一种抬头显示设备的制作方法

本实用新型涉及抬头显示器技术领域，具体而言，涉及一种抬头显示设备。

背景技术：

hud(headupdisplay，抬头显示器)利用汽车挡风玻璃即可成像(虚像)，使得抬头显示器可以投出包含仪表盘信息的图像，驾驶员在观看挡风玻璃外部真实环境的同时，还可以观看到抬头显示器的成像，从而可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，可以提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。

传统hud内部设有像源，当外部强烈的光线入射到像源时，导致像源温度升高，可能影响像源正常工作。此外，hud一般还设有曲面镜，且像源接近曲面镜的焦平面，一般情况下hud可以正常工作。但是，当在车辆外部存在强光(比如太阳光)时，外部的光线可以透过挡风玻璃到达曲面镜，进而汇聚在曲面镜的焦平面上，导致汇聚的光斑可能烧坏像源，甚至导致车辆起火而发生事故。参见图1所示，当太阳在某个角度或位置时，太阳光可以透过挡风玻璃直接入射至hud的曲面镜1，使得光线汇聚在像源2附近，从而可能烧坏像源2。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种抬头显示设备。

本实用新型实施例还提供了一种抬头显示设备，包括：成像装置和曲面镜；

所述成像装置用于发出成像光线，并将所述成像光线射向所述曲面镜；所述成像光线用于在预设位置处成实像，且所述预设位置与所述曲面镜的焦平面之间的距离小于预设距离值；

所述曲面镜用于对所述成像光线进行反射，并将反射后的成像光线入射至外部的反射装置。

本实用新型实施例上述提供的方案中，利用可以成实像的成像装置在预设位置处形成实像，并将该实像作为抬头显示设备的像源，从而可以使得外部的反射装置正常成像。当外部光线入射至抬头显示设备内部时，光线只会在该预设位置附近聚焦，即外部光线不会聚集在成像装置处，从而可以保护成像装置，避免成像装置因外部光线过强而被烧坏。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出了抬头显示器的成像原理以及可能被烧毁的示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备的另一结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备中，成像装置成像的第一结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备中，成像装置成像的第二结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的阿贝成像原理示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的抬头显示设备中，成像装置成像的第三结构示意图。

图标：

10-抬头显示器本体、20-反射装置、110-像源、120-曲面镜、130-平面镜、40-成像装置、50-衍射光学元件、401-预设位置、410-像源、420-第一透镜部、430-背光组件、440-相位液晶层、450-第三透镜部、431-第一背光源、432-第二透镜部、433-第二背光源、434-第四透镜部。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供的一种抬头显示设备，参见图2所示，包括：成像装置40和曲面镜120。具体的，成像装置40用于发出成像光线，并将成像光线射向曲面镜120；同时，该成像装置40能够在预设位置401处成实像，即成像装置40发出的成像光线可以在预设位置401处成实像，且该预设位置401与该曲面镜120的焦平面之间的距离小于预设距离值。曲面镜120用于对成像光线进行反射，并将反射后的成像光线入射至外部的反射装置20。其中，该曲面镜具体可以是自由曲面镜、球面镜、双曲面镜、抛物面镜等。

本实用新型实施例中，该成像装置40可以在预设位置401处成实像，故预设位置401处所成的实像本身可以作为一个像源，利用该实像也可以实现抬头显示设备成像的功能。具体的，该实像发出的成像光线(本质上为成像装置40发出的成像光线)可以入射至反射装置20上，从而可以利用反射装置20成像。反射装置20为具有反射功能的透明装置，其具体可以是汽车内部额外设置的具有反射成像光线功能的部件，也可以是汽车的挡风玻璃，或者是涂覆在挡风玻璃内侧的透明反射膜，本实施例对此不做限定。图2中以反射装置20为挡风玻璃为例说明，成像光线入射至挡风玻璃后，可以在挡风玻璃外形成虚像供驾驶员查看。

如图2所示，该抬头显示设备包括曲面镜120。在传统抬头显示器中，像源设置在曲面镜120的焦平面附近，本实施例中的将成像装置20所成的实像设置在曲面镜120的焦平面附近。具体的，曲面镜120的焦平面与成实像的位置(即预设位置401)之间的距离小于预设距离值；该实像的成像光线入射至曲面镜120，经曲面镜120反射后将成像光线入射至外部的反射装置20。其中，该预设距离值为预先设置的距离阈值，该预设距离值可以人为设置，也可以基于抬头显示设备的尺寸或抬头显示设备所成像的距离来确定，此处不做限定；例如，该预设距离值可以为10cm、5cm、1cm、5mm、1mm等，只需要保证该预设位置401与曲面镜120的焦平面之间距离足够小即可，或者，该预设距离值可以为0，即预设位置401正好设置在曲面镜120的焦平面处。

本实用新型实施例提供的抬头显示设备，在正常工作状态下，成像装置40发出成像光线，并在预设位置401处形成实像，此时基于预设位置401所成实像发出的光线即可在反射装置20处成像。如图2所示，该实像发出的成像光线入射至曲面镜120处，曲面镜120对成像光线进行反射，且成像光线穿过抬头显示设备的出光口后入射至反射装置20处，使得反射装置20可以成虚像。

当外部光线入射至抬头显示设备时，如当外部的太阳位于汽车的某个特定方位时，太阳发出的太阳光正好可以穿过抬头显示设备的出光口进入该抬头显示设备的内部，进而太阳光可以入射至曲面镜120，该曲面镜120此时会将太阳光反射并聚焦至预设位置401附近，由于该预设位置401处只存在成像装置401所成的实像，并不存在任何器件，故外部光线不会在成像装置40处聚集，不会烧毁成像装置40。其中，抬头显示设备的“出光口”指的是出射成像光线的开口，但是外部的光线经由该“出光口”也可以入射到抬头显示设备内部，即该“出光口”对于外部光线来说是入光口。

本实用新型实施例提供的一种抬头显示设备，利用可以成实像的成像装置在预设位置处形成实像，并将该实像作为抬头显示设备的像源，从而可以使得外部的反射装置正常成像。当外部光线入射至抬头显示设备内部时，光线只会在该预设位置附近聚焦，即外部光线不会聚集在成像装置处，从而可以保护成像装置，避免成像装置因外部光线过强而被烧坏。

可选的，参见图3所示，该抬头显示设备还包括衍射光学元件50，所述衍射光学元件50设置在预设位置401处。此时，由于衍射光学元件50设置在成像装置40成实像的位置处，故在衍射光学元件50处可以成正常的实像。同时，衍射光学元件50能够对成像光线进行衍射，并将衍射后的成像光线入射至外部的反射装置20。该衍射光学元件(diffractiveopticalelements,doe)具体可以是成本较低的匀光片，或光束整形片(beamshaper)等。

本实用新型实施例中，该成像装置40可以成实像，且衍射光学元件50设置在成实像的位置处，故此时的衍射光学元件50本身可以作为一个像源，即本实施例中用成像装置40和衍射光学元件50代替传统抬头显示器中的像源，从而可以实现抬头显示设备成像的功能。具体的，经衍射光学元件50衍射后的成像光线可以入射至反射装置20上，从而可以利用反射装置20成像。优选的，衍射光学元件50位于曲面镜120的焦平面上；或者，衍射光学元件50位于曲面镜120的一倍焦距之内。

当外部光线入射至抬头显示设备内部时，外部光线经曲面镜120反射后可以聚焦在衍射光学元件50附近，由于衍射光学元件50透射率很高，即衍射光学元件50对光能的吸收比较低，故外部光线不会烧毁衍射光学元件50；同时，外部光线透过衍射光学元件50后发生衍射，不会在成像装置40处聚集，故同样不会烧毁成像装置40。

在上述实施例的基础上，参见图4所示，该成像装置40包括：像源410和第一透镜部420。如图4所示，像源410设置在第一透镜部420的一侧，且像源410与第一透镜部420之间的距离大于第一透镜部420的焦距；预设位置401位于该第一透镜部420的另一侧。像源410用于发出成像光线，成像光线透过第一透镜部420后在预设位置401处成相应的实像。图4中以该预设位置401处设有衍射光学元件50为例说明，即像源410可以在衍射光学元件50处形成实像，之后衍射光学元件50即可将成像光线再传送至外部的反射装置20。

本实用新型实施例中，该成像装置40利用透镜成像原理，可以在一倍焦距之外生成实像，即可以在衍射光学元件50处形成实像。具体的，第一透镜部420包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合(比如凸透镜与凹透镜的组合，菲涅尔透镜与凸透镜的组合，菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一项或多项。

在上述实施例的基础上，参见图5所示，该成像装置40包括：背光组件430和相位液晶层440。

具体的，背光组件430用于沿不同的预设方向发出光线，并将光线入射至相位液晶层440；相位液晶层440用于成与所需图像相对应的相位图，背光组件430发出的光线经相位液晶层440后成为成像光线，且入射至预设位置401处，成像光线在预设位置401处相干叠加形成所需图像；其中，相位图为所需图像经傅里叶分解后所生成的像。图5中以在预设位置401处设有衍射光学元件50为例说明，此时成像光线可以在衍射光学元件50处相干叠加形成所需图像。

基于阿贝成像原理，图像可以分解为一系列空间频率的频谱。参见图6所示，位于物面的图像在透镜的后焦平面(即频谱面)上形成该图像的傅里叶频谱图；根据惠更斯-菲涅耳原理，在频谱面上的这些图样可以看成许多相干次波源，即该频谱面上的各个发光点发出的光线可以在像面上相干叠加形成像。图6中的f表示透镜的焦距。

本实用新型实施例中，将用于成像的相位液晶层440设置在频谱面的位置处，即将可以成相位图的相位液晶层设置在该频谱面的位置处；同时，由背光组件430提供光源，且背光组件430发出的光线方向与阿贝成像中所需的光线一致。本实施例中，相位液晶层440的每个像素可以作为一个单独的成像像源并发出成像光线，成像光线在衍射光学元件50处相干叠加可以形成相应的图像，即所需图像。其中，该衍射光学元件50设置在像面的对应位置处。具体的，首先确定需要提供给用户的图像，即所需图像，对该所需图像进行傅里叶分解即可确定该所需图像所对应的相位图；之后控制相位液晶层440形成该相位图即可。

可选的，参见图5所示，该背光组件430包括第一背光源431和第二透镜部432。其中，第一背光源431设置在第二透镜部432的一侧，且第一背光源431与第二透镜部432之间的距离大于第二透镜部432的焦距。相位液晶层440设置在第二透镜部432的另一侧，且位于第二透镜部432的焦平面上。

本实用新型实施例中，利用第二透镜部432形成该相位液晶层440成像时所需的光线。如图5所示，相位液晶层440设置在第二透镜部432的右焦平面上，即相位液晶层440与第二透镜部432之间的距离是该第二透镜部432的焦距f。第一背光源431设置在第二透镜部432的左侧，且第一背光源431、第二透镜部432、衍射光学元件50之间的相对位置预先设置，以保证相位液晶层440可以在衍射光学元件50上正常成像。

本实施例中，第二透镜部432包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合(比如凸透镜与凹透镜的组合，菲涅尔透镜与凸透镜的组合，菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一项或多项。

在上述实施例的基础上，参见图7所示，该抬头显示设备的成像装置40不仅包括背光组件430和相位液晶层440，还包括第三透镜部450。如图7所示，该相位液晶层440设置在第三透镜部450的一侧，且相位液晶层440设置在第三透镜部450的焦平面上，即相位液晶层440与第三透镜部450之间的距离是第三透镜部450的焦距f；预设位置401位于第三透镜部450的另一侧，且预设位置位于第三透镜部450的另一焦平面处。图7中以预设位置401处设有衍射光学元件50为例说明，且衍射光学元件50与第三透镜部450之间的距离也是第三透镜部450的焦距f。此时，相位液晶层440发出的成像光线透过第三透镜部450后在衍射光学元件50处成相应的实像。

本实用新型实施例中，该背光组件430发出的光线按照4f系统成像时的光线进行传输，即背光组件430发出的光线方向与4f系统中所需的光线一致。本实施例中，相位液晶层440的每个像素可以作为一个单独的成像像源并发出成像光线，成像光线经该第三透射部450后可以在衍射光学元件50处相干叠加，并形成相应的图像，即所需图像。具体的，首先确定需要提供给用户的图像，即所需图像，对该所需图像进行傅里叶分解即可确定该所需图像所对应的相位图；之后控制相位液晶层440形成该相位图即可。

可选的，参见图7所示，该背光组件430包括：第二背光源433和第四透镜部434。第二背光源433设置在第四透镜部434的一侧，且第二背光源433设置在第四透镜部434的焦平面上；相位液晶层440设置在第四透镜部434的另一侧，且位于第四透镜部434的焦平面上。第三透镜部450和第四透镜部434设置在相位液晶层440的两侧，且第三透镜部450的焦平面和第四透镜部434的焦平面重合。可选的，第三透镜部450和第四透镜部434的焦距相同，即两个透镜部的结构相同。

本实用新型实施例中，第二背光源433上的每个点可以看做一个点光源，该点光源发出的光线经过第四透镜部434后即为平行光，利用第四透镜部434即可形成该相位液晶层440成像时所需的光线。如图7所示，相位液晶层440设置在第四透镜部434的右焦平面上，即相位液晶层440与第四透镜部434之间的距离是该第四透镜部434的焦距f。第二背光源433设置在第四透镜部434的左侧，且第二背光源433、第四透镜部434、相位液晶层440、第三透镜部450、衍射光学元件50之间的相对位置预先设置，且相邻两部件之间的距离相同，以保证相位液晶层440可以在衍射光学元件50上正常成像。

可选的，第三透镜部450和第四透镜部434二者均可以包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合(比如凸透镜与凹透镜的组合，菲涅尔透镜与凸透镜的组合，菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一项或多项。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。