一種緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其包含：信號接口，主印刷電路板以及投影顯示模塊。投影顯示模塊包含投影單元，其控制單元調(diào)制LED光組發(fā)出不同顏色的光，再經(jīng)過光調(diào)制器對LED光組發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，以生成對應(yīng)于行車信息的圖像，投影鏡頭對該圖像投影。其中，該投影鏡頭包含基本投影透鏡以及柱面變形鏡組，該柱面變形鏡組對圖像進(jìn)行縱向壓縮。投影顯示模塊還包含反射鏡、中繼成像面和合成器，經(jīng)縱向壓縮的圖像經(jīng)反射后在中繼成像面上成像并投射到合成器上，其中該合成器的豎直方向的放大率大于水平方向的放大率，以補(bǔ)償柱面變形鏡組對投影圖像的縱向壓縮。本實用新型通過采用變形鏡頭，從而獲得了結(jié)構(gòu)更加緊湊的抬頭顯示系統(tǒng)。
【專利說明】一種緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種緊湊型的車載抬頭顯示系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]車載抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)可將行車時的重要信息(例如車速、油耗和導(dǎo)航等)顯示在駕駛員的視野范圍之內(nèi)，使駕駛員不用低頭就可以獲得重要的駕駛信息，大大減少了由于視線轉(zhuǎn)移引發(fā)交通事故的概率，增加了行車的安全性。由于駕駛艙的空間有限，抬頭顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨緊湊，其厚度也在盡量的不斷減小。然而，由于傳統(tǒng)的抬頭顯示系統(tǒng)中用于轉(zhuǎn)折光路的反射鏡的尺寸過大，這一因素對抬頭顯示系統(tǒng)的緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計造成了限制。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中缺陷，通過采用變形鏡頭實現(xiàn)畫面高寬比的變化，從而獲得結(jié)構(gòu)更加輕巧緊湊的抬頭顯示系統(tǒng)。[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:信號接口，其接收行車信息；主印刷電路板，其對上述行車信息進(jìn)行處理；以及投影顯示模塊。投影顯示模塊包含:投影單元，其中的控制單元根據(jù)經(jīng)處理的行車信息調(diào)制LED光組發(fā)出不同顏色的光，再經(jīng)過光調(diào)制器對LED光組發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，以生成對應(yīng)于行車信息的圖像，投影鏡頭對該圖像進(jìn)行投影。其中，該投影鏡頭包含:基本投影透鏡，其對圖像進(jìn)行放大投影；以及柱面變形鏡組，其對圖像進(jìn)行縱向壓縮。該投影顯示模塊還包含:反射鏡，其反射上述經(jīng)縱向壓縮的圖像；中繼成像面，上述經(jīng)反射的圖像在該中繼成像面上成像；以及合成器，上述在中繼成像面上成像的圖像投射到該合成器上，并且該合成器的豎直方向的放大率大于水平方向的放大率，從而補(bǔ)償上述柱面變形鏡組對投影圖像的縱向壓縮，以形成具有正常寬高比的虛像。
[0005]上述技術(shù)方案中，柱面變形鏡組由具有正光焦度的正柱面透鏡和具有負(fù)光焦度的負(fù)柱面透鏡組成。
[0006]上述技術(shù)方案中，柱面變形鏡組的縱向壓縮率為1/2，且所述合成器的豎直方向的放大率是水平方向的放大率的2倍。
[0007]上述技術(shù)方案中，柱面變形鏡組放置在基本投影透鏡的前端或者后端，或者放置在基本投影透鏡中的任意兩個透鏡之間。
[0008]上述技術(shù)方案中，中繼成像面為透射型或者反射型。
[0009]上述技術(shù)方案中，當(dāng)中繼成像面為透射型時，其出光側(cè)設(shè)有補(bǔ)償透鏡，以補(bǔ)償投影鏡頭對所述圖像在水平和豎直方向不同的放大率。
[0010]上述技術(shù)方案中，LED光組由紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED組成。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:通過變形鏡頭的設(shè)計，減小了子午面內(nèi)的成像高度，有效的縮小了系統(tǒng)所需的尺寸，因此可以獲得厚度更薄的抬頭顯示系統(tǒng)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)中變形投影鏡頭的示意圖；
[0014]圖3是本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)中變形鏡組子午截面示意圖；
[0015]圖4是本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)中變形鏡組弧矢截面示意圖；
[0016]圖5是本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)的光路示意圖。
[0017]結(jié)合附圖在其上標(biāo)注以下附圖標(biāo)記:
[0018]100-抬頭顯示系統(tǒng)，110-信號接口，120-主印刷電路板，130-投影顯示模塊，131-投影單元，132-反射鏡，133-中繼成像面，134-合成器；
[0019]1311-基本投影透鏡，1312-柱面變形鏡組，1312p-正柱面透鏡，1312η-負(fù)柱面透鏡;
[0020]11-正柱面透鏡的子午截面，12-負(fù)柱面透鏡的子午截面，21-正柱面透鏡的弧矢截面，22-負(fù)柱面透鏡的弧矢截面。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本實用新型的保護(hù)范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0022]下面參考圖1，圖1為本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)100主要包括:信號接口(signal interface) 110,主印刷電路板(PCB) 120，投影顯示模塊130。其中主印刷電路板PCB主要包括:數(shù)字處理器、存儲器、控制器、供電裝置。其中投影顯示模塊130包括:投影單元(projection opticsunit) 131、反射鏡(mirror) 132、中繼成像面(intermediate image plane) 133 和合成器(transparent combiner) 134。投影單元 131 包括:控制單元(controller)、LED 光組、照明光路(illumination path optics)、光調(diào)制器DMD、投影鏡頭。
[0023]請進(jìn)一步參考圖2，投影單元131中的投影鏡頭由基本投影透鏡(primary lens)1311和柱面變形鏡組(anamorphic lens)1312組成。柱面變形鏡組1312位于基本投影透鏡1311和反射鏡132 (圖中未示出)之間。其中柱面變形鏡組1312分別由具有正光焦度的正柱面透鏡1312p和具有負(fù)光焦度的負(fù)柱面透鏡1312η組成，正柱面透鏡1312ρ在前、負(fù)柱面透鏡1312η在后。在一具體實施例中，寬高比為16:9的圖像源經(jīng)柱面變形鏡組1312投影后，縱向被壓縮，中繼成像面上的圖像寬高比變?yōu)?2:9。
[0024]請參考圖3和圖4，以便清楚了解本實用新型的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)中柱面變形鏡組1312對圖像的縱向壓縮。如圖3所示，11為具有正光焦度的正柱面透鏡1312ρ的子午截面，12為具有負(fù)光焦度的負(fù)柱面透鏡的子午截面。光線經(jīng)基本投影透鏡折射后在子午方向上以入射角Wt投射到負(fù)柱面透鏡1312η上，再經(jīng)過正柱面透鏡1312ρ后光線的出射角為Wt'，則柱面變形鏡組在子午方向的放大倍率為r=tanWt' /tanWt，在一具體實施例中此放大倍率為gamma=1/2，Β卩，縱向壓縮率為1/2。子午方向上整個投影鏡頭的放大倍率為基本投影透鏡的放大倍率與柱面變形鏡組在子午方向的放大倍率之積。如圖4所示，21為正柱面透鏡1312p的弧矢截面，22為負(fù)柱面透鏡1312η的弧矢截面，在弧矢方向上它們的母線為直線，相當(dāng)于平行平板，沒有光焦度，因此在弧矢方向上沒有放大作用，或稱其放大倍率為
I?；∈阜较蛏险麄€投影鏡頭的放大倍率為基本投影透鏡的放大倍率與柱面變形鏡組在弧矢方向的放大倍率之積。因而，在一具體實施例中，基本投影透鏡的放大倍率為2N(隨不同的放大倍率，N取不同的正值)，而柱面變形鏡組在子午方向的放大倍率為1/2、在弧矢方向的放大倍率為I，那么整個投影鏡頭在子午方向的放大倍率為IN、在弧矢方向的放大倍率為2N，即實現(xiàn)了縱向放大率相對于橫向放大率的壓縮。
[0025]需要說明的是，雖然上述實施例中柱面變形鏡組放置在基本投影透鏡的前端，但是這樣的設(shè)置并不用以限制本實用新型。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際情況，也可以將柱面變形鏡組放置在基本投影透鏡的后端或者放置在所述基本投影透鏡中的任意兩個透鏡之間，并且同樣實現(xiàn)整個投影鏡頭縱向放大率相對于橫向放大率的壓縮。
[0026]另外,在本實用新型的具體實施例中的中繼成像面(intermediate image plane)可為透射型或反射型。
[0027]本實用新型的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)在一具體實施例中的實現(xiàn)過程如下:信號接口110接收相關(guān)的行車信息(如車速、油耗、導(dǎo)航等)，主印刷電路板120的數(shù)據(jù)處理器對此信息進(jìn)行處理后傳遞給投影單元131的控制單元，控制單元調(diào)制LED光組發(fā)出不同顏色的光，再經(jīng)過光調(diào)制器DMD對照明光路進(jìn)行調(diào)制，生成有關(guān)行車信息(如車速、油耗、導(dǎo)航等文字或符號)的圖像，投影鏡頭對此圖像進(jìn)行投影。投影鏡頭包括基本投影鏡頭1311和柱面變形鏡組1312。經(jīng)此變形鏡組投影后，DMD中16:9的圖像源變形為32:9的圖像，即圖像縱向被壓縮。該柱面變形鏡組1312由一組柱面透鏡組成，該組透鏡在子午和弧矢方向具有不同的放大倍率。柱面透鏡母線為圓弧的截面平行于子午截面，即通過光軸和16:9圖像源短邊的截面，子午面方向上具有光焦度，使子午方向的放大率為1/2 ;柱面透鏡母線為直線的截面平行于弧矢截面，即通過光軸和16:9圖像源長邊的截面，弧矢面方向上沒有光焦度，對圖像的放大倍率為I。因而，柱面變形鏡組在水平和豎直方向具有不同的放大系數(shù)，圖像源經(jīng)整個變形鏡頭投影后，得到縱向放大率相對于橫向放大率壓縮I倍的圖像。柱面變形鏡組投影的圖像經(jīng)反射鏡反射后成像在中繼成像面上，中繼成像面的圖像繼而投射到曲面合成器上，此合成器的豎直方向的曲率大于水平方向的曲率，即得到豎直放大率大于水平放大率，豎直放大率補(bǔ)償了柱面變形鏡組對投影圖像的縱向壓縮，即對圖像進(jìn)行整體放大。最終將觀察到被放大了的具有正常寬高比的虛像。
[0028]為了清楚地說明本實用新型的緊湊效果，圖5示出了本實用新型緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)的光路示意圖，其中實線代表只由基本投影鏡頭投影時，光線由投影單元131到曲面合成器134的光路走向；虛線代表在基本投影鏡頭前加入柱面變形鏡組對投影圖像進(jìn)行縱向壓縮后，光線由投影單元131到成像面的光路走向。從圖中可以看出，當(dāng)未對投影圖像進(jìn)行縱向壓縮時，反射鏡132的高度為a，整個HUD的厚度為A ;當(dāng)在基本投影鏡頭前的光路中加入柱面變形鏡組對其縱向投影圖像進(jìn)行壓縮后，反射鏡132的高度為b，整個HUD的厚度為B。顯然，柱面變形鏡組對投影圖像進(jìn)行縱向壓縮后，反射鏡132的高度明顯減小，進(jìn)而解決了反射鏡的大尺寸制約抬頭顯示系統(tǒng)體積無法減小的問題。
[0029]以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，包含: 信號接口，其接收行車信息； 主印刷電路板，其對上述行車信息進(jìn)行處理；以及 投影顯示模塊，其包含: 投影單元，其中的控制單元根據(jù)經(jīng)處理的上述行車信息調(diào)制LED光組發(fā)出不同顏色的光，再經(jīng)過光調(diào)制器對LED光組發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，以生成對應(yīng)于上述行車信息的圖像，投影鏡頭對該圖像進(jìn)行投影；其中，該投影鏡頭包含: 基本投影透鏡，其對上述圖像進(jìn)行放大投影；以及 柱面變形鏡組，其對上述圖像進(jìn)行縱向壓縮； 反射鏡，其反射上述經(jīng)縱向壓縮的圖像； 中繼成像面，上述經(jīng)反射的圖像在該中繼成像面上成像；以及合成器，上述在中繼成像面上成像的圖像投射到該合成器上，并且該合成器的豎直方向的放大率大于水平方向的放大率，從而補(bǔ)償上述柱面變形鏡組對投影圖像的縱向壓縮，以形成具有正常寬高比的虛像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面變形鏡組由具有正光焦度的正柱面透鏡和具有負(fù)光焦度的負(fù)柱面透鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面變形鏡組的縱向壓縮率為1/2，且所述合成器的豎直方向的放大率是水平方向的放大率的2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面變形鏡組放置在所述基本投影透鏡的前端或者后端，或者放置在所述基本投影透鏡中的任意兩個透鏡之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼成像面為透射型或者反射型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述中繼成像面為透射型時，其出光側(cè)設(shè)有補(bǔ)償透鏡，以補(bǔ)償所述投影鏡頭對所述圖像在水平和豎直方向不同的放大率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型抬頭顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光組由紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED組成。
【文檔編號】G02B27/01GK203673147SQ201420065802
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】高志強(qiáng), 王東平, 楊偉樑 申請人:廣景科技有限公司