CN106461945B - 平视显示装置 - Google Patents

Abstract

根据实施例的平视显示装置，包括：图像生成单元，该图像生成单元用于生成具有信息的图像；至少一个光源，该至少一个光源用于发射光；导光单元，该导光单元被布置在至少一个光源的光轴上以便将从光源发射的光引导到图像生成单元；以及光学单元，该光学单元用于从图像光生成虚拟图像，从图像光投射该图像光并且通过由导光单元引导的光来获取图像。

Description

平视显示装置

技术领域

实施例涉及一种平视显示装置。

背景技术

平视显示装置(head-up display device)是通过在飞行员的位置或者驾驶员的眼睛处重叠虚拟图像与外部的视野显示包含对于驾驶所需要的各种信息的虚拟图像以便于最大程度上防止飞行员或者驾驶员目光移开他们通常的视野的任何透明显示器。通常已知这样的平视显示装置。

然而，因为要被给予飞行员或者驾驶员的信息的量持续地增加，所以要求这样的信息的最清楚和最具体的可视化。通过增加光源的发光强度不能够简单地实现此可视化。这是因为具有已经增加的发光强度的强光源不可避免地产生大量的热，并且因此，存在对于用于冷却平视显示装置的相对复杂和昂贵的冷却机制的需求。

发明内容

技术问题

实施例提供可以以平视方式显示具有增加的亮度的虚拟图像的平视显示装置，并且可以实现生产成本减少和配置简化。

技术方案

为了实现在上面描述的目的，实施例提供一种平视显示装置，该平视显示装置包括图像生成单元，该图像生成单元用于生成具有信息的图像；至少一个光源，该光源用于发射光；导光单元，该导光单元被布置在光源的光轴(optical axis)上以便将从光源发射的光引导到图像生成单元；以及光学单元，该光学单元用于从图像光生成虚拟图像，该图像光从图像生成单元被投射并且通过由导光单元引导的光获取图像。

平视显示装置可以进一步包括控制器，该控制器用于将具有信息的图像数据提供给图像生成单元并且用于驱动光源。

导光单元可以包括主体部分，在光轴的方向中该主体部分被布置在光源和图像生成单元之间；以及至少一个腿部分，该至少一个腿部分位于光源和主体部分之间以便在光轴的方向中朝着光源从主体部分延伸。

至少一个光源可以包括多个光源，并且至少一个腿部分可以包括多个腿部分，所述多个腿部分朝着各自的光源从主体部分分叉并且被相互分开。

在腿部分之间的第一分离距离可以在从主体部分到光源的方向中逐渐地增加。

腿部分可以包括第一光入射表面，其与光源相对并且允许光轴经由其通过，并且光源可以包括第一发光表面，其与第一光入射表面相对并且允许光轴经由其通过。

第一光入射表面和第一发光表面可以彼此平行。

主体部分可以包括与图像生成单元相对的第二发光表面，并且图像生成单元可以包括与第二发光表面相对的第二光入射表面。

第二光入射表面和第二发光表面中的每个可以相对于虚构垂直平面被倾斜，其在垂直于光轴的方向中延伸。

第二光入射表面可以相对于虚构垂直平面被倾斜了第一角并且第二发光表面可以相对于虚构垂直平面被倾斜了第二角，使得在第一角和第二角之间的差的范围为从0度到30度。

根据光学单元的结构，第一角或者第二角中的至少一个可以被设置为不同的值。

在第二发光表面和第二光入射表面之间的第二分离距离的范围可以为从1mm到5mm。

腿部分可以具有侧表面，该侧表面关于作为中心的光轴具有倾斜的横截面形状。

腿部分可以具有侧表面，该侧表面关于作为中心的光轴具有对称或者非对称的横截面形状。

腿部分的侧表面可以相对于光轴形成倾斜角，并且倾斜角可以等于或者小于60度。

主体部分可以包括与图像生成单元相对的第一主体段；以及第二主体段，该第二主体段被布置在第一主体段和腿部分之间。

第一主体段的侧表面可以平行于光轴，并且第二主体段的侧表面和腿部分的侧表面可以沿着相同的水平线被并排地设置。

平视显示装置可以进一步包括板，光源被布置在该板上，该板被放置以面向图像生成单元。

平视显示装置可以进一步包括壳体，该壳体被布置在板和图像生成单元之间，该壳体限定板和图像生成单元的空间位置。壳体可以包括第一壳体段，该第一壳体段被布置在板和图像生成单元之间，第一壳体段被布置以便包围主体部分的外围；以及第二壳体段，该第二壳体段被布置在第一壳体段和板之间，该第二壳体段从第一壳体段延伸以便包围腿部分的外围。

第一壳体段的平面面积可以与图像生成单元的平面面积基本上相同，并且第二壳体段的平面面积可以与板的平面面积基本上相同。壳体可以包括被布置在面向导光单元的其内表面上的反射层。

图像生成单元可以包括LCD、DLP型显示器、或者硅基液晶(LCoS)型显示器中的至少一个。

光学单元可以包括用于反射或者衍射被投射的图像光以便生成虚拟图像的至少一个镜子、用于调节镜子的位置的位置调节单元、以及用于通过控制位置调节单元调节镜子的反射角或者衍射角中的至少一个的镜驱动电机单元(mirror-driving motor unit)。

至少一个镜子可以包括变向镜(direction-changing mirror)，该变向镜用于改变被投射的图像光的方向；以及凹镜，该凹镜用于将由变向镜所反射的图像光反射为虚拟图像。

有益效果

根据实施例的平视显示装置可以减少被引入到图像生成单元的光的损耗，从而增加虚拟图像的亮度，因此将从光源发射的光经由导光单元引导到图像生成单元。另外，通过以各种方式改变导光单元的光束整形，在不使用多个透镜的情况下可以自由地改变通过导光单元引导以便被引入到图像生成单元的光的光束整形(beam shaping)。正因如此，所需要的透镜的数目被减少，这可以导致生产成本减少并且配置简化。

附图说明

图1示意性地图示根据实施例的平视显示装置的框图。

图2是图示被装备有在图1中图示的平视显示装置的车辆的实施例的视图。

图3a至图3c分别是以放大比例尺仅图示在图2中图示的平视显示装置的主要部分的透视图和截面图。

图4a至图4e是用于解释根据第二分离距离的量级的图像光亮度的分布的视图。

图5是图示在图3a至图3c中图示的导光单元的实施例的视图。

图6是图示在图1中图示的导光单元的另一实施例的视图。

图7图示进一步包括壳体的根据实施例的平视显示装置的部分透视图。

图8是图示在图1、图2以及图3a至图3c中图示的平视显示装置的视图。

图9(a)和图9(b)是图示在比较示例和示例的平视显示装置中生成的虚拟图像的视图。

具体实施方式

在下文中，将会参考附图详细地描述示例性实施例，以便于具体地描述本公开并且协助理解本公开。然而，可以以各种其它的形式修改本公开的实施例，并且本公开的范围不应被解释为被限于下面描述的实施例。为了对本领域的技术人员更加具体地描述本公开，提供了本公开的实施例。

在根据本公开的实施例的描述中，将会理解的是，当元件被称为是在另一元件“上”或者“下”面时，其能够直接地在另一元件“上”或者“下”或者在其间直接地形成有中间元件。也将会理解，可以相对于附图描述在元件“上”或者“下”。

另外，在这些基板或者元件之间不要求或者包含任何物理或者逻辑关系或者顺序的情况下，诸如例如在下面的描述中使用的“第一”、“第二”、“上面/上/上方”和“下面/下/下方”的有关词语可以被用于区分任意一个基板或者元件与另一基板或者元件。

在附图中，为了清楚和方便起见可以夸大、省略或者示意性地图示各个层的厚度或者大小。另外，各个组成元件的大小不完全地反映其实际大小。

图1示意性地图示根据实施例的平视显示装置100的框图。

在图1中图示的平视显示装置100可以包括光源单元110、导光单元120、图像生成单元130、光学单元140以及控制器150。

光源单元110可以发射光，并且可以包括至少一个光源112和板114。

光源112可以被布置在板114上。板114可以具有用于到光源112的电气连接的被形成在其上的电极图案。板114可以是由从聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、玻璃、聚碳酸酯(PC)以及硅(Si)之中选择的任意一种材料形成的印制电路板(PCB)，或者可以被形成为薄膜状。

另外，板114可以选择性地使用单层PCB、多层PCB、陶瓷板、金属基PCB等等。

控制器150用作通过板114驱动光源112。在此，至少一个光源112可以包括多个光源。例如，虽然光源112可以包括发光二极管(LED)或者激光器(通过受激辐射光放大)，但是实施例不限于该种光源112。

光源112可以是侧视图型发光二极管或者顶视图型发光二极管。

当光源112是发光二极管芯片时，发光二极管芯片可以被配置成蓝光LED芯片或者紫外光LED芯片，或者可以被配置成红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片、黄绿光LED芯片、或者白光LED芯片、或者组合它们中的一个或者多个的封装中的至少一个。

在此，可以通过将黄色荧光粉耦合到蓝光LED实现白光LED，也可以通过同时对蓝光LED使用绿色荧光粉和红色荧光粉来实现，或者可以通过同时对蓝光LED同时使用黄色荧光粉、红色荧光粉以及绿色荧光粉来实现。

当至少一个光源112包括多个光源时，这些光源可以发射不同波长的光，或者可以在相同的波长带中发射光。这时，控制器150可以控制是否通过板114从光源112中的至少一个发射光，从而控制光源112以便被交替地操作。

另外，当光源112发射红色、绿色以及蓝色光时，为了以平视方式显示彩色的虚拟图像，控制器150可以通过板114控制光源112的开/关切换。

另外，当在图1中图示的平视显示装置100包括用于改变光源112的位置的电机(未被图示)时，控制器150可以驱动电机以便于控制至少一个光源112的位置。

另外，为了调节以平视方式被显示的虚拟图像的亮度，控制器150可以控制从光源112发射的光的亮度。因此，可以在夜晚或者例如，存在强烈和直接的太阳光的白天提供高质量的光。

同时，导光单元120被布置在至少一个光源112的光轴上并且将从光源112发射的光引导到图像生成单元130。为此，虽然导光单元120可以包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、烯共聚物(COC)、酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)以及甲基丙烯酸酯苯乙烯(MS)树脂的基于树脂中的任意一个，但是本实施例不限于导光单元120的材料。

图像生成单元130生成具有信息的图像，并且通过由导光单元120引导的光将具有信息的图像投射为“图像光”。例如，虽然图像生成单元130可以包括液晶显示器(LCD)、数字光处理(DLP)显示器或者硅基液晶(LcoS)显示器中的至少一个，但是实施例不限于此类图像生成单元130。

例如，当图像生成单元130被实现为LCD时，通过在两个玻璃板之间引入液晶形成被包括在LCD中的液晶面板并且其被提供有器件图案，即，通过点(像素)形成的布线图案，并且通过薄膜晶体管(TFT)控制各个像素。正因如此，LCD是显示图像的已知图像显示装置。

控制器150将关于具有信息的图像的数据提供给图像生成单元130，并且图像生成单元130使用从控制器150接收到的图像数据生成图像。为此，控制器150可以被电连接到，例如，外部车辆信息提供者(未被图示)以便接收图像数据。例如，车辆信息提供者可以包括电子控制单元(ECU)，其是包含能够执行车辆的各种功能的软件的计算机。

另外，控制器160可以用来供应根据实施例的平视显示装置100所要求的电压。例如，控制器150可以将电压供应给板114和图像生成单元130中的每个。

光学单元140通过使用获取图像并且从图像生成单元130被投射的图像光来生成虚拟图像，并且通过输出端OUT输出虚拟图像。

在下文中，为了帮助理解在上面描述的图1中图示的平视显示装置100，将会描述被安装在车辆200中的平视显示装置100。然而，在图1中图示的平视显示装置100可以被安装在除了在图2中图示的车辆200之外的诸如例如飞机的各种其它种类的交通工具中。

图2是图示被装备有在图1中图示的平视显示装置100的车辆200的实施例的视图。图1的控制器150的图示被省略。

参考图2，车辆200可以包括平视显示装置100、挡风玻璃202、以及光组合器204。虽然平视显示装置100可以位于挡风玻璃202的下方，但是实施例不限于车辆200内的平视装置100的位置。

图3a至图3c分别是以放大的比例尺仅图示在图2中图示的平视显示装置100中的光源112、板114、导光单元120以及图像生成单元130的透视图和截面图。

虽然在包括图3a至图3c的下面要描述的各个附图中图示的X轴、Y轴以及Z轴基于笛卡尔坐标系统，但是通过其它的坐标系统当然可以描述实施例。

参考图3a至图3c，虽然至少一个光源112包括六个光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F，但是实施例不限于光源112的数目。即，根据实施例的平视显示装置100的光源单元110可以包括比六个更多或者更少数目的光源112。

六个光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F可以被设置在单个板114上。板114可以被布置以便面向具有被插入在其间的导光单元120的图像生成单元130。

参考图3c，导光单元120可以包括主体部分120BB和至少一个腿部分120BL。

在光轴LAX1和LAX2的方向中，主体部分120BB可以位于腿部分120BL和图像生成单元130之间。主体部分120BB可以包括第一主体段120BB-1和第二主体段120BB-2。第一主体段120BB-1可以与图像生成单元130相对。第二主体段120BB-2可以位于第一主体段120BB-1和腿部分120BL之间。

腿部分120BL可以位于光源112A和112B与主体部分120BB之间。腿部分120BL可以被形成以便在光轴LAX1和LAX2的方向中朝着光源112A和112B从主体部分120BB延伸。

腿部分120BL的数目可以与光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F的数目相同。例如，如在图3a至图3c中所图示，至少一个腿部分120BL可以包括与光源112的数目相同的六个腿部分120BL-A、120BL-B、120BL-C、120BL-D、120BL-E以及120BL-F。这时，腿部分120BL-A、120BL-B、120BL-C、120BL-D、120BL-E以及120BL-F可以从主体部分120BB分叉并且可以被相互分开。在腿部分120BL-A、120BL-B、120BL-C、120BL-D、120BL-E以及120BL-F之间的第一分离距离d1可以在从主体部分120BB朝着光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F的方向中逐渐增加。

例如，参考图3c，第一腿部分120BL-A被形成以便在第一光轴LAX1的方向中朝着第一光源112A从第二主体段120BB-2延伸。第二腿部分120BL-B被形成以便在第二光轴LAX2的方向中朝着第二光源112B从第二主体段120BB-2延伸。正因如此，第k个腿部分可以被形成以便在第k个光轴的方向中朝着第k个光源从第二主体段120BB-2延伸。在此，关系1≤k≤K被建立，其中K是1或者更大的正整数，并且对应于光源112的数目和腿部分的数目。

腿部分120BL-A、120BL-B、120BL-C、120BL-D、120BL-E以及120BL-F中的每个可以包括第一光入射表面，其与相对应的光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F相对，并且允许光轴经由其通过。例如，参考图3c，第一腿部分120BL-A包括第一-第一光入射表面120-1，其与第一光源112A相对并且允许第一光轴LAX1经由其通过，并且第二腿部分120BL-B包括第一-第二光入射表面120-2，其与第二光源112B相对并且允许第二光轴LAX2经由其通过。正因如此，第k个腿部分可以包括第一-第k光入射表面，其与第k个光源相对并且允许第k个光轴经由其通过。

光源112A、112B、112C、112D、112E以及112F中的每个可以包括第一发光表面，其与相对应的第一光入射表面120-1、120-2…或者120-6相对，并且允许光轴经由其通过。例如，参考图3c，第一光源112A包括第一-第一发光表面112A-1，其与第一-第一光入射表面120-1相对并且允许第一光轴LAX1经由其通过，并且第二光源112B包括第一-第二发光表面112B-1，其与第一-第二光入射表面120-2相对并且允许第二光轴LAX2经由其通过。正因如此，第k个光源可以包括第一-第k个发光表面，其与第一-第k个光入射表面相对并且允许第k个光轴经由其通过。

根据实施例，第一光入射表面和第一发光表面可以彼此平行。例如，第一-第一光入射表面120-1和第一-第一发光表面112A-1可以彼此平行，并且第一-第二光入射表面120-2和第一-第二发光表面112B-1可以彼此平行。

另外，主体部分120BB的第一主体段120BB-1可以包括第二发光表面120-3，其与图像生成单元130相对，并且图像生成单元130可以包括第二光入射表面130-1，其与第二发光表面120-3相对。

第二光入射表面130-1和第二光入射表面120-3可以相对于在垂直于第一和第二光轴LAX1和LAX2的方向中延伸的各自的第一和第二虚构垂直平面122和124被倾斜。在此，第一和第二虚构垂直平面122和124可以彼此平行。

在下文中，第一角θ1是第二光入射表面130-1相对于第一虚构垂直平面122的倾斜角，并且第二角θ2是第二发光表面120-3相对于第二虚构垂直平面124的倾斜角。这时，第一角θ1和第二角θ2可以彼此相同，或者可以彼此不同。

当在第一角θ1和第二角θ2之间的差Δθ是零时，从图像生成单元130发射的图像的亮度可以变成最大值。可替选地，当角度差Δθ具有正值，即，大于零时，从图像生成单元130的上侧发射的图像光的亮度可以大于从图像生成单元130的中间侧或者下侧发射的图像光的亮度。相反，当角度差Δθ具有负值，即，小于零时，从图像生成单元130的下侧发射的图像光的亮度可以大于从图像生成单元130的中间侧或者上侧发射的图像光的亮度。

通过改变如上所述的角度差Δθ，从图像生成单元130的所有的侧面，或者从上侧或者下侧发射的图像光的亮度可以被部分地改善。

例如，当角度差Δθ大于30度时，从光源112传递到图像生成单元130的光的量可能被减少，并且在从图像生成单元130投射的图像光中可能出现扭曲。因此，虽然角度差Δθ的范围可以为从0度到30度，例如，15度，但是本实施例不限于此。

另外，随着在第二发光表面120-3和第二光入射表面130-1之间的第二分离距离d2增加，光的光效率和总量中的每个可能减少，但是光的均匀性可能增加。因此，随着在第二发光表面120-3和第二光入射表面130-1之间的第二分离距离d2减少时，光的光效率和总量中的每个可能增加，但是光的均匀性可能减少。

因此，考虑到所期待的光效率、光的总量或者光的均匀性中的至少一个，可以确定第二分离距离d2。例如，第二分离距离d2的范围可以为从1mm至5mm。当第二分离距离d2是1mm、2mm、3mm、4mm、以及5mm时，光效率、光的总量、以及光的均匀性可以如在下面的表1中所图示。

[表1]

d2(mm)	1	2	3	4	5
						光效率(％)	44	43	43	42	41
光的总量(％)	70	67	65	62	60
						光的均匀性(％)	61	66	69	71	71

图4a至图4e是用于解释根据第二分离距离d2的量级的图像光的亮度的分布的视图。

当第二分离距离d2是1mm、2mm、3mm、4mm、以及5mm时，从图像生成单元130投射的图像的亮度的分布可以分别如在图4a、图4b、图4c、图4d以及图4e中所图示。

同时，根据光学单元140的结构，在上面描述的第一或者第二角θ1或者θ2中的至少一个可以被设置为不同的值。

另外，腿部分120BL的侧表面可以关于作为中心的光轴具有倾斜的横截面形状。例如，参考图3c，第一腿部分120BL-A的侧表面122A和123可以关于作为中心的第一光轴LAX1具有倾斜的横截面形状，并且第二腿部分120BL-B的侧表面126和128A可以关于作为中心的第二光轴LAX2具有倾斜的横截面形状。

另外，腿部分120BL的侧表面可以关于作为中心的光轴具有对称或者非对称的横截面形状。例如，参考图3c，第一腿部分120BL-A的侧表面122A和123可以关于作为中心的第一光轴LAX1具有对称的横截面形状，并且第二腿部分120BL-B的侧表面126和128A可以关于作为中心的第二光轴LAX2具有对称的横截面形状。可替选地，根据另一实施例，不同于图3c的图示，第一腿部分120BL-A的侧表面122A和123可以关于作为中心的第一光轴LAX1具有非对称的横截面形状，并且第二腿部分120BL-B的侧表面126和128A可以关于作为中心的第二光轴LAX2具有非对称的横截面形状。

另外，相对于光轴腿部分120BL的侧表面的倾斜角可以等于或者小于60度。例如，参考图3c，相对于第一光轴LAX1第一腿部分120BL-A的一个侧表面122A的倾斜角θ3可以等于或者小于60度。类似地，相对于第一光轴LAX1第一腿部分120BL-A的另一侧表面123的倾斜角、相对于第二光轴LAX2第二腿部分120BL-B的一个侧表面126的倾斜角、以及相对于第二光轴LAX2第二腿部分120BL-B的另一侧表面128A的倾斜角中的每个可以等于或者小于60度。

另外，第一主体段120BB-1的侧表面122C和128C可以平行于第一和第二光轴LAX1和LAX2。

另外，可以沿着相同的水平线并排地形成第二主体段120BB-2的一个侧表面122B和第一腿部分120BL-A的一个侧表面122A，并且可以沿着相同的水平线并排地形成第二主体段120BB-2的另一侧表面128B和第二腿部分120BL-B的另一侧表面128A。

图5图示在图3a至图3c中图示的导光单元120的一个实施例120A的透射图120A、前视图120A-1、平面视图120A-2、后视图120A-3、左侧视图120A-4以及右侧视图120A-5。

参考图3a至图3c和图5，如上所述，当六个光源112A至112F被设置(K＝6)时，导光单元120A可以包括六个腿部分120BL-A至120BL-F。

图6图示在图1中图示的导光单元120的另一实施例120B的透视图120B、前视图120B-1、平面视图120B-2、后视图120B-3、左侧视图120B-4以及右侧视图120B-5。

参考图6，当三个光源被设置(K＝3)时，导光单元120B可以包括三个腿部分。

图7图示进一步包括壳体170的根据实施例的平视显示装置100的部分透视图。

在图1至图3c中图示的根据实施例的平视显示装置100可以进一步包括壳体170，如在图7中所图示。

壳体170可以位于板114和图像生成单元130之间，并且限定图像生成单元130和板114的空间位置。即，板114和图像生成单元130可以彼此相对并且通过壳体170可以被布置在固定的位置处。

壳体170可以包括第一壳体段170A和第二壳体段170B。第一壳体段170A可以位于第二壳体段170B和图像生成单元130之间以便包围主体部分120BB的外围。第二壳体段170B可以位于第一壳体段170A和板114之间，并且可以从第一壳体段170A延伸以便包围腿部分120BL的外围。

第一壳体段170A的平面面积可以与图像生成单元130的平面面积基本上相同，并且第二壳体段170B的平面面积可以与板114的平面面积基本上相同。在图7的情况下，虽然第一壳体段170A和第二壳体段170B被图示为被形成台阶，因为图像生成单元130的平面面积小于板114的平面面积，但实施例不限于此。在此，平面面积可以意指从沿着X轴的长度乘以沿着Z轴的长度的乘积产生的值。

在上面使用的短语“基本上相同”可以意指完全相同，或者可以意指不完全相同，但是几乎相同。如在图7中所图示，使用粘合剂，壳体170和板114可以被彼此联接，或者可替选地被相互咬合。即，第二壳体段170B可以具有被形成在面向板114的其末端中的突出(或者凹槽)，并且板114可以具有被形成在面向第二壳体段170B的突出(或者凹槽)的其末端中的凹槽(或者突出)。在这样的情况下，板114和第二壳体段170B可以经由在突出和凹槽之间的耦合被相互咬合或者彼此固定。在这样的情况下，如在图7中所图示，第二壳体段170B的平面面积可以小于板114的平面面积，但与板114的平面面积基本上相同。根据与第二壳体段170B和板114之间的耦合的方式相同的原理，第一壳体段170A和图像生成单元130可以被相互耦合或者被固定。

另外，壳体170可以被布置以便包围导光单元120的外围。这时，壳体170可以另外包括被布置在面向导光单元120的其内表面上的反射层(未被图示)。当壳体170包括如上所述的反射层时，在将光从导光单元120导向到图像生成单元130的同时从导光单元120逃离的光可以通过反射层被反射，并且其后可以再次被引入到导光单元120，这可以增加虚拟图像的亮度。

虽然在图7中图示的壳体170被图示为是透明的，但是实施例不限于此。即，根据另一实施例，壳体170可以是由不透明材料形成。

其后，将会参考图8描述沿着其从在图1、图2、以及图3a至图3c中图示的图像生成单元130投射的图像光和在光学单元140中产生的虚拟图像行进的路径。

图8是图示在图1、图2、以及图3a至图3c中图示的平视显示装置100的视图。在此，控制器150的图示被省略。

在图1中图示的平视显示装置100中，板114、光源112A和112B、导光单元120以及图像生成单元130分别对应在图1、图2和图3a至图3c中图示的板114、光源112A和112B、导光单元120以及图像生成单元130，因此，在图8中标记相同的附图标记，并且其重复的描述被省略。

同时，在图8中图示的光学单元140A是在图1中图示的光学单元140的实施例，并且可以包括一个或者多个镜子142和144、位置调节单元146和148以及镜驱动电机单元149。

至少一个镜子用作反射或者折射从图像生成单元130投射的图像光以便生成虚拟图像。为此，至少一个镜子可以包括变向镜142和凹镜144，如在图8中图示

变向镜142可以用作改变从图像生成单元130投射的图像光的方向。即，变向镜142可以朝着凹镜144反射图像光。凹镜144可以反射通过变向镜142反射的图像光。通过凹镜144反射的光可以对应于虚拟图像182。

可替选地，不同于图8的图示，光学单元140可以具有其中平面镜、凹镜、凸镜、或者定制的自由形式的镜子中的至少一个以各种形式被设置的结构。当使用自由形式的镜子时，光学像差可以被补偿，并且因此，可以提供高质量的图案。

正因如此，作为以各种形式设置镜子142和144的结果，光学单元140A可以允许从图像生成单元130投射的图像光通过在飞机或者车辆的前面处的挡风玻璃202作为虚拟图像190面向飞行员或者驾驶员。为此，光学单元140A的镜子可以被设置并且要以平视方式显示的虚拟图像190和驾驶员(或者观察者)210之间的距离可以被调节和优化以便满足飞机或者车辆的乘客舱的空间要求。

另外，第一位置调节单元146可以用作调节至少一个镜子(例如，变向镜142)的位置和/或定向，并且第二位置调节单元148可以用作调节至少一个其它的镜子(例如，凹镜144)的位置和/或定向。可以响应于第一控制信号C1控制第一位置调节单元146，并且可以响应于第二控制信号C2控制第二位置调节单元148。

镜驱动电机单元149可以通过使用第一和第二控制信号C1和C2控制第一和第二位置调节单元146和148中的每个调节光学单元140A中的镜子142或者144中的至少一个的反射角或者衍射角中的至少一个。

同时，下面将会描述沿着其来自于根据本公开的平视显示装置100的光行进的路径。

参考图8，从被布置在板114上的光源112A或者112B中的至少一个发射的光经由导光单元120在通过箭头180指示的方向中被引导。这时，在通过导光单元120发射的光被引入到图像生成单元130之后，获取在图像生成单元130中产生的图像并且具有信息的图像光被投射到光学单元140A。其后，如上所述，包括各种形状的镜子的光学单元140A可以从图像光生成虚拟图像，并且可以在通过箭头182指示的方向中发射被生成的虚拟图像。例如，当虚拟图像被指引到在图2中图示的光组合器204时，光组合器204可以衍射接收到的光以便允许驾驶员210将光视为虚拟图像190。光组合器204可以包括可以被布置在挡风玻璃202上的全息图(未被图示)。光组合器204可以在一些情况下被省略。

另外，在图1中图示的光学单元140可以进一步包括用于执行瞄准仪的功能的透镜(未被示出)或者全息图。参考图2，这样的透镜或者全息图可以位于光学单元140和光组合器204之间。

在上述实施例中，仅通过示例给出允许驾驶员210从光学单元140和140A观看虚拟图像190所需要的组成元件204以及在图2和图8中图示的光学单元140和140A的内部结构，并且实施例不限于此。即，只要导光单元130可以位于如上所述的光源单元110和图像生成单元130之间，实施例不被限制于光学单元140的内部结构或者用于允许驾驶员210从光学单元140观看虚拟图像190的操作原理或者结构。

图9(a)和图9(b)是图示在比较示例和示例的平视显示装置中生成的虚拟图像的视图。

将会理解，通过根据示例的具有导光单元120的平视显示装置100实现的在图9(b)中图示的虚拟图像190比通过不具有导光单元120的平视显示装置实现的在图9(a)中图示的虚拟图像190更加明亮。

在根据上述实施例的平视显示装置100中，因为导光单元120将从光源112发射的光引导到图像生成单元130，所以可以减少被引入到图像生成单元130的光的损耗，并且因此，可以增加虚拟图像190的亮度。

此外，上述的导光单元120的结构，诸如在第二光入射表面130-1和第二发光表面120-3之间的第二分离距离d2、在第一角θ1和第二角θ2之间的差Δθ、至少一个腿部分120BL的侧表面的倾斜角、以及至少一个腿部分120BL的侧表面关于作为中心的光轴的对称/非对称形状可以以各种方式被改变，从而通过导光单元120引导以便被引入到图像生成单元130的光的光束整形可以被自由地改变。当如在实施例中的导光单元120不存在时，使用光学单元140的透镜实现在光的光束整形中的变化。因此，根据实施例，可以使用导光单元120替代透镜改变光的光束整形，这可以减少所需要的透镜的数目，导致成本减少并且配置简化。

虽然如在上面已经图示和描述了示例性实施例，但对于本领域的技术人员来说将会显而易见的是，通过示例仅给出实施例并且旨在不限制本公开，并且在没有脱离本公开的精神或者范围的情况下在实施例中能够进行各种修改和变化。例如，以修改的形式可以实现在实施例中具体地描述的各自的组成元件。另外，与修改和变化相关联的不同可以被解释为落入在附图中定义的本公开的范围内。

发明模式

在上述“最佳模式”中已经充分地描述了用于本公开的实现的模式。

工业实用性

在车辆等等中可以使用根据实施例的平视显示装置。

Claims (18)

1.一种平视显示装置，包括：

图像生成单元，所述图像生成单元生成具有信息的图像；

至少一个光源，所述至少一个光源发射光；

板，所述光源被布置在所述板上，所述板被放置以面向所述图像生成单元，

导光单元，所述导光单元被布置在所述光源的光轴上以便将从所述光源发射的光引导到所述图像生成单元；以及

光学单元，所述光学单元从图像光来生成虚拟图像，所述图像光从所述图像生成单元被投射并且通过由所述导光单元引导的光来获取图像，

其中，所述导光单元包括：

主体部分，在所述光轴的方向中所述主体部分被布置在所述光源和所述图像生成单元之间，以及

至少一个腿部分，所述至少一个腿部分位于所述光源和所述主体部分之间以便在所述光轴的方向中朝着所述光源从所述主体部分延伸，

其中，所述腿部分包括第一光入射表面，所述第一光入射表面与所述光源相对并且允许光轴经由其通过，并且所述光源包括第一发光表面，所述第一发光表面与所述第一光入射表面相对并且允许所述光轴经由其通过，

其中，所述腿部分具有侧表面，所述侧表面关于作为中心的光轴具有倾斜的横截面形状，

其中，所述主体部分包括与所述图像生成单元相对的第二发光表面，以及所述图像生成单元包括与所述第二发光表面相对的第二光入射表面，

其中，所述第二光入射表面相对于虚构垂直平面被倾斜了第一角并且所述第二发光表面相对于所述虚构垂直平面被倾斜了第二角，使得在所述第一角和所述第二角之间的差的范围为从0度到30度，

其中，所述第二光入射表面和所述板之间的距离小于所述第二光入射表面的下端与所述板之间的距离，并且所述第二发光表面与所述板之间的距离小于所述第二发光表面的下端与所述板之间的距离，以及

其中，所述虚构垂直平面在垂直于所述光轴的方向中延伸，并且所述光轴通过所述第二光入射表面和所述第二发光表面。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括控制器，所述控制器将具有所述信息的图像数据提供给所述图像生成单元并且驱动所述光源。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光源包括多个光源，以及

其中，所述至少一个腿部分包括多个腿部分，所述多个腿部分朝着各自的光源从所述主体部分分叉并且被相互分开。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光入射表面和所述第一发光表面彼此平行。

5.根据权利要求3所述的装置，

其中，在所述腿部分之间的第一分离距离在从所述主体部分到所述光源的方向中逐渐地增加。

6.根据权利要求1所述的装置，

其中，在所述第二发光表面和所述第二光入射表面之间的第二分离距离的范围为从1mm至5mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，根据所述光学单元的结构，所述第一角或者所述第二角中的至少一个被设置为不同的值。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腿部分具有侧表面，所述侧表面关于作为中心的光轴具有非对称的横截面形状。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腿部分的侧表面相对于所述光轴形成倾斜角，并且所述倾斜角等于或者小于60度。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主体部分包括：

第一主体段，所述第一主体段与所述图像生成单元相对；以及

第二主体段，所述第二主体段被布置在所述第一主体段和所述腿部分之间。

11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括壳体，所述壳体被布置在所述板和所述图像生成单元之间，所述壳体限定所述板和所述图像生成单元的空间位置。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述壳体包括：

第一壳体段，所述第一壳体段被布置在所述板和所述图像生成单元之间，所述第一壳体段被布置以便包围主体部分的外围；以及

第二壳体段，所述第二壳体段被布置在所述第一壳体段和所述板之间，所述第二壳体段从所述第一壳体段延伸以便包围所述腿部分的外围。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述壳体包括反射层，所述反射层被布置在面向所述导光单元的其内表面上。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学单元包括：

至少一个镜子，所述至少一个镜子反射或者衍射所述被投射的图像光以便生成所述虚拟图像；

位置调节单元，所述位置调节单元调节所述镜子的位置；以及

镜驱动电机单元，所述镜驱动电机单元通过控制所述位置调节单元来调节所述镜子的反射角或者衍射角中的至少一个。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述至少一个镜子包括：

变向镜，所述变向镜改变所述被投射的图像光的方向；以及

凹镜，所述凹镜将由所述变向镜所反射的图像光反射为虚拟图像。

16.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一主体段的侧表面平行于所述光轴，以及所述第二主体段的侧表面和所述腿部分的侧表面沿着相同的水平线被并排地设置。

17.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一壳体段的平面面积与所述图像生成单元的平面面积基本上相同，以及所述第二壳体段的平面面积与所述板的平面面积基本上相同。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述图像生成单元包括LCD、DLP型显示器、或者硅基液晶(LCoS)型显示器中的至少一个。