CN207867138U - Hud照明***、抬头显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了HUD照明***、抬头显示装置，其中HUD照明***，包括：准直均匀元件和强度分布调整元件，所述准直均匀元件与强度分布调整元件沿光源方向依次设置，所述准直均匀元件至少包括一个光学元件，将光束调整为近准直均匀光束，所述强度分布调整元件至少包括：用以折射或反射元件以及用以将入射光束进行散射的扩散元件，所述折射或反射元件与所述扩散元件沿光源方向依次设置。HUD照明***降低***功耗，且保证整体抬头显示装置结构紧凑。

Description

HUD照明***、抬头显示装置

技术领域

本实用新型涉及光学领域、LED照明领域以及车载抬头显示装置(HUD)领域，特别涉及HUD照明***、抬头显示装置，可应用于汽车HUD车载抬头显示装置。

背景技术

为方便驾驶员在驾驶过程中，观看车辆信息、导航信息等，常常利用抬头显示装置HUD，将图像信息通过光学方式投影在驾驶员视线附近，避免低头观看仪表盘。抬头显示装置中所投影的图像，可以在驾驶员眼睛附近区域(下称：眼盒区域)内看到整幅图像，且图像亮度均匀。

现有技术中常见的HUD组成如图1所示，主要包括：照明***1，照明LCD 2，成像光学***3，眼盒区域4以及投影虚像5。HUD中的照明***核心问题为：均匀性、效率和体积，具体而言，

1)效率是指，照明光束经成像光学***3反射后，尽可能多的进入眼盒区域4，实现高效率照明；

2)均匀性是指，在眼盒区域4中观看到的虚像5，需要满足画面各点亮度均匀；

3)体积是指，抬头显示装置体积结构紧凑。

HUD需要实现低功耗、高亮度、体积小、结构紧凑，其中很重要的一部分为背光照明***，如何提供一种既能够降低***功耗，又能够保证结构紧凑的照明***，并将其应用于抬头显示装置中是本领域技术人员有待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，如何够降低***功耗，又能够保证结构紧凑的HUD照明***。

解决上述技术问题，本实用新型提供了一种HUD照明***，包括：准直均匀元件和强度分布调整元件，所述准直均匀元件与强度分布调整元件沿光源方向依次设置，

所述准直均匀元件至少包括：两个光学元件，两个所述光学元件中包括：第一光学元件和第二光学元件，

所述第一光学元件与所述第二光学元件沿光源方向依次设置。

所述强度分布调整元件至少包括：用以折射或反射元件以及用以将入射光束进行散射的扩散元件，

所述折射或反射元件与所述扩散元件沿光源方向依次设置。

优选地，所述准直均匀元件至少包括：一个光学元件，用以将光源调整为近准直均匀光束。

更进一步，所述准直均匀元件面型为回转对称的曲面时，所述准直均匀元件将光源发出的光束整形为圆形的截面，光束在截面内均匀分布。

更进一步，所述准直均匀元件为菲涅尔透镜。

更进一步，所述准直均匀元件采用：阵列排布的照明透镜。

更进一步，所述阵列排布采用错位排布方式。

更进一步，所述照明透镜的出射光束截面为圆形。

更进一步，所述准直均匀元件面型为非回转对称的曲面时，所述准直均匀元件将光源发出的光束整形为正方形、矩形非圆形截面，光束在截面内均匀分布。

本实用新型还提供了一种抬头显示装置，包括：照明***，照明LCD，成像光学系，眼盒区域以及投影虚像，由照明***发出的光源光束依次经过照明 LCD、成像光学系至眼盒区域，照明***为上述的HUD照明***。

更进一步，所述强度分布调整元件中的输出光束与所述HUD中的所述成像光学***匹配设置。

更进一步，所述照明***采用的光源可以为LED或LD。

更进一步，所述第一光学元件靠近所述光源设置和所述第二光学元件远离所述光源设置。

本实用新型的有益效果：

本申请中的HUD照明***能够与HUD光学成像***相匹配，从而使得照明光束集中于眼盒区域，提高了照明效率。而相比于单透镜均匀准直照明***，本发明中的装置改善了光线在透镜上的出射角度，有利于提高效率。

由于所述准直均匀元件采用：阵列排布为错位排布方式的照明透镜，其照明区域为圆形，可提高阵列排布后光束利用率简化装置结构。

附图说明

图1是现有技术中的HUD组成示意图；

图2(a)是本实用新型的HUD照明***结构示意图；

图2(b)是本实用新型的一优选HUD照明***结构示意图；

图3是准直均匀单元的光路示意图；

图4是强度分布调整单元的光路示意图；

图5(a)是阵列排布的xy轴方向的结构示意图；

图5(b)是阵列排布的的xz轴方向的结构示意图；

图6是单个照明透镜的结构示意图；

图7(a)是阵列排布的x、y轴方向的结构示意图；

图7(b)是x、z轴方向的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

请参考图2(a)本实用新型的HUD照明***结构示意图，包括：准直均匀元件和强度分布调整元件，所述准直均匀元件与强度分布调整元件沿光源方向依次设置，所述准直均匀元件至少包括：一光学元件，用以将光源调整为近准直均匀光束，所述强度分布调整元件至少包括：用以折射或反射元件以及用以将入射光束进行散射的扩散元件，所述折射或反射元件14与所述扩散元件 15沿光源方向依次设置。

作为本实施例中的优选，所述准直元件包括菲涅尔透镜。

作为本实施例中的优选，所述准直均匀元件还可以采用：单个照明透镜。

作为本实施例中的优选，上述的准直均匀元件采用阵列排布，阵列排布方式为：错位排布方式的照明透镜。提高阵列排布后光束利用率，阵列排布组合后照明面照度均匀，采用错位排布方式。

作为本实施例中的优选，上述的准直均匀元件为非回转对称的曲面时，所述准直均匀元件将光源发出的光束整形为正方形、矩形等非圆形截面，光束在截面内均匀分布。

请参考图2(b)，优选地，所述准直均匀元件至少包括：两个光学元件，两个所述光学元件中包括：第一光学元件12和第二光学元件13，所述第一光学元件12与所述第二光学元13件沿光源方向依次设置，所述强度分布调整元件至少包括：用以折射或反射元件14以及用以将入射光束进行散射的扩散元件15，所述折射或反射元件14与所述扩散元件15沿光源方向依次设置。

如图3所示，自光源传输方向，光源11发出的光线依次经过元件12、元件13照射至LCD 2，光线如110～114所示,相互平行，照明光斑截面基本为正方形，在LCD上均匀分布。元件12、13材料为光学塑料，通过注塑成型，即使曲面复杂，仍能实现快速批量化生产。第一光学元件12前后表面分别为121、122，本例中前表面为平面，后表面为自由曲面。第二光学元件13前后表面分别为131、132，本例中，前表面为自由曲面，后表面为平面，也可以将前表面调整为平面，后表面调整为自由曲面。两个元件，四个表面，至少2个表面为自由曲面。优选地，当照明光斑截面形状为圆形时，第一元件、第二元件 12、13中的自由曲面，改为回转对称的非球面，可进一步压缩体积，元件可以改为菲涅尔透镜，效果相同。本实施例中的均匀准直HUD照明***，其照明区域不限于圆形，可以为长方形、正方形等形状。均匀准直光路由至少两个元件组成，利用光学元件对光的折射，将光源发出的光束直接整形为所要求的截面，截面可以为圆形、正方形、矩形等。自光源传输方向，依次为第一元件 12、第二元件13。第一元件12靠近LED，第二元件13远离LED。

第一元件12，靠近LED的表面为平面，另一面为自由曲面。第二元件13 靠近LED的表面为自由曲面，另一面为平面。第一元件12和第二元件13，共四个表面，有1个以上表面为自由曲面。照明面为圆形时，自由曲面可以为旋转对称非球面。照明面为正方形、长方形等非圆形面时，自由曲面为非旋转对称曲面。

如图4中所示，强度分布调整元件由折射或反射元件14和扩散元件15 组成，其中，折射或反射元件14为折射元件，光入射面为平面，出射面为曲面。扩散元件元件15为扩散元件，将入射光束进行散射。合理选择元件14、 15参数，均匀准直光束经过后，照明至LCD 2上，截面内光线分布示意如图4 中分别包括，710～712、720～722、730～732，优选地，光强分布与HUD成像光学***匹配。

请参考图5(a)、图5(b)是阵列排布的x、y轴方向、x、z轴方向的结构示意图，阵列排布，本实施例中的均匀准直HUD照明***，可以按照阵列排布，且拼接为后增大照明面积。如图5(a)、图5(b)所示，为2×3阵列排布。同等条件下，增加的照明面积，且LED数目增加，利用整体光通量的增加。需要说明的是，对于阵列排布，光线会引起串扰，一组均匀准直HUD照明***的光线会串扰进入相邻的另一组中。可以通过添加结构件进行遮挡，另外由于考虑到串扰进入相邻组的光线角度一般为20～40°，因此经过后续元件后，不会进入眼盒区域。故，对最终人眼观看成像影响有限，在本实施例中可忽略。照明***可以按照阵列排布，拼接为后增大照明面积。可以为1×2阵列、2 ×2阵列等，排布形式可以为矩形、六边形等。

作为一种简化方案，请参考图6、图7(a)、图7(b)，分别是单个照明透镜、阵列排布的x、y轴方向、x、z轴方向的结构示意图。如图6所示，在本实施例中所述准直均匀元件采用：单个照明透镜。

优选地，所述准直均匀元件采用：错位排布方式的照明透镜。

优选地，所述照明透镜的出射光束截面为圆形。

如图6所示的单个照明透镜实现准直照明作用，出射光束截面为圆形，在圆形内，照明均匀；照明光束接近准直，有一定的发散角，发散角为6°，能够满足HUD使用场景。如图7(a)、图7(b)所示为提高阵列排布后光束利用率，阵列排布组合后照明面照度均匀，采用错位排布方式。

本实施例中还公开了一种抬头显示装置，其包括：照明***，照明LCD，成像光学系，眼盒区域以及投影虚像，由照明***发出的光源光束依次经过照明LCD、成像光学系至眼盒区域，照明***为所述的HUD照明***。

优选地，所述强度分布调整元件中的输出光束与所述HUD中的所述成像光学***匹配设置。

优选地，所述照明***采用的光源可以为LED或LD。

优选地，所述第一光学元件靠近所述光源设置和所述第二光学元件远离所述光源设置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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实用新型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。

总体而言，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合实施。一些方面可以以硬件实施，而其它一些方面可以以固件或软件实施，该固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行。虽然本公开的各种方面被示出和描述为框图、流程图或使用其它一些绘图表示，但是可以理解本文描述的框、设备、***、技术或方法可以以非限制性的方式以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其一些组合实施。

此外，虽然操作以特定顺序描述，但是这不应被理解为要求这类操作以所示的顺序执行或是以顺序序列执行，或是要求所有所示的操作被执行以实现期望结果。在一些情形下，多任务或并行处理可以是有利的。类似地，虽然若干具体实现方式的细节在上面的讨论中被包含，但是这些不应被解释为对本公开的范围的任何限制，而是特征的描述仅是针对具体实施例。在分离的一些实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地执行。相反对，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实施或是以任何合适的子组合的方式实施。

Claims (10)

1.一种HUD照明***，其特征在于，包括：准直均匀元件和强度分布调整元件，所述准直均匀元件与强度分布调整元件沿光源方向依次设置，所述准直均匀元件至少包括：一光学元件，用以将光源调整为近准直均匀光束，所述强度分布调整元件至少包括：用以折射或反射元件以及用以将入射光束进行散射的扩散元件，所述折射或反射元件与所述扩散元件沿光源方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件包括：两个光学元件，两个所述光学元件中包括：第一光学元件和第二光学元件，

所述第一光学元件与所述第二光学元件沿光源方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件为回转对称的曲面时所述准直均匀元件将光源发出的光束整形为圆形的截面，且光束在截面内均匀分布。

4.根据权利要求1或2所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件包括菲涅尔透镜。

5.根据权利要求1所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件采用：单个照明透镜。

6.根据权利要求1所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件采用阵列排布，阵列排布方式为：错位排布方式的照明透镜。

7.根据权利要求1所述的HUD照明***，其特征在于，所述准直均匀元件为非回转对称的曲面时，所述准直均匀元件将光源发出的光束整形为正方形、矩形非圆形截面，光束在截面内均匀分布。

8.一种抬头显示装置，包括：照明***，照明LCD，成像光学***，眼盒区域以及投影虚像，由所述照明***发出的光源光束依次经过所述照明LCD、所述成像光学***至眼盒区域，其特征在于，照明***为如权利要求1-7任一项所述的HUD照明***。

9.根据权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，所述强度分布调整元件中的输出光束与所述HUD中的所述成像光学***匹配设置。

10.根据权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，所述照明***采用的光源可以为LED或LD。