一种像面错位分布方法、双光路结构和抬头显示装置与流程

1.本发明涉及车载抬头显示器技术领域，具体为一种像面错位分布方法、双光路结构和抬头显示装置。


背景技术：

2.图1所示为日本精机株式会社cn106605166b专利申请实施方式的概括图，显示器（21）射出的在规定位置显示的显示图像（m）的投影光线（l），在经过成像位置调整镜（23）的改变，其一小部分光（l2）的成像距离发生了改变，从而将该投影光（l）分成了成像距离不同的第一投影光（l1）、第二投影光（l2），并对其进行反射，将该第一投影光（l1）、第二投影光l2投影于第一屏幕（30）、第二屏幕（40）上。
3.由于第一屏幕（30）上的图像（m1）与第二屏幕（40）上的图像（m2）存在前后的距离差异，故在同样经过一级反射镜（50）、二级反射镜（60）、风挡玻璃（200）的反射后，其对应的虚像v1、v2也会出现相应的距离差异，从而实现不同距离上的多重投影。
4.此技术的缺点在于调整镜（23）上的凸状自由曲面（232）反射第二投影光（l2）时，会导致其投影于第二屏幕（40）上的图像（m2）产生失真、边缘失焦等不良现象，且图像（m1）与图像（m2）的位置差异越大时，图像（m2）上的不良现象越严重，这就导致投影出去的虚像v1、v2的距离差异无法错开太多，影响用户体验。
5.除上述专利申请文件中所述技术方案实现呈现不同投影距离的多重投影外，传统的实现多重投影的方式多是采用在像源控制部分进行光学设计，即对像源控制部分通过光学设计改变光学路径，使像源控制部分发射出的光线为不同距离和位置的多束光线，进而实现其最终呈现多个不同投影距离的多重投影。该种通过对像源控制部分进行光学设计改变光学路径的方式，其实现起来较为复杂，而且不易调整。


技术实现要素：

6.本发明提供一种具有结构设置简单、操作方便、能呈现两个以上不同像面，且像面呈错位分布的像面错位分布方法、双光路结构和抬头显示装置。
7.为了实现上述目的，通过以下技术方案实现。
8.一种像面错位分布方法，所述方法为在所述抬头显示器的图像光源控制单元出光方向处增设至少两个平面镜，通过两个以上的平面镜对光线进行折转后在不同位置发射出光线，形成两个以上呈错位分布的像面。
9.本发明方法的有益效果：通过在图像光源控制单元的出光方向处增设平面镜，即通过在图像光源控制单元外部增设至少两个位置不同的平面镜，通过两个以上位置不同的平面镜接收图像光源控制单元发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，在不同位置形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，该种方法操作简单，且由于平面镜设置在图像光源控制单元外部，便于对平面镜进行位置和方向的调整。
10.一种双光路结构，包括图像光源控制单元、平面镜和光扩散板，所述平面镜至少为两个，分别位于所述图像控制单元出光方向的前后不同位置处，所述图像光源控制单元发出的光线到达不同位置的平面镜后，经平面镜后折转至光折散板，使光线最终在光扩散板处发射出形成处于不同位置，呈错位分布的像面。
11.该双光路结构的设置，平面镜设置在图像光源控制单元的出光方向处，也即设置在图像光源控制单元外部，且平面镜至少为两个，且位于不同位置，通过两个以上设置位置不同的平面镜接收图像光源控制单元发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，分别在不同位置处的光扩散板上形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，该种方法操作简单，且由于平面镜设置在图像光源控制单元外部，便于对平面镜进行位置和方向的调整。
12.进一步地，所述平面镜与移动控制单元连接，由移动控制单元控制平面镜做线性运动实现平面位移调整和/或做旋转运动实现角度调整。移动控制单元的设置，使平面镜为可调平面镜，更便于作业和操作。
13.进一步地，所述移动控制单元由线性控制件和旋转控制件构成，所述线性控制件用于控制所述平面镜做线性运动实现平面位移调整，所述旋转控制件用于控制所述平面镜做旋转运动实现角度调整。线性控制件和旋转控制件的设置，使平面镜在位置和方向上均可调，在实际作业中，可以根据情况，通过线性控制件进行调整平面镜所在位置，也可以通过旋转驱动件进行调整平面镜的角度方位，当然，也可以既调整平面镜的位置，也调整平面镜的角度方位，使最终形成像面在合适位置。
14.进一步地，所述平面镜为两个，分别为第一平面镜和第二平面镜，所述第一平面镜和第二平面镜分别位于所述图像光源控制单元出光方向的前后不同位置。本实施例中，设置两个平面镜，两个平面镜分别位于前后两个不同位置，使最终形成两个错位分布的像面。
15.进一步地，所述第一平面镜与第一移动控制单元连接，所述第一移动控制单元用于控制所述第一平面镜的位置和方向。所述第二平面镜与第二移动控制单元连接，所述第二移动控制单元用于控制所述第二平面镜的位置和方向。第一平面镜和第二平面镜分别独立设置，使作业时，可根据实际情况，分别对第一平面镜和第二平面镜的位置和方位进行调整，使折转光线方位最适宜。
16.一种抬头显示装置，包括上述双光路结构，还包括一级反射镜、二级反射镜和风挡玻璃，所述双光路结构中发射出的至少两个像面，依次进入一级反射镜、二级反射镜后，再经风挡玻璃反射后进入人眼，最后在风挡玻璃的前方形成至少两个不同位置和层次的虚像。双光路中两个以上不同位置，呈错位分布的像面的形成，最终目的是用于抬头显示装置中，使呈错位分布的多个像面依次经一级反射镜、二级反射镜后，再经风挡玻璃反射后在人眼前方形成多个投影距离不同的多重投影虚像，满足不同需求。
17.进一步地，所述双光路结构发射出两个像面，分别为第一像面和第二像面，光线第一像面和第二像面发出，依次经一级反射镜、二级反射和风挡玻璃后形成与第一像面相对应的第一虚像，和与第二像面相对应的第二虚像。
18.本发明像面错位分布方法、双光路结构和抬头显示装置与现有技术相比，具有如下有益效果：第一、结构设置简单，本发明主要是在图像光源控制单元的出光方向，即图像光源
控制单元外部设置两个以上的平面镜，通过两个以上平面镜的增设，使图像光源控制单元发出的光线呈至少两束发出，形成位置不同的错位分布的两个以上像面，本发明构思巧妙，结构简单；第二、操作方便，每个平面镜呈各自独立设置在图像光源控制单元外部，其使作业和操作更为灵活、方便，作业人员可以根据实际情况，操作其中任意一个平面镜，对其中一个平面镜进行位置和方位的调整，也可以根据实际情况，对各平面镜分别进行操作，使各平面镜设置达到最佳位置和方位；第三、本发明通过在图像光源控制单元的出光方向增设平面镜，也即在图像光源控制单元外部设置至少两个位于不同位置的平面镜，通过两个以上设置位置不同的平面镜接收图像光源控制单元发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，分别在不同位置处的光扩散板上形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，最终应用在抬头显示装置中， 使抬头显示装置可以在人眼前方形成投影距离不同，具有层次感的多重投影虚像。
附图说明
19.图1为现有技术中的光路概括图；图2为本发明双光路结构的光学系统原理示意图；图3为本发明双光路结构中图像光源控制单元折返出光的示意图；图4为本发明抬头显示装置的内部结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合具体实施例及附图对本发明抬头显示器的双光路结构作进一步详细描述。
21.实施例1参照图3，本发明一非限制实施例，一种像面错位分布方法，所述方法为在所述抬头显示器的图像光源控制单元1出光方向处增设至少两个平面镜111、121，通过两个以上的平面镜111、121对光线进行折转后在不同位置发射出光线，形成两个以上呈错位分布的像面。具体地，本实施例中，平面镜111、121为两个，分别为第一平面镜111和第二平面镜121，所述图像光源控制单元1发出的光线沿第一投影出光筒11至第一平面镜111，经第一平面镜111反射后沿第二投影出光筒112折转至第一扩散板113处形成第一像面d1；所述图像光源控制单元1发出的光线沿第三投影出光筒12至第二平面镜121，经第二平面镜121反射后沿第四投影出光筒122折转至第二光扩散板123处形成第二像面d2。本发明通过在图像光源控制单元1的出光方向处增设平面镜，即通过在图像光源控制单元1外部增设至少两个位置不同的平面镜，通过两个以上位置不同的平面镜接收图像光源控制单元1发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，在不同位置形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，该种方法操作简单，且由于平面镜设置在图像光源控制单元1外部，便于对平面镜进行位置和方向的调整。
22.实施例2
参照图2和图3，本发明一非限制实施例，一种双光路结构，包括图像光源控制单元1、平面镜和光扩散板，所述平面镜至少为两个，分别位于所述图像控制单元出光方向的前后不同位置处，所述图像光源控制单元1发出的光线到达不同位置的平面镜后，经平面镜后折转至光折散板，使光线最终在光扩散板处发射出形成处于不同位置，呈错位分布的像面。该双光路结构的设置，平面镜设置在图像光源控制单元1的出光方向处，也即设置在图像光源控制单元1外部，且平面镜至少为两个，且位于不同位置，通过两个以上设置位置不同的平面镜接收图像光源控制单元1发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，分别在不同位置处的光扩散板上形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，该种方法操作简单，且由于平面镜设置在图像光源控制单元1外部，便于对平面镜进行位置和方向的调整。
23.参照图2和图3，具体地，本实施例中，以增设两个平面镜为例进行说明。两个平面镜分别为第一平面镜111和第二平面镜121，所述第一平面镜111和第二平面镜121分别位于所述图像光源控制单元1出光方向的前后不同位置。本实施例中，设置两个平面镜，两个平面镜分别位于前后两个不同位置，使最终形成两个错位分布的像面。具体地，所述图像光源控制单元1发出的光线沿第一投影出光筒11至第一平面镜111，经第一平面镜111反射后沿第二投影出光筒112折转至第一扩散板113处形成第一像面d1；所述图像光源控制单元1发出的光线沿第三投影出光筒12至第二平面镜121，经第二平面镜121反射后沿第四投影出光筒122折转至第二光扩散板123处形成第二像面d2，且第一像面d1和第二像面d2分别位于不同的位置处。
24.参照图2和图3，本发明一非限制实施例，所述平面镜与移动控制单元连接，由移动控制单元控制平面镜做线性运动实现平面位移调整和/或做旋转运动实现角度调整。移动控制单元的设置，使平面镜为可调平面镜，更便于作业和操作。所述移动控制单元由线性控制件和旋转控制件构成，所述线性控制件用于控制所述平面镜做线性运动实现平面位移调整，所述旋转控制件用于控制所述平面镜做旋转运动实现角度调整。线性控制件和旋转控制件的设置，使平面镜在位置和方向上均可调，在实际作业中，可以根据情况，通过线性控制件进行调整平面镜所在位置，也可以通过旋转驱动件进行调整平面镜的角度方位，当然，也可以既调整平面镜的位置，也调整平面镜的角度方位，使最终形成像面在合适位置。具体地，本实施例中，所述第一平面镜111与第一移动控制单元连接，所述第一移动控制单元用于控制所述第一平面镜111的位置和方向。所述第二平面镜121与第二移动控制单元连接，所述第二移动控制单元用于控制所述第二平面镜121的位置和方向。第一平面镜111和第二平面镜121分别独立设置，使作业时，可根据实际情况，分别对第一平面镜111和第二平面镜121的位置和方位进行调整，使折转光线方位最适宜。
25.参照图2和图3，本发明双光路结构的光路原理：首先，先将第一平面镜111和第二平面镜121分别安装在第一移动控制单元和第二移动控制单元上，根据实际需求，通过第一移动控制单元对第一平面镜111进行位置和方向的调整，通过第二移动控制单元对第二平面镜121进行位置和方向的调整，使第一平面镜111和第二平面镜121分布在所述图像光源控制单元11的出光方向前方的呈错位分布的不同位置。
26.安装好第一平面镜和第二平面镜后，在第一平面镜的光折转方向上安装第一扩散
板，在第二平面镜的光折转方向上安装第二扩散板，第一扩散板所在位置由第一平面镜所在位置和第一光程的大小结合确定，所述第二扩散板所在位置由第二平面镜所在位置和第二光程的大小结合确定。具体地，第一扩散板与第一平面镜之间的间距和第一平面镜与所述图像光源控制单元发出光线的基点之间的距离之和为第一光束的第一光程；第二扩散板与第二平面镜之间的间距和第二平面镜与所述图像光源控制单元发出光线的基点之间的距离之和为第二光束的第二光程，第一光程和第二光程相同。
27.最后，启动所述图像光源控制单元1，所述图像光源控制单元1发出的光线沿第一投影出光筒11至第一平面镜111，经第一平面镜111反射后沿第二投影出光筒112折转至第一扩散板113处形成第一像面d1；所述图像光源控制单元1发出的光线沿第三投影出光筒12至第二平面镜121，经第二平面镜121反射后沿第四投影出光筒122折转至第二光扩散板123处形成第二像面d2，且第一像面d1和第二像面d2分别位于不同的位置处，得到两个呈错位分布的像源，为抬头显示装置产生两个不同位置的投影图像打下基础。
28.实施例3参照图2至图4，一种抬头显示装置，包括上述双光路结构，还包括一级反射镜m1、二级反射镜m2和风挡玻璃ws，所述双光路结构中发射出的至少两个像面，分别为第一像面d1和第二像面大d2，所述第一像面d1和第二像面大d2同步发出的第一光束l1和第二光束l2，分别依次进入一级反射镜m1、二级反射镜m2后，再经风挡玻璃ws反射后进入人眼e，最后在风挡玻璃ws的前方形成至少两个不同位置和层次的虚像。双光路中两个以上不同位置，呈错位分布的像面的形成，最终目的是用于抬头显示装置中，使呈错位分布的多个像面依次经一级反射镜m1、二级反射镜m2后，再经风挡玻璃ws反射后在人眼e前方形成多个投影距离不同的多重投影虚像，满足不同需求。具体地，本实施例中，所述双光路结构发射出两个像面，分别为第一像面d1和第二像面d2，光线第一像面d1和第二像面d2发出，依次经一级反射镜m1、二级反射镜m2和风挡玻璃ws后形成与第一像面d1相对应的第一虚像v1，和与第二像面d2相对应的第二虚像v2。
29.当然，上述实施例仅以平面镜为两个为例进行具体说明，实际应用时，也可以根据上述原理，设置3个或更多个平面镜，实现多重投影，满足用户不同需求。
30.参照图2至图4，本发明像面错位分布方法、双光路结构和抬头显示装置与现有技术相比，具有如下有益效果：第一、结构设置简单，本发明主要是在图像光源控制单元1的出光方向，即图像光源控制单元1外部设置两个以上的平面镜，通过两个以上平面镜的增设，使图像光源控制单元1发出的光线呈至少两束发出，形成位置不同的错位分布的两个以上像面，本发明构思巧妙，结构简单；第二、操作方便，每个平面镜呈各自独立设置在图像光源控制单元1外部，其使作业和操作更为灵活、方便，作业人员可以根据实际情况，操作其中任意一个平面镜，对其中一个平面镜进行位置和方位的调整，也可以根据实际情况，对各平面镜分别进行操作，使各平面镜设置达到最佳位置和方位；第三、本发明通过在图像光源控制单元1的出光方向增设平面镜，也即在图像光源控制单元1外部设置至少两个位于不同位置的平面镜，通过两个以上设置位置不同的平面镜接收图像光源控制单元1发出的光线，再经不同位置的平面镜反射出后，分别在不同位置
处的光扩散板上形成两个以上呈错位分布的像面，其在光路行程不变的情况下，通过在不同位置增设平面镜实现对光线进行折转形成错位像面，最终应用在抬头显示装置中， 使抬头显示装置可以在人眼e前方形成投影距离不同，具有层次感的多重投影虚像。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、
ꢀ“
左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
32.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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
33.在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
34.上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。