CN219916082U - 一种显示装置、抬头显示器和交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，该显示装置包括光波导和平板显示器；光波导包括波导基底、以及设于波导基底上的耦入区域和耦出区域，平板显示器和光波导沿第一方向设置；耦入区域用于接收第一图像光束，并将第一图像光束耦入至波导基底；耦出区域用于使耦入的第一图像光束由波导基底沿第一方向耦出；平板显示器用于产生第二图像光束，其中，第二图像光束沿第一方向传播、且经光波导透射，后续第一图像光束和第二图像光束经挡风玻璃反射后，能在两个不同焦面上形成虚像，从而实现双深度显示。

Description

一种显示装置、抬头显示器和交通工具

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种显示装置、抬头显示器和交通工具。

背景技术

抬头显示(Head Up Display，HUD)逐步称为智能座舱中最为关键的交互显示***，在车载市场的占有率逐步提升，未来有望取代中控屏幕，能够提升驾驶的安全性和体验感，具有重要的应用价值。

然而现有的HUD显示***，主要基于自由曲面反射镜组的传统光学成像原理，实现大的视场角(Field of View，FOV)和大的眼盒需要更大的体积，一般体积达到十升以上，不利于汽车前装的应用。

而采用光波导的HUD***，可通过波导的扩瞳功能实现眼盒的放大，而大的FOV可由光机提供，从而可以实现小体积的HUD显示***，是未来HUD显示***的主流方案，然而，在采用光波导的HUD显示***中，其无法产生两个不同焦面的图像，例如没有办法同时在近焦面显示仪表信息、在远焦面显示导航信息。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，能产生两个不同焦面的图像，可实现双深度显示。

第一方面，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种显示装置，包括：光波导和平板显示器；所述光波导包括波导基底、以及设于所述波导基底上的耦入区域和耦出区域，所述平板显示器和所述光波导沿第一方向设置；所述耦入区域用于接收第一图像光束，并将所述第一图像光束耦入至所述波导基底；所述耦出区域用于使耦入的所述第一图像光束由所述波导基底沿所述第一方向耦出；所述平板显示器用于产生第二图像光束，其中，所述第二图像光束沿所述第一方向传播、且经所述光波导透射。

在一些实施例中，所述光波导还包括设于所述波导基底上的转折区域；所述转折区域用于使耦入的所述第一图像光束传播至所述耦出区域；所述耦出区域用于使经所述转折区域传播的第一图像光束由所述波导基底沿所述第一方向耦出。

在一些实施例中，所述光波导为阵列光波导或光栅光波导。

在一些实施例中，若所述光波导为阵列光波导，则所述耦入区域包括耦入棱镜；所述耦入棱镜与所述波导基底贴合设置。

在一些实施例中，所述光栅光波导为浮雕光栅光波导或体全息光栅光波导。

在一些实施例中，所述平板显示器包括LED显示屏、LCD显示屏或OLED显示屏。

在一些实施例中，所述波导基底的数量为多个，各所述波导基底之间层叠设置，各所述波导基底上对应设置有耦入区域和耦出区域。

第二方面，本实用新型实施例提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括如第一方面任意一项实施例所述的显示装置。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面所述的抬头显示器。

在一些实施例中，该交通工具包括挡风玻璃；所述挡风玻璃设于所述光波导的出光侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，该显示装置包括光波导和平板显示器；光波导包括波导基底、以及设于波导基底上的耦入区域和耦出区域，平板显示器和光波导沿第一方向设置；耦入区域用于接收第一图像光束，并将第一图像光束耦入至波导基底；耦出区域用于使耦入的第一图像光束由波导基底沿第一方向耦出；平板显示器用于产生第二图像光束，其中，第二图像光束沿第一方向传播、且经光波导透射，后续第一图像光束和第二图像光束经挡风玻璃反射后，能在两个不同焦面上形成虚像，从而实现双深度显示。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种交通工具的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种投影示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本实用新型实施例提供一种显示装置，请参阅图1至图4，该显示装置包括：光波导100和平板显示器200。光波导100包括波导基底10、以及设于波导基底10上的耦入区域11和耦出区域12，平板显示器200和光波导100沿第一方向x设置。耦入区域11用于接收第一图像光束，并将第一图像光束耦入至波导基底10。耦出区域12用于使耦入的第一图像光束由波导基底10沿第一方向x耦出。平板显示器200用于产生第二图像光束，其中，第二图像光束沿第一方向x传播、且经光波导100透射。

波导基底10为透明的玻璃材料或树脂材料制成。第一方向x可以为波导基底10的法线方向。

在该显示装置中，第一图像光束经光波导100的耦入区域11、耦出区域12传播后沿第一方向x耦出，第二图像光束经平板显示器200产生后、经光波导100沿第一方向x传播，后续该显示装置应用于交通工具中，可经交通工具的挡风玻璃300反射后分别在第一焦平面S1和第二焦平面S2上产生虚像，以供人眼观察，可见，该显示装置可实现双深度显示。另外，相比于采用多个投影装置和多个反射镜配合实现双深度显示的方案，本实施例中的显示装置中采用光波导100与平板显示器200相结合进行双深度显示，可降低显示装置的体积。实际应用中，第一图像光束和第二图像光束包含的图像信息通常不相同。

在其中一些实施例中，光波导还包括光机，光机邻近耦入区域11设置，该光机用于提供图像光束至耦入区域11。光机可以是LCOS、DMD、LED等能发出带有图像光束的器件。

具体的，在其中一些实施例中，第一焦平面S1至人眼的第一距离大于第二焦平面S2至人眼的第二距离，第一距离可以大于四五米，例如为7.5米、10米等，第二距离可以小于1米。实际应用中，可预先确定第一距离和第二距离后，对光波导100和平板显示器200进行优化设计，例如，确定好第一距离后，可根据第一距离对光机进行优化，其具体设计过程可参照现有技术，在此不做限定。

在其中一些实施例中，请参阅图5，光波导100还包括设于波导基底10上的转折区域13。转折区域13用于使耦入的第一图像光束传播至耦出区域12；耦出区域12用于使经转折区域13传播的第一图像光束由波导基底10沿第一方向x耦出。

在该显示装置中，第一图像光束经耦入区域11耦入后，经过转折区域13转折后才进入耦出区域12耦出。相比于一维扩瞳光波导100，本实施例中的光波导100采用二维扩瞳光波导100，能提高视场角和显示效果。

在其中一些实施例中，光波导100为阵列光波导或光栅光波导。

具体的，若光波导100为一维扩瞳光波导100，则图2中的耦入区域11、耦出区域12均为阵列结构或光栅结构。若光波导100为二维扩瞳光波导100，则图5中的耦入区域11、转折区域13和耦出区域12均为阵列结构或光栅结构。

其中，对于耦出区域12和转折区域13，若其为阵列结构，如图3所示，则其包括多个阵列设置的反光面，其反光面与波导基底10的夹角以及每个反光面上的反射率均可对光波导100进行光学设计优化获得，以保证耦出区域12耦出的光亮度一致性。

对于上述的光栅结构，可以是浮雕光栅结构、也可以是体全息光栅结构，即光栅光波导为浮雕光栅光波导或体全息光栅光波导。且如图4所示，耦入区域11和耦出区域12光栅结构可设置在波导基底10的同侧或异侧，或耦入区域11、转折区域13和耦出区域12光栅结构可设置在波导基底10的同侧或异侧。且光栅结构的具体衍射效率可根据实际需要进行优化设计，以保证耦出区域12耦出的光亮度一致性，在此不做限定。

在其中一些实施例中，若光波导100为阵列光波导，请参阅图3，则耦入区域11包括耦入棱镜。耦入棱镜与波导基底10贴合设置。耦入棱镜与波导基底10贴合设置。其中，耦入棱镜与波导基底10可通过光学胶水贴合设置。这样，图像光束可经过耦入棱镜耦合后进入波导基底10内。关于耦入棱镜的具体结构可参照现有技术，在此不做限定。

在其中一些实施例中，平板显示器200包括LED显示屏、LCD显示屏或OLED显示屏。在本实施例中，提供多种显示屏方案，可提高实际实用过程中的灵活性。

在其中一些实施例中，请参阅图3至图5，平板显示器200的出光侧邻近光波导100的耦出区域12设置。具体的，在沿波导基底10的法线方向进行投影时，平板显示器200的投影区域与耦出区域12的投影区域存在重叠区域，其中，平板显示器200的尺寸可大于、等于或者小于耦出区域12的尺寸。

在图5所示的实施例中，平板显示器200的尺寸小于耦出区域12的尺寸，且在沿波导基底10的法线方向进行投影时，耦出区域12的投影区域包含平板显示器200的投影区域，在该显示装置中，平板显示器200和耦出区域12沿第一方向x设置。耦入区域11用于接收第一图像光束，并将第一图像光束耦入至波导基底10。第二图像光束沿第一方向x传播、且经耦出区域12透射，在本实施例中，第二图像光束不经过耦入区域11，可避免第二图像光束进入光波导100内，影响显示效果。

在其中一些实施例中，波导基底10的数量为多个，各波导基底10之间层叠设置，各波导基底10上对应设置有耦入区域11和耦出区域12。

具体的，若光波导100采用光栅光波导，则可采用三个波导基底10层叠设置，且每个波导基底10对应衍射红光、绿光或蓝光，这样，在某一波导基底10的表面的法线方向对三个波导基底10进行投影，在投影面上，三个波导基底10的耦入区域11、耦出区域12分别对应重叠，实现全彩显示。此外，也可以采用两个波导基底10层叠设置，其中一个波导基底10对应衍射红光、蓝光、绿光的其中两种颜色光，另一个波导基底10对应衍射剩下的颜色光。

若光波导100采用阵列光波导，则可采用两个波导基底10层叠设置，且其中一个波导基底10对应传播红光、绿光或蓝光的其中两种颜色光，另一个波导基底10对应传播剩下的颜色光，同样也可实现全彩显示。此外，也可以采用三个波导基底10层叠设置，每一个波导基底10对应衍射一种颜色光。

实际应用中，关于波导基底10的数量可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

第二方面，本实用新型实施例提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括如第一方面任意一项实施例的显示装置。在本实施例中，显示装置具有与如第一方面任意一项实施例所述的显示装置相同的结构与功能，在此不再赘述。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面的抬头显示器。在本实施例中，抬头显示器具有与如第二方面任意一项实施例所述的显示装置相同的结构与功能，在此不再赘述。交通工具可以是车辆、轮船、飞机等交通工具。

在其中一些实施例中，该交通工具包括挡风玻璃300；挡风玻璃300设于光波导100的出光侧。在本实施例中，第一图像光束和第二图像光束经挡风玻璃300反射后可进入人眼，这样，人眼透过挡风玻璃300观察时，可在第一焦平面S1和第二焦平面S2上分别观察到对应的图像信息。可见，该交通工具可实现双深度显示。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：光波导和平板显示器；

所述光波导包括波导基底、以及设于所述波导基底上的耦入区域和耦出区域，所述平板显示器和所述光波导沿第一方向设置；

所述耦入区域用于接收第一图像光束，并将所述第一图像光束耦入至所述波导基底；

所述耦出区域用于使耦入的所述第一图像光束由所述波导基底沿所述第一方向耦出；

所述平板显示器用于产生第二图像光束，其中，所述第二图像光束沿所述第一方向传播、且经所述光波导透射。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光波导还包括设于所述波导基底上的转折区域；

所述转折区域用于使耦入的所述第一图像光束传播至所述耦出区域；

所述耦出区域用于使经所述转折区域传播的第一图像光束由所述波导基底沿所述第一方向耦出。

3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，所述光波导为阵列光波导或光栅光波导。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，若所述光波导为阵列光波导，则所述耦入区域包括耦入棱镜；

所述耦入棱镜与所述波导基底贴合设置。

5.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述光栅光波导为浮雕光栅光波导或体全息光栅光波导。

6.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述平板显示器包括LED显示屏、LCD显示屏或OLED显示屏。

7.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述波导基底的数量为多个，各所述波导基底之间层叠设置，各所述波导基底上对应设置有耦入区域和耦出区域。

8.一种抬头显示器，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的显示装置。

9.一种交通工具，其特征在于，包括如权利要求8所述的抬头显示器。

10.根据权利要求9所述的交通工具，其特征在于，所述交通工具包括挡风玻璃；

所述挡风玻璃设于所述光波导的出光侧。