一种小体积多折叠的抬头显示装置及机动车的制作方法

本发明属于车载抬头显示设备，涉及一种小体积多折叠的抬头显示装置及机动车。

背景技术：

1、车载抬头显示系统(hud)是现代车辆技术的一项关键创新，能够通过将信息投影到驾驶员视线前方的挡风玻璃上，提高驾驶安全性。现有车载抬头显示系统(hud)虽然在增强驾驶安全和提供信息显示方面有所成就，但它们通常面临体积庞大和内部结构复杂的挑战。特别是在小型车辆中，现有系统的尺寸限制了其在车内的应用，影响了车辆设计的灵活性和内部空间的预留。此外，现有hud系统中的光学路径通常是直接的或单级反射的，这限制了系统设计的紧凑性和对车内空间的有效利用。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有hud系统中的体积和空间利用效率问题。通过采用一种多折叠的光学路径设计，本发明能够显著减少hud系统的占用空间，同时保持信息显示的清晰度和准确性。这种设计允许hud系统在不牺牲性能的前提下，更容易地集成到各种大小的车辆中，尤其是小型车辆。本发明的hud系统通过创新的光学元件布局，实现了体积小巧且易于安装的优点，从而提供了一个更加灵活和经济高效的车载信息显示解决方案。

2、本发明提供了一种小体积多折叠的抬头显示装置，旨在有效利用车辆内部空间，同时确保信息显示的清晰度和准确性。

3、本发明中，文本中出现的前、后表示相较于车辆的前后，即前侧表示靠车前方向一侧，后侧表示靠车后方向一侧；

4、本发明提供了一种小体积多折叠的抬头显示装置，所述抬头显示装置包括外壳体、光引擎结构、光学系统；

5、所述外壳体包裹在所述光引擎结构和所述光学系统外部，为内部的结构提供支撑和保护；

6、所述光引擎结构安装在所述外壳体内部，用于生成图像信息；

7、所述光学系统为由多块反射镜组成的反射镜组，包括一级反射镜、二级反射镜、三级反射镜。

8、所述外壳体的形状前低后高，顶部还设置有防尘板，所述防尘板用pc、pet等材质制备获得，一般为包括矩形、不规则四边形等形状，所述防尘板具有一定的弧度，根据不同的实际情况设计成不同的椭圆形曲线形状。

9、所述光引擎结构包括背光组件、tft屏幕；

10、所述背光组件包括光源、准直透镜、扩束透镜、匀光片；

11、所述光源可以根据实际需要，选用包括led光源、激光光源等在内的光源；

12、所述准直透镜用于将光源发出的光线进行准直后垂直透射出去；在一个具体实施方式中，准直透镜可以将光源发出的呈120°左右发散角的光线经准直后垂直透射出去；

13、所述扩束透镜用于将经准直透镜准直的光线以匹配tft屏幕出光角度的角度匀光并发散照射到tft屏幕上；

14、所述匀光片用于在tft屏幕接收前对光线再次做匀光处理，提高背光均匀性。

15、光学系统中，所述一级反射镜、所述二级反射镜、所述三级反射镜沿光路依次设置；

16、所述一级反射镜为平面镜，固定在所述外壳体内侧底部，用于将所述光引擎结构出射的光路反射到二级反射镜；

17、所述二级反射镜为自由曲面反射镜，形状为凹面形，所述二级反射镜的最高阶数为三次或四次；

18、所述第二反射镜上镀有冷光膜，所述冷光膜的成分包括多氧化钛、二氧化硅、五氧气化三钛等；在一个具体实施方式中，所述冷光膜为19层膜系，其厚度为1.2微米，多氧化钛、二氧化硅、五氧气化三钛三种成分搭配叠加镀在所述第二反射镜上的层数为19层；冷光膜镀层的大小与所述第二反射镜匹配，厚度以实际光学设计和结构设计为准，没有固定值；

19、所述三级反射镜为自由曲面反射镜，形状为凸面形，所述三级反射镜的最高阶数为六次；

20、所述二级反射镜或所述三级反射镜安装固定在所述外壳体的内部后侧。

21、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜的角度均可调，调整范围为±1.5°，通过角度调节能够匹配不同身高的驾驶员。

22、所述抬头显示装置还包括挡光板，所述挡光板通过包括铰链在内的结构安装设置在所述外壳体顶部侧缘，防尘板相对于车辆的前侧；挡光板高度是固定的，一般是汽车ip台hud出光口往下延伸的一部分。大小和形状没有固定要求，根据具体设计来决定。

23、所述抬头显示装置还包括偏振片，所述偏振片为尺寸为3.1inch的矩形，安装在所述tft屏幕与所述第一反射镜之间，所述偏振片与所述tft屏幕平行放置，所述偏振片与所述tft屏幕的间隙为5mm；所述偏振片用于过滤沿光路方向反向射入的太阳光。

24、以下是本发明的具体技术方案的核心要素：

25、1.多级反射镜设计：本发明采用了一级反射镜、二级反射镜和三级反射镜的组合，通过这种多折叠的光学路径设计，实现了体积的显著减少。每一级反射镜都根据实际车辆结构的情况精确地计算其角度和位置，以确保图像的光线信息能够有效地从光引擎结构传输至eyebox区域，进而确保成像的清晰度和视角的稳定性。

26、三级反射镜为自由曲面反射镜，最高阶数为六次，形状为凹面型，位置在hud壳体内部通过转轴支架固定在壳体前侧，角度和面型通过光学软件codev内的全局优化算法进行自由曲面面型的优化和光线追迹计算得到相应角度；二级反射镜也为自由曲面反射镜，最高阶数为3或4次，形状为凸面型，位置在hud壳体内部，固定在hud壳体后侧，角度和面型同理通过光学软件codev内的全局优化算法进行自由曲面面型的优化和光线追迹计算得到响应角度；两种不同面型的自由曲面镜可以一定程度上补偿面型公差带来的影响；一级反射镜为平面镜，固定在hud壳体底部，用于将pgu(picture generation unit：图像生成单元)出来的光路通过镜面反射的方式反射到二级反射镜上，节省底部空间，位置和角度可以根据实际车身结构和空间情况灵活变动布置。

27、2.光引擎结构与光学系统的集成：在外壳体内部，光引擎结构与光学系统紧密集成，光引擎结构负责生成图像信息，并通过光学系统传输至eyebox。这种集成化的设计减少了组件数量，降低了系统的复杂性和制造成本。

28、所述光引擎结构包括背光结构和tft屏幕，作为pgu(图像生成单元)，整体上光引擎结构内部集成了光源、准直透镜、扩束透镜、匀光片以及tft屏幕等组件为一体的设计，属于模块化集成设计。

29、3.紧凑型外壳体：外壳体经过精心设计，以适配多折叠光学系统，并最大化内部空间的利用效率。外壳体的形状和尺寸均考虑到需要适合不同车辆的内部结构，允许hud系统的更广泛应用。

30、4.优化光路长度：通过三级反射镜的使用，本发明有效缩短了光路长度，减少了系统整体的体积。这种设计不仅有利于减小hud的尺寸，还有助于提高光学性能和图像质量。

31、5.防尘设计：尽管现有技术已经采用了防尘措施，但本发明通过优化外壳体的设计，进一步降低了灰尘和其他微粒进入光学路径的可能性，提高了系统的可靠性和耐用性。

32、本发明中的光线传输路径：光线从背光组件发出经过tft屏幕透射至一级反射镜(平面镜)反射至二级反射镜(自由曲面反射镜)反射至三级反射镜(自由曲面反射镜)反射至汽车挡风玻璃最终反射至人眼位置形成虚像。

33、本发明的技术方案充分考虑了现有hud系统在车辆内部空间利用、复杂性以及长期稳定性方面的限制。通过上述技术措施，本发明不仅显著改善了hud系统的性能和适用性，而且提高了其在各种车辆类型中的通用性和经济效益。

34、本发明还提供了一种机动车，所述机动车包含上述的抬头显示装置。

35、本发明的有益效果包括：

36、1.空间利用效率的显著提高：通过采用多级反射镜和优化光学路径设计，本发明显著减小了hud系统的体积，相较于现有的hud系统，本发明的体积能够减少至少2-3l，使其能够适配于更多类型的车辆，尤其是空间有限的小型车辆。与现有技术相比，本发明可以提供更灵活的安装选项和更高的空间适应性。

37、2.成像质量的改善：本发明的多级反射镜设计优化了光线的传输路径，通过二级反射镜和三级反射镜的自由曲面设计减少了光学畸变，从而提高了图像的清晰度和稳定性。相比传统单级自由曲面镜的hud系统，本发明能够提供更清晰的信息显示，对于提高驾驶安全性具有重要意义。

38、3.安装和维护的简便性：由于本发明在空间体积大小、背光结构一体化，便于拆卸和安装固定的设计，本发明的抬头显示装置紧凑性和集成化程度更高，使得安装过程更为简便，维护也更加容易。这样不仅降低了生产成本，还减少了日常使用中的维护负担。

39、4.系统的通用性和适应性：本发明的设计允许它更容易地集成到各种车辆设计中，无论是现有车型还是未来设计。这种通用性和适应性使得本发明能够应对日益多样化的车辆内部空间要求。