用于显示悬浮影像的装置和包括该装置的车辆显示模块的制作方法

1.本发明涉及一种用于显示悬浮影像的装置和包括该装置的车辆显示模块，更具体地涉及这样一种用于显示悬浮影像的装置和包括该装置的车辆显示模块，所述装置能够在减小装置的厚度的同时提高显示质量。


背景技术：

2.本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息并且可以不构成现有技术。
3.近年来，多媒体内容已经与先进技术相融合，从而以各种方式和新颖的显示系统实现表达。在第四次工业革命时期，随着作为虚拟现实(vr)和增强现实(ar)的后继产品的混合现实(mr)的出现，感观内容正受到越来越多的关注。
4.为此，作为使显示面板上显示的影像在空中悬浮的技术，采用了使用二面反射器阵列的透射型和使用后向反射器的反射型。
5.反射型技术由于使用了分束器而存在悬浮影像的高度受限以及亮度下降的问题，因此使用二面反射器阵列的透射型技术引起了更多关注。
6.然而，在使用二面反射器阵列的透射型技术中，需要克服以下问题：必须增加系统的体积以调节悬浮影像的高度以及产生的不需要的重影。
7.被描述为背景技术的细节仅旨在促进对本发明的背景的理解，而不应被理解为对本领域普通技术人员先前已知的现有技术的承认。


技术实现要素：

8.因此，本发明提供了一种用于显示悬浮影像的装置，该装置进一步包括透镜和反射镜以增加悬浮影像的高度，同时减小装置的厚度并消除重影。
9.根据本发明，上述和其他目的可以通过一种用于显示悬浮影像的装置来实现，该装置包括：光源、聚光透镜、反射板和二面反射器阵列，所述光源在平面方向上延伸并且发射用于实现影像的光；所述聚光透镜在平行于光源的方向上延伸并且使从光源发射的光折射；所述反射板布置为面向聚光透镜并且使在聚光透镜处折射并入射到反射板的光反射；所述二面反射器阵列在平面方向上延伸并且包括在彼此相交的方向上延伸的反射镜，二面反射器阵列的第一表面布置为面向反射板，使得被反射板反射后的光入射到第一表面上，被反射镜反射，从二面反射器阵列的第二表面出射，从而在与第二表面间隔开的位置处实现影像。
10.光源可以是显示面板，其配置为产生用于实现影像的光，所述影像悬浮在与二面反射器阵列间隔开的位置处。
11.聚光透镜可以是离轴透镜，其在平行于光源的平面方向上延伸，并且其焦点轴位于聚光透镜的最外端之外。
12.聚光透镜可以是菲涅尔透镜的一部分，其中同轴地布置有配置为使入射光折射的多个棱镜。
13.聚光透镜可以布置为与反射板间隔开并面向反射板，并且可以倾斜以使得聚光透镜从第一端向第二端逐渐接近反射板。
14.聚光透镜的第一端可以是最接近聚光透镜的焦点轴的最外端，聚光透镜的第二端可以是最远离聚光透镜的焦点轴的最外端。
15.聚光透镜可以以这样的角度倾斜，该角度满足如下要求：聚光透镜的第二端应与反射板间隔开，并且在聚光透镜的第二端折射然后被反射板反射的光的焦点轴应位于聚光透镜的第一端之外。
16.反射板可以布置为面向在平面方向上彼此间隔开的聚光透镜和二面反射器阵列二者。
17.反射板可以布置为相对于二面反射器阵列以预定角度倾斜，所述预定角度考虑到重影显示区域而确定，在所述重影显示区域中由于入射光在二面反射器阵列处的反射而产生重影。
18.反射板可以倾斜为使得平面表面的法线平行于重影显示区域的边界。
19.二面反射器阵列可以包括上板和下板，上板和下板的每一个包括在平面方向上布置的反射镜，上板的反射镜和下板的反射镜在彼此相交的方向上延伸。
20.二面反射器阵列可以构造为使得反射镜在彼此成直角的方向上延伸，并且由反射板反射的光斜入射到在彼此相交的方向上延伸的各个反射镜上。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种车辆显示模块，该车辆显示模块包括：用于显示悬浮影像的装置以及内部结构，该内部结构在二面反射器阵列延伸的方向上延伸，其中内部结构是车辆的仪表板或控制台面板，悬浮影像形成在内部结构上方的位置处或形成在装置与乘员之间的位置处。
22.通过本文提供的说明，进一步的应用领域将变得明显。应当理解，本说明书和具体示例仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
23.为了可以更好地理解本发明，将参照附图、通过给出示例的方式来描述本发明的各种实施方式，在附图中：
24.图1是示出本发明一些实施方案的用于显示悬浮影像的装置的构造示意图；
25.图2是示出本发明一些实施方案的光源与聚光透镜之间的关系的示意图；
26.图3是示出本发明一些实施方案的聚光透镜的示意图；
27.图4是示出根据本发明实施方案的光源、聚光透镜与反射板之间的关系的示意图，其中光源和聚光透镜相对于反射板倾斜；
28.图5是示出本发明一些实施方案的反射板和二面反射器阵列的布置的示意图；
29.图6是示出本发明一些实施方案的二面反射器阵列的结构的示意图；
30.图7和图8是示出本发明一些实施方案的车辆显示模块的示意图，每个车辆显示模块包括用于显示悬浮影像的装置。
31.本文描述的附图仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
32.下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解的是，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
33.本文公开的本发明实施方案的具体结构和功能描述仅出于本发明的实施方案的说明性目的。在不脱离本发明的精神和重要特征的情况下，本发明可以以许多不同的形式体现。因此，仅出于说明性目的公开了本发明的实施方案，并且不应将其解释为限制本发明。
34.现在将详细参考本发明的各种实施方案，其具体示例在附图中示出并在下面描述，因为能够以许多不同的形式对本发明的实施方案进行各种修改。虽然将结合示例性实施方案描述本发明，但是应当了解，本说明书并非要将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效方式和其它实施方案。
35.将理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件，但是这些元件不应解释为受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，下面讨论的第一元件可以称为第二元件，而不脱离本发明的教示。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
36.将理解的是，当一个元件被称为“联接”或“连接”到另一个元件时，它能够直接联接或连接到另一个元件，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，应该理解的是，当一个元件被称为“直接联接”或“直接连接”至另一个元件时，不存在中间元件。应当以相同的方式理解解释元件之间的关系的其他表达，例如“在......之间”、“直接在......之间”、“邻近”或“直接邻近”。
37.本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在限制性的。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”、“包括”、“具有”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合，但是不排除存在或加入一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
38.除非另有定义，本文使用的术语，包括技术术语和科学术语，具有与本发明所属技术领域相关的一般技术人员所理解的意义相同的意义。将进一步理解，术语(例如常用词典中定义的内容)应被解释为具有与其在相关技术和本发明的语境中含义一致的含义，并且除非本文明确地定义，否则不应以理想化或过度正式的意义来解释。
39.下文将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。贯穿于这些附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部件。
40.图1是示出根据本发明实施方案的用于显示悬浮影像的装置的构造示意图。
41.参考图1，根据本发明实施方案的用于显示悬浮影像的装置包括：光源10、聚光透镜20、反射板30和二面反射器阵列40，所述光源10在平面方向上延伸并且发射用于实现影像的光；所述聚光透镜20在平行于光源10的方向上延伸并且使从光源10发射的光折射；所述反射板30布置为面向聚光透镜20并且使在聚光透镜20处折射并入射到反射板30上的光反射；所述二面反射器阵列40在平面方向上延伸并且包括在彼此相交的方向上延伸的反射镜，二面反射器阵列40的一个表面布置为面向反射板30，使得由反射板30反射的光入射到
该一个表面上而被反射镜反射，并从二面反射器阵列40的另一个表面出射，从而在与外表面间隔开的位置处实现影像。
42.光源10是接收电力并产生用于实现影像的光的装置。在一个实施方案中，光源10可以是显示面板。光源10可以在平面方向上延伸，从而使悬浮影像在平面方向上延伸。
43.聚光透镜20可以平行于光源10而延伸，并且可以与光源10间隔开预定距离。聚光透镜20可以使由光源10产生的光沿着使得光会聚到一个点的方向折射。
44.如稍后将描述的，聚光透镜20可以是配置为使光会聚在焦点上的凸透镜或菲涅尔透镜。
45.反射板30可以是配置为使光反射的反射镜，其中反射板30的反射表面布置为面向聚光透镜20，并且使入射到反射表面上的光朝向二面反射器阵列40反射。
46.二面反射器阵列40和聚光透镜20都可以布置为面向反射板30。
47.二面反射器阵列40可以由透光材料(例如玻璃等)制成，并且可以包括在彼此相交的方向上延伸的反射镜。入射到二面反射器阵列40的一个表面上的光可以通过二面反射器阵列40的另一个表面出射。
48.二面反射器阵列40可以由在彼此相交的方向上延伸的反射镜分开，并且可以配置为具有二面角反射器阵列(dihedral corner reflector array，dcra)结构。
49.入射到二面反射器阵列40上的光可以通过在彼此相交的方向上延伸的反射镜反射反射角，反射角根据光的入射角来确定。从一个点以各种入射角入射到二面反射器阵列40的光可以通过二面反射器阵列40会聚到对称位置处的一个点，从而形成影像。
50.具体地，当光通过在彼此相交的方向上延伸的反射镜反射偶数次时，入射到二面反射器阵列40上的光可以形成所需的影像，但是当光通过反射镜反射奇数次时，可能会形成不需要的重影。
51.与常规技术不同，根据本发明实施方案的用于显示悬浮影像的装置通过使从光源10发射的光借助于聚光透镜20和反射板30而入射到二面反射器阵列40上，从而提供了减小与悬浮影像的悬浮高度对称的装置的体积的效果。
52.光源10可以是显示面板，其产生用于实现影像的光，所述影像悬浮在与二面反射器阵列40间隔开的位置处。
53.在此，显示面板可以由配置为实现影像的各种面板来实现，例如阴极射线管(cathode ray tube，crt)、视频显示终端(video display terminal，vdt)和液晶显示器(liquid crystal display，lcd)。
54.图2是示出根据本发明实施方案的光源10与聚光透镜20之间的关系的示意图。图3是示出根据本发明实施方案的聚光透镜20的示意图。图4是示出根据本发明实施方案的光源10、聚光透镜20与反射板30之间的关系的示意图，其中光源10和聚光透镜20相对于反射板30倾斜。
55.参考图2至图4，根据本发明实施方案的聚光透镜20可以在平行于光源10的平面方向上延伸，并且可以是离轴透镜，其中焦点轴位于聚光透镜20的最外端之外。
56.如图2所示，聚光透镜20可以是这样的透镜，其配置为使入射到聚光透镜20上的光折射，从而使光会聚到焦点。具体地，聚光透镜20可以是凸透镜或菲涅尔透镜的一部分，其尺寸对应于光源10的尺寸。在一个实施方案中，聚光透镜20的尺寸可以与光源10相同。
57.此外，聚光透镜20可以是位于距离凸透镜或菲涅尔透镜的最外边缘(其限定凸透镜或菲涅尔透镜的直径)一定距离处的凸透镜或菲涅尔透镜的一部分。相应的，可以确保影像的质量和尺寸。在一个实施方案中，聚光透镜20可以是位于使得聚光透镜20的最外端与凸透镜或菲涅尔透镜的最外边缘相距l＝0.05r的距离的凸透镜或菲涅尔透镜的一部分。
58.具体地，聚光透镜20可以配置为具有矩形形状或正方形形状。此外，聚光透镜20可以配置为使得入射光(所述入射光平行于来自光的焦点处的光而延伸)的焦点轴位于聚光透镜20的最外端的外侧。
59.具体地，离轴角可以限定在最小离轴角与最大离轴角之间。最小离轴角(θ
l
)和最大离轴角(θ
u
)可以如下确定。
[0060][0061][0062]
在此，r是凸透镜或菲涅尔透镜的半径，f是聚光透镜20的焦距，w是光源10的尺寸，l是光源10的最外边缘与凸透镜或菲涅尔透镜的最外端之间的距离。
[0063]
聚光透镜20的焦点轴可以位于聚光透镜20的最外端的外侧，使得最小离轴角(θ
l
)大于0(r-l＞w)。
[0064]
二面反射器阵列40与反射板30之间的距离t可以设定为使最大离轴角(θ
u
)满足以下方程。
[0065]
w
u
＝2t
×
tanθ
u
[0066]
w
u-w＝2t
×
tanθ
u-w＞0
[0067]
在此，w
u
是使以最大离轴角折射的光的焦点位于聚光透镜20之外所需的距离。
[0068]
聚光透镜20可以是使得用于折射入射光的多个棱镜同轴布置的菲涅尔透镜的一部分。
[0069]
普通凸透镜的问题在于体积较大并且难以安装。为了解决该问题，可以采用菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜包括多个同轴布置的棱镜并配置为板状。
[0070]
菲涅尔透镜可以以这样的方式制造：使透镜中心同轴的多个带形成或成形为平坦形状。
[0071]
聚光透镜20可以布置为与反射板30间隔开并且面向反射板30。聚光透镜20可以倾斜，使得聚光透镜20从一端向另一端逐渐接近于反射板30。光源10可以布置为平行于聚光透镜20，并且可以与聚光透镜20一起倾斜。
[0072]
具体地，聚光透镜20的一端可以是最接近聚光透镜20的焦点轴的最外端，聚光透镜20的另一端可以是最远离聚光透镜20的焦点轴的最外端。
[0073]
换句话说，聚光透镜20可以倾斜，以便从最接近焦点轴的一端向最远离焦点轴的另一端逐渐接近于反射板30。
[0074]
具体地，聚光透镜20可以以一定角度倾斜，该角度满足第一要求和第二要求，第一要求为聚光透镜20的另一端应与反射板30间隔开；第二要求为在聚光透镜20的另一端折射然后被反射板30反射的光的焦点轴应位于聚光透镜20的一端之外。
[0075]
在聚光透镜20相对于反射板30倾斜的状态下，聚光透镜20与反射板30之间的角度(θ
tilt
)可以设定为满足以下要求。
[0076]
t＞t
tilt
---
(1)
[0077]
w
u-w
tilt
＝(2t-w
×
sin(θ
tilt
))
×
tan(θ
u
θ
tilt
)-w
×
cos(θ
tilt
)＞0
---
(2)
[0078]
具体地，当聚光透镜20相对于反射板30以θ
tilt
的角度倾斜时，被设定为使得以最大离轴角(θ
u
)在聚光透镜20处折射的光的焦点轴位于聚光透镜20之外的二面反射器阵列40的近端与聚光透镜20的另一端之间的距离(w
u
)、从聚光透镜20的第二端算起的二面反射器阵列40的高度(t
tilt
)和聚光透镜20的水平宽度(w
tilt
)如下。
[0079]
w
u
＝(2t-t
tilt
)
×
tan(θ
u
θ
tilt
)
[0080]
t
tilt
＝w
×
sin(θ
tilt
)
[0081]
w
tilt
＝w
×
cos(θ
tilt
)
[0082]
相应的，当θ
tilt
为32度时，二面反射器阵列40与反射板30之间的距离(t)可以最小化。具体地，与聚光透镜20不倾斜的情况相比，距离(t)可以减小为大约一半。
[0083]
反射板30的宽度(m)可以如下计算。因此，反射板30的宽度(m)可以设定为显示器的宽度(w)的大约1.24倍。
[0084]
m＝w
×
(cosθ
tilt
tanθ
tilt
×
tan(θ
l
θ
tilt
))
[0085]
图5是示出根据本发明实施方案的反射板30和二面反射器阵列40的布置的示意图。
[0086]
在一个实施方案中，反射板30可以布置为面向在平面方向上彼此间隔开的聚光透镜20和二面反射器阵列40两者。
[0087]
换句话说，聚光透镜20和二面反射器阵列40可以布置为在同一方向上，反射板30可以布置为使得其反射面面向聚光透镜20和二面反射器阵列40二者。
[0088]
具体地，反射板30可以在平行于二面反射器阵列40延伸方向的方向上延伸。
[0089]
在另一个实施方案中，反射板30可以布置为相对于二面反射器阵列40以预定角度倾斜，该预定角度是考虑到重影显示区域(在该区域由于在二面反射器阵列40处入射光的反射而产生重影)而确定的。
[0090]
当使用二面反射器阵列40时，根据视角和反射板与显示器之间的距离，可能会产生不需要的重影。可以通过检查二面反射器阵列40上的重影显示区域并且将显示器放置在重影显示区域之外来消除重影。
[0091]
具体地，重影显示区域可以通过二面反射器阵列40的反射镜的光反射奇数次而产生。由于形成的正常悬浮影像比重影显示区域宽，如果显示器位于重影显示区域之外，则可以消除重影。
[0092]
在一个实施方案中，光源10可以位于二面反射器阵列40上的重影显示区域之外。
[0093]
在另一个实施方案中，反射板30可以相对于二面反射器阵列40以考虑到重影显示区域而确定的预定角度(θ
g
)倾斜，而不平行于二面反射器阵列40布置。
[0094]
具体地，反射板30可以倾斜为使得其平面表面的法线平行于重影显示区域的边界。
[0095]
重影显示区域的边界可以从垂直于二面反射器阵列40的线向外扩展预定角度(θ
g
)。反射板30可以相对于二面反射器阵列40倾斜预定角度(θ
g
)，或者反射板30的法线可以布置为平行于重影显示区域的边界。在此，预定角度(θ
g
)可以是大约12度。
[0096]
因此，由于光源10或聚光透镜20未在反射板30处可见地反射，具有消除重影的效
果。
[0097]
图6是示出根据本发明实施方案的二面反射器阵列40的结构的示意图。
[0098]
参考图6，二面反射器阵列40可以由上板41和下板42组成，上板41和下板42的每一个包括在平面方向上彼此层叠布置的反射镜。上板41的反射镜和下板42的反射镜可以在彼此相交的方向上延伸。
[0099]
二面反射器阵列40的上板41和下板42的每一个可以包括允许入射光透过的透光材料(例如玻璃)，以及在平面方向上布置在透光材料中的反射镜。反射镜可以以1mm的间隔布置。
[0100]
上板41的反射镜和下板42的反射镜可以沿着二面反射器阵列40的平面表面在彼此相交的方向上延伸，并且可以布置在彼此相交的方向上。具体地，上板41的反射镜和下板42的反射镜可以以直角(90度)彼此相交。
[0101]
在另一个实施方案中，二面反射器阵列40也可以由单个面板和反射镜组成，这些反射镜布置在该面板中并且在彼此相交的方向上延伸。
[0102]
二面反射器阵列40可以构造为使得反射镜在彼此成直角的方向上延伸，由反射板30反射的光斜入射到在彼此相交的方向上延伸的各个反射镜上。
[0103]
换句话说，为了使入射到二面反射器阵列40的一个表面上的光能够由在彼此相交的方向上成直角延伸的反射镜反射，并从二面反射器阵列40的另一个表面出射，入射到二面反射器阵列40上的光可以斜入射到各个反射镜上。
[0104]
再次参考图1，根据本发明实施方案的用于显示悬浮影像的装置可以构造为使得反射板30与二面反射器阵列40间隔开(间隙g)，同时相对于平行于二面反射器阵列40的平面方向以角度(θ
m
)倾斜。
[0105]
光源10和聚光透镜20可以相对于反射板30以角度(θ
d
)倾斜。因此，光源10和聚光透镜20可以相对于平行于二面反射器阵列40的平面方向以角度(θ
d-θ
m
)倾斜。
[0106]
因此，具有这样的效果：反射板30和二面反射器阵列40之间的最大距离(间隙g)减小为悬浮影像i与二面反射器阵列40之间的距离(f)的大约44％或更小。
[0107]
图7和图8是示出根据本发明实施方案和另一实施方案的车辆显示模块的示意图，每个车辆显示模块包括用于显示悬浮影像的装置。
[0108]
参考图7和图8，根据本发明两个实施方案的每一个的车辆显示模块可以进一步包括内部结构s，其沿着二面反射器阵列40延伸的平面延伸。内部结构s可以是车辆的仪表板或控制台面板，悬浮影像可以形成在内部结构s上方的位置或形成在装置与乘员之间的位置。
[0109]
在此，内部结构s可以是车辆的仪表板或包括车辆的音频视频导航(audio video navigation，avn)单元的控制台面板。
[0110]
二面反射器阵列40可以布置为平行于内部结构s，并且可以在向上方向或朝向乘员远离二面反射器阵列40的位置处形成悬浮影像。
[0111]
在一个实施方案中，当二面反射器阵列40安装在车辆仪表板上时，悬浮影像可以位于仪表板上方，并且可以显示与驾驶辅助或目的地地址有关的内容。
[0112]
在另一个实施方案中，当二面反射器阵列40安装在位于乘员前方的控制台面板上时，可以在乘客前方形成悬浮影像。在这种情况下，显示模块能够显示与车辆的驾驶有关的
信息，并且能够识别乘员的姿势，从而能够控制avn、空调装置等。
[0113]
从以上描述显而易见的是，本发明提供了一种用于显示悬浮影像的装置和包括该装置的车辆显示模块，其中来自光源的光通过聚光透镜和反射板入射到二面反射器阵列上，从而，与传统技术不同，提供了减小与悬浮影像的悬浮高度对称的装置体积的效果。
[0114]
此外，可以提供消除重影的效果，该重影是当光在二面反射器阵列中被反射奇数次时产生的。
[0115]
尽管以上已经参考附图描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将理解，可以在不改变其技术构思或特征的情况下以各种其他实施方案来实现本发明。