一种抬头显示系统及其成像装置的制作方法

本实用新型属于平视显示(Head Up Display，抬头显示系统)技术领域，尤其涉及一种抬头显示系统及其成像装置。

背景技术：

平视显示技术是普遍运用在航空器上的显示技术，平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。因为平视显示器能够提高飞行的安全性及其显示的便捷性，因而逐渐被广泛应用于民航飞机上。当前国际国内正在大力发展车用抬头显示系统，通过车载抬头显示系统来显示汽车周围的环境信息，可以有效提高汽车驾驶的安全性能。

然而，目前的车用抬头显示系统的成像装置，通常仅采用反光杯对显示屏的背光源进行聚光，由于反光杯对光线的准直效果差，造成背光源发射的光线发散角度较大、散射严重、聚光性差，从而导致显示屏的亮度不够，严重影响显示效果。

技术实现要素：

本实用新型提供一种改进的抬头显示系统的成像装置及包括该抬头显示系统的成像装置的抬头显示系统，可以有效减小显示屏的背光源发射的光线的发散角度，提高聚光效果，增强显示屏亮度，从而提高显示效果。

本实用新型一方面提供一种抬头显示系统的成像装置，其包括光源以及沿所述光源所发射的光线的主光路中轴线方向依次设置的反光杯、第一聚光透镜、匀光膜和显示屏；

所述反光杯将所述光源发射的光线汇聚到所述第一聚光透镜的入射面，所述第一聚光透镜将其入射面入射的光线汇聚到所述匀光膜的入射面，所述匀光膜改变汇聚到其入射面的光线的扩散角度并形成均匀的高亮度背光源以照射所述显示屏，所述显示屏在所述高亮度背光源的照射下显示高亮度图像。

优选的，所述抬头显示系统的成像装置还包括设置在所述显示屏的出光面的第二聚光透镜，所述第二聚光透镜对所述显示屏的出射光线进行汇聚。

优选的，所述第二聚光透镜为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。

优选的，所述光源点式LED光源或面式LED光源。

优选的，所述反光杯为内表面是球面、椭球面或由至少一个自由曲面组成的凹面反光杯；或者，所述反光杯为由多块平面反射镜组成的柱体式或梯形台体式反光杯。

优选的，所述第一聚光透镜为双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜或菲涅尔透镜。

优选的，所述显示屏为液晶显示屏。

优选的，所述抬头显示系统的成像装置还包括支架，所述光源、所述反光杯、所述第一聚光透镜、所述匀光膜和所述显示屏通过所述支架依次连接固定构成所述抬头显示系统的成像装置。

优选的，所述抬头显示系统的成像装置还包括隔热透光材料和增亮膜，所述隔热透光材料设置在所述反光杯和所述匀光膜之间，所述增亮膜设置在所述匀光膜和所述显示屏之间。

本实用新型另一方面还提供一种抬头显示系统，其包括上述的抬头显示系统的成像装置，所述抬头显示系统将所述抬头显示系统的成像装置显示的高亮度图像发射至人眼，或者，通过反射装置将所述抬头显示系统的成像装置显示的高亮度图像反射至人眼。

本实用新型通过提供一种包括光源和沿光源发射的光线的主光路中轴线方向依次设置的反光杯、第一聚光透镜、匀光膜和显示屏的抬头显示系统的成像装置，可以有效减小显示屏的背光源发射的光线的发散角度，提高聚光效果，增强显示屏亮度，从而提高显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型的一个实施例提供的抬头显示系统的成像装置的爆炸结构示意图；

图2是本实用新型的一个实施例提供的利用图1所示的抬头显示系统的成像装置成像的光路示意图。

图3是本实用新型的另一实施例提供的抬头显示系统的成像装置的爆炸结构示意图；

图4是本实用新型的一个实施例提供的利用图3所示的抬头显示系统的成像装置成像的光路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供一种抬头显示系统的成像装置，其包括光源10、反光杯20、第一聚光透镜30、匀光膜40和显示屏50；其中，反光杯20、第一聚光透镜30、匀光膜40和显示屏50沿光源10发射的光线的主光路中轴线方向依次设置。

本实施例所提供的抬头显示系统的成像装置中各器件的工作原理为：

反光杯20将光源10发射的光线汇聚到第一聚光透镜30的入射面，第一聚光透镜30将其入射面入射的光线汇聚到匀光膜40的入射面，匀光膜40改变汇聚到其入射面的光线的扩散角度并形成均匀的高亮度背光源以照射显示屏50，显示屏50在高亮度背光源的照射下显示高亮度图像。

如图2所示，为本实施例提供的抬头显示系统的成像装置成像的光路示意图，该图中仅示例性的示出了光源10发射的五条光线(包括两条大角度光线、两条小角度光线和一条垂直光线)的光路示意图，实际上光线是一种几何的抽象，真实世界中不可能得到任何一条光线，在光学领域为了更加抽象直观的表示光的传播方向和传播特性而引入了光线的概念，图2所示的五条光线及其传播角度仅仅只是示例性的，并不代表光源实际发出的光线，实际应用中，光源发出的光线的角度可以包括多个角度，而不仅限于图2所示的几种角度。

在本实施例中，反光杯20、第一聚光透镜30和匀光膜40均为对称式结构，反光杯20、第一聚光透镜30和匀光膜40的几何中心均位于光源10发射的光线的主光路中轴线方向上。

在具体应用中，光源10可以为点式LED光源或面式LED光源，点式LED光源即为由单个LED灯构成的点光源，面式LED光源即为由多个LED灯排列组成的面光源。在本实施例中，光源10具体选用由多个LED灯规则排列构成的面阵式面光源，面阵式面光源发出的光线亮度均匀可以有效提高显示屏的显示效果。

在具体应用中，反光杯20可以为内表面是球面、椭球面或由至少一个自由曲面构成的凹面反光杯；或者，反光杯20可以为由多块平面反射镜组成的柱体式或梯形台体式反光杯。在本实施例中，反光杯20选用由多块平面反射镜组成的梯形台体式反光杯，该梯形台体式反光杯为中心对称式结构，可以使光源10发射的光线更加规律均匀的汇聚到第一聚光镜的入射面。

在具体应用中，第二聚光透镜30可以为双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜或菲涅尔透镜。第一聚光透镜的具体类型可以根据实际需要进行选择，图1中仅示例性的示出了第一聚光透镜的类型为双凸透镜。

本实施例中所指的匀光膜40又称为匀光板、扩散膜、扩散板或扩散片等，其主要工作原理是：光线从匀光膜中折射率相异的介质材料中穿过时，会发生折射、反射和散射现象，可以使通过匀光膜的光线方向得到修正形成均匀的面光源以达到光学扩散的效果。

在具体应用中，显示屏50可以为等离子显示屏、液晶显示屏或LED显示屏等。在本实施例中，显示屏50选用液晶显示屏。

在一个实施例中，图1所对应的实施例所提供的抬头显示系统的成像装置还包括支架，光源、反光杯、第一聚光透镜、匀光膜和显示屏通过该支架依次连接固定构成抬头显示系统的成像装置。

在具体应用中，该支架具体可以选用工程塑料、金属型材等材质制成，只要能够达到固定抬头显示系统的成像装置中的各器件且不影响各器件的工作性能的目的即可。

在一个实施例中，抬头显示系统的成像装置还包括隔热透光材料和增亮膜，隔热透光材料设置在反光杯和匀光膜之间，增亮膜设置在匀光膜和显示屏之间。

在具体应用中，隔热透光材料具体可以是隔热玻璃。

本实施例通过提供一种包括光源和沿光源发射的光线的主光路中轴线方向依次设置的反光杯、第一聚光透镜、匀光膜和显示屏的抬头显示系统的成像装置，可以有效减小显示屏的背光源发射的光线的发散角度，提高聚光效果，增强显示屏亮度，从而提高显示效果。

如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，图1所对应的实施例中的抬头显示系统的成像装置还包括设置在显示屏50的出光面的第二聚光透镜60，该第二聚光透镜60用于对显示屏50的出射光线进行汇聚，以提高显示屏50所显示的画面的亮度。

在具体应用中，第二聚光透镜主要是通过对显示屏的出射光线进行汇聚以减小显示屏的出射光线的出射视场角，来实现提高显示屏所显示的画面的亮度的目的。显示屏的出射光线的出射视场角即等于显示屏的出射光线直射或反射到人眼时，人眼所看到的显示画面的视场角，第二聚光透镜相当于是将显示屏的出射光线汇聚到了人眼视网膜，使人眼所看到的显示画面更加集中而不发散，从而使人眼在感官上感受到显示屏所显示的图像亮度高、画质清晰。

在具体应用中，第二聚光透镜60可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。图3中仅示例性的示出了第二聚光透镜60为平凸透镜。

如图4所示，为本实施例提供的抬头显示系统的成像装置成像的光路示意图，该图中仅在图2所示的光路中增加了第二聚光透镜之后的光路示意图，其仅示例性的示出了显示屏发射的五条光线经第二聚光透镜汇聚的光路。

本实施例通过在平面成像系统的显示屏的出光面增加一个聚光透镜，可以有效提高平面成像系统所显示的画面的亮度和清晰度。

本实用新型的一个实施例还提供一种抬头显示系统，其包括上述的抬头显示系统的成像装置，该抬头显示系统直接将抬头显示系统的成像装置显示的高亮度图像发射至人眼，或者，通过反射装置将抬头显示系统的成像装置显示的高亮度图像反射至人眼。

在具体应用中，该抬头显示系统可以应用于汽车，安装在汽车挡风玻璃外侧、内侧，或者，安装在汽车的驾驶台上。当抬头显示系统安装在汽车的驾驶台上时，抬头显示系统的成像装置显示的高亮度图像通过相应的反射装置反射至人眼，该反射装置可以是汽车挡风玻璃，还可以包括凹面反射镜等具有反射功能的器件。

本实施例通过提供一种包括上述抬头显示系统的成像装置的抬头显示系统，可以广泛应用于汽车、轮船、高铁列车等需要利用到平视显示功能的领域。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。