投影模组、抬头显示装置及汽车的制作方法

1.本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种投影模组、抬头显示装置及汽车。


背景技术：

2.抬头显示装置(head up display，简称hud)是目前常用于车辆或飞机等交通工具上的一种综合电子显示装置。抬头显示装置能够将当前时速、导航路线等重要的行车信息投影到驾驶员前面的引擎盖上方或车头的前方5m处，从而使得驾驶员能够在驾驶过程中，不用转头或低头就能看到导航或车速信息。而现有技术中的抬头显示装置，通常利用多个反射镜进行配合以将光线反射至成像部件，而多个反射镜的使用导致抬头显示装置的体积较大，容易与车辆仪表板管梁和空调管路干涉，难以装车。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例公开了一种投影模组、抬头显示装置及汽车，能够减小抬头显示装置的体积。
4.为了实现上述目的，第一方面，本实用新型公开了一种投影模组，包括：
5.图像源；
6.光波导；
7.第一透镜单元，所述第一透镜单元位于所述图像源的出射光路上，所述第一透镜单元用于将所述图像源发出的光线准直后耦入所述光波导，使得所述光波导对准直后的所述光线进行传输并耦出；以及
8.第二透镜单元，所述第二透镜单元包括投射超透镜，所述第二透镜单元位于所述光波导的出射光路上，所述第二透镜单元用于接收经所述光波导耦出的光线并将其出射至预设成像部件以实现成像。
9.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第一方面的实施例中，所述光波导包括波导基底以及间隔设于所述波导基底的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅用于使所述第一透镜单元准直后的光线耦入至所述波导基底，所述波导基底用于传输耦入的所述光线至所述第二光栅，所述第二光栅用于将所述光线耦出；
10.所述第一光栅和所述第二光栅均为体全息光栅。
11.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第一方面的实施例中，所述图像源为液晶显示器件、发光半导体显示器件、硅基液晶显示器件或数字微镜器件中的一种。
12.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第一方面的实施例中，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元分别位于所述光波导的相背两侧。
13.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第一方面的实施例中，所述第一透镜单元包括准直超透镜。
14.第二方面，本实用新型公开了一种抬头显示装置，所述抬头显示装置包括壳体以及如第一方面所述的投影模组，所述投影模组设于所述壳体内。
15.第三方面，本实用新型公开了一种汽车，所述汽车包括车辆本体以及如第二方面所述的抬头显示装置，所述车辆本体具有所述成像部件，所述抬头显示装置设于所述车辆本体内，以投影至所述成像部件进行成像。
16.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第二方面的实施例中，所述第一透镜单元、所述第二透镜单元以及所述光波导水平设于所述车辆本体内，所述第一透镜单元准直后的光线垂直耦入所述光波导，并垂直耦出所述光波导。
17.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第二方面的实施例中，所述第一透镜单元用于位于所述光波导的远离用户的一端，所述第二透镜单元用于位于所述光波导的靠近用户的一端。
18.作为一种可选的实施方式，在本实用新型第二方面的实施例中，所述成像部件为楔形挡风玻璃。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
20.本实用新型实施例提供的一种投影模组、抬头显示装置及汽车，通过第一透镜单元将图像源发出的光线准直后耦入光波导，利用光波导传输光线并使光线耦出至第二透镜单元，经过第二透镜单元调整后将光线投射至成像部件，例如风挡玻璃，以进行成像。本实用新型中利用光波导与第一透镜单元、第二透镜单元进行成像，相比利用多个反射镜的反射面相对设置以传输光线的方式，第一透镜单元、第二透镜单元与光波导之间的距离较近，有利于使得投影模组的体积较小，同时，第二透镜单元包括投射超透镜，由于投射超透镜的公差较小，有利于减小第二透镜单元中的透镜数量，减少第二透镜单元在光轴上的厚度，进一步减小抬头显示装置的体积。
附图说明
21.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。
22.图1是本实用新型实施例提供的投影模组的结构示意图；
23.图2是本实用新型实施例提供的汽车的结构示意图。
24.主要附图标记说明：
25.10、抬头显示装置；11、图像源；12、光波导；13、第一透镜单元；14、第二透镜单元；15、壳体；20、车辆本体；21、成像部件；100、汽车。
具体实施方式
26.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或单元成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
28.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
29.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或单元成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，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。
30.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或单元成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或单元成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
31.下面将结合实施例和附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
32.请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种投影模组，该投影模组包括图像源11、光波导12、第一透镜单元13以及第二透镜单元14，第一透镜单元13位于图像源11的出射光路上，第一透镜单元13用于将图像源11发出的光线准直后耦入光波导12，使得光波导12对准直后的所述光线进行传输并耦出，第二透镜单元14包括投射超透镜，第二透镜单元14位于光波导12的出射光路上，第二透镜单元14用于接收经光波导12耦出的光线并将其出射至预设成像部件21以实现成像。
33.由于相关技术中的抬头显示装置中多采用多个反射镜相互配合，以将图像源11发出的光线传输至成像部件21实现成像，且反射镜多为曲面反射镜，反射镜的反射面需要相对设置，且反射镜之间的间隔较大，导致抬头显示装置的体积较大，而本技术中采用光波导12、第一透镜单元13和第二透镜单元14将图像源11发出的光线传输至成像部件21实现成像，相比相关技术中采用多个反射镜的方式而言，本技术中经第一透镜单元13出射的光线近似平行，不仅有利于提高光线利用率，同时第一透镜单元13与光波导12之间的距离可适当减小，而经光波导12耦出的光线也近似平行，则光波导12和第二透镜单元14之间的距离也可适当减小，有利于减小抬头显示装置的体积。
34.此外，第二透镜单元14中包括投射超透镜，投射超透镜可包括基底以及设于基底上同一表面的多个纳米结构，多个纳米结构可以被布置为多个环形形状，而纳米结构的宽度、高度以及相邻纳米结构之间的距离可根据实际情况进行调整。可以理解的，由于投射超透镜为扁平状的透镜，其表面的平坦特性有利于避免投影成像中图像变形失真的情况出现，适配于具有不同曲率的成像部件21，同时有利于减小成像的色差，从而减少用于调整图像色差的非球面透镜的数量，以减薄第二透镜单元14于光轴上的尺寸，进而有利于减小投影模组的体积，实现抬头显示装置的小型化设计。
35.可以理解的是，除了超透镜之外，第二透镜单元14还可包括非球面透镜，通过非球面透镜和超透镜一同调整自光波导12耦出的光线的传输方向，以使光线能够经过调整后投射至成像部件21。
36.第一透镜单元13包括至少一枚透镜。一些实施例中，第一透镜单元13包括准直超透镜，准直超透镜可包括基底以及设于基底上同一表面的多个纳米结构，多个纳米结构可
被布置为多个环形形状。准直超透镜配置成将来自图像源11的光线准直并耦入光波导12的透镜。由于准直超透镜为扁平透镜，有利于减小成像的色差，提高成像品质。
37.一些实施例中，第一透镜单元13和第二透镜单元14分别位于光波导12的相背两侧，从而有利于更加灵活的选择耦入光波导12的光线、耦出光波导12的光线的方向。可以理解的是，图像源11和成像部件21分别位于光波导12的相背两侧，第一透镜单元13位于光波导12与图像源11之间，第二透镜单元14位于光波导12与成像部件21之间。
38.在其他实施例中，第一透镜单元13、第二透镜单元14以及图像源11也可分别位于光波导12的同一侧。
39.一些实施例中，光波导12包括波导基底以及间隔设于波导基底的第一光栅和第二光栅，第一光栅用于使第一透镜单元13准直后的光线耦入至波导基底，波导基底用于传输耦入的光线至第二光栅，第二光栅用于将光线耦出。其中，第一光栅和第二光栅均为体全息光栅，由于体全息光栅具有较高的耦合效率，因此本实施例中选用体全息光栅作为第一光栅和第二光栅，有利于使得更多光线耦合进入到光波导12本体内部，进而获得较高的耦合效率和光线利用率。
40.其中，第一光栅、第二光栅可为透射型体全息光栅，即，图像源11发出的光线透射第一光栅，再射向波导基底，经波导基底传输至第二光栅，透射第二光栅并向第二透镜单元14传输。第一光栅、第二光栅为透射型体全息光栅时，第一光栅设于波导基底的耦入区域所在的表面，第二光栅设于波导基底的耦出区域所在的表面，若第一光栅和第二光栅分别位于波导基底的两侧，则第一透镜单元13和第二透镜单元14可如前文所述一般，分别位于光波导12的相背两侧。
41.其他实施例中，光波导12也可包括波导基底以及用于耦入光线和耦出光线的表面浮雕光栅。
42.一些实施例中，图像源11为液晶显示器件、发光半导体显示器件、硅基液晶显示器件或数字微镜器件中的一种。也即是说，该显示模组适用于多种图像源11，可根据实际情况选择器件搭配辅助器件生成图像。
43.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种抬头显示装置，如图1所示，该抬头显示装置10包括壳体15以及如第一方面所述的投影模组，所述投影模组设于所述壳体内15。该抬头显示装置10具有上述的投影模组，有利于实现小型化设计，减少对车辆本体或飞行器本体内部空间的占用。可以理解的是，投影模组设于壳体15中，不仅方便整体安装至车辆本体或飞行器本体内，同时还有利于保护投影模组，避免受到外物碰撞而损坏。
44.第三方面，本实用新型实施例还提供了一种汽车，如图2所示，该汽车100包括车辆本体20以及如前文所述的抬头显示装置10，车辆本体20具有成像部件21，抬头显示装置10设于车辆本体20内，以投影至成像部件21进行成像。其中，成像部件21可为车辆本体20的挡风玻璃。由于汽车100具有上述的抬头显示装置10，有利于减少车辆本体20内部空间的占用，避免与其余部件之间相互干涉，有利于降低汽车100组装难度。
45.一些实施例中，成像部件21为楔形挡风玻璃。可以理解的，楔形挡风玻璃是指具有相对的第一端和第二端的挡风玻璃，且楔形挡风玻璃的厚度沿着第一端向第二端的方向上逐渐减小。以车辆本体20的楔形挡风玻璃作为成像部件21，一方面是因为挡风玻璃是车辆本体20自身的结构部件，将挡风玻璃作为成像部件21，可以减少车辆本体20所需部件的数
量，能够有效降低车辆本体20的生产成本。另一方面，采用楔形形状的挡风玻璃可以避免虚像存在重影的问题，有利于提高成像效果。
46.一些实施例中，第一透镜单元、第二透镜单元以及光波导水平设于车辆本体20内，以使第一透镜单元准直后的光线垂直耦入光波导，并垂直耦出光波导。也即是说，抬头显示装置10装设于车辆本体20进行初始化设置时，第一透镜单元准直后的光线可近似垂直于地面，光波导耦出的光线也可近似垂直于地面，以便对抬头显示装置10进行测试和标定。
47.可以理解的是，在汽车100实际驾驶过程中，抬头显示装置10可适当进行微调，此时，光波导、第一透镜单元、第二透镜单元可为非水平的状态。
48.一些实施例中，第一透镜单元用于位于光波导的远离用户的一端，第二透镜单元用于位于光波导的靠近用户的一端。这样，抬头显示装置10在车辆本体20上的位置可适当朝远离驾驶员的一侧移动，也即是朝车辆本体20的头部位置移动，以避让驾驶位所需的其他部件。
49.以上对本实用新型实施例公开的投影模组、抬头显示装置及汽车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的投影模组、抬头显示装置及汽车及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。