CN117130154A - 抬头显示装置及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抬头显示装置及汽车，抬头显示装置包括依次设置的光源、导光件和光学补偿件；光源用于发射入射光线并射入至导光件，导光件用于接收入射光线并衍射出出射光线；出射光线经光学补偿件调整后形成反射光线射入反射面板，反射光线经反射面板反射后在观测者前方形成虚像。上述方案中，采用导光件代替了现有技术中的HUD***，减小了抬头显示装置的体积，并且通过设置光学补偿件用来矫正反射面板带来的像差和色差，确保成像清晰。

Description

抬头显示装置及汽车

技术领域

本发明涉及抬头显示技术领域，尤其涉及一种抬头显示装置及汽车。

背景技术

驾驶员开车的过程中，需要经常性的观察车速、导航等重要信息来辅佐开车，获取这种信息一般都需要驾驶员低头去查看汽车自带的仪表盘。现有技术中有通过抬头显示装置(英文全称：Head Up Display，简称：HUD)将车速、导航等信息成虚像于驾驶员视线的前方，这样驾驶员不用低头即可方便的查看车辆信息，有利于安全行驶。现有风挡式抬头显示装置通过通过至少1个以上的自由曲面反射镜实现图像放大功能，将放大的图像投射至挡风玻璃上，经挡风玻璃反射，进入眼盒区域。如果想要眼盒区域越大，或者所成虚像越大，则抬头显示装置体积必须相应越大。然而以自由曲面为核心光学元件的HUD***尺寸难以做小，尤其是在大视场、大虚像距要求的AR-HUD应用中，这严重阻碍了传统光学***在HUD应用领域的扩展和迭代升级。

鉴于此，有必要提供一种新型的抬头显示装置及汽车，以解决或至少改善上述技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种抬头显示装置及汽车，旨在解决现有技术中抬头显示装置中体积大和视场角较小的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种抬头显示装置，包括依次设置的光源、导光件和光学补偿件；

所述光源用于发射入射光线并射入至所述导光件，所述导光件用于接收所述入射光线并衍射出出射光线；

所述出射光线经所述光学补偿件调整后形成反射光线射入反射面板，所述反射光线经所述反射面板反射后在观测者前方形成虚像。

可选地，所述光学补偿件为注塑元件或全息元件。

可选地，所述抬头显示装置还包括监控模块和第一驱动模块，所述第一驱动模块与所述光源连接以驱动所述光源移动，所述监控模块与所述第一驱动模块信号连接，所述监控模块用于检测观测者眼睛的位置信息，并根据所述位置信息生成控制信号控制所述第一驱动模块移动，以根据所述位置信息调整所述光源的位置进而确保观测者能够接收到所述光源发出的影像。

可选地，所述导光件与所述光源连接，所述第一驱动模块能够驱动所述导光件与所述光源一同移动。

可选地，所述导光件包括基底和分别设置于所述基底的耦入区域、转折区域和耦出区域，所述入射光线依次经过所述耦入区域、转折区域和耦出区域并从所述耦出区域射出。

可选地，所述光学补偿件在所述基底的投影面积大于所述耦出区域在所述基底的投影面积。

可选地，所述抬头显示装置还包括与所述光学补偿件连接的第二驱动模块，所述第二驱动模块与所述监控模块信号连接，所述第二驱动模块用于驱动所述光学补偿件运动。

可选地，所述第二驱动模块能够驱动所述光学补偿件移动或旋转。

可选地，所述抬头显示装置还包括分别与所述第一驱动模块和所述第二驱动模块连接的协同控制模块。

本发明还提供一种汽车，所述汽车包括壳体，所述壳体内设置有驾驶室，所述驾驶室内设置有上述所述的抬头显示装置，所述反射面板为驾驶室的挡风玻璃。

上述方案中，采用导光件代替了现有技术中的HUD***，减小了抬头显示装置的体积，并且通过设置光学补偿件用来矫正反射面板(如挡风玻璃)带来的像差和色差，确保成像清晰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例抬头显示装置的结构示意图(不含第一驱动模块和第二驱动模块)；

图2为本发明实施例抬头显示装置的结构示意图(不含第二驱动模块)；

图3为图2中第一驱动模块向左运动后的示意图；

图4为图2中第一驱动模块向右运动后的示意图；

图5为本发明实施例抬头显示装置(不含第二驱动模块)的眼盒区域与现有眼盒区域的比较示意图；

图6为本发明实施例导光件的结构示意图；

图7为本发明实施例导光件的另一结构和光学补偿件的示意图；

图8为本发明实施例抬头显示装置的结构示意图(含第二驱动模块)；

图9为图8结构的视场角动态变化的示意图；

图10为图8结构的视场与现有技术视场的比较示意图；

图11为本发明实施例抬头显示装置的结构示意图(含第二驱动模块和协同控制模块)；

图12为图11结构的扫描视场和扫描路径的示意图。

附图标号说明：

1、光源；2、导光件；21、基底；22、耦入区域；23、耦出区域；24、转折区域；3、监控模块；4、第一驱动模块；5、反射面板；6、光学补偿件；7、第二驱动模块；8、协同控制模块；9、眼球。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1，根据本发明的一个方面，本发明提供一种抬头显示装置，包括依次设置的光源1、导光件2和光学补偿件6；

光源1用于发射入射光线并射入至导光件2，导光件2用于接收入射光线并衍射出出射光线；

出射光线经光学补偿件6调整后形成反射光线射入反射面板，反射光线经反射面板5反射后在观测者前方形成虚像。

光源1可以是光机，光机主要用于输出图像，如可以以光线的形式发射出影像，当应用于汽车上时，影像可以包括导航图、车速或油量等，导光件2即为光波导，其主要作用是扩瞳，即将光机射出的影像放大。光学补偿件6可以设置于反射面板5和导光件2之间，起到调整像差和色差的作用。具体地，由光机发射出的入射光线经过导光件2扩瞳后经过光学补偿件6调整后投影至反射面板5上，并且反射光线经反射面板5反射后在观测者前方形成虚像，这样观测者不用低头看汽车仪表就可以在前方看到光机输出的图像信息，获取汽车的实时状况或者路况信息，上述实施例中，采用导光件代替了现有技术中的HUD***，减小了抬头显示装置的体积，并且通过设置光学补偿件用来矫正反射面板5(如挡风玻璃)带来的像差和色差，确保成像清晰。

在一实施例中，光学补偿件6为注塑元件或全息元件。光学补偿件6的具体结构可以是一整个块材或薄膜形式。

在一实施例中，请参照图2-图5，第一驱动模块4与光源1连接以驱动光源1移动；监控模块3与第一驱动模块4信号连接，监控模块3用于检测观测者眼睛的位置信息，并根据位置信息生成控制信号控制第一驱动模块4移动，以根据位置信息调整光源1的位置进而确保观测者能够接收到光源1发出的影像。需要说明的是，在观测者眼球9和抬头显示装置之间有一块锥形区域，我们称为眼盒区域，也即Eyebox区域。当眼球9处于眼盒区域内时，看到的图像是最清晰的。若眼球9不在眼盒区域内，看到的图像会出现扭曲、显色错误甚至不显示内容等问题。该实施例通过设置监控模块3监控眼球9的位置信息，并根据位置信息生成控制信号控制第一驱动模块4移动，以确保当驾驶者眼球9位置发生变化时，监控模块3能够根据眼球9变化后的位置信息调整光源1的位置，进而调整入射光和出射光的方向，确保观测者变化后的眼球9位置处于变化后的眼盒区域内，能够清晰地看到光机发出的图像，相当于扩大了眼盒区域。具体地，请参照图3，图3中A为眼球9的初始位置，当眼球9向上移动是A1位置时，第一驱动模块4向左运动以确保眼球9能够清晰地接收图像；请参照图4，图4中A为眼球9的初始位置，当眼球9向下移动时，第一驱动模块4驱动光源1向右运动，以确保眼球9能够清晰地接收图像。请参照图5，图5中的小矩形B代表初始状态下的眼盒区域(Eyebox)，图5中的大矩形C代表改善后的本实施例的眼盒区域，可以看出，该实施例的眼盒区域明显大于初始状态下的眼盒区域。该实施例可以根据观测者眼球9位置的变化调整眼盒区域的位置，相当于起到扩展眼盒区域的作用。

在一实施例中，导光件2与光源1连接，第一驱动模块4能够驱动导光件2与光源1一同移动。光源1与导光件2一起移动，可以改变入射光的位置，进而改变从反射面板5反射出的光线的路径，从而改变眼盒区域的位置。具体应用时，当监控模块3监控到眼球9位置信息时，经过处理后将控制信号发送至第一驱动模块4，第一驱动模块4控制导光件2和光源1移动，以使得新形成的眼盒区域能够将眼球9的位置包含在内，确保眼球9位置变化时，驾驶者仍然能够看到清晰的图像。当然，这里也可以导光件2不动，仅光机变化，但这样由于接收入射光线的耦入区域22体积有限，只能在较小的范围内调节。

在一实施例中，参照图6和图7，导光件包括基底21和分别设置于基底21的耦入区域22、转折区域24和耦出区域23，入射光线依次经过耦入区域22、转折区域24和耦出区域23并从耦出区域23射出。关于导光件2的结构可以有多种，可以如图6所示，导光件2可以包括基底21、耦入区域22和耦出区域23，从光机出射的光线射到耦入区域22，然后再经耦出区域23射出；也可以图7所示，导光件2可以包括基底21、耦入区域22、转折区域24和耦出区域23，从光机出射的光线射到耦入区域22，然后再射到转折区域24，最后经耦出区域23射出，转折区域24起到衍射光的作用。基底21是导光介质，可以由玻璃、树脂、SiNx、SiC等透明的材料制成。区域与导光件2的的形状、布局不限于图中给出的，可以加工成任意可用的形状。

在一实施例中，请参照图7，光学补偿件6在基底21的投影面积大于耦出区域23在基底21的投影面积。因为导光件2是会随着光源1一起移动的，为确保从耦出区域23射出的光线在耦出区域23移动后仍然能够射到光学补偿件6上，因此光学补偿件6的尺寸应该要大于耦出区域23的尺寸。即从俯视图上看时，光学补偿件6应该完全覆盖耦出区域23。

在一实施例中，请参照图8，抬头显示装置还包括与光学补偿件6连接的第二驱动模块7，第二驱动模块7与监控模块3信号连接，第二驱动模块7用于驱动光学补偿件6运动。具体地，请参照图9和图10，图9中实线H表示的是眼球9在初始位置的的视场示意图，图9中虚线H1表示的是眼球9位置变换后的视场示意图；图10中中间的小矩形F表示的是初始状态下的视场区域范围，图10中外圈的大矩形G表示的本实施例的视场区域范围。由此可知，通过监控模块3检测到眼球9的位置信息后，可以同时调整光学补偿件6和导光件2与光源1的位置，可以使实际覆盖的视场增大，即人眼可以从观察到更大的图像。

在一实施例中，第二驱动模块7能够驱动光学补偿件6移动或旋转，这样可以将光线发射出至更广的位置，进而在更大的范围内拓展视场的大小。

在一实施例中，参照图11，抬头显示装置还包括分别与第一驱动模块4和第二驱动模块7连接的协同控制模块8。添加协同控制模块8，同时控制光学补偿件6、导光件2与光机，通过时序扫描的方式，可以将一幅大视场图像扫描呈现在人眼，最终的扫描视场的效果可如图12所示。

本发明还提供一种汽车，汽车包括壳体，壳体内设置有驾驶室，驾驶室内设置有上述的抬头显示装置，反射面板5为驾驶室的挡风玻璃。由于汽车包括上述抬头显示装置全部技术方案的所有实施例，因此至少具有上述所有实施例带来的全部有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括依次设置的光源、导光件和光学补偿件；

所述光源用于发射入射光线并射入至所述导光件，所述导光件用于接收所述入射光线并衍射出出射光线；

所述出射光线经所述光学补偿件调整后形成反射光线射入反射面板，所述反射光线经所述反射面板反射后在观测者前方形成虚像。

2.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述光学补偿件为注塑元件或全息元件。

3.根据权利要求1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监控模块和第一驱动模块，所述第一驱动模块与所述光源连接以驱动所述光源移动，所述监控模块与所述第一驱动模块信号连接，所述监控模块用于检测观测者眼睛的位置信息，并根据所述位置信息生成控制信号控制所述第一驱动模块移动，以根据所述位置信息调整所述光源的位置进而确保观测者能够接收到所述光源发出的影像。

4.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述导光件与所述光源连接，所述第一驱动模块能够驱动所述导光件与所述光源一同移动。

5.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述导光件包括基底和分别设置于所述基底的耦入区域、转折区域和耦出区域，所述入射光线依次经过所述耦入区域、转折区域和耦出区域并从所述耦出区域射出。

6.根据权利要求5所述的抬头显示装置，其特征在于，所述光学补偿件在所述基底的投影面积大于所述耦出区域在所述基底的投影面积。

7.根据权利要求3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与所述光学补偿件连接的第二驱动模块，所述第二驱动模块与所述监控模块信号连接，所述第二驱动模块用于驱动所述光学补偿件运动。

8.根据权利要求7所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第二驱动模块能够驱动所述光学补偿件移动或旋转。

9.根据权利要求7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分别与所述第一驱动模块和所述第二驱动模块连接的协同控制模块。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括壳体，所述壳体内设置有驾驶室，所述驾驶室内设置有上述权利要求1-9中任一项所述的抬头显示装置，所述反射面板为驾驶室的挡风玻璃。