫正像差的第一透镜04，成像源01可沿其图像输出面的中心轴的轴向往返移动，成像源01与第一透镜04之间的光程小于第一透镜04的焦距。可以理解，成像源01与第一透镜04之间的光程为成像源01的图像输出面与透镜的中心之间的光程。该抬头显示装置中，成像源01输出携带有驾驶员所需信息的图像，该图像光线依次经过第一反射镜02和第二反射镜03的反射，将光路折叠压缩，由第二反射镜03反射的图像再经过第一透镜04，然后输出光线投射在汽车挡风玻璃05表面，经过挡风玻璃05的反射进入驾驶员的眼睛，根据光学原理，驾驶员能够感知在挡风玻璃05前方的与成像源01共轭的虚像S。
本实施例提供的抬头显示装置在图像传输路径上设置第一透镜04，第一透镜04可以更有效的矫正像散、畸变等像差，结合第一反射镜02和第二反射镜03进行光路折叠压缩，使成像源01和第一透镜04之间具有足够的光程，进而在所需位置清晰成像；同时，通过调节成像源01的轴向位置，可自由调节像距，使虚像前后可调且保持清晰，以适用于不同的驾驶环境，使驾驶员在不同驾驶环境中能够轻松舒适的查看各种信息，提高驾驶的安全性；并且，由于这种透射式的成像方式可有效矫正象散、畸变等像差，在采用较小成像源的情况下也能够获得较大的清晰的虚像，不需增大整个抬头显示装置的体积，更适合狭小中控台的安装，进而解决了体积小和成像大难以兼顾的问题。
进一步地，为了实现虚拟像距的调节，可以将成像源01固定在一电机上，需要调节像距时，使成像源01沿其光轴前后移动，根据光学***的物像共轭性质，成像源01的前后移动，将带动虚像的前后移动，实现像距调节。
在本实施例中，采用第一透镜04可以明显的矫正象散和畸变等像差，提升成像质量，相比于反射式成像的***具有明显的优势，该第一透镜04包括两种结构，其一是单片凸透镜或者单片凹透镜，其二是由多片透镜构成的透镜组结构，该透镜组可以是凸透镜组、凹透镜组或者是凸透镜和凹透镜组合的透镜组。考虑到抬头显示装置的体积限制，本实施例中的第一透镜04优选为单片凸透镜或者单片凹透镜。
进一步地，第一透镜04的表面优选采用非球面设计，以便于更好的消除球差等像差，为了减轻重量，可以采用塑料透镜。
进一步参考图2，单片凸透镜或者单片凹透镜的矫正效果必然有限，本实施例还可以在成像源01和第一反射镜02之间设置第二透镜06，进一步矫正色差以及其它像差。该第二透镜06优选为单片凸透镜或者单片凹透镜，当然也不排除采用多透镜的组合形式。该第二透镜06靠近成像源01设置，其体积较小，不会明显增大整个装置的体积，又可进一步矫正像差。第二透镜06的表面优先选用非球面，材质可选择玻璃材质。另外，在材质选择上，第二透镜06和第一透镜04应当是一个选取色散较大的材质，另一个应选取色散较小的材质，这样可以使不同材质产生的色散相互抵消，进而消除色差。
作为本实施例的一种改进，该抬头显示装置还带有转动组件(图中未示出)，该转动组件设置于该抬头显示装置的壳体07上，用以调节虚拟像的俯仰倾角。该转动组件具体可以包括与壳体07转动连接的转轴，壳体可绕转轴转动进而改变光路方向。通过转动组件调整虚像俯仰角度，可以适应不同驾驶员的观察习惯，或者满足一些特殊驾驶环境的需求。
在本实施例中，第一反射镜02和第二反射镜03优选为平面反射镜，其作用在于折叠光路。在其他实施例中，第一反射镜02、第二反射镜03也可以同时或非同时采用曲面反射镜。为了便于光路设计和矫正像差，优选为采用平面反射镜。
在本实施例中，成像源01可以采用高亮度液晶显示屏、高亮度纸质显示器，或者采用数字投影仪或Lcos微投影仪在成像膜上投影所成的像。
本发明实施例通过zemax模拟，采用长宽比为3:1的图像源，模拟得到2.4米远，尺寸为25英寸的清晰虚像，证明了该抬头显示装置实际成像效果的有效性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括成像源、用于依次反射所述成像源输出的图像的第一反射镜和第二反射镜，以及设置于所述第二反射镜的反射光路上的用于矫正像差的第一透镜，所述成像源可沿其图像输出面的中心轴的轴向往返移动，所述成像源与所述第一透镜之间的光程小于所述第一透镜的焦距。
2.如权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一透镜为单片凸透镜或单片凹透镜。
3.如权利要求2所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一透镜为非球面透镜。
4.如权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一透镜为多片凸透镜组成的透镜组，或者为多片凹透镜组成的透镜组，或者为凸透镜和凹透镜配合组成的透镜组。
5.如权利要求1至4任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述抬头显示装置还包括设置于所述成像源和第一反射镜之间的用于矫正像差的第二透镜。
6.如权利要求5所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第二透镜为凸透镜或凹透镜。
7.如权利要求1至4任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。
8.如权利要求1至4任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第二反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。
9.如权利要求1至4任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述成像源为液晶显示屏、纸质显示器，或者为数字投影仪或Lcos微投影仪在成像膜上投影所成的像。
10.如权利要求1至4任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述抬头显示装置还包括用于将各光学元件包封在内的壳体，在所述壳体上设置有用于改变成像俯仰角度的转动组件。
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