CN118377143B - 空中成像车载显示装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学成像设备技术领域，提供一种空中成像车载显示装置及车辆。上述的空中成像车载显示装置，包括：显示器和成像组件，显示器发出的图像光线入射至成像组件内；成像组件包括层叠设置的第一光波导元件、光线引导元件和第二光波导元件，第二光波导元件与第一光波导元件正交设置；第一光波导元件包括多个第一光波导，每个第一光波导具有至少一个弯折部；光线引导元件用于将经过弯折部的图像光线反射至第二光波导元件中。上述的空中成像车载显示装置，增大了可视角的范围，使车内人员都能在更大的视角范围内看到浮空实像；可将射入弯折部的图像光线反射至第二光波导元件中，减少了图像光线传播过程中的损耗，提高了浮空实像的清晰度。

Description

空中成像车载显示装置及车辆

技术领域

本发明涉及光学成像设备技术领域 ，尤其涉及一种空中成像车载显示装置及车辆。

背景技术

常见的成像透镜组件包括微透镜阵列、菲尼尔透镜组、长条形反射器或二面角反射器等，二面角反射器利用两层周期性分布的光波导阵列，使光线在两层光波导阵列中各发生一次全反射，由于两层光波导阵列是相互正交的矩形结构，会使得第一次全反射时的入射角和第二次全反射时的出射角相同，进而在光线经过光波导阵列后在空中形成1:1的浮空实像。

然而，现有技术可视角小，在图像光线传播过程中，部分光线无法由第一层光波导阵列反射至第二层光波导阵列中，光线散失致使汇聚后的图像光线较少，降低了浮空实像的清晰度。

发明内容

本发明提供一种空中成像车载显示装置及车辆，解决现有技术中，可视角小、部分光线无法由第一光波导阵列反射至第二光波导阵列中，致使浮空实像清晰度下降的缺陷，实现增大可视角范围、提高浮空实像清晰度，以使车内人员均能看到浮空实像。

本发明提供一种空中成像车载显示装置，包括：显示器和成像组件，所述显示器发出的图像光线入射至所述成像组件内； 所述成像组件包括：层叠设置的第一光波导元件、光线引导元件和第二光波导元件，所述第一光波导元件邻近所述显示器设置，所述第二光波导元件与所述第一光波导元件正交设置；所述第一光波导元件包括多个第一光波导，多个所述第一光波导平行设置，每个所述第一光波导具有至少一个弯折部；所述光线引导元件用于将经过所述弯折部的图像光线反射至所述第二光波导元件中。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，每个所述第一光波导包括：连接的第一光波导段和第二光波导段，所述第一光波导段与所述第二光波导段的连接处形成第一弯折部；所述光线引导元件包括多个第三光波导，多个所述第三光波导平行设置，每个所述第三光波导包括：依次连接的第三光波导段、第四光波导段和第五光波导段，所述第三光波导段与所述第一光波导段的部分平行，所述第五光波导段与所述第二光波导段的部分平行，所述第四光波导段与所述第一弯折部相对。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，所述第一光波导还包括第六光波导段，所述第六光波导段与所述第二光波导段连接，所述第六光波导段与所述第二光波导段的连接处形成第二弯折部；所述第三光波导还包括连接的第七光波导段和第八光波导段，所述第七光波导段与所述第五光波导段连接，所述第八光波导段与所述第六光波导段的部分平行，所述第七光波导段与所述第二弯折部相对。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，所述第二光波导元件包括多个第二光波导，多个所述第二光波导平行设置；每个所述第二光波导包括依次连接的第九光波导段、第十光波导段和第十一光波导段，所述第九光波导段与所述第一光波导段正交设置，所述第十光波导段与所述第二光波导段正交设置，所述第十一光波导段与所述第六光波导段正交设置。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，所述第一光波导段与水平面之间的夹角为40°，所述第二光波导段与水平面之间的夹角为30°，所述第六光波导段与水平面之间的夹角为15°。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，多个所述第一光波导元件形成第一光波导阵列，所述第一光波导阵列的数量为多个，多个所述第一光波导阵列对称设置；多个所述第二光波导形成第二光波导阵列，多个所述第三光波导形成第三光波导阵列，所述第二光波导阵列和所述第三光波导阵列的数量与所述第一光波导阵列的数量相等，每个所述第一光波导阵列对应设置一个第二光波导阵列和一个第三光波导列阵。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，位于对称轴一侧的多个所述第一光波导阵列的设置角度不同。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，多个所述第一光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接，多个所述第二光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接，多个所述第三光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接。

根据本发明提供的一种空中成像车载显示装置，还包括反射镜，所述反射镜用于将所述显示器发出的图像光线反射至所述成像组件内。

本发明还提供一种车辆，包括车体和如上所述的空中成像车载显示装置，所述空中成像车载显示装置设置于所述车体内。

本发明提供的空中成像车载显示装置，通过把第一光波导设置成不同的角度，增大了可视角的范围，使车内人员都能在更大的视角范围内看到浮空实像；同时，可将射入弯折部的图像光线反射至第二光波导元件中，减少了图像光线传播过程中的损耗，提高了浮空实像的清晰度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的空中成像车载显示装置的结构示意图。

图2是图1中示出的成像组件的结构示意图。

图3是图2中示出的第一光波导元件的结构示意图。

图4是图2中示出的光线引导元件的结构示意图。

图5是第一光波导元件与光线引导元件叠设时的结构示意图。

图6是图2中示出的第二光波导元件的结构示意图。

图7是图2的俯视图。

附图标记 ：

1、显示器；2、反射镜；3、成像组件；4、挡风玻璃；31、第一光波导元件；32、光线引导元件；33、第二光波导元件；100、浮空实像；311、第一光波导阵列；321、第三光波导阵列；331、第二光波导阵列；3111、第一光波导段；3112、第二光波导段；3113、第六光波导段；3114、第一弯折部；3115、第二弯折部；3211、第三光波导段；3212、第五光波导段；3213、第八光波导段；3214、第四光波导段；3215、第七光波导段。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图7描述本发明的空中成像车载显示装置及车辆。

如图1和图2所示，在本发明的实施例中，空中成像车载显示装置包括：显示器1和成像组件3，显示器1发出的图像光线入射至成像组件3内。成像组件3包括：层叠设置的第一光波导元件31、光线引导元件32和第二光波导元件33，第一光波导元件31邻近显示器1设置，第一光波导元件31与第二光波导元件33正交设置。第一光波导元件31包括多个第一光波导，多个第一光波导平行设置，每个第一光波导具有至少一个弯折部，光线引导元件32用于将经过弯折部的图像光线反射至第二光波导元件33中。

具体来说，显示器1发出的图像光线射入成像组件3内，图像光线在第一光波导元件31中经过一次反射后射入第二光波导元件33中，在第二光波导元件33中发生反射后，在空中汇聚成竖立的浮空实像100。

在本实施例中，第一光波导元件31包括多个第一光波导，每个第一光波导并不是直的条形件，其具有至少一个弯折部。将第一光波导设置为具有弯折部的条形件，其好处是：增大了可视角的范围，人员可在更大的视角范围内看到浮空实像100。但是，当图像光线入射至弯折部时，图像光线被反射，其无法射入第二光波导元件33中，从而造成部分图像光线散失，进而影响了浮空实像100的清晰度。在本实施中，将光线引导元件32设置于第一光波导元件31和第二光波导元件33之间，入射至弯折部的图像光线反射后进入光线引导元件32内，被光线引导元件32反射至第二光波导元件33内再次进行反射，从而使此部分图像光线也能汇聚，进而使呈现出的浮空实像100更加清晰。

在本实施例中，显示器1具有高的分辨率和亮度，其亮度大于5000cd/m²。显示器1可以为LCD、LED、OLED、LCOS、DLP或者投影仪等中的一种。

本发明实施例提供的空中成像车载显示装置，通过把第一光波导设置成不同的角度，增大了可视角的范围，使车内人员都能在更大的视角范围内看到浮空实像；同时，可将射入弯折部的图像光线反射至第二光波导元件中，减少了图像光线传播过程中的损耗，提高了浮空实像的清晰度。

在本发明的实施例中，空中成像车载显示装置还包括反射镜2，反射镜2用于将显示器1发出的图像光线反射至成像组件3内。

如图3、图4和图5所示，在本发明的实施例中，每个第一光波导包括：连接的第一光波导段3111和第二光波导段3112，第一光波导段3111与第二光波导段3112的连接处形成第一弯折部3114。光线引导元件32包括多个第三光波导，多个第三光波导平行设置，每个第三光波导包括：依次连接的第三光波导段3211、第四光波导段3214和第五光波导段3212，第三光波导段3211与第一光波导段3111的部分平行，第五光波导段3212与第二光波导段3112的部分平行，第四光波导段3214与第一弯折部3114相对。

具体来说，第一光波导段3111和第二光波导段3112之间具有第一弯折部，第三光波导段3211和第五光波导段3212通过第四光波导段3214连接成过渡平滑的条形件，使第三光波导不具有弯折部。射入第一弯折部的图像光线反射至第四光波导段3214，由第四光波导段3214反射至第二光波导元件33内，从而使此部分图像光线也可以汇聚，进而提高了浮空实像100的清晰度。

进一步地，当第一光波导长度较长时，第一光波导还包括第六光波导段3113，第六光波导段3113与第二光波导段3112连接，第六光波导段3113与第二光波导段3112的连接处形成第二弯折部3115。相应地，第三光波导还包括连接的第七光波导段3215和第八光波导段3213，第七光波导段3215与第五光波导段3212连接，第八光波导段3213与第六光波导段3113的部分平行，第七光波导段3215与第二弯折部3115相对。

第八光波导段3213通过第七光波导段3215与第五光波导段3212连接成过渡平滑的条形件，入射至第二弯折部3115的图像光线被反射至第七光波导段3215，然后被第七光波导段3215反射至第二光波导元件33内进行反射，从而使此部分图像光线也可以汇聚。

如图6所示，第二光波导元件33包括多个第二光波导，多个第二光波导平行设置，每个第二光波导包括依次连接的第九光波导段、第十光波导段和第十一光波导段，第九光波导段与第一光波导段3111正交设置，第十光波导段与第二光波导段3112正交设置，第十一光波导段与第六光波导段3113正交设置。从而可使入射至第一光波导段3111的图像光线反射至第九光波导段，入射至第二光波导段3112的图像光线反射至第十光波导段，入射至第六光波导段3113的图像光线反射至第十一光波导段内，反射后的图像光线汇聚后形成浮空实像100。

进一步地，在本实施例中，第九光波导段可与第十光波导段直接连接形成弯折部，也可通过光波导段平滑过渡连接，仅需保证光线引导元件32射出的图像光线能够入射至第二光波导元件33中即可。相应地，第十光波导段与第十一光波导段之间的连接方式亦如是。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一光波导段3111与水平面之间的夹角为40°，第二光波导段3112与水平面之间的夹角为30°，第六光波导段3113与水平面之间的夹角为15°。通过将第一光波导的各个光波导段与水平面的夹角设置为不同角度，增大了入射光线的入射角，从而增大了浮空实像100成像后的可视角的范围。

如图3、图4、图6和图7所示，在本发明的实施例中，多个第一光波导元件31形成第一光波导阵列311，第一光波导阵列311的数量为多个，多个第一光波导阵列311对称设置。多个第二光波导形成第二光波导阵列331，多个第三光波导形成第三光波导阵列321，第二光波导阵列331和第三光波导阵列321的数量与第一光波导阵列311的数量相等，每个第一光波导阵列311对应设置一个第二光波导阵列331和一个第三光波导阵列321。

具体来说，当第一光波导阵列311的数量为多个时，多个第一光波导阵列311对称设置，即，以对称轴为中心，对称轴的一侧的第一光波导阵列311在对称轴的另一侧均对称设置有一个对应的第一光波导阵列311。相应地，每个第一光波导阵列311也均对应设置有一个第二光波导阵列331和一个第三光波导阵列321。通过将多个第一光波导阵列311拼接，增大了可视角的范围，使人员在更大的视角范围内均能够看到浮空实像100。

可选地，在本发明的实施例中，多个第一光波导阵列311可一体成型，也可通过粘接的方式拼接成一体件。相应地，多个第二光波导阵列331也可一体成型，或通过粘接的方式拼接成一体件，多个第三光波导阵列321亦如是。

进一步地，在本发明的实施例中，当第一光波导阵列311的数量为多个时，位于对称轴一侧的多个第一光波导阵列311的设置角度不同。

具体来说，以图3所示的第一光波导阵列311的排布方式来说，通过将两个第一光波导阵列311对称设置，增大了图像光线的入射角范围，使较大入射角范围的图像光线均能发生两次全反射，人眼可在更大的视角范围内看到浮空实像100。此种设置，虽然扩大了人眼看到浮空实像100的视觉范围，但是浮空实像100的两侧会存在残像。由此，将位于对称轴同一侧的多个第一光波导阵列311的设置角度设计为不同，可使人眼在更大的视角范围内看到浮空实像100，且不会产生残像。可以理解的是：位于对称轴一侧的第一光波导阵列311的数量较多时，人眼可在0°-180°的范围内均能看到浮空实像100。

本发明实施例提供的空中成像车载显示装置，通过将位于对称轴一侧的多个第一光波导阵列的设置角度设计为不同，不仅增大了人眼的视角范围，同时能够消除残像。

本发明实施例还提供了一种车辆，包括车体和空中成像车载显示装置，空中成像车载显示装置设置于车体内。

具体来说，当将空中成像车载显示装置设置于车体内时，浮空实像100呈现于车体的挡风玻璃4前方的空气中。当将现有技术中的空中成像车载显示装置应用于车体内时，可视角小，并且由于图像光线在成像过程中散失了部分光线，致使浮空实像100的清晰度有所下降。当太阳光照比较强烈时，会使浮空实像100更为模糊。而将本发明实施例提供的空中成像车载显示装置应用于车辆后，即可解决此问题。

具体地，空中成像车载显示装置包括：显示器1和成像组件3，显示器1发出的图像光线入射至成像组件3内。成像组件3包括：层叠设置的第一光波导元件31、光线引导元件32和第二光波导元件33，第一光波导元件31邻近显示器1设置，第一光波导元件31与第二光波导元件33正交设置。第一光波导元件31包括多个第一光波导，多个第一光波导平行设置，每个第一光波导具有至少一个弯折部，光线引导元件32用于将经过弯折部的图像光线反射至第二光波导元件33中。

具体来说，显示器1发出的图像光线射入成像组件3内，图像光线在第一光波导元件31中经过一次反射后射入第二光波导元件33中，在第二光波导元件33中发生反射后，在空中汇聚成竖立的浮空实像100。

在本实施例中，第一光波导元件31包括多个第一光波导，每个第一光波导并不是直的条形件，其具有至少一个弯折部。将第一光波导设置为具有弯折部的条形件，其好处是：增大了可视角的范围，人员可在更大的视角范围内看到浮空实像100。但是，当图像光线入射至弯折部时，图像光线被反射，其无法射入第二光波导元件33中，从而造成部分图像光线散失，进而影响了浮空实像100的清晰度。在本实施中，将光线引导元件32设置于第一光波导元件31和第二光波导元件33之间，入射至弯折部的图像光线反射后进入光线引导元件32内，被光线引导元件32反射至第二光波导元件33内再次进行反射，从而使此部分图像光线也能汇聚，进而使呈现出的浮空实像100更加清晰。

在本实施例中，显示器1具有高的分辨率和亮度，其亮度大于5000cd/m²。显示器1可以为LCD、LED、OLED、LCOS、DLP或者投影仪等中的一种。

本发明实施例提供的车辆，通过设置空中成像车载显示装置，增大可视角度，减少了图像光线传播过程中的损耗，提高了浮空实像的清晰度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种空中成像车载显示装置，其特征在于，包括：显示器和成像组件，所述显示器发出的图像光线入射至所述成像组件内；

所述成像组件包括：层叠设置的第一光波导元件、光线引导元件和第二光波导元件，所述第一光波导元件邻近所述显示器设置，所述第二光波导元件与所述第一光波导元件正交设置；

所述第一光波导元件包括多个第一光波导，多个所述第一光波导平行设置，每个所述第一光波导具有至少一个弯折部；

所述光线引导元件用于将经过所述弯折部的图像光线反射至所述第二光波导元件中；

每个所述第一光波导包括：连接的第一光波导段和第二光波导段，所述第一光波导段与所述第二光波导段的连接处形成第一弯折部；

所述光线引导元件包括多个第三光波导，多个所述第三光波导平行设置，每个所述第三光波导包括：依次连接的第三光波导段、第四光波导段和第五光波导段，所述第三光波导段与所述第一光波导段的部分平行，所述第五光波导段与所述第二光波导段的部分平行，所述第四光波导段与所述第一弯折部相对；

所述第一光波导还包括第六光波导段，所述第六光波导段与所述第二光波导段连接，所述第六光波导段与所述第二光波导段的连接处形成第二弯折部；

所述第三光波导还包括连接的第七光波导段和第八光波导段，所述第七光波导段与所述第五光波导段连接，所述第八光波导段与所述第六光波导段的部分平行，所述第七光波导段与所述第二弯折部相对；

所述第二光波导元件包括多个第二光波导，多个所述第二光波导平行设置；

每个所述第二光波导包括依次连接的第九光波导段、第十光波导段和第十一光波导段，所述第九光波导段与所述第一光波导段正交设置，所述第十光波导段与所述第二光波导段正交设置，所述第十一光波导段与所述第六光波导段正交设置；

所述第一光波导段与水平面之间的夹角为40°，所述第二光波导段与水平面之间的夹角为30°，所述第六光波导段与水平面之间的夹角为15°。

2.根据权利要求1所述的空中成像车载显示装置，其特征在于，多个所述第一光波导元件形成第一光波导阵列，所述第一光波导阵列的数量为多个，多个所述第一光波导阵列对称设置；

多个所述第二光波导形成第二光波导阵列，多个所述第三光波导形成第三光波导阵列，所述第二光波导阵列和所述第三光波导阵列的数量与所述第一光波导阵列的数量相等，每个所述第一光波导阵列对应设置一个第二光波导阵列和一个第三光波导列阵。

3.根据权利要求2所述的空中成像车载显示装置，其特征在于，位于对称轴一侧的多个所述第一光波导阵列的设置角度不同。

4.根据权利要求2所述的空中成像车载显示装置，其特征在于，多个所述第一光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接，多个所述第二光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接，多个所述第三光波导阵列一体成型或通过粘接的方式拼接。

5.根据权利要求1所述的空中成像车载显示装置，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜用于将所述显示器发出的图像光线反射至所述成像组件内。

6.一种车辆，其特征在于，包括车体和权利要求1-5中任一项所述的空中成像车载显示装置，所述空中成像车载显示装置设置于所述车体内。