车载抬头显示装置以及车辆

技术领域

本申请实施例涉及HUD系统技术领域，更具体地，本申请实施例涉及一种车载抬头显示装置以及车辆。

背景技术

现有的HUD系统，其中的图像产生单元PGU除了采用薄膜场效应晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)之外，还有使用LCOS投影、LBS投影以及DLP投影的方式实现。为保证形成的投影图像均匀度及亮度，在上述的这些投影方案中需要将图像源投影到带有扩散和偏转功能的扩散膜上(Diffuser)，光线透过扩散膜再进入到HUD的反射系统，之后进入人眼形成虚像。扩散膜虽然可用于扩展投影的视场角度，但是扩散膜也会降低投影图像的亮度和清晰度，从而影响驾驶员的视觉体验。

发明内容

本申请的目的是提供一种车载抬头显示装置以及车辆的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种车载抬头显示装置。所述车载抬头显示装置包括包括反射系统及设置在所述反射系统一侧的反射式投影屏幕；

所述反射式投影屏幕用于将射入的投影光线反射向所述反射系统；

所述反射系统包括至少一个反射元件，用于将经所述反射式投影屏幕出射的投影光线再反射至车辆的挡风玻璃，所述投影光线经所述挡风玻璃反射后进入人眼。

可选地，所述反射式投影屏幕包括反射层，所述反射层的反射面具有微结构。

可选地，所述车载抬头显示装置满足：经所述反射式投影屏幕出射的主光线角度和扩散角度与射入所述反射系统的入射光线角度和扩散角度相适配。

可选地，所述投影光线投射至所述反射式投影屏幕的反射面并形成一个实像。

可选地，所述微结构包括按照设定方式排列的多个微反射单元，各所述微反射单元的边长或直径小于所述反射面上图像的单个像素尺寸。

可选地，所述反射层的反射面为平面或者曲面。

可选地，所述反射式投影屏幕还包括透光层，且所述透光层叠设在所述反射层的反射面上。

可选地，所述透光层的厚度小于1mm。

可选地，所述车载抬头显示装置还包括图像生成单元，用于输出待显示图像的投影光线；

所述反射式投影屏幕设置于所述图像生成单元输出的投影光线的传输路径上。

可选地，所述反射系统的反射元件为自由曲面反射镜或者平面反射镜。

可选地，所述反射系统包括第一自由曲面反射镜和第二自由曲面反射镜；

所述第一自由曲面反射镜位于所述反射式投影屏幕对所述图像生成单元输出的投影光线进行反射的传输路径上；

所述第二自由曲面反射镜位于所述第一自由曲面反射镜对所述投影光线进行反射的传输路径上。

可选地，所述反射系统包括单个自由曲面反射镜，且所述自由曲面反射镜位于所述反射式投影屏幕对所述图像生成单元输出的投影光线进行反射的传输路径上。

第二方面，本申请提供了一种车辆。所述车辆如权利要求1-12中任一项所述的车载抬头显示装置；以及，

挡风玻璃；

所述挡风玻璃设置在所述车载抬头显示装置的投影光线传输的传输路径上，所述挡风玻璃用于将经所述反射系统反射来的所述投影光线反射至人眼，所述人眼的光线的反向延长线在所述挡风玻璃前方的目标位置A处形成虚像。

本申请的有益效果为：

根据本申请实施例提供的车载抬头显示装置，通过在光学架构中使用反射式投影屏幕，使得用于成像的投影光线不经过扩散膜(Diffuser)进行调制，而是被反射至车辆的挡风玻璃后进入人眼，这样就可以在驾驶员视线前方投影形成虚像，形成的虚像在亮度及清晰度方面均有提升，从而可以提升用户的视觉体验。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1为本申请实施例提供的车载抬头显示装置的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的车载抬头显示装置的结构示意图之二；

图3为本申请实施例提供的反射式投影屏幕的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的反射式投影屏幕的反射面的光路图。

附图标记说明：

01、人眼；1、反射式投影屏幕；11、反射层；12、透光层；2、反射系统；21、第一自由曲面反射镜；22、第二自由曲面反射镜；23、自由曲面反射镜；3、图像生成单元；4、挡风玻璃。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图，对本申请实施例提供的车载抬头显示装置以及车辆进行详细地描述。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种车载抬头显示装置。所述车载抬头显示装置又称平视显示器(Head-up Display，简称HUD)，其为一种车载视觉辅助系统。将车载抬头显示装置安装在车辆中，可以用于将车速、油量等车辆状态信息以及导航、危险警示等指示信息投影显示于驾驶员视线前方适宜的位置，从而保证驾驶员的视线能够不偏离前方的路面，消除了驾驶员低头查看仪表盘而产生的视觉盲区，利于增加行车安全。

需要说明的是，本申请实施例提供的车载抬头显示装置，可以是基于挡风玻璃的HUD系统，也可以是基于增强现实(Augmented Reality，AR)技术的HUD系统，对此不做限制。

参见图1及图2，本申请示例性示出基于挡风玻璃的HUD系统。

本申请实施例提供的车载抬头显示装置，参见图1及图2，所述车载抬头显示装置包括反射系统2及设置在所述反射系统2一侧的反射式投影屏幕1。其中，所述反射式投影屏幕1用于将射入的投影光线反射向所述反射系统2；所述反射系统2包括至少一个反射元件，用于将经所述反射式投影屏幕出射的投影光线再反射至车辆的挡风玻璃4，所述投影光线经所述挡风玻璃4反射后进入人眼01。

根据本申请上述实施例提供的车载抬头显示装置，参见图1及图2，例如可以由一图像源(例如图像生成单元PGU)输出投影光线，所述投影光线可以为带有图像信息的光线，并将所述投影光线投射至所述反射式投影屏幕1。在本申请实施例提供的光学方案中，设计在图像源与反射系统2之间引入的一反射式投影屏幕1，且所述反射式投影屏幕1设计位于所述车载抬头显示装置的物面位置处。

其中，所述反射式投影屏幕1具有反射功能，可以将接收到的所述投影光线反射向车辆的挡风玻璃4，所述投影光线再经所述挡风玻璃4反射至人眼01，也即驾驶员的双目进行成像。参见图1，在人眼01形成的图像的反向延长线在车辆的前方合适的位置处形成虚像。

本申请上述实施例提供的车载抬头显示装置，将传统扩散膜(Diffuser)的方案替换为反射式投影屏幕1，所形成的新的光学架构能用以解决传统HUD的PGU结构中扩散膜(Diffuser)带来的弊端问题。

根据本申请实施例提供的车载抬头显示装置，通过在光学架构中使用反射式投影屏幕1，使得用于成像的投影光线不经过扩散膜(Diffuser)进行调制，而是被反射至车辆的挡风玻璃4后进入人眼01，在驾驶员视线前方的目标位置A处投影形成虚像，所形成的虚像在亮度及清晰度方面均有非常明显的提升，从而可以提升用户的视觉体验。其中，人眼01的位置即驾驶员的眼睛所在的位置。

根据本申请实施例提供的车载抬头显示装置，引入的反射式投影屏幕1可以与一侧的图像源(用于发出投影光线)形成第一套光学系统，反射系统2可以与车辆的挡风玻璃4形成第二套光学系统。

在本申请的一些示例中，参见图3及图4，所述反射式投影屏幕1包括反射层11，所述反射层11的反射面具有微结构。

本申请实施例提供的车载抬头显示装置，将传统的透射式扩散膜摒弃，而使用了反射式投影屏幕1。例如，参见图1及图2，投影光线在经过所述反射式投影屏幕1的反射后，将会以一特定的偏转角和视场角进入所述反射系统2中。而这一特定的偏转角和视场角应当是能满足所述反射系统2的入射需求的，这样才能保证最终形成的投影画面清晰完整。

若上述的这一特定的偏转角和视场角不能匹配所述反射系统2对于入射光线的需求，可能会导致最终形成的投影画面不完整，图像有缺失，这会影响驾驶员的观感。

其中，所述反射面上的微结构，其主要作用为使入射光偏转，和按一定角度进行光线扩散；如图4所示，光线偏转的角度和扩散角度要与车载抬头显示装置的二次光学系统相匹配，这里的二次光学系统指反射系统2。

所述反射式投影屏幕1包括反射层11，参见图3，所述反射层11可以采用高反射率材料制作，用于提高光能利用率，从而提升投影画面的清晰度及亮度。

在本申请的一些示例中，所述车载抬头显示装置满足：经所述反射式投影屏幕1出射的主光线角度和扩散角度与射入所述反射系统2的入射光线角度和扩散角度相适配。

根据本申请实施例提供的车载抬头显示装置，所述反射式投影屏幕1的位置与所述车载抬头显示装置的物面是重合的。从所述反射面上的微结构出射的主光线角度以及扩散角度，要与入射进入所述反射系统2的光线相匹配。如此，才能保证驾驶员能够看到清晰且完整的投影图像。

根据上述示例，主光线指的是每一个视场中有一条主要的光线，其他的扩散光线都是以该光线为轴扩散一定的角度，例如扩散角度为15～30°。

例如，在所述反射式投影屏幕1为长方形的情况下，它的长边方向和短边方向形成的扩散角度不同。具体地，短边方向的扩散角度可以为15°左右，而长边方向的扩散角度可以为30°左右。

在本申请的一些示例中，所述投影光线投射至所述反射式投影屏幕1的反射面并形成一个实像。

也就是说，外部的图像源所发出的投影光线会在所述反射式投影屏幕1上形成一个像。

在本申请的一些示例中，所述微结构包括按照设定方式排列的多个微反射单元，各所述微反射单元的边长或直径小于所述反射面上图像的像素尺寸。

所述微结构例如包括若干个尺寸非常小如微米级的微反射单元。

所述微结构中的多个微反射单元可以为周期性的整列排列，也可以是随机排列，本申请中对此不作具体限制。

对于反射面上的微结构而言，若所述微反射单元的尺寸过大，可能会造成最终投影画面的均匀度变差。而且，相邻的两个所述微反射单元之间无论是透射还是反射，最终成像都会有一些周期性的线条。

通过将所述微反射单元在尺寸上做到小于一个像素，这样，不会造成对最终投影图像的干扰和串扰，驾驶员目视的清晰度会更好。

在本申请的一些示例中，所述反射层11的反射面为平面或者曲面。

根据上述示例，当所述反射面为平面时，其投影成像的场曲和畸变更小一些，可以提高成像质量。

在本申请的一些示例中，所述反射式投影屏幕还包括透光层12，且所述透光层12叠设在所述反射层11的反射面上。

根据本申请实施例提供的反射式投影屏幕，其可以仅具有反射层11，还可以在所述反射层11的外侧增加透光层12，所述透光层12可以对所述反射层11的反射面进行保护。

可选的是，在所述透光层12背离所述反射层11的表面上可以增设增透膜。通过在透光层12上设置增透膜，可以进一步提升透光膜12的透光性能，可以将所述透光层12的反射率降低至0.5％以下，提高了光效。

但是，增透膜的厚度不能过厚，以防由于表面反射造成画面重影。

其中，所述增透膜可以通过镀膜的方式形成的所述透光层12的表面。

在本申请的一些示例中，所述透光层12的厚度为小于1mm。

若在所述反射层11的反射面上增设透光层12，此时，所述反射式投影屏幕1为复合结构，包括反射层11及透光层12，参见图3。

当在所述反射层11上增加所述透光层12时，要控制所述透光层12的厚度。所述透光层12的厚度不易过大，其可以在1mm以下。这是因为，即使所述透光层12的透过率很高，例如透过率可以为99.5％，但是还是不可避免的会有0.5％的反射光，所述透光层12包括两个面，光线透过时在两个面上均有一定量的反射，同一光线经两个面反射后若不完全重合，最终投影图像就会出现虚影等现象。为了避免或减轻这种情况，要求将所述透光层12的厚度设计的小一些，这样同一光线在两个面上的反射光不会有明显的差异，从而可以保证成像质量。

在本申请的一些示例中，参见图1及图2，所述车载抬头显示装置还包括图像生成单元3，用于输出待显示图像的投影光线；所述反射式投影屏幕1设置于所述图像生成单元3输出的投影光线的传输路径上。

根据上述示例，所述图像生成单元3用于发出待显示图像的投影光线。

例如，所述图像生成单元3可以发出RGB光线，以使得到的投影图像为彩色图像。

所述反射式投影屏幕1应当位于所述图像生成单元3的物面位置，可以接收到所述图像生成单元3发出的投影光线，并可以将投影光线转向投射至所述反射系统2，反射系统2及车辆的挡风玻璃4可以用于对投影光线进行投影成像。

在本申请的一些示例中，所述反射系统2的反射元件为自由曲面反射镜或者平面反射镜。

具体而言，所述反射系统2中可以包括两片自由曲面反射镜、一片自由曲面反射镜或者一片平面反射镜。在实际应用中，可以根据成像的距离要求和质量进行选择。

其中，自由曲面反射镜可以更好的校正图像的像差，利于提升投影图像的质量。

在本申请的一些示例中，所述反射系统2包括第一自由曲面反射镜21和第二自由曲面反射镜22；所述第一自由曲面反射镜21位于所述反射式投影屏幕1对所述图像生成单元3输出的投影光线进行反射的传输路径上；所述第二自由曲面反射镜22位于所述第一自由曲面反射镜21对所述投影光线进行反射的传输路径上。

在上述示例中，所述反射系统包括两个自由曲面反射镜，可以更好的提升投影图像的清晰度。

在本申请的一些示例中，所述反射系统2包括单个自由曲面反射镜23，且所述自由曲面反射镜23位于所述反射式投影屏幕1对所述图像生成单元3输出的投影光线进行反射的传输路径上。

根据上述示例，所述反射系统2包括单个自由曲面反射镜，该设计可以在保证基本成像质量要求的前提下，压缩整个装置的体积。

根据本申请的另一个实施例，提供了一种车辆。所述车辆包括如第一方面所述的车载抬头显示装置，以及挡风玻璃4；其中，所述挡风玻璃4设置在所述车载抬头显示装置的投影光线传输的传输路径上，所述挡风玻璃4用于将经所述反射系统反射来的所述投影光线反射至人眼01，所述人眼01的光线的反向延长线在所述挡风玻璃4前方的目标位置A处形成虚像，参见图1及图2。

当在车辆中使用本申请实施例提供的车载抬头显示装置，所述车载抬头显示装置可以与车辆的挡风玻璃4配合将图像生成单元3发出的投影光线投影成像，最终人眼01也即驾驶员的双目可以看到挡风玻璃4前方的目标位置A处形成的虚像。其中，目标位置可以根据具体情况设计，本申请对此不做限制。

本申请实施例的车辆的具体实施方式可以参照上述车载抬头显示装置各实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。