抬头显示装置的制作方法

本发明涉及成像光学技术领域，具体涉及一种汽车抬头显示装置。

背景技术：

汽车抬头显示技术是当前国际国内正在大力发展的智能网联汽车的重要组成部分，通过前期宝马、奔驰等高端豪华品牌汽车上对于抬头显示装置(抬头显示装置)的应用推广，越来越多的车厂和用户认识到通过汽车的抬头显示技术对于安全驾驶的重要性，实现了驾驶员不离路就可以获取车速、导航、路况、车距等重要信息，其独特的显示位置，以及悬浮式透明显示效果，是车上的其它位置显示器无法取代的，所以越来越多的车厂把抬头显示装置装配于自己的新车型上，作为提升汽车安全的有效配置。

同时汽车抬头显示技术在已经出厂的存量车上也有广泛的使用需求，但是汽车后装市场的存量车出厂时并没有设计安装汽车抬头显示器的空间位置，挡风玻璃与仪表台前方的空间有限。所以要解决汽车后装市场存量车安装汽车抬头显示装置的安装问题，必须解决抬头显示装置体积过大、过厚的问题。并且要解决抬头显示装置放置在驾驶员前方所带来的太阳、路灯等外界光源眩目问题。

目前的汽车抬头显示装置多见于出厂前已经设计安装于汽车仪表台前方，嵌入式安装的前装抬头显示装置，无论国内还是国外，后装的抬头显示装置产品直接投射到挡风玻璃上的产品还比较少见。已在面世的同类产品，普通存在体积较大，安装空间要求大，适配车型少，挡视线的问题。

另外，为了解决抬头显示装置带来的太阳光、路灯等外界环境光被反射后引起的眩目问题，同类抬头显示装置产品采用在驾驶员与抬头显示装置反射镜片之间加装遮挡板的方式，进一步增大了抬头显示装置的产品体积，并且影响产品美观，阻碍抬头显示装置在后装市场的进一步推广普及。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抬头显示装置，具有正投下反紧凑式光学结构，在保证抬头显示图像与视角质量的前提下，最大限度地减小抬头显示装置的体积。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种抬头显示装置，其用于将信息经汽车的挡风玻璃反射至人眼，包括用于射出成像光线的成像单元、第一反射镜片和第二反射镜片，所述成像单元设置在所述汽车仪表台或中控台内部或者上面，朝向所述第一反射镜片和第二反射镜片，将所述成像光线射向所述第一反射镜片；第一反射镜片设置在所述成像单元远离驾驶员的一侧，朝向所述成像单元和第二反射镜片，将所述成像光线反射向所述第二反射镜片和挡风玻璃；所述第二反射镜片设置在所述第一反射镜片远离所述驾驶员的一侧，朝向所述成像单元和第一反射镜片，将所述成像光线反射向所述第一反射镜片；所述第一反射镜片和第二反射镜片其一为凹面反射镜片，另一为平面反射镜片或者凹面反射镜片或者凸面反射镜片。

进一步地，所述挡风玻璃包括内侧反射面和外侧反射面以及上下厚度一致的普通夹膜，所述成像单元射出的成像光线经所述第一反射镜片、第二反射镜片、第一反射镜片、内侧反射面依次反射后形成第一图像，所述成像光线经所述第一反射镜片、第二反射镜片、第一反射镜片、外侧反射面依次反射后形成第二图像，所述第一图像和第二图像沿所述驾驶员眼睛方向重合。

进一步地，所述成像单元射出的成像光线光轴与竖直方向的夹角为第一夹角，第一夹角的角度大于0°且小于90°；所述第一反射镜片与水平方向的夹角为第二夹角，第二夹角的角度大于等于0°且小于等于45°；所述第二反射镜片与竖直方向的夹角为第三夹角，第三夹角的角度大于0°且小于90°。

进一步地，所述第二反射镜片朝向所述成像单元和第一反射镜片的一面镀有反射膜。

进一步地，所述第一反射镜片朝向所述成像单元和第二反射镜片的一面镀有反射膜。

进一步地，还包括用于调节成像高度的图像高度调节结构，所述图像高度调节结构设置在所述第二反射镜片和/或第一反射镜片上。

进一步地，所述第二反射镜片与竖直方向的夹角为第三夹角，所述图像高度调节结构设置在所述第二反射镜片上，用于调节所述第三夹角的大小。

进一步地，所述第一反射镜片与水平方向的夹角为第二夹角，所述图像高度调节结构设置在所述第一反射镜片上，用于调节所述第二夹角的大小。

进一步地，所述图像高度调节结构包括设置在所述第二反射镜片一端的转轴和位于所述第二反射镜片另一端的手动或电动调节机构。

进一步地，还包括用于调节所述成像单元与第一反射镜片之间距离的前后位置调节装置，所述前后位置调节装置设置在所述成像单元和/或第一反射镜片上。

本发明的有益效果：

本发明一方面采用紧凑式的光路结构，第二反射镜片侧倾以及另一接近水平放置的第二反射镜片，有效利用了第二反射镜片自身结构挡光，防止外界光线引起的眩目问题；另一方面采用独特的正投下反式紧凑光学结构，第二反射镜片和成像单元向下倾斜式的设置，有效地利用了驾驶员前方中控台和仪表台的结构空间限制，并且在保证抬头显示装置质量和视角范围的前提下，最大限度地减小了抬头显示装置的厚度与体积，为抬头显示装置在存量车市场的推广普及创造了条件，带来显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的抬头显示装置的结构示意图；

图2为本发明的抬头显示装置的光路示意图；

图3为本发明的抬头显示装置的光路模型图；

图4为本发明的外界光源以一个角度射向抬头显示装置的光路示意图；

图5为本发明的外界光源以另一个角度射向抬头显示装置的光路示意图；

图6为本发明的外界光源以又一个角度射向抬头显示装置的光路示意图。

附图标记包括：

100-挡风玻璃111-内侧反射面121-外侧反射面

200-成像单元210-第一图像220-第二图像

300-第一反射镜片400-第二反射镜片500-驾驶员

600-转轴

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

一种抬头显示装置，其用于将信息经汽车的挡风玻璃100反射至人眼，包括用于射出成像光线的成像单元200、第一反射镜片300和第二反射镜片400，所述成像单元200设置在所述汽车仪表台或中控台内部或者上面，朝向所述第一反射镜片300和第二反射镜片400，将所述成像光线射向所述第一反射镜片300；第一反射镜片300设置在所述成像单元200远离驾驶员500的一侧，朝向所述成像单元200和第二反射镜片400，将所述成像光线射向所述第二反射镜片400和挡风玻璃100；所述第二反射镜片400设置在所述第一反射镜片300远离所述驾驶员500的一侧，朝向所述成像单元200和第一反射镜片300，将所述成像光线射向所述第一反射镜片300；所述第一反射镜片300和第二反射镜片400其一为凹面反射镜片，另一为平面反射镜片或者凹面反射镜片或者凸面反射镜片。

实施例1

请参照图1-图3，为本发明的一较佳实施例，以下对上述各个组成部分分别作进一步详细介绍。

该抬头显示装置用于将车速、导航、路况和车距等重要信息经挡风玻璃100反射至人眼。在使用时，该抬头显示装置设置于汽车挡风玻璃100的下方、驾驶员500的前方(正前方、左前方、右前方均可)，并且设置在汽车仪表台或中控台内部或者上面。该抬头显示装置主要包括成像单元200、第一反射镜片300和第二反射镜片400。成像单元200、第一反射镜片300和第二反射镜片400可以分别固定在汽车仪表台或中控台上面；也可以先将成像单元200、第一反射镜片300和第二反射镜片400组合成一体式结构，形成一个整体，再将该整体固定在汽车仪表台或中控台内部或者上面。

本发明当中所述的挡风玻璃100是指汽车前挡风玻璃中的夹膜厚度一致，不需要经过特别处理成上厚下薄的楔形夹膜，也不需要对挡风玻璃的厚度作出特殊处理的普通挡风玻璃。挡风玻璃100包括内侧反射面111、外侧反射面121以及上下厚度一致的普通夹膜(图中未示出)，内侧挡风玻璃110和外侧挡风玻璃120互相重叠。内侧挡风玻璃110设置在车内，内侧反射面111为内侧挡风玻璃110朝向车内的表面；外侧挡风玻璃120设置在车外，外侧反射面121为外侧挡风玻璃120朝向车外的表面。内侧反射面111和外侧反射面121均为弧面。

如图1所示，成像单元200整体为一个长方体或者梯形台体，是该抬头显示装置提供图像光线的图像源。成像单元200设置在汽车仪表台或中控台上面，斜向下设置，朝向第一反射镜片300和第二反射镜片400，将成像光线射向第一反射镜片300。成像单元200射出的成像光线光轴与竖直方向的夹角为第一夹角，第一夹角的角度大于0°且小于90°。优选地，第一夹角的角度大于30°且小于60°。例如，如图1所示，第一夹角的角度为60°。

第一反射镜片300设置在成像单元200远离驾驶员500的一侧，朝向成像单元200和第二反射镜片400，分别接受来自成像单元200和第二反射镜片400的成像光线，并将成像光线分别反射向第二反射镜片400和挡风玻璃100。第一反射镜片300水平或接近水平设置，与水平方向的夹角为第二夹角，第二夹角的角度大于等于o°且小于等于45°。优选地，第二夹角的角度大于0°且小于5°。例如，如图1所示，第二夹角的角度为0°。在本实施例中，第一反射镜片300为平面反射镜片。在本申请的其它实施例中，第一反射镜片300也可以为凹面反射镜片或者凸面反射镜片。

第二反射镜片400设置在第一反射镜片300远离驾驶员500的一侧，朝向成像单元200和第一反射镜片300，接受来自第一反射镜片300的成像光线，并将成像光线反射回第一反射镜片300，再由第一反射镜片300将成像光线反射至挡风玻璃100，由挡风玻璃100反射后，射向驾驶员眼睛位置附近，从而实现抬头显示。第二反射镜片400向成像单元200倾斜侧立，其与竖直方向的夹角为第三夹角，第三夹角的角度大于0°且小于90°。优选地，第三夹角的角度大于30°且小于60°。例如，如图1所示，第三夹角的角度为45°。本实施例通过第二反射镜片400与竖直方向存在第三夹角，并且设置在第一反射镜片300远离驾驶员的一端，起到了阻止太阳光等外界环境光斜射到第一反射镜片300，从而反射到驾驶员人眼或经挡风玻璃反射到人员引起的眩光问题。

在本实施例中，第二反射镜片400为凹面反射镜片。具体地，凹面反射镜片可以是球面反射镜片，也可以是非球面反射镜片，还可以是自由曲面反射镜片。

如图2所示，成像单元200射出的成像光线经第一反射镜片300、第二反射镜片400、第一反射镜片300、内侧反射面111依次反射后形成第一图像210；成像光线经第一反射镜片300、第二反射镜片400、第一反射镜片300、外侧反射面121依次反射后形成第二图像220，第一图像210和第二图像220沿驾驶员500眼睛方向重合，从而消除重影。

本发明的其他众所周知的零件，例如外壳、接电线、支撑件等零件形状、结构均为现有技术，在此不加以详细说明。

紧凑结构下对于图像质量的保证：一般情况下，乘用车的驾驶员500前方都会有凸起的中控台或仪表台，这部分空间限制了抬头显示装置的摆放，如果进一步压缩成像单元200与第二反射镜片400之间的距离，则对于抬头显示装置的成像距离带来影响。本发明利用了凸起的中控台或仪表台，将成像单元200向下倾斜摆放，并利用平放或者接近平放的第一反射镜片300将成像光线反射向第二反射镜片400，这样的设计方法带来了两点好处：一、进一步减小的第一反射镜片300向下的倾角(第二夹角)，这样就降低了整机的高度；二、对于第二反射镜片400而言，进一步减小了入射光线和出射光线与主光轴之间的离轴角度，如图3所示的光路模型中，离轴角度只有10°左右，这样就非常接近理想成像条件。提高了第二反射镜片400的成像质量，从而为驾驶员提供了更为清晰的抬头显示装置成像。

一方面，本实施例采用复用光路结构，具备结构紧凑、投影图像远的特点；另一方面，本实施例通过独特的正投下反紧凑式光学结构以及成像单元200、第一反射镜片300和第二反射镜片400的组合式设计，在保证抬头显示图像与视角质量的前提下，最大限度地减小了抬头显示装置的体积。本发明的抬头显示装置具有超薄机身，特别适合于设计已经定型或者已经出厂的汽车，不是需要像现有技术中的抬头显示装置那样在仪表台前方挖洞，就可以达到现有技术中抬头显示装置的成像效果，减低了抬头显示装置的安装门槛，具有广泛地市场前景。

实施例2

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于，第一反射镜片300为凹面反射镜片，第二反射镜片400为平面反射镜片或者凹面反射镜片又或者是凸面反射镜片。

实施例3

由于这种类型的抬头显示装置以加装的方式，放置于驾驶员前方的仪表台上方，如果没有有效的遮光装置，反射镜片将有可能将外界的太阳光、路灯光反射至驾驶员眼睛，带来眩目问题，严重影响驾驶员的行车安全。

本发明通过将凹面镜内表面镀有反射膜，凹面镜不透光，并且有效地阻挡了外界光源射向平面镜的光，解决了眩光问题。

为了解决第一反射镜片300和第二反射镜片400对于太阳光、路灯等外界环境光线的反射，造成的驾驶员眩目问题，第二反射镜片400朝向成像单元200和第一反射镜片300的一面镀有反射膜。进一步地，第一反射镜片300朝向成像单元200和第二反射镜片400的一面也可以镀有反射膜。

如图4所示，当外界光源从上方前部射向第一反射镜片300时，侧立且不透光的第二反射镜片400有效挡光。如图5所示，当外界光源从上方射向第一反射镜片300时，平放或接近平放的第一反射镜片300不会将该方向的光线反射向驾驶员500眼睛。如图6所示，当外界光源从上方后侧射向第一反射镜片300时，平放或接近平放的第一反射镜片300不会将该方向的光线反射向驾驶员500眼睛。

由于第二反射镜片400以第三夹角的倾角朝向驾驶员500向下侧立，且第一反射镜片300不透光，有效地阻挡了外界光源射向第二反射镜片400的光，从而解决了眩光问题，无须另外增加挡光装置，减小的产品体积。

实施例4

为了适应不同身高驾驶员500以及不同坐姿驾驶员500的视线高度，本发明专利还包括用于调节成像高度的图像高度调节结构，图像高度调节结构设置在第二反射镜片400和/或第一反射镜片300上。

如图1所示，图像高度调节结构设置在第二反射镜片400上，用于调节第三夹角的大小。具体地，图像高度调节结构包括转轴600和手动或电动调节机构。转轴600设置在第二反射镜片400上端或中间部位，通过位于第二反射镜片400下端的手动或电动调节机构，使第二反射镜片400下端可以前后移动，从而改变第二反射镜片400的反射成像光线角度，经过第一反射镜片300的再次反射后，反射到挡风玻璃100的成像光线位置发生变化，进而改变该抬头显示装置的成像高度。

当然，在本申请的其它实施例中，图像高度调节结构也可以设置在第一反射镜片300上，用于调节第二夹角的大小。具体地，图像高度调节结构为转轴600。转轴600设置在第一反射镜片300的任意一端，同时在第一反射镜片300的另一端设置手动或电动调节机构，使第一反射镜片300一端可以上下移动，从而改变第一反射镜片300的发射成像光线角度，达到调节抬头显示装置成像高度的目的。

本实施例还包括前后位置调节装置，用于调节成像单元200与第一反射镜片300之间的距离，前后位置调节装置设置在成像单元200和/或第一反射镜片300上。图像高度调节结构可以使抬头显示装置进一步适应不同车辆的不同挡风玻璃100的倾角、厚度、折射率带来的重影问题。

本发明一方面采用紧凑式的光路结构，第二反射镜片400侧倾以及另一接近水平放置的第二反射镜片400，有效利用了第二反射镜片400自身结构挡光，防止外界光线引起的眩目问题；另一方面采用独特的正投下反式紧凑光学结构，第二反射镜片400和成像单元200向下倾斜式的设置，有效地利用了驾驶员500前方中控台和仪表台的结构空间限制，并且在保证抬头显示装置质量和视角范围的前提下，最大限度地减小了抬头显示装置的厚度与体积，为抬头显示装置在存量车市场的推广普及创造了条件，带来显著的经济效益和社会效益。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。