本實用新型涉及抬頭顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于車輛上的抬頭顯示裝置及裝有該抬頭顯示裝置的車輛。

背景技術(shù)：

眾所周知，抬頭顯示裝置常應(yīng)用于交通工具中，并通常設(shè)于車輛的主控臺，用于讓駕駛員不用低頭看儀表盤信息，而專注于駕駛，并從視野前方抬頭顯示裝置所產(chǎn)生的虛像畫面上就可以獲得想要信息，從而避免因車輛行駛、眼睛集中注意力集中儀表盤帶來的駕駛安全問題。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信息需要呈現(xiàn)出來，除了車速、油耗、溫度等信息外，還需要顯示路況的增強現(xiàn)實的信息，例如車道偏離、行人標識、路障標識等，這就需要抬頭顯示裝置具有較大的視場角。

為了實現(xiàn)較大的視場角，現(xiàn)有技術(shù)中所采用的技術(shù)方案有：

一是采用更大的圖像源和更大的光學(xué)元件，然而這樣的結(jié)構(gòu)會極大的增加抬頭顯示裝置的體積，難以適應(yīng)狹窄主控臺的安裝要求；

二是采用多區(qū)域顯示：1)可在抬頭顯示裝置的投影區(qū)域預(yù)先粘貼半透光的反射薄膜，即市面上常見的貼膜式HUD(Head Up Display)投影器以實現(xiàn)不同區(qū)域顯示，然而這種結(jié)構(gòu)不僅嚴重影響玻璃外觀和駕駛員視野，顯示效果也較差；2)同時產(chǎn)生多個抬頭顯示虛像畫面，以雙畫面顯示為例，通常采用兩種成像源以分別形成對應(yīng)的第一光束和第二光束，再采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分光單元進行光路調(diào)整，具體是將第一光束和第二光束耦合到同一光路，從而以實現(xiàn)同時顯示兩個虛像畫面，然而，這樣的結(jié)構(gòu)由于第一光束和第二光束經(jīng)所述分光系統(tǒng)分光擴束后以同一光路發(fā)射，一方面對視場角的擴大程度有限，另一方面在擋風(fēng)玻璃上成像時，其耦合后的同一光路所形成的兩個虛像畫面會在擋風(fēng)玻璃上呈現(xiàn)重疊狀態(tài)，重疊的虛像畫面會對駕駛員的視野造成一定的干擾，不利于同時進行顯示，抬頭顯示裝置所顯示的信息與駕駛員之間的實際交互效果較差。

由此可見，上述技術(shù)方案在增大抬頭顯示裝置視場角的同時相應(yīng)的存在諸多弊端，不利于抬頭顯示技術(shù)的發(fā)展和普及。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抬頭顯示裝置及裝有該抬頭顯示裝置的車輛，旨在更好的擴大視場角，提升使用者與抬頭顯示裝置所顯示信息之間的實際交互效果。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的抬頭顯示裝置采用的技術(shù)方案是：

抬頭顯示裝置，配合一影像顯示單元使用，包括影像產(chǎn)生單元及設(shè)于所述影像產(chǎn)生單元與所述影像顯示單元之間的影像投射單元，所述影像產(chǎn)生單元至少可產(chǎn)生表示第一圖像的第一光束和表示第二圖像的第二光束；所述影像投射單元至少包括第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊，所述第一光學(xué)模塊將所述第一光束反射并擴束形成第一出射光束，所述第二光學(xué)模塊將所述第二光束反射并擴束形成第二出射光束，所述第一光學(xué)模塊與所述第二光學(xué)模塊被構(gòu)造成使所述第一出射光束和所述第二出射光束呈夾角相互偏離，從而相應(yīng)的在所述影像顯示單元上以不重疊的第一虛像畫面和第二虛像畫面成像投射至使用者的視野。

進一步的，所述第一光學(xué)模塊和所述第二光學(xué)模塊均包括副反射部和主反射部以對相應(yīng)的所述第一光束和所述第二光束進行兩次反射并擴束。

進一步的，所述第一光學(xué)模塊的副反射部由第一副鏡提供，所述第二光學(xué)模塊的副反射部由第二副鏡提供，所述第一光學(xué)模塊的主反射部和所述第二光學(xué)模塊的主反射部由同一主鏡提供。

進一步的，所述第一副鏡和所述第二副鏡相對于所述主鏡呈由上到下的空間位置分布，并且經(jīng)所述第二副鏡及所述主鏡依次反射并擴束形成的所述第二出射光束的出射角度大于經(jīng)所述第一副鏡及所述主鏡依次反射并擴束形成的所述第一出射光束的出射角度。

進一步的，所述第一副鏡和所述第二副鏡彼此相鄰設(shè)置，且所述第一副鏡和所述第二副鏡相對于所述主鏡呈非對稱分布。

進一步的，至少所述第二副鏡反射的光束的中心光線對應(yīng)所述主鏡的中心位置或者對應(yīng)鄰近所述主鏡中心的位置。

進一步的，所述主鏡為凹面反射鏡，所述第一副鏡和所述第二副鏡分別為平面反射鏡、凹面反射鏡以及凸面反射鏡中的任意一種。

進一步的，所述主鏡優(yōu)選為離軸凹非球面反射鏡。

進一步的，所述第一副鏡和所述第二副鏡具有不同的表面面型。

進一步的，所述第一副鏡、所述第二副鏡及所述主鏡的有效反射面區(qū)域均呈不規(guī)則的四邊形。

進一步的，所述影像產(chǎn)生單元包括一個成像源，所述第一圖像和所述第二圖像由同一所述成像源的不同區(qū)域產(chǎn)生；或者所述影像產(chǎn)生單元包括兩個成像源，所述第一圖像和所述第二圖像分別由兩個所述成像源一一對應(yīng)產(chǎn)生。

基于上述技術(shù)方案，本實用新型的抬頭顯示裝置至少具有以下有益效果：

本實用新型的抬頭顯示裝置，通過采用第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊分別對第一圖像的第一光束和第二圖像的第二光束進行反射并擴束，有利于減小光學(xué)元件的尺寸，安裝更加靈活方便，能更好的適應(yīng)狹窄的安裝空間，并且相對于采用分光單元而言，在實際設(shè)計時只需相應(yīng)調(diào)節(jié)第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊之間的相對位置即可方便的使第一光束和第二光束按不同光路形成相互偏離的所述第一出射光束和所述第二出射光束，從而同時在影像顯示單元的不同區(qū)域分別顯示成像，以同時顯示不重疊分布的第一虛像畫面和第二虛像畫面，不僅能夠極大的增加視場角，達到很好的交互效果，還更加方便安裝使用，實用性較強。

本實用新型還提供了一種車輛，其采用的技術(shù)方案是：

車輛，包括車體、設(shè)于所述車體內(nèi)的主控臺和擋風(fēng)玻璃，還包括上述抬頭顯示裝置，所述抬頭顯示裝置設(shè)于所述主控臺下方，所述擋風(fēng)玻璃作為與所述抬頭顯示裝置配合使用的所述影像顯示單元。

本實用新型的車輛，通過設(shè)置上述抬頭顯示裝置，能夠為駕駛員提供更大的視場角，使駕駛員能同時查看更多行車信息，并提高行車過程中駕駛員查看相關(guān)信息的舒適度和安全性，達到更好的實際交互效果，有效的避免行車安全事故。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的抬頭顯示裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的抬頭顯示裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的抬頭顯示裝置的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的抬頭顯示裝置的第四種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1所示抬頭顯示裝置以使用者為基準的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖1所示抬頭顯示裝置以使用者為基準的前視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實用新型實施例提供的一種裝有圖1所示抬頭顯示裝置的車輛的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)于”另一個元件上時，它可以直接在另一個元件上或者可能同時存在居中元件。當(dāng)一個元件被稱為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接另一個元件或者可能同時存在居中元件。

還需要說明的是，以下實施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相對概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認為是具有限制性的。

如圖1至圖4所示，本實用新型實施例提供的抬頭顯示裝置100，配合一影像顯示單元使用，包括影像產(chǎn)生單元200及設(shè)于影像產(chǎn)生單元200與影像顯示單元之間的影像投射單元，影像產(chǎn)生單元200至少可產(chǎn)生表示第一圖像的第一光束211和表示第二圖像的第二光束221；影像投射單元至少包括第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊，第一光學(xué)模塊將第一光束211反射并擴束形成第一出射光束213，第二光學(xué)模塊將第二光束221反射并擴束形成第二出射光束223，第一光學(xué)模塊與第二光學(xué)模塊被構(gòu)造成使第一出射光束213和第二出射光束223 呈夾角相互偏離，從而相應(yīng)的在影像顯示單元上以不重疊分布的第一虛像畫面 510和第二虛像畫面520成像投射至使用者的視野。

本實用新型實施例的抬頭顯示裝置100，通過采用第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊分別對第一圖像的第一光束211和第二圖像的第二光束221進行反射并擴束，有利于減小光學(xué)元件的尺寸，安裝更加靈活方便，能更好的適應(yīng)狹窄的安裝空間，并且相對于采用分光單元而言，在實際使用時只需相應(yīng)調(diào)節(jié)第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊之間的相對位置即可方便的使第一光束211和第二光束 221按不同光路(如圖1至4所示，第一光束211按實心箭頭所指光路投射，第二光束221按空心箭頭所指光路投射)形成相互偏離且呈適當(dāng)夾角的第一出射光束213和第二出射光束223，從而同時在影像顯示單元的不同區(qū)域分別顯示成像，以同時顯示不重疊分布的第一虛像畫面510和第二虛像畫面520，不僅能夠極大的增加視場角，達到很好的交互效果，還更加方便安裝使用，實用性較強。

其中，影像顯示單元為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)或部件，例如將抬頭顯示裝置100在交通工具中應(yīng)用時，影像顯示單元可以是一設(shè)于擋風(fēng)玻璃400后方并具有相關(guān)功能膜層的透明板；而為了進一步簡化結(jié)構(gòu)并提升駕駛員的駕駛感受，更加優(yōu)選的是直接利用交通工具的擋風(fēng)玻璃400作為影像顯示單元。

進一步的，在本實用新型的實施例中，第一光學(xué)模塊和第二光學(xué)模塊均包括副反射部和主反射部以對相應(yīng)的第一光束211和第二光束221進行兩次反射并擴束。這樣的結(jié)構(gòu)可使第一光束211和第二光束221經(jīng)反射并擴束后能在影像顯示單元以更大面積進行顯像，在采用較小影像產(chǎn)生單元200的情況下也能夠獲得較大的虛像畫面，有利于達到更好的增強現(xiàn)實效果，并且不需增大整個抬頭顯示裝置100的體積，更適合在狹小安裝空間中使用，進而解決了體積小和成像大難以兼顧的問題。

進一步的，在本實用新型的實施例中，第一光學(xué)模塊的副反射部由第一副鏡311提供，第二光學(xué)模塊的副反射部由第二副鏡321提供，第一光學(xué)模塊的主反射部和第二光學(xué)模塊的主反射部由同一主鏡330提供。

第一光束211由第一副鏡311反射后產(chǎn)生朝主鏡330投射的第一入射光束 212，再經(jīng)主鏡330反射并擴束后以第一出射光束213投射至擋風(fēng)玻璃400；第二光束221由第二副鏡321反射后產(chǎn)生朝主鏡330投射的第二入射光束222，再經(jīng)主鏡330反射并擴束后以第二出射光束223投射至擋風(fēng)玻璃400；最后由擋風(fēng)玻璃400將第一出射光束213和第二出射光束223反射至使用者的眼睛，根據(jù)光學(xué)原理，使用者能感知到在擋風(fēng)玻璃400前方的與第一圖像共軛的第一虛像畫面510以及與第二圖像共軛的第二虛像畫面520。分別設(shè)置的第一副鏡 311和第二副鏡321更有利于保持并調(diào)整第一入射光束212和第二入射光束222 及第一出射光束213和第二出射光束223分別按不同光路投射，從而更便于實現(xiàn)不重疊的第一虛像畫面510和第二虛像畫面520。該抬頭顯示裝置100共用同一主鏡330進行反射和擴束，能大幅減小主鏡330鏡片的寬度，在實現(xiàn)大視角的雙畫面顯示的同時，有利于使抬頭顯示裝置100整體結(jié)構(gòu)得以微型化，以在有限的空間內(nèi)更便于安裝設(shè)置。

具體的，在實際應(yīng)用中，由于優(yōu)選采用較小的影像產(chǎn)生單元200，故與影像產(chǎn)生單元200對應(yīng)的第一副鏡311和第二副鏡321尺寸相對較小，而主鏡330 具有大于第一副鏡311和第二副鏡321的尺寸，以利于提高整體結(jié)構(gòu)緊湊性、減小體積。當(dāng)然，在通過調(diào)整第一副鏡311、第二副鏡321和主鏡330的相對位置以獲得不重疊的第一虛像畫面510和第二虛像畫面520的前提下，可盡量減小主鏡330尺寸。

進一步的，在本實用新型的實施例中，第一副鏡311和第二副鏡321相對于主鏡330呈由上到下的空間位置分布，并且經(jīng)第二副鏡321及主鏡330依次反射并擴束形成的第二出射光束223的出射角度大于經(jīng)第一副鏡311及主鏡 330依次反射并擴束形成的第一出射光束213的出射角度。結(jié)合圖1和圖2所示，這樣的結(jié)構(gòu)可使第一虛像畫面510位于影像顯示單元的上方區(qū)域、第二虛像畫面520位于影像顯示單元的下方區(qū)域，并能更好的避免呈上下分布的第一虛像畫面510和第二虛像畫面520不重疊。這種呈上下分布的虛像畫面在為使用者提供較大視場角的同時，還更方便使用者觀看。

以在車輛中應(yīng)用為例，影像產(chǎn)生單元200產(chǎn)生的圖像包括行車信息圖像、儀表顯示圖像以及導(dǎo)航信息圖像中的任意兩種或三種。由于行車信息圖像和導(dǎo)航信息圖像所對應(yīng)的第一虛像畫面510通常要求大面積、大視場角顯示，而儀表顯示圖像的顯示面積則相對較小，故可使第一副鏡311反射的第一光束211所表示的第一圖像用于呈現(xiàn)路況的增強現(xiàn)實的信息，例如車道偏離、行人標識、路障標識等，即第一圖像對應(yīng)包括行車信息圖像和導(dǎo)航信息圖像，第二副鏡321反射的第二光束221所表示的第二圖像則用于呈現(xiàn)車輛的相關(guān)參數(shù)信息，例如車速、油耗、溫度、警告等，即第二圖像對應(yīng)包括儀表顯示圖像，由此可為駕駛員提供較更好的行車體驗。在此基礎(chǔ)上，第一副鏡311的尺寸優(yōu)選大于第二副鏡321 的尺寸，即可保證第一虛像畫面510能夠以大面積、大視場角顯示，而無需增設(shè)其他諸如透鏡等用于放大圖像的復(fù)雜光學(xué)組件，相應(yīng)的達到進一步簡化整體結(jié)構(gòu)的目的。

通過進一步對第一副鏡311、第二副鏡321及主鏡330之間的相應(yīng)角度的簡單調(diào)整，還可使第一光束211和第二光束221經(jīng)兩次反射、擴束后在擋風(fēng)玻璃400上呈現(xiàn)如圖2所示的上下拼接的第一虛像畫面510和第二虛像畫面520，從而能進一步擴大整體顯示的視場角，具有更好的視覺效果。

進一步的，在本實用新型的實施例中，為了減小整體抬頭顯示裝置100的顯示尺寸，影像產(chǎn)生單元200中生成第一圖像和第二圖像的兩個區(qū)域通常是彼此靠近或拼接的，故為保證第一副鏡311、第二副鏡321能同時更好的對應(yīng)接收表示第一圖像的第一光束211及表示第二圖像的第二光束221，并且結(jié)構(gòu)更加緊湊，第一副鏡311和第二副鏡321優(yōu)選彼此相鄰設(shè)置。由于影像顯示單元 (本實施例中為擋風(fēng)玻璃400)通常呈不規(guī)則的傾斜曲面，在靠右駕駛的車輛中，在駕駛員的視角下，駕駛員正前方擋風(fēng)玻璃400玻璃的右邊部分相對靠前，而左邊部分相對靠后，即呈現(xiàn)向左傾斜的情況，故為了使第一虛像畫面510和第二虛像畫面520均成像在駕駛員的正前方，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)光學(xué)原理及多次安裝試驗得知，在實際應(yīng)用時，將第一副鏡311和第二副鏡321相對于主鏡330 呈非對稱分布。

具體的，結(jié)合圖5所示，在以使用者為基準時的側(cè)視方向上，在擋風(fēng)玻璃400的側(cè)面方向上，主鏡330相對于擋風(fēng)玻璃400大致呈垂直分布，第一副鏡 311和第二副鏡321與主鏡330相對應(yīng)并保持一定間距，第一副鏡311和第二副鏡321之間大致呈一定的鈍角設(shè)置，影像產(chǎn)生單元200位于第一副鏡311和第二副鏡321的下方，并且影像產(chǎn)生單元200相對于第一副鏡311和第二副鏡 321大致呈一定的銳角設(shè)置。在以使用者為基準時的前視方向上，結(jié)合圖6所示，第一副鏡311和第二副鏡321位于主鏡330的偏右側(cè)方向，第一副鏡311 和第二副鏡321相對于主鏡330呈左右非對稱分布和上下非對稱分布，第一副鏡311和第二副鏡321之間以一銳角錯開分布。

進一步的，在第二虛像畫面520如前述用于呈現(xiàn)儀表顯示信息時，其圖像面積相對較小，故為了使人眼可以正確地或者完全看到第二虛像畫面520并具有較好的視覺效果，即具有足夠的上下眼睛盒大小，在本實用新型的實施例中，第二副鏡321反射后的第二入射光束222的中心光線對應(yīng)主鏡330的中心位置或者對應(yīng)鄰近主鏡330中心的位置。當(dāng)然，第一副鏡311反射后的第一入射光束212的中心光線亦優(yōu)選對應(yīng)主鏡330的中心位置或者對應(yīng)鄰近主鏡330中心的位置，以使駕駛員能獲得更好的視野。此外，這樣的結(jié)構(gòu)還有利于進一步減小主鏡330尺寸。

進一步的，在本實用新型的實施例中，主鏡330為凹面反射鏡，第一副鏡 311和第二副鏡321分別為平面反射鏡、凹面反射鏡以及凸面反射鏡中的任意一種。其中第一副鏡311和第二副鏡321可根據(jù)實際優(yōu)化設(shè)計需要進行相應(yīng)的選擇，結(jié)合圖1至圖4所示，本實施例中第一副鏡311、第二副鏡321采用的是凸面反射鏡。

在本實用新型的實施例中，主鏡330、第一副鏡311、第二副鏡321，皆是利用正立放大虛像的光學(xué)原理，以產(chǎn)生虛像，并以大面積的方式成像至擋風(fēng)玻璃400前方，具有較大的視場角，有利于達到更好的增強現(xiàn)實效果。

具體在本實施例中，主鏡330優(yōu)選為現(xiàn)有的離軸凹非球面反射鏡。這樣無需在擋風(fēng)玻璃400上增設(shè)光學(xué)膜層或者對擋風(fēng)玻璃400進行特殊設(shè)計，而利用主鏡330自身結(jié)構(gòu)即可矯正擋風(fēng)玻璃400對成像造成的畸變，有利于進一步簡化整體結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)的緊湊性。

具體的，由于擋風(fēng)玻璃400的表面通常為非球面并且在不同區(qū)域的曲率相異，故第一副鏡311和第二副鏡321的表面面型也優(yōu)選為非球面，第一副鏡311 和第二副鏡321還進一步優(yōu)選具有不同的表面面型，即兩者對應(yīng)有不同的曲率。這樣通過優(yōu)化反射鏡的表面反射面型能更好的矯正在擋風(fēng)玻璃400上成像時圖像發(fā)生畸變的問題，從而為使用者提供兩幅高質(zhì)量的低畸變圖像。

進一步的，結(jié)合圖5和圖6所示，在本實用新型的實施例中，第一副鏡311、第二副鏡321及主鏡330的有效反射面區(qū)域均呈不規(guī)則的四邊形，經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，這樣的結(jié)構(gòu)能更好的矯正在風(fēng)擋玻璃上成像的畸變，保證成像清晰。

進一步的，在本實用新型的實施例中，影像產(chǎn)生單元200包括兩個成像源，第一圖像和第二圖像分別由兩個成像源(第一成像源210和第二成像源220) 一一對應(yīng)產(chǎn)生。這樣的結(jié)構(gòu)可使第一成像源210、第二成像源220與第一副鏡 311、第二副鏡321之間有更靈活的布置方式，例如，在實際應(yīng)用時，第一成像源210和第二成像源220與第一副鏡311和第二副鏡321可以是如圖1和圖2 中所示呈相互交錯對應(yīng)分布，也可以是如圖3所示呈相互并行式對應(yīng)分布。

結(jié)合圖4所示，在本實用新型的實施例中，更為優(yōu)選的是影像產(chǎn)生單元200 包括一個成像源，第一圖像和第二圖像由同一成像源的不同區(qū)域產(chǎn)生，以進一步簡化影像產(chǎn)生單元200的復(fù)雜程度，進而降低相關(guān)生產(chǎn)成本。

此外，若需達到多區(qū)域顯示的目的，可相應(yīng)的增設(shè)成像源或成像源的成像區(qū)域及副鏡即可。

在本實用新型的實施例中，成像源為現(xiàn)有的液晶顯示屏、紙質(zhì)顯示器，或者為數(shù)字投影儀或Lcos微投影儀在成像膜上投影所成的像。

如圖7所示，本實用新型實施例還提供了一種車輛，包括車體600、設(shè)于車體600內(nèi)的主控臺700和擋風(fēng)玻璃400，還包括上述抬頭顯示裝置100，抬頭顯示裝置100設(shè)于主控臺700下方，擋風(fēng)玻璃400作為與抬頭顯示裝置100配合使用的影像顯示單元。

本實用新型實施例的車輛，通過設(shè)置上述抬頭顯示裝置100，能夠為駕駛員提供更大的視場角，提高行車過程中駕駛員查看相關(guān)信息的舒適度和安全性，駕駛員與抬頭顯示裝置100所顯示的信息之間能達到更好的實際交互效果，能更好的避免行車安全事故。

以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。