成像单元及其汽车抬头显示系统的制作方法

本发明涉及led照明的准直光学系统和显示屏背光技术领域，具体涉及一种成像单元及其汽车抬头显示系统。

背景技术：

汽车抬头显示技术是当前国际国内正在大力发展的智能网联汽车的重要组成部分，通过前期宝马、奔驰等高端豪华品牌汽车上对于汽车抬头显示技术的应用推广，越来越多的车厂和用户认识到汽车抬头显示技术对于安全驾驶的重要性，越来越多的车厂把汽车抬头显示系统装配于自己的新车上，作为提升汽车安全的有效配置。

实现汽车抬头显示，存在几个必须解决的工程难题：1)成像光源成像亮度的问题，要实现在夏天强烈阳光下投影出来的图像清晰可见，需要有高亮度成像光源；2)保证亮度的前提下尽可能保证整套成像单元设置体积的小型化。

传统的成像光源包括led光源、反光杯、隔热玻璃、支架、匀光膜、增亮膜、显示屏，其主要是通过采用led光源和反光杯直接结合，利用反光杯聚光的原理提升led光源亮度，由于反光杯对led光源的利用效率较低，无法提供满足需要的亮度图像。

市面上也有利用多层透镜，类似于柯勒照明的原理来实现高亮度成像光源，但由于透镜本身材料及厚度的影响，造成光线的透过率不高；此外，透镜表面也会形成光线反射，造成光能的额外损耗，因此总体效率并不高；为了达到设计照度要求，不得不提高led灯功率的办法，这样就带来了发热量的增加，为解决散热问题，同时也加大了产品体积，影响了产品的进一步推广。因此，需要一种新的工程技术来提升成像光源的亮度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种成像单元及其汽车抬头显示系统，在不增加成像单元纵向长度的前提下，提高成像单元所发出光线的利用效率，实现高亮度的汽车抬头显示系统成像照明。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种成像单元，包括第一背光源和显示装置，所述第一背光源发出的成像光线射向所述显示装置，所述第一背光源包括依次叠加设置的至少一个led光源、至少一个内全反射透镜、蝇眼透镜和整形透镜。

进一步地，还包括第一反射镜，第一反射镜朝向所述第一背光源和显示装置，将所述第一背光源发射出的成像光线反射向所述显示装置。

进一步地，所述第一背光源包括多个并列排列的所述led光源和多个并列排列的所述内全反射透镜，多个所述led光源与多个所述内全反射透镜叠加设置，组成扩展模块。

进一步地，还包括拼接模块，所述拼接模块包括第二背光源和第二反射镜，第二背光源与所述第一背光源对称设置，第二反射镜与所述第一反射镜对称设置。

进一步地，所述led光源为耦合式led光源、led点光源或led面光源中的任意一种。

进一步地，所述内全反射透镜为由凹面曲线和两个曲面构成的内全反射透射装置或多个耦合式内全反射透镜。

进一步地，所述蝇眼透镜是凸透镜、双焦凸透镜、平凸透镜、自由曲面透镜中任意一种微小透镜阵列构成的透射装置。

进一步地，所述整形透镜是凸透镜、双焦凸透镜、平凸透镜、自由曲面透镜或菲涅尔透镜中任意一种构成的透射装置。

进一步地，所述显示装置包括显示屏和匀光膜，所述匀光膜涂覆在所述显示屏上。

一种汽车抬头显示系统，包括上述的成像单元。

本发明的有益效果：

本发明在较小的成像单元体积内，采用耦合的手段进行成像单元的配置，提供了尽可能高亮度的光源。被耦合处理的led光源发出大发散角的呈朗伯体分布的特征光场，受到内全反射透镜的约束被整形成小角度的特征光场，经过蝇眼透镜被均光，最后经过整形透镜的汇聚作用，获得较小角度出射的均匀光场；经过整形透镜的光场，经过匀光膜匀光处理后，形成方向性较好、光场分布均匀的成像单元。本发明在满足成像单元亮度的前提下，降低了汽车抬头显示系统的成像单元的体积，使得抬头显示系统的设计与安装，具备更广泛的适应性，并且使得生产与材料成本进一步降低，加快汽车抬头显示系统的普及，从而提升驾驶汽车的安全性，带来显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的成像单元一个优选实施例的立体结构示意图；

图2为本发明的成像单元一个优选实施例的结构示意图；

图3为本发明的扩展模块一个优选实施例的结构示意图；

图4为本发明的成像单元另一个优选实施例的结构示意图。

附图标记包括：

100-第一背光源110-led光源120-内全反射透镜

130-蝇眼透镜140-整形透镜200-第一反射镜

300-显示装置310-显示屏320-匀光膜

400-拼接模块410-第二背光源

420-第二反射镜

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，为本发明的一较佳实施例，该成像单元包括第一背光源100和显示装置300，所述第一背光源100发出的成像光线射向所述显示装置300，所述第一背光源100包括依次叠加设置的至少一个led光源110、至少一个内全反射透镜120、蝇眼透镜130和整形透镜140。以下对上述各个组成部分分别作进一步详细介绍。

led光源110发出大发散角的呈朗伯体分布的特征光场，受到内全反射透镜120的约束被整形成小角度的特征光场，经过蝇眼透镜130被均光，最后经过整形透镜140的汇聚作用，获得较小角度出射的均匀光场；最终形成方向性较好、光场分布均匀的成像单元。

在发明中，led光源110可以为耦合式led光源、led点光源或led面光源中的任意一种。内全反射透镜120可以为由凹面曲线(球面、椭球面或自由曲面)和两个曲面(球面、椭球面或自由曲面)构成的内全反射透射装置或多个耦合式内全反射透镜。蝇眼透镜130是凸透镜、双焦凸透镜、平凸透镜、自由曲面透镜中任意一种微小透镜阵列构成的透射装置。整形透镜140为凸透镜、双焦凸透镜、平凸透镜、自由曲面透镜或菲涅尔透镜中任意一种构成的透射装置。

显示装置300包括显示屏310和匀光膜320，所述匀光膜320贴合在显示屏310上。在一个优选实施例中，显示屏310为平板式显示装置；匀光膜320为半透明或者接近白色的薄膜，光场经过匀光膜匀光处理后，分布更均匀。

在本申请的一个优选实施例中，第一背光源100直接朝向显示装置300，使第一背光源100发出的成像光线直接射向显示装置300。

在本申请的另一个优选实施例中，成像单元还包括第一反射镜200，第一反射镜200朝向所述第一背光源100和显示装置300，将所述第一背光源100发射出的成像光线反射向所述显示装置300。第一反射镜200可以是自由曲面、平面或者球面构成的反射装置。如此设置，可以增加光路出光面积，减小成像单元的纵向长度。

在本申请的一个优选实施例中，如图2所示，第一背光源100仅包括一个led光源110和一个内全反射透镜120，led光源110、内全反射透镜120、蝇眼透镜130和整形透镜140依次叠加设置。

为了满足第一背光源100的亮度及散热需求，在本申请的另一个优选实施例中，第一背光源100包括多个led光源110和多个内全反射透镜120。具体地，如图3和图4所示，第一背光源100包括四个led光源110和四个内全反射透镜120。四个led光源110并列排列，组成led光源平面；四个内全反射透镜120也并列排列，组成内全反射透镜平面。led光源平面与内全反射透镜平面叠加设置，组成扩展模块，扩展模块再与蝇眼透镜130和整形透镜140依次叠加设置。本实施例中，第一背光源100采用多个led光源110和多个内全反射透镜120联接在一起的分散式设计，在高亮度条件下，多个led光源110也能够同时在低温区工作，减少了多个led光源110的发热量与热衰。

本发明既可以通过对led光源110进行耦合，或者对内全反射透镜120进行耦合，来提高成像单元的亮度；也可以针对显示装置300的尺寸设置拼接模块400，来扩大显示装置300的出光面积。

具体地，如图4所示，拼接模块400包括第二背光源410和第二反射镜420，第二背光源410与所述第一背光源100对称设置，第二反射镜420与所述第一反射镜200对称设置。所述对称设置包括但不局限于中心旋转对称和轴对称。在显示装置300尺寸较大的条件下，拼接模块400能在扩大出光面积情况下，节约成像单元的纵向长度和体积。

成像单元经过横向拼接处理后，在不增加成像单元纵向长度的情况下，为显示装置300提供大幅面的高亮光源，形成高亮度图像，为汽车抬头显示系统提供高亮度成像单元。

本发明在较小的成像单元体积内，采用耦合的手段进行成像单元的配置，提供了尽可能高亮度的光源。被耦合处理的led光源110发出大发散角的呈朗伯体分布的特征光场，受到内全反射透镜120的约束被整形成小角度的特征光场，经过蝇眼透镜130被均光，最后经过整形透镜140的汇聚作用，获得较小角度出射的均匀光场；经过整形透镜140的光场，经过匀光膜匀光处理后，形成方向性较好、光场分布均匀的成像单元。

本发明还提供了一种汽车抬头显示系统，包括上述的成像单元。

本发明通过利用led光源110和内全反射透镜120进行光场整形，能很高效的利用光源效能，使用蝇眼透镜130对经过内全反射透镜120的光场进行匀光处理，整形透镜140收集经过匀光处理的光源，经过第一反射镜200反射到显示装置300上，光线的方向性好，图像亮度高，相比市面上目前常用的单一反光杯或集光透镜来说光效使用率更高，光场的均匀性更好。此外，在显示装置300较大的情况下，通过拼接模块400在显显示装置300上进行光能补充，这样成像单元厚度相比市面上现有的直下式装置更轻巧，在满足了光亮度的前提条件下大幅度节约了空间，使得包括该成像单元的汽车抬头显示系统的适用性更广阔。

本发明在满足成像单元亮度的前提下，降低了汽车抬头显示系统的成像单元的体积，使得抬头显示系统的设计与安装，具备更广泛的适应性，并且使得生产与材料成本进一步降低，加快汽车抬头显示系统的普及，从而提升驾驶汽车的安全性，带来显著的经济效益和社会效益。

本发明的其他众所周知的零件，外壳、接电线、支撑件等零件形状、结构在此不加以说明。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。