抬头显示器及汽车的制作方法

本公开一般涉及图像显示领域，尤其涉及抬头显示器及汽车。

背景技术

为了在现代的车辆中提高舒适性和安全性，越来越多的车辆配备了抬头显示器(hud)。通常抬头显示器是通过反射成像系统将小显示屏显示的行车信息(常用尺寸为1.8英寸或3.1英寸)成像为悬浮在发动机盖上方的虚拟的图像。车载抬头显示技术可以使驾驶员在不打断对路况观察的情况下，观察到车载系统获取的驾驶辅助信息，可以有效地提高交通系统的运行效率，保障行车安全。车载抬头显示器正朝着大视角、远投影距离的增强现实显示方向发展，对光学系统的性能提出了更高的要求。但是，基于反射成像原理的离轴光学系统受到基本几何光学原理制约，在视角增大的同时镜面尺寸增加，体积也随之变大；同时，离轴系统的像差也会增大，设计会进一步复杂化，不利于缩小体积。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种集成度高且体积小的抬头显示器。

第一方面，提供一种抬头显示器，包括

图像生成单元和光学模组，光学模组包括包括第一光学组件、第二光学组件、第三光学组件；

图像生成单元用于出射第一投影光线至第一光学组件，第一投影光线为线偏振光；

第一光学组件用于反射或者透射第一投影光线、第二投影光线和第三投影光线；

第二光学组件用于接收第一光学组件反射或者透射的第一投影光线并改变第一投影光线的偏振方向，得到第二投影光线，并将第二投影光线反射回第一光学组件；

第三光学组件用于接收第一光学组件反射或者透射的第二投影光线并改变第二投影光线的偏振方向，得到第三投影光线，并将第三投影光线反射回第一光学组件。

在本发明的一或多个实施例中，第一光学组件包括偏振分光元件，偏振分光元件用于对不同光路的线偏振光进行选择性透射或反射。

在本发明的一或多个实施例中，第一投影光线为p偏振光，第二投影光线为s偏振光，第三投影光线为p偏振光；

第一光学组件用于将接收到的第一投影光线透射至第二光学组件，将接收到第二投影光线反射至第三光学组件，将接收到的第三投影光线透射。

在本发明的一或多个实施例中，第一投影光线为s偏振光，第二投影光线为p偏振光，第三投影光线为s偏振光；

第一光学组件用于将接收到的第一投影光线反射至第二光学组件，将接收到第二投影光线透射至第三光学元件，将接收到的第三投影光线反射。

在本发明的一或多个实施例中，第二光学组件包括第一偏振变换元件和第一反射元件；第三光学组件包括第二偏振变换元件和第二反射元件。

在本发明的一或多个实施例中，第一反射元件和第二反射元件中至少一个为凹面镜。

在本发明的一或多个实施例中，第一反射元件和第二反射元件之一为平面镜。

在本发明的一或多个实施例中，图像生成单元包括第一显示元件和半波片；

第一显示元件用于出射线偏振光；

半波片用于改变第一显示元件出射的线偏振光的偏振方向，以获得第一投影光线。

在本发明的一或多个实施例中，图像生成单元包括第二显示元件和偏振片；

第二显示元件用于出射非线偏振光；

偏振片将第二显示元件出射的非线偏振光转换为线偏振光，以获得第一投影光线。

在本发明的一或多个实施例中，第一偏振变换元件和第二偏振变换元件分别为1/4波片。

在本发明的一或多个实施例中，光学模组还包括第四光学组件；

第四光学组件用于接收第一光学组件反射或者透射的第三投影光线并反射，供人眼接收。

在本发明的一或多个实施例中，第四光学组件包括车辆的风挡玻璃。

第二方面，一种车辆，车辆包括本发明各实施例提供的的抬头显示器。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过图像生成单元结合光学模组实现光束的多次传播，解决了传统抬头显示器中光路所占的空间大的问题，获得缩小体积的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请实施例的抬头显示器的示例性结构框图；

图2示出了根据本申请实施例的抬头显示器的示例性结构示意图；

图3示出了根据本申请实施例的抬头显示器的另一示例性结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，示出了根据本申请实施例的抬头显示器的示例性结构框图。如图所示，一种抬头显示器，

包括图像生成单元11和光学模组10，光学模组10包括第一光学组件13、第二光学组件14、第三光学组件16和第四光学组件12；

图像生成单元11用于出射第一投影光线a至第一光学组件13，第一投影光线a为线偏振光；

第一光学组件13用于反射或者透射第一投影光线a、第二投影光线b和第三投影光线c；

第二光学组件14用于接收第一光学组件13反射或者透射的第一投影光线a并改变第一投影光线a的偏振方向，得到第二投影光线b，并将第二投影光线b反射回第一光学组件13；

第三光学组件16用于接收第一光学组件13反射或者透射的第二投影光线b并改变第二投影光线的偏振方向，得到第三投影光线c，并将第三投影光线c反射回第一光学组件13；

第四光学组件12用于接收第一光学组件13反射或者透射的第三投影光线c并反射，供人眼接收。图像生成单元11出射的第一投影光线a通过第一光学组件13、第二光学组件14、第三光学组件16的相互配合，多次通过第一光学组件13的透射和反射后入射至第四光学组件12，供人眼接收。上述结构提高了抬头显示器的集成度减小了体积。

在一些实施例中，第一光学13组件包括偏振分光元件103，偏振分光元件103用于对不同光路的线偏振光进行选择性透射或反射。实际应用中，该偏振分光元件可为偏振分光镜，该偏振分光镜可由高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜，斜边与第一偏振变换元件104或第二偏振变换元件106形成一定夹角，优选地，该夹角为45度角。

请参考图2，示出了根据本申请实施例的抬头显示器的示例性结构示意图。第一投影光线a1为p偏振光，第二投影光线b1为s偏振光，第三投影光线c1为p偏振光；

包括偏振分光镜103的第一光学组件用于将接收到的第一投影光线a1透射至第二光学组件，该第二光学组件包括第一偏振变换元件104和第一反射元件105。该第一光学组件又将接收到的第二投影光线b1反射至第三光学组件，该第三光学组件包括第二偏振变换元件106和第二反射元件107。该第一光学组件再将接收到的第三投影光线c1透射至第四光学组件，第四光学组件包括反射元件102。

接着，请参考图3，示出了根据本申请实施例的抬头显示器的另一示例性结构示意图。第一投影光线a2为s偏振光，第二投影光线b2为p偏振光，第三投影光线c2为s偏振光；

第一光学组件103用于将接收到的第一投影光线a2反射至第二光学组件，该第二光学组件包括第一偏振变换元件104和第一反射元件105；该第一光学组件将接收到第二投影光线b2透射至第三光学元件，该第三光学组件包括第二偏振变换元件106和第二反射元件107；该第一光学组件再将接收到的第三投影光线反射至第四光学组件，第四光学组件包括反射元件102。

在一些实施例中，第一反射元件105和第二反射元件107中至少一个为凹面镜。为了能够调整光焦度，获得较小的系统像差，至少应包括一凹面镜。当然，第一反射元件105和第二反射元件107均可为凹面镜。具体地，凹面镜可采用非球面或球面，以满足预设内视角成像的需求。另外，当反射元件102的非对称性较明显时，凹面镜可采用非旋转对称自由曲面，以保证成像质量。

在一些实施例中，第一反射元件105和第二反射元件107之一为平面镜。一反射元件为凹面镜时，另一反射元件可为平面镜。

在一些实施例中，该图像生成单元11包括第一显示元件和半波片；第一显示元件用于出射线偏振光；半波片用于改变第一显示元件出射的线偏振光的偏振方向，以获得第一投影光线。例如，第一显示元件为lcd、lcos(liquidcrystalsilicon)等出射线偏振光的液晶显示器件时，选用出射光偏振方向与p偏振光或s偏振光一致的显示器件即可；若出射偏振光线与p偏振方向或者s偏振方向不一致，可以在出射表面加如半波片，调整半波片快轴与偏振方向的角度，以得到所需的p偏振光或s偏振光。

在一些实施例中，图像生成单元11可包括第二显示元件和偏振片；第二显示元件用于出射非线偏振光；偏振片将第二显示元件出射的非线偏振光转换为所需的线偏振光，以获得第一投影光线。

在一些实施例中，第一偏振变换元件104和第二偏振变换元件106分别为1/4波片。

根据1/4波片能够将入射的线偏振光转换为圆偏振光，或者将入射圆偏振光转换为线偏振光的特性，图2中的偏振变换元件采用1/4波片后抬头显示器的光路具体如下：图像生成单元101出射的p偏振光透射偏振分光层103入射至第一偏振变换元件104，透射第一偏振变换元件104的p偏振光转换为左旋(或右旋)圆偏振光，经第一反射元件105的反射后成为右旋(或左旋)圆偏振光，再次透射第一偏振变换元件104后转换为s偏振光，并第二次入射至偏振分光层103。

经偏振分光层103反射的s偏振光入射至第二偏振变换元件106，透射第二偏振变换元件106后转换为左旋(或右旋)圆偏振光，经第二反射元件107的反射后成为右旋(或左旋)圆偏振光，再次透射第二偏振变换元件106后转换为p偏振光，并第三次入射至偏振分光层103，并通过偏振分光层103的透射后入射至反射元件102。整个过程中光线3次到达pbs(偏振分光镜)表面，在内部多次透反射，可以有效提高光束的空间密度，缩小系统体积。可见，在本发明中偏振分光层对不同光路的线偏振光起到选择性透射或反射的作用，并未起到将光束分成两束传播方向垂直的线偏振光的分光的作用。

同理，图3中的偏振变换元件采用1/4波片后抬头显示器的光路具体如下：图像生成单元101出射的s偏振光透射偏振分光层103入射至第一偏振变换元件104，反射第一偏振变换元件104的s偏振光转换为左旋(或右旋)圆偏振光，经第一反射元件105的反射后成为右旋(或左旋)圆偏振光，再次透射第一偏振变换元件104后转换为p偏振光，并第二次入射至偏振分光层103。

经偏振分光层103透射的p偏振光入射至第二偏振变换元件106，透射第二偏振变换元件106后转换为左旋(或右旋)圆偏振光，经第二反射元件107的反射后成为右旋(或左旋)圆偏振光，再次透射第二偏振变换元件106后转换为s偏振光，并第三次入射至偏振分光层103，并通过偏振分光层103的反射后入射至反射元件102。

优选地，反射元件102为车辆的风挡玻璃。在本实施例，观察者能够在车辆前方观察到独立的清晰投影。p偏振光入射至风挡玻璃的角度与反射率相关，当反射率较低时，可通过在风挡玻璃上增镀反射膜，提高反射率。

本发明还提供一种车辆，车辆包括上述实施例中所提供的抬头显示器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。